Rift du Lac Albert, Ouganda, Rift Est Africain : déformation, érosion, sédimentation et bilan de matière depuis 17 Ma

The Lake Albert Rift, Uganda, East African Rift : deformation, erosion, sedimentation and sediment budget ("source to sink approach") since 17 Ma

• Auteur / Autrice : Brendan Simon
• Direction : François Guillocheau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 15/12/2015
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : PRES : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géomorphologie

Stratigraphie

Tectonique

Albert, lac

Rift est-africain

Sédimentation (géologie)

Mots clés libres

Lac Albert

Ouganda

Rift

Tectonique

Stratigraphie

Géomorphologie

Lake Albert

Ouganda

Rift

Tectonic

Stratigraphy

Geomorphology

Résumé

L'objectif de ce travail est (1) d'étudier les relations existant entre déformation, érosion et sédimentation et (2) de quantifier les bilans érosion – sédimentation dans un rift continental en domaine tropical : le rift Albert, localisé au nord de la branche ouest du Rift est-africain. Cette étude consiste en une triple analyse de la déformation, du remplissage sédimentaire (biochronostratigraphie, sédimentologie et stratigraphie séquentielle) et des formes du relief (géomorphologie) basée sur l'interprétation de données de subsurface et d'affleurement. Un modèle d'âge des sédiments a été obtenu en combinant données biostratigraphiques, corrélations séquentielles et courbes de variations des paléoprécipitations. L'analyse sédimentologique a permis de caractériser (1) la source des sédiments et (2) le milieu de sédimentation qui consiste en un lac pérenne profond (<100 m) alimenté par des dépôts de crues, sans cônes alluviaux significatifs. Couplée à l'analyse des formes du relief, cette étude sédimentologique permet reconstituer l'évolution du bassin et de sa déformation: (1) 55-45 Ma : formation de latérites correspondant à la Surface africaine; (2) 45-22 Ma : dégradation de la Surface africaine à la faveur d'un début de surrection du dôme est-africain et formation d'une pédiplaine dont le niveau de base est l'Océan atlantique; (3) 17-2.5 Ma : initiation du bassin du Lac Albert aux alentours de 17 Ma et création de niveaux de base locaux auquel s'adaptent trois pédiplaines correspondant chacune aux trois dépocentres (Lacs Albert, George et Edward) – la surrection du dôme est-africain se poursuit; (i) 17 à 6.2 Ma : stade bassin « flexural » (vitesse de subsidence : 150-200 m/Ma ; vitesse de sédimentation : 1,3 km3/Ma entre 17 et 12 Ma et 0,6 km3/Ma entre 12 et 6 Ma) – les dépôcentres (localisés au sud) sont peu contrôlés par des failles; (ii) 6.2 à 2.5 Ma : stade rift 1 (vitesse de subsidence : > 500 m/Ma jusqu'à 600-800 m/Ma; vitesse de sédimentation : 2,4 km3/Ma) – paroxysme d'activité du rift; (4) 2.5-0.4 Ma : surrection de la Ruwenzori et changement de type de système alluvial à l'incision d'un réseau de drainage - stade rift 2 (vitesse de subsidence : 450 à 250 m/Ma; vitesse de sédimentation : 1,5 km3/Ma); (5) 0.4-0 Ma : flexuration initiation de la dépression du Lac Victoria, inversion du réseau de drainage et création de l'escarpement. La mesure du bilan-érosion sédimentation montre des ordres de grandeur identiques, avec, entre 17 et 2,5 Ma, un excès de matériel érodé (22 000 km3) par rapport aux sédiments déposés (19 000 à 18 000 km3). De 16%, cette différence de volume peut s'expliquer par la forte érosion chimique qui prévaut durant cette période, laquelle est péjorée par la différence de nature des argiles entre le bassin versant (kaolinites) et le bassin (smectites dominante), la néoformation de smectites à partir de kaolinites requérant des apports d'éléments disponibles dans les solutions issues de l'altération chimique des roches.

The aim of this work is (1) to study the relationships existing between deformation, erosion and sedimentation and (2) to quantify the erosion-sedimentation budget in a continental rift: the Rift Albert located in Uganda, in the north of the Western Branch of the East African Rifts. This study consists in a triple analysis of the deformation, the sedimentary infilling (biochonostratigraphy, sedimentology and sequence stratigraphy) and the landforms (geomorphology) based on the interpretation of subsurface and surface data. An age model of the sedimentary infilling has been obtained by combination of biotratigraphic data, sequential correlations and paleoprecipitation variation curves. The sedimentological analysis led to the characterization (1) of the sediments source – most of the quartz grains coming from the erosion of a lateritic profile (with low transportation) – and (2) of the depositional environment which consist of perennial deep (<100 m) feeding by flood deposits, without evidences of alluvial fan. This sedimentological study, along with the analysis of landforms allow to reconstitute the evolution of the basin and of its deformation: (1) 55-45 Ma: formation of laterites corresponding to the African Surface during the very humid period of the Lower-Middle Eocene; (2) 45-22 Ma: stripping of the African Surface in response of the beginning of the East-African Dome uplift and formation of a pediplain connected to the Atlantic Ocean; (3) 17-2.5 Ma: Initiation of the Lake Albert Basin around 17 Ma and creation of local base levels (Lake Albert, Edward and George) on which three pediplains tend to adapt; (i) 18—16 to 6.2 Ma: "Flexural" stage (subsidence rate: 150-200 m/Ma; sedimentation rate 1.3 km3/Ma between 17 and 12 Ma and 0.6 km3/Ma from 12 to 6 Ma) – depocenters location poorly controlled by fault; (ii) 6.2 Ma to 2.5 Ma: Rift stage 1 (subsidence rate: > 500m/Ma up to 600-800 m/Ma; sedimentation rate: 2.4 km3/Ma) – Rifting climax; (4) 2.5-0.4 Ma: uplift of the Ruwenzori Mountains and shifting from an alluvial system to a network of bedrock river incision – Rift Stage 2 (subsidence rate: 450 to 250 m/Ma; sedimentation rate: 1.5 km3/Ma); (5) 0.4-0 Ma: long wavelength downwarping, initiation of the Lake Victoria trough, drainage network inversion and uplift of the present-day escarpment.The measurement of the erosion-sedimentation budget show the same order of magnitude with, between 17 and 2.5 Ma, an excess of eroded material (22 000 km3) compared to the sediment volume deposited in the basin (19 000 to 18 000 km3). This difference of volume of 16% can be explained by the high chemical erosion occurring during this period, which one is depreciated by the difference of mineralogy of the clays between the catchment (kaolinites) and the sedimentary basin (dominantly smectites), the neoformation of smectites from kaolinites needing the input of element available in the solution resulting from the chemical weathering of the substratum.