Magmatisme, héritage et déformation autour de l’archipel des Comores, dans le bassin de Somalie. Implications géodynamiques

Magmatism, inhéritance and deformation around the Comoros archipelago, in Somali basin. Geodynamics implications

• Auteur / Autrice : Charles Masquelet
• Direction : Sylvie Leroy, Daniel Sauter, Nicolas Chamot-Rooke, Isabelle Thinon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance le 08/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Elia d' Acremont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elodie Lebas, Laurent Michon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Déverchère, Gaye Bayrakci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stratigraphie

Imagerie sismique

Géodynamique

Méthode sismique-réflexion

Magmatisme

Mayotte

Comores

Sismologie

Mots clés libres

Archipel des Comores

Bassin de Somalie

Structures profondes

Magmatisme

Sismique réflexion

Magnétisme

Comoros Archipelago

Somalia Basin

Deep structures

Magmatism

Seismic reflection

Magnetism

Résumé

L’archipel des Comores, situé entre Madagascar et le Mozambique, est le siège d’une activité sismique régionale importante. L’île volcanique de Mayotte a notamment subi, en 2018, une crise sismo-volcanique majeure liée à la construction d’un nouvel édifice volcanique sous-marin, Fani Maoré, à 50 km de ses côtes. Diverses hypothèses ont été émises pour expliquer aussi bien l’origine de l’archipel que son évolution récente. Or, tant l’âge de la mise en place des iles de l’archipel que la nature de la croute dans le bassin des Comores sont mal contraints ; ce qui s’explique essentiellement par un manque de données. L’objectif de cette thèse est de replacer l’activité sismo-volcanique récente dans le contexte géodynamique régional et notamment de déterminer l’évolution volcano-tectonique de l’archipel des Comores. Nous avons utilisé les données géophysiques principalement acquises lors de la campagne océanographique SISMAORE (2020-2021), afin d’imager et de décrire l’architecture des domaines sédimentaires, volcaniques et crustales autour de l’archipel des Comores à l’échelle locale et régionale. L’étude du profil de sismique reflexion passant au-dessus du nouvel édifice volcanique Fani Maoré, a permis d’imager la structure interne du volcan et de retrouver une paléo surface pré-éruptive en identifiant le matériel magmatique récent. Nous avons identifié la présence d’une couche volcanique épaisse, correspondant au pied de l’édifice volcanique de l’île de Mayotte reposant sur une couche sédimentaire de 2.5 km. Une stratigraphie sismique cohérente du bassin des Comores a été réalisée afin d’apporter des contraintes en âges sur les évènements volcaniques de la zone en utilisant les rares données de puits dans le bassin des Comores et le bassin de Morondava. Cette stratigraphie sismique a permis de contraindre l’âge du début de construction de l’île de Mayotte à 28 Ma, ce qui révise considérablement les datations faites à terre, datant l’île à 10 Ma. Dans une seconde partie, nous avons observé et identifié, grâce à l’analyse de l’ensemble des profils de sismique réflexion acquis durant la campagne SISMAORE, les différentes phases volcaniques de construction des îles de l’archipel des Comores. Ainsi, nous avons caractérisé au moins 3 phases de construction majeures de l’île volcanique de Mayotte datées à 28, 22, et 9 Ma, grâce à la stratigraphie sismique. De même, nous avons identifié et daté le début de la phase principale de construction des îles de Mohéli (9Ma), Anjouan (4Ma) et Grande Comore (2 Ma) ainsi que du banc de Geyser et Zélée (32 Ma) et des rides volcaniques des Jumelles (4Ma). Le démarrage du volcanisme est donc de plus en plus récent en allant de l’extrémité Est vers l’Ouest de l’archipel. Cette séquence chronologique du début du volcanisme présente plusieurs similarités avec l’évolution temporelle du magmatisme à Madagascar et dans le Rift Est Africain. L'activité magmatique a débuté à l'Oligocène supérieur, suivie d'une période de quiescence au Miocène moyen, puis a repris à la fin du Miocène, coïncidant avec la déformation généralisée le long du Rift Est Africain, y compris ses branches offshores et Madagascar. L’archipel des Comores pourrait ainsi correspondre à une branche du Rift Est Africain initiée dès le début du Miocène. Enfin dans une troisième partie, nous montrons que la croûte autour des Comores est de nature océanique grâce à l’étude des profils de sismiques réflexion et réfraction. La cartographie de la profondeur du toit de la croûte océanique montre un domaine crustal plus profond au Sud de l’archipel qu’au Nord. En corrélant la cartographie de zones de fractures, la direction moyenne des îles de l’archipel des Comores et la présence de réactivation crustale impliquant du volcanisme, nous suggérons que les anciennes zones de fractures dans la direction d’accrétion du bassin de Somalie ont contrôlés, au moins en partie, la mise en place de l’archipel des Comores.

The Comoros archipelago, located between Madagascar and Mozambique, experiences significant regional seismic activity. The volcanic island of Mayotte, underwent a major seismic-volcanic crisis in 2018, related to the formation of a new submarine volcanic structure, Fani Maoré, 50 km off its coast. Various hypotheses have been proposed to explain both the origin of the archipelago and its recent evolution. However, both the age of the formation of the archipelago's islands and the nature of the crust in the Comoros basin are poorly constrained, largely due to a lack of data. The objective of this thesis is to place recent seismic-volcanic activity in the context of regional geodynamics and, in particular, to determine the volcano-tectonic evolution of the Comoros archipelago. Geophysical data, mainly acquired during the SISMAORE oceanographic cruise (2020-2021), were used to image and describe the architecture of sedimentary, volcanic, sequences and crustal domains around the Comoros archipelago at both local and regional scales. The interpretation of the reflection seismic profiles over the new volcanic structure, Fani Maoré, allowed for imaging the internal structure of the volcano and identifying pre-eruptive paleosurfaces by identifying recent magmatic materials. A consistent seismic stratigraphy of the Comoros basin was established to provide age constraints on volcanic events in the area using the limited well data available in the Comoros basin and the Morondava basin. This seismic stratigraphy revealed that the construction of Mayotte Island began around 28 million years ago, significantly revising previous land-based dating of 10 million years. In the second part, through the analysis of all reflection seismic profiles acquired during the SISMAORE cruise, the different volcanic construction phases of the Comoros archipelago's islands were observed and constrained in age, based on the seismic stratigraphy. At least three major construction phases of Mayotte Island were characterized 28, 22, and 9 million years ago. Similarly, the beginning of the main construction phase for Mohéli (9 million years ago), Anjouan (4 million years ago), Grande Comore (2 million years ago), as well as the Geyser and Zélée Bank (32 million years ago) and the volcanic ridges of the Jumelles (4 million years ago) were identified. The onset of volcanic activity becomes progressively more recent from the easternmost to the westernmost end of the archipelago. This chronological sequence of volcanic activity shares several similarities with the temporal evolution of magmatism in Madagascar and the East African Rift. Magmatic activity began in the Upper Oligocene, followed by a period of quiescence in the Middle Miocene, and then resumed at the end of the Miocene, coinciding with widespread deformation along the East African Rift, including its offshore branches and Madagascar. Thus, the Comoros archipelago may correspond to a branch of the East African Rift initiated as early as the beginning of the Miocene. Finally, in the third part, it is demonstrated that the crust around the Comoros is of an oceanic nature through the study of reflection and refraction seismic profiles. Mapping the depth of the top of the oceanic crust reveals a deeper crustal domain south of the archipelago compared to the north. By correlating fracture zone mapping, the average direction of the Comoros archipelago's islands, and the presence of crustal reactivation involving volcanism, it is suggested that ancient fracture zones in the direction of Somalian basin accretion have at least partially controlled the formation of the Comoros archipelago.