Cycles sédimentaires dans le système turbiditique du Congo : nature et origine

par Marie Picot

Thèse de doctorat en Sédimentologie Marine

Sous la direction de Laurence Droz et de Tania Marsset.

Soutenue le 27-10-2015

à Brest , dans le cadre de École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère) , en partenariat avec Domaines océaniques (Plouzané, Finistère) (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Déverchère.

Le jury était composé de Laurence Droz, Jacques Déverchère, Michel Lopez, Cécile Robin, Nathalie Babonneau, Sébastien Migeon.

Les rapporteurs étaient Michel Lopez, Cécile Robin.


  • Résumé

    Les systèmes turbiditiques forment de grands édifices sédimentaires sous-marins situés au large des fleuves en pied de pente continentale et constituent les dépôts terrigènes les plus distaux d’un système fluviatile. Leur structure interne, définie comme un empilement de systèmes chenal-levées, montre des changements architecturaux au cours du temps dont les forçages sont encore mal connus, et le rôle respectif des facteurs de contrôle interne (lié au fonctionnement propre du système) ou externe (climat, variations du niveau marin, tectonique) reste sujet à débats. Afin de mieux comprendre le rôle de ces facteurs de contrôle, une étude détaillée de l’architecture du système Congo a été réalisée. Cette étude a été menée dans le cadre du projet de recherche Reprezaï (Ifremer/IUEM, depuis 2006), faisant suite aux projets Guiness et ZaïAngo (Ifremer/Total, 1992-2003), projets au cours desquels de nombreuses campagnes en mer ont permis l'acquisition d’une importante base de données géophysiques et géologiques. Une analyse quantitative de différents paramètres architecturaux des chenaux (longueur totale, longueur construite après avulsion, entre autres) de l’Edifice Axial du Congo (derniers 200 ka) révèle des cycles sédimentaires de progradation et rétrogradation des dépôt-centres, les plus grandes rétrogradations correspondant à des avulsions situées très en amont dans l’édifice turbiditique. Les dépôts-centres identifiés à la terminaison des chenaux correspondent à des complexes de lobes (selon la nomenclature de Prélat et al., 2009) relativement allongés dont les volumes (de 3 à 196 km3) varient considérablement dans le temps et l'espace sans pour autant montrer de cycles de variation comme pour les autres paramètres. Le volume cumulé de ces complexes de lobes reconnus représente jusqu'à 31% du volume de l’Edifice Axial. L’étude multiproxies (datations 14C, δ18O, mesures XRF, Carbone Organique Total, …) de carottes prélevées sur les chenaux les plus progradants et les plus rétrogradants, a fourni un cadre chronologique permettant de caler temporellement ces cycles sédimentaires. L’évolution temporelle des paramètres architecturaux a été comparée avec les variations des signaux paléoenvironnementaux et paléoclimatiques (pollens, COT, mesures XRF et MSCL, argiles…) enregistrés par une carotte de référence située en domaine hémipélagique et contemporaine de la construction de l’Edifice Axial. Les résultats mettent en évidence un lien étroit entre l’évolution architecturale de l’édifice turbiditique et les décharges fluviatiles du Congo. Ces dernières, mais aussi l’extension du couvert végétal sur le bassin versant, contrôlent le rapport sable/argile et donc, en partie, la capacité de transport des courants turbiditiques. Ces deux facteurs dépendent des précipitations liées aux variations d’intensité de la mousson en relation avec les cycles de précession (19-23 ka, Milankovitch). Un scénario de mise en place des systèmes chenal-levées et lobes de l’Edifice Axial en fonction des variations climatiques arides/humides sur le bassin versant a ainsi pu être proposé grâce à de bonnes contraintes stratigraphiques pour les derniers 40 ka. En période aride, les courants turbiditiques, peu fréquents et avec un fort rapport sable/argile qui diminue leur capacité de transport, sont propices à l'aggradation des chenaux, engendrant des conditions favorables pour la création ultérieure d’avulsions en amont. En période de transition aride/humide, lorsque le couvert végétal est encore peu développé, la décharge fluviatile accompagnée d’une charge solide importante augmente le volume des courants turbiditiques, favorisant les avulsions en amont du système. Enfin, les périodes humides, caractérisées par un débit liquide fort associé à une charge solide essentiellement argileuse qui décroît au fur et à mesure que le couvert végétal s’étend, génèrent des courants de turbidité dont la capacité de transport diminue au cours du temps […]

  • Titre traduit

    Sedimentary cycle in the turbidíte system of Congo : nature and origin


  • Résumé

    Turbidite systems are huge submarine sedimentary fans located off rivers, at the foot of the continental slope. They constitute the most distal terrigeneous deposits of a fluvial system. Their internal structure, defined as a stacking of channel-levee systems, show architectural changes through time. Forcing factors of these architectural changesare still poorly understood, and the respective role of internal (related to the own functioning of the system) or external forcing factors (climate, seal-level variations, tectonics) remains debated. To better understand the role of these controlling factors, a detailed study of the Congo system architecture was carried out. This study was conducted as part of the Reprezaï research project (Ifremer/IUEM, since 2006), following the Guiness and ZaïAngo projects (Ifremer/Total, 1992-2003), during which many oceanographic surveys allowed acquiring an important geophysical and geological data base. A quantitative analysis of different architectural parameters from the channels (e.g. total length, length built after avulsion,…) of the Congo Axial Fan (last 200 ka) reveals progradational-retrogradational sedimentary cycles of the depocenters, the highest retrogradations corresponding to avulsions located very upfan. Depocenters identified at the termination of the channels correspond to relatively elongated lobe complexes (according to the nomenclature of Prélat et al., 2009) with greatly variable volumes (from 3 to 196 km3) both in time and space, without any cyclicity like that identified by other parameters. The cumulative volume of these lobe complexes represents up to 31% of the Axial Fan volume. The multiproxies study (14C dating, δ18O, XRF measurements, Total Organic Carbon…) of cores sampled on the most prograding and retrograding channels provided a chronological framework to these sedimentary cycles. The temporal evolution of the architectural parameters was compared with changes in paleoenvironmental and paleoclimatic signals (pollens, TOC, XRF and MSCL measurements, clay mineralogy,…) recorded in the sediments of a reference core deposited simultaneously to the Axial Fan, but located outside the turbidite flows. Results highlight a strong link between the architectural evolution of the turbidite system and the Congo River discharge. These, as well as the expansion of the vegetation cover in the catchment area, control the sand/clay ratio and thus, at least partly, the transport capacity of turbidity currents that build the channel-levee systems. Both factors depend on rainfall related to the monsoon intensity variations in relation with precession (19-23 ka Milankovitch). A scenario for the deposition of channel-levee systems and lobes of the Axial Fan in link with arid/humid climate variations in the catchment area has been proposed thanks to good stratigraphic constraints for the last 40 ka. During arid periods, turbidity currents are infrequent and present a high sand/clay ratio which decreases their transport capacity. These turbidity currents are suitable to channel aggradation, generating favorable conditions for the subsequent creation of upfan avulsion. During periods of transition of arid to humid conditions, when the canopy is still underdeveloped, fluvial discharge and significant sediment load increases result in an increase of the turbidity currents volume, which favors upfan avulsions. Finally, during humid periods, Congo discharge is characterized by a strong liquid flow and a mainly clayey solid discharge which decreases gradually as the canopy extends. These conditions generate turbidity currents with decreasing transport capacity through time. However the transport capacity of these currents remains sufficient to reach distal portions of the systems and favor channels progradation. This climatic factor seems therefore to regularly disrupt the more perennial internal control which is also highlighted by the Congo Axial Fan architecture.


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