Processus de déformation lors de la rupture latérale d’un slab : apports de la modélisation analogique et perspectives pour la tectonique méditerranéenne

Deformation processes of lateral slab tearing : contributions from analogue modelling and perspectives for the Mediterranean tectonics

• Auteur / Autrice : Carlos Fernández-García
• Direction : Benjamin Guillaume, Jean-Pierre Brun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tectonique

Marges continentales

Topographie

Subduction

Mots clés libres

Subduction

Rupture d’un slab

Marge passive

Topographie

Modélisation analogique

Subduction

Slab breakoff

Passive margin

Topograph

Analogue modelling

Résumé

La rupture du panneau plongeant ou « slab breakoff » est un processus géodynamique proposé pour expliquer les observations géologiques et géophysiques telles que l’exhumation de roches métamorphiques, le magmatisme des zones de subduction ou le soulèvement régional. Ce travail de thèse présente ainsi la caractérisation en quatre dimensions (4D) de la rupture du slab à travers des expérimentations de modélisation analogique. Différentes configurations de plaques subduite et de transition océan-continent (TOC) ont été testées via une centaine d’expériences. Lorsque la TOC est parallèle à la fosse de subduction, la rupture du slab se produit à 250-280 km de profondeur, tandis que dans le cas contraire, cette rupture est réalisée sur une gamme plus large de profondeurs, de 160 à 345 km. La rupture se produit également à des temps différents, en fonction de la géométrie initiale de la zone de subduction ; elle est presque instantanée lorsque la TOC est parallèle à la fosse, et se produit entre 8.6 et 10.6 Ma après le démarrage de la subduction continentale pour les autres géométries. L’impact de la rupture du slab sur la subduction le long de basins océaniques bordés de failles STEP et de TOC a également été étudié. Ainsi, lorsqu’il se produit un découplage de l’interface de subduction (présence de failles STEP), une augmentation significative du retrait de la fosse est visible dans les modèles présentant un couloir océanique important. Les expériences ont permis de déterminer que l’évolution du signal topographique lors de la rupture du slab est dépendante de l’éduction de la lithosphère continentale, de l’ajustement isostatique graduel pendant la rupture du slab ainsi que la remontée du manteau. Lorsqu’il n’y a pas de subduction continentale ou de rupture du slab, aucune variation topographique n’est visible en surface. Enfin, dans le cas d’une subduction le long de bassins océaniques, la vitesse de la fosse devient quasi-nulle lorsque le matériel continental moins dense commence à subducter, mettant en évidence des processus de déformation du manteau. Les résultats obtenus sont mis en perspective et discutés vis-à-vis des cas naturels, et plus particulièrement concernant la géodynamique de la méditerranée occidentale.

Slab breakoff is a tectonic model that has been proposed to explain geological and geophysical observations such as: exhumation of metamorphic rocks, magmatism or regional uplift. This manuscript presents the results from four-dimensional (4D, space and time) analogue experiments of slab breakoff. Different configurations for the subducting plate and the orientation of the oceanic-continental transition (OCT) have been tested over a hundred of experiments. In scenarios where the OCT is parallel to the trench, breakoff occurs between 250-280 km depth, while in opposite scenarios, it occurs on a larger range from 160 to 345 km. The timing of breakoff may also vary accordingly to the initial geometry of the subduction zone: from almost instantaneous when the OCT is parallel to the trench, to 8.6-10.6 Ma after onset of continental subduction for other geometries. I investigated the impact of slab breakoff on subduction along oceanic basins bounded by STEP faults and OCT has also been investigated. When the interface is weak (STEP faults scenario) there is a significant increase in the trench retreat in the model that presents a long oceanic corridor. According to the experiments, the evolution of the topographic signal during breakoff is determined by eduction of continental lithosphere, gradual isostatic adjustments during breakoff, and mantle upwelling. With no breakoff or continental subduction, no topographic variations are seen at the surface. Finally, in the models related to subduction along oceanic basins, the trench retreat velocity becomes almost null when the continental positively buoyant material subducts along the embayment margins, highliting mantle deformation processes. I discussed the possible implications of these results for natural subduction zones, in particular for the Western Mediterranean.