Etude géologique de l'île volcanique de Tahiti-Nui (Polynésie française) : évolution morphostructurale, géochimique et hydrologique

par Anthony Hildenbrand

Thèse de doctorat en Terre, océan, espace

Sous la direction de Pierre-Yves Gillot et de Christelle Marlin.

Soutenue en 2002

à Paris 11 .

mots clés

• Géologie -- Tahiti (Polynésie française ; île)
• Géochimie -- Tahiti (Polynésie française ; île)
• Hydrologie -- Tahiti (Polynésie française ; île)
• Morphotectonique -- Tahiti (Polynésie française ; île)

Résumé

L'évolution aérienne de l'île tropicale de Tahiti Nui débute par la construction d'un volcan bouclier primitif (taux éruptif moyen de 2 km3̂/ka). Dès les premiers stades d'édification, les magmas sont émis le long d'une rift zone principale E-W à N110. Il y a 870 ka, un changement de nature des laves vers des termes sous-saturés visqueux a engendré la déstabilisation des flancs Nord et Sud du bouclier par grands glissements de terrain. Les dépôts liés au glissement Nord s'étendent jusqu'à 50 km au Nord de Tahiti. Leur volume est estimé à 800 km ̂3. L'activité post-glissement s'est immédiatement concentré dans la dépression Nord, la comblant en moins de 100 kyr (taux éruptif minimum de 3 km3̂/ka). En revanche, l'activité ultérieure a été nettement moins productive (0,5 km3̂/ka sur la période 750-450 ka) et de plus en plus alcaline, traduisant une diminution continue du taux de fusion partielle au cours du temps, La fin de la construction majeure se marque par un événement ignimbritique différencié, lié à une ré-injection basique dans un réservoir superficiel en cours de refroidissement, il y a 502 ± 7 ka. L'érosion intense de la structure volcanique a été clairement guidée par l'existence des discontinuités géologiques, tandis que l'effet de la pluviométrie différentielle est à lui seul peu sensible. Le rift zone principale et la zone d'emboîtement entre les deux systèmes volcaniques ont concentré le creusement, influençant le développement polyphasé des vallées majeures, qui se caractérisent par la présence de brèches torrentielles et de coulées de vallées actuellement en inversion de relief. L'étude chimique et isotopique menée sur les eaux de pluie, eaux de rivières et eaux de sources de la partie Nord de Tahiti Nui indique une infiltration dominante en altitude, au niveau des coulées prismées tardives. Les dykes bordant l'éponte ouest du glissement Nord ont pour effet de connecter les écoulements souterrains, expliquant le caractère homogène des résurgences.

Titre traduit

Geological study of the volcanic island of Tahiti-Nui (French Polynesia) : morphostructural, geochemical and hydrological evolution

Résumé

The aerial evolution of Tahiti-Nui tropical Island begins with the construction of a primitive shield-volcano (mean eruptive rate about 2km3̂/ka). Since the early stages of edification, magmas have been concentrated through a main E-W to N110 rift zone. About 870 ka ago, a change in the nature of the lavas through under-saturated viscous terms is responsible for the destabilization of the northern and southern shield flanks by landslide processes. The deposits generated by the northern collapse extend up to 50 km to the North of Tahiti. Their volume is estimated around 800 km3̂. The post-collapse activity has been suddenly concentrated within the northern depression, burying it in less than 100 kyr (minimum eruptive rate of 3 km3̂/ka). However, the later activity has been less and less productive (0. 5 km3̂/ka on the period 750 ka -450 ka) and more and more alkaline, indicating a continuous decrease through time in the rate of partial melting. The end of the shield-building stage is marked by a differentiated ignimbritic event, triggered by a basic re-injection of magma in a shallow reservoir, 502±7 ka ago. The intense erosion of the volcanic structure has been clearly influenced by the existence of the geological discontinuities, whereas the effect of the differential pluviometry is not so sensitive. The intrusions of the rift-zone and the contact between the two nested volcanic structures have conditioned the dissection, yielding polyphased development of the major valleys, which are characterized by the presence of torrential brecciated units and valley-filling flows presently topographically inverted. The chemical and isotopic study of rainfall, springs and river water from the northern half of Tahiti-Nui indicates a main infiltration at great altitudes, at the level of the late columnar volcanic flows. The dykes from the western rim of the northern depression then connect the underground circulations, as evidenced by the homogeneous character of the springs.