Etude multi-échelle de la plaque africaine par analyse des données gravimétriques et gradiométriques de la mission GOCE

Multi-scale study od the african plate using goce gravity and gradiometric data

• Auteur / Autrice : Aurélie Peyrefitte
• Direction : Michel Diament, Guillaume Martelet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Afrique

Croûte continentale

Lithosphère

Inversion (géophysique)

Modélisation tridimensionnelle

Gravimétrie (géophysique)

Résumé

La mission spatiale GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) de l'European Space Agency (ESA) a cartographié avec une précision jamais atteinte à l'échelle globale le champ de pesanteur terrestre. De plus, GOCE fournit pour la lé' fois les mesures des composantes du tenseur de gravité à l'échelle globale. Du fait de l'atténuation du signal gradiométrique, ce nouveau jeu de donnée est plus sensible aux sources superficielles que les anomalies gravimétriques classiques. L'information directionnelle contenue dans ces données permet aussi une meilleure caractérisation de la géométrie des sources qui les engendrent. La comparaison de modèles de champs construits à l'issue des dix-huit premiers mois de la mission et de modèles préexistants montre des différences principalement localisées au niveau de l'Himalaya et sur l'Afrique. Le continent africain est une des zones du monde les moins bien comprises tant d'un point de vue géologique que géodynamique. Ceci est lié au peu de jeux de données géophysiques disponibles sur l'ensemble du continent et à la diversité de la géologie africaine. Nous présentons dans ce travail une étude multi-échelle de la plaque africaine basée sur la complémentarité des deux types de données fournies par la mission GOCE et sur l'utilisation conjointe des modèles 3D en densité principalement issues de la sismologie : CRUST2. 0 et The Global Digital Map of Sediment Thickness. Dans un premier temps, nous avons isolé la réponse gravimétrique du manteau africain en comparant le modèle de champ de pesanteur GOCE avec l'effet gravimétrique engendré par un modèle 3D en densité de ‘a croûte africaine à l'échelle continentale. Dans un deuxième temps, sur une zone plus restreinte, nous avons étudié la contribution des données gradiométriques pour l'amélioration de la caractérisation régionale de grands domaines géologiques. Pour cela, nous avons calculé les réponses gravimétriques et gradiométriques engendrées par un modèle 3D en densité d'une partie de l'Afrique centrée sur le Congo et montrons par inversion des données gravimétriques et/ou gradiométriques que la profondeur du bassin du Congo est sur-estimée dans notre modèle 3D initial. Les différents calculs d'inversion réalisés témoignent de la complémentarité des données gravimétriques et gadiométriques et attestent du gain d'information qu'apporte leur utilisation conjointe.

The GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) satellite mission, of the European Space Agency (ESA) is mapping the global Earth' s gravity field with unprecedented detail. Furthermore, for the l' time, GOCE provides the measurements of the gravity tensor components at the global scale. Due to the attenuation of the gradiometric signal, this new type of data should be more sensitive to shallow structures than usual gravity anomaly data. And because of their directionality, gravity gradients shall provide better constraints on the geometry of the sources. First comparison between a gravity field model derived from eighteen months of GOCE data and previous models displays significant differences, particularly in Africa and the Himalayas. The african continent is one of the less understood areas of the Earth at the regional scale as in geological and geodynamical term. This is due to the paucity of geophysical datasets on the continent as well as to the complexity of the African geology. We present a multi-scale study of the african plate based on the complementarity of the two kinds of GOCE data and the join used of two 3D density model mainly based on sieismology: CRUST 2. 0 and The Global Digital Map of Sediment thickness. In the first part, we isolate the gravity response of the african mantle by comparing the GOCE gravity field model and the gravity effect of a 3D density model of the african crust at continental scale. In the second part, on a doser scale, we investigate the contribution of the gravity tensor components for the knowledge and the characterization of regional geological domains For that, we computec the forward gravity and gradiometric responses caused by a 3D density crustal model of a part of africa centered on the Congo and shown by inversion of the gravity field and/or gravity tensor components that the depth of the Congo basin is over-estimated in our initial 3D model. All the inversion calculations performed demonstrate the complementarity of gravity and gradiometric data and attest to the information gain brought by their joint use.