Nature de la lithosphère océanique à travers les zones de fractures équatoriales dans l'océan Atlantique

Nature of Oceanic Lithosphere across the Equatorial fracture Zones in the Atlantic Ocean

• Auteur / Autrice : Fares Mehouachi
• Direction : Satish C. Singh
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l’environnement
• Date : Soutenance le 21/06/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR-Institut de physique du globe de Paris (2005-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Claude Jaupart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Satish C. Singh, Claude Jaupart, Jennifer Collier, Daniel Lizarralde, Catherine A. Rychert, Jean-Paul Montagner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jennifer Collier, Daniel Lizarralde

Mots clés

Mots clés contrôlés

Médio-atlantique, Dorsale

Tectonique

Terre -- Manteau supérieur

Lithosphère

Traitement du signal

Imagerie sismique

Géophysique

Mots clés libres

Rehaussement du signal

Sismique profonde

LAB

Signal enhancement

Deep seismic

LAB

Résumé

La frontière de séparation entre la lithosphère rigide et l'asthénosphère ductile est un concept fondamental dans la théorie de la tectonique des plaques. Néanmoins l'observation géophysique d'une telle frontière reste un sujet de débat malgré l'avancée importante des méthodes d'imagerie géophysiques. Les études tomographiques des ondes de surface montrent une transition progressive entre la lithosphère et l'asthénosphère associée à une zone de faible vitesse de cisaillement, alors que les images obtenues à l'aide des ''fonctions récepteurs'' montrent une frontière nette associée à une polarité négative typique d'une diminution de la vitesse des ondes sismiques. La nature et la profondeur de la frontière lithosphère-asthénosphère restent mal connues. Pour remédier à cette situation, le projet ILAB (Imaging the Lithosphere Asthenosphere Boundary) utilise la méthode de la réflexion sismique pour localiser et étudier l'évolution de la frontière lithosphère-asthénosphère dans la zone des fractures équatoriales : Chain, Romanche et St. Paul, dans l'océan Atlantique. Deux résultats majeurs sont reportés: D'abord dans la région de la fracture de St. Paul (200 km), un système de deux réflecteurs profonds définit potentiellement la transition entre la lithosphère et l'asthénosphère. Ensuite dans la région de la dorsale Atlantique (500 km) une réflexion continue et plus profonde que le croûte océanique pourrait correspondre à la base de la lithosphère. Les méthodes et les procédures qui ont abouti à ces résultats sont présentées dans cette thèse ainsi qu'une nouvelle perspective sur l'origine de la frontière qui sépare la lithosphère et l'asthénosphère.

LAB channel has a low viscosity that would allow the mechanical decoupling between the lithosphere and the asthenosphere, yet the LAB would require a large amount of volatiles, mainly water, to preserve its sub-solidus melt content (1.4%). The total amount of water trapped inside the LAB channel is very large (>> 100 ppm), yet it is surprisingly age independent despite the depth and thickness variation which suggests that a horizontal flux of volatiles originating probably from the ridge is feeding the LAB with its water content that gets focused and preserved inside the thinning LAB channel. The LAB is also potentially imaged across the Mid Atlantic Ridge (MAR) area, near the Chain transform fault using a state of the art imaging method, named as the Offset Continuation Dip Move-Out (OC-DMO), developed specifically to handle dipping structure in low SNR (Signal to Noise Ratio) environments. Plate boundaries and particularly Transform Faults (TF) are a unique setting in which the three-dimensional temperature profile could greatly affect the depth and the location of the LAB. A relatively shallow single reflector is reported underneath the MAR which deepens on both sides of the Ridge within an age range from 0 to 6 Myr but seems to flatten in the area closest to the Chain TF at ~20 km depth from the sea-surface at an age ranging from 6 to 18 Myr. This flattening stops around the edge of the TF and a rapid increase of depth is observed from ~20 km at 18 Myr to ~45 km at 22 Myr. The flattening cannot be explained by the thermal effect induced by the TF, which suggests the presence of different mechanism at play and potentially a lithospheric age anomaly. This age anomaly hypothesis is further confirmed by the lack of seafloor subsidence in the same area where the flattening is occurring. The lithosphere around the MAR near the Chain TF cannot be considered as a normal oceanic lithosphere, yet seems to confirm the correlation between the depth variation of the upper bound of the LAB and the lithospheric age, already observed in the St. Paul area.