Géodynamique des grands systèmes transformants : exemples de la dorsale Sud-Est indienne

Geodynamics of large transform systems : Examples of the Southeast Indian Ridge

• Auteur / Autrice : Rim Jbara
• Direction : Georges Ceuleneer, Anne Briais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et des Planètes Solides
• Date : Soutenance le 08/11/2022
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Environnement Toulouse (2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Chavagnac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Sauter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Leroy, Walter Roest, Jean-Yves Royer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géodynamique

Dorsales océaniques -- Indien, Océan

Failles transformantes

Mots clés libres

Géodynamique

Faille transformante

Dorsale Sud-Est indienne

Ouvement des plaques Australie-Antarctique

Volcan hors-axe

Massif tectonique

Geodynamics

Transform faults

Southeast Indien Ridge

Autralia-Antarctic plate motion

Off-axis volcanism

Push-up massif

Résumé

Les failles transformantes (TF) sont des limites de plaques lithosphériques majeures présentant un mouvement latéral. Associées à leurs traces hors axe, les zones de fracture, elles constituent une archive naturelle du changement de mouvement des plaques. L'étude des grands systèmes transformant est un excellent outil pour étudier l'évolution des bassins océaniques. Dans cette thèse, une approche synoptique est développée en utilisant différents jeux de données géophysiques pour étudier les grandes failles transformantes et les zones de fracture qui traversent l'Océan Austral entre 139°E et 155°E et décalent la dorsale Sud-Est Indienne. La première zone d'étude se concentre sur la TF George V (139°E). Une étude morphologique et géophysique détaillée est réalisée à partir de données bathymétriques à haute résolution et de réflectivité acquises lors de la campagne STORM, et de l'analyse des anomalies gravimétriques et de la sismicité. La faille présente une structure et une histoire complexes. Il s'agit d'une faille multiple qui a récemment évolué de deux à cinq segments transformant avec quatre segments intra-transformant (ITRS). L'ITRS1, le plus à l'ouest est apparu à 6 Ma suite à un changement dans le sens horaire du mouvement relatif entre l'Australie et l'Antarctique. L'ITRS3 s'est probablement formé vers 11 Ma en raison d'un petit changement dans le mouvement des plaques. La TF la plus à l'Est (TF E) semble résulter de la conversion d'un grand centre ''Overlapping Spreading Center'', se propageant vers l'ouest, en une faille transformante stable, il y a environ 10 Ma. L'analyse de la morphologie et des anomalies de Bouguer réduites au manteau révèle que l'alimentation en magma des ITRS diminue d'ouest en est. L'ITRS1 présente une topographie peu profonde et montre une interaction complexe entre les processus tectoniques et volcaniques. Depuis 6 Ma, il s'est propagé vers l'ouest, induisant la segmentation de la faille transformante TF A, formant une zone de transpression et entraînant la formation d'un massif de 2000 m de haut. Les ITRS1 et 2 présentent également des rides volcaniques obliques où des basaltes picritiques frais ont été échantillonnés. J'interprète ces observations comme impliquant une extension régionale de la plaque australienne dans le système George V TF, qui pourrait avoir favorisé la remontée du manteau et l'extraction du magma dans la TF. Plus à l'est de la TF George V, j'ai étudié l'évolution de la TF Tasman qui présente une faille multiple. Les zones de fracture associées s'étendent dans l'océan Austral jusqu'aux marges continentales. Je suggère que cette segmentation est héritée du changement du mouvement des plaques pendant la rupture continentale entre l'Australie et l'Antarctique. Les segments de faille de la TF Tasman sont associés à différentes structures tectoniques résultant de contraintes locales et régionales. Une ride transverse s'est formée le long de l'un des segments de faille (Tasman TF D) il y a environ 6 Ma. Le long du segment ouest, j'observe un massif de forme similaire à celui formé le long de la George V. J'en déduis un mécanisme similaire à celui responsable de la formation du massif de Tasman. Une autre particularité de la TF Tasman, est la formation de la microplaque Macquarie vers 6 Ma. Je compare l'orientation des FZ et les lignes de flux synthétiques en utilisant les pôles de rotation de Macquarie-Antarctique. Les résultats obtenus révèlent que les trois ITRS a l'Est appartiennent à la limite de la plaque Macquarie-Antarctique. Mes résultats montrent que ces TF ne sont pas privées de magma comme de nombreux segments de dorsales médio-océaniques proches de grandes failles transformantes. En outre, une similitude remarquable entre les deux systèmes de TF est que les ITRS deviennent moins profonds d'est en ouest. Ces observations peuvent être liées à une anomalie du manteau à l'est SEIR, et leur comportement suggère un flux asthénosphérique vers l'ouest.

Transform Faults (TFs) are major tectonic features which accommodate lateral motion between tectonic plates. Associated to their off-axis traces, the fracture zones, they constitute a natural archive of the change in plate motion. Thus, investigating large transform systems is a great tool to study the evolution of oceanic basins. In this thesis, a synoptic approach is developed using different geophysical datasets to investigate large transform faults and fracture zones that span the Southern Ocean between 139°E and 155°E along the Southeast Indian Ridge. The first case study focuses on the right-stepping George V TF (139°E). A detailed morphological and geophysical study is carried out based on high-resolution bathymetric and backscatter data acquired during STORM cruise (South Tasmania Ocean Ridge and Mantle), and gravity anomaly and seismicity analyses. The fault exhibits a complex structure and history. It is a multiple TF which evolved recently from two into five transform segments with four intra-transform ridge segments (ITRS). The westernmost ITRS1 appeared at 6 Ma as a response to a clockwise change in the relative motion between Australia and Antarctica. The ITRS3 likely formed around 11 Ma due to a small change in plate motion. The easternmost TF (TF E) appears to result from the conversion of a large, westward propagating overlapping spreading center into a stable transform fault, about 10 My ago. Analysis of the morphology and mantle Bouguer anomalies reveal that the magma supply to the ITRSs decreases from west to east. The ITRS1 displays a shallow topography and shows a complex interaction between the tectonic processes and magma supply. Since 6Ma, it has propagated to the west, inducing the segmentation along the transform fault, forming a restraining stepover. This resulted in the uplift of a 2000 m-high push-up massif. ITRS1 and 2 also display oblique volcanic ridges where fresh picritic basalts have been dredged. I interpret these observations to imply a regional extension in the Australian plate in the George V TF system, which might have favored the upwelling of mantle under and the magma extraction in the TF. Further east of the George V TF, I investigated the evolution of the Tasman TF which exhibits multi-fault segments. The associated fracture zones span the Southern Ocean to the continental margins. I suggest that this segmentation is inherited from the early change in plate motion during the breakup between Australia and Antarctica. The Tasman fault segments are associated with different tectonic structures resulting from local and regional stress. A transverse ridge is formed along one of the fault segments (Tasman TF D) around 6 Ma ago. Along the western segment, I observe a massif similar in shape to the one formed along the George V. I infer a similar mechanism responsible for the formation of the Tasman massif. Another particularity of the Tasman TF, is the formation of the Macquarie micro-plate around 6 Ma. I compare FZs trend and the synthetic flowlines using the Macquarie Antarctic rotation poles. The obtained results reveal that the three eastern ITRSs belong to the Macquarie-Antarctic plate boundary. My results show that those TFs are not magma starved like many mid-ocean ridge segments close to large transform faults. Besides that, a remarkable similarity between both TF systems is that the ITRSs become shallower from east to west. . These observations may be related to a mantle anomaly beneath the easternmost SEIR, and their behavior suggests a flow of the asthenosphere to the west.