Cette étude doctorale a consisté à décrire la dynamique géochimique de deux pockmarks à hydrates de gaz de la marge africaine en considérant deux approches différentes. La première zone d’étude, appelée Preowei, est située au large du Nigéria. Elle est caractérisée par un grand nombre de pockmarks de tailles différentes, plus ou moins proche les uns des autres. Les analyses géochimiques des échantillons de fluides interstitiels, combinées aux données géophysiques (séismiques) ont permis de mieux comprendre le schéma de migration des hydrocarbures pour un ensemble composé de quatre pockmarks très rapprochés. L’utilisation de ces données géochimiques dans un modèle de transport- réaction a conduit à une datation de plusieurs séquences de libération de gaz au sein de ces structures. Un schéma conceptuel décrivant les processus de formation et d’évolution temporelle des pockmarks a été proposé pour synthétiser les conclusions obtenues. Finalement, cette étude a montré que l’ensemble des pockmarks étudiés sont actifs depuis 2700 ans, qu’ils sont en phase de formation d’hydrates pour certains, et de carbonates pour d’autres. La deuxième structure étudiée est le pockmark Regab. Il est situé au large du Gabon, au nord du canyon sous-marin alimenté par le fleuve Congo. Il est caractérisé par la présence d’hydrates affleurant et une faune abondante et très variée sur toute sa surface. L’originalité de ce travail a été d’étudier la distribution de la mégafaune présente sur ce pockmark en fonction de la nature des fluides qui migrent dans le sédiment superficiel, et qui est libérés dans la colonne d’eau. Une attention particulière a été portée au méthane car c’est un élément central dans le cycle énergétique des microorganismes qui vivent en symbiose avec cette mégafaune. Trois nouveaux habitats ont été étudiés. Les données obtenues, associées à celle de la littérature ouverte, renforcent les conclusions des travaux antérieurs. Les Mytilidés ont besoin de très fortes concentrations de méthane pour se développer. Elles colonisent les zones de sortie de bulles et celle caractérisées par des hydrates affleurants. Les tapis bactériens sont associés à des zones où l’oxydation anaérobique du méthane se déroule dans le sédiment superficiel, avec une méthanogenèse dans la couche sous-jacente. Les Vésicomydé polychètes vivent dans des zones pauvres en méthane et sont très sensibles à sa variation de concentration. / The present work describes the dynamics of two pockmark areas, off West Africa. The intention is to propose two different approaches to study the relationships between fluid migration and pockmarks. The first investigated area corresponds to a pockmark cluster called Preowei, located off Nigeria. Geochemical analyses and modeling were combined with seismic data to detail the hydrocarbon migration pattern at this area, with implication on both the pockmark formation and the evolution of their morphology. The proposed interpretation seeks to identify the conceptual bases of pockmark evolution over time at this area. It is argued that the cluster has been active for at least 2700 years, and it is still at the stage of hydrate formation for some pockmarks and carbonate formation for other. The second investigated pockmark, called Regab, is located off Gabon. It is a giant pockmark of 800-m diameter, characterized by an ecosystem rich in fauna, with a large variety of living species. The main core of the work done on this pockmark was focused on finding a link between the fluid chemistry and the spatial distribution of the living communities which populate it. This was achieved by combining new geochemical and bathymetric results with a well-compiled dataset from the literature.

Ce travail présente une analyse des systèmes turbiditiques actuels du Golfe d’Oman et de la marge est-africaine (océan Indien occidental), auparavant méconnus. Il se base sur une base de données acoustique (bathymétrie, imagerie multifaisceaux, sismique THR et multitraces) et sédimentologique (carottes küllenberg et calypso) issues de campagnes successives réalisées par le SHOM et l’IFP. L’architecture des systèmes de dépôts profonds et les processus associés ont révélé une grande diversité selon le contexte géodynamique et physiographique des marges étudiées (marge passive, marge transformante, marge active). Les différents systèmes étudiés illustrent notamment le rôle du contexte tectonique régional sur la répartition et la morphologie des dépocentres à plusieurs échelles d’observation. L'analyse détaillée des faciès et séquences sédimentaires a permis de mettre en évidence le fonctionnement sédimentaire des différents systèmes en lien avec les conditions physiographiques et environnementales régionales (influence des crues liées à la mousson sur le transfert sédimentaire). A travers la reconstruction des transferts sédimentaires dans ces systèmes turbiditiques, nous discutons de l’impact relatif des différents facteurs forçant la sédimentation gravitaire sous-marine à haute-fréquence (eustatisme, climat, et tectonique). Pour cela, une étude stratigraphique détaillée a été réalisée sur la base de différents outils (datation radiocarbone, géochimie élémentaire, biostratigraphie) permettant de contraindre dans le temps les séries sédimentaires gravitaires. L’évolution des apports sédimentaires et des processus de dépôt au cours du Quaternaire terminal, en relation avec les modifications paléo-environnementales continentales, a permis d’identifier l’impact, l’importance relative et les interactions entre les forçages externes sur le développement à haute-fréquence (103-104ans) de systèmes de dépôt gravitaires, dans divers contextes géodynamiques. Les connaissances acquises sur la sédimentation du Golfe d’Oman ont finalement permis d’alimenter une base de données sédimentologique conséquente. L’intégration de cette base dans un modèle numérique géoacoustique (« simulateur ») développé par le SHOM a permis d’évaluer quantitativement l’impact des variations sédimentaires à différentes échelles (distribution spatiale, lithologie, stratification, processus de dépôt) sur la propagation du signal acoustique pour différentes gammes de fréquence (de 300 Hz jusqu’à 3 kHz) et angles d’émission (de 0 à 90°). Ces travaux constituent une base pour la réalisation d’un modèle géoacoustique régional robuste. / This study focuses on the Late Quaternary turbidite systems of the Gulf of Oman and the East-African margin (western Indian Ocean), previously poorly studied. It is based upon a compilation of acoustic data (bathymetry, multibeam imagery, 3.5 kHz and multi-channel seismic) and sedimentological data (küllenberg and calypso piston cores) recovered during several cruises leaded by the SHOM and IFP institutes. Turbidite system architecture and sedimentary processes revealed a strong variability primarily related to the physiographic, hydro-climatic and geodynamic context of each margin. High-resolution stratigraphy has been achieved using a combination of radiocarbon dating, XRF geochemistry, biostratigraphy). This allowed to investigate the impact, the interaction and the relative importance of the external forcings on deep water sedimentation (i.e. tectonics, climate and eustasy) at high- frequency (103 -104 yrs) in different tectonic setting (active & passive margins). Finally, integration of the sedimentological data set in a geoacoustic numerical modelling leaded to a first quantitative estimation of the regional relationship between sea-floor properties (lithology, depositional environment, stratification) and propagation of acoustic signal at 300 Hz- 3kHz frequencies and 0-90°. This work constitutes a basis for future geoacoustic modelling in the area.

La marge NE Américaine est une des marges les mieux étudiées au monde, elle a fait l’objet de plusieurs études géophysiques. En comparaison, la marge africaine reste peu étudiée car uniquement deux campagnes océanographiques y ont été menées : la campagne Sismar (2001) au large de la Meseta et la campagne Dakhla (2002) au large du Sahara. La structure profonde de la marge canadienne est connue grâce aux profils de sismique grand-angle SMART-1, 2 et 3. Le premier objectif du projet MIRROR était d’acquérir des profils combinant sismique grand-angle et sismique réflexion sur un segment homologue au profil SMART-1. La comparaison entre les segments homologues de ces deux marges ayant pour but de mieux comprendre le mode d’ouverture de l'océan Atlantique Central. Une comparaison entre les modèles Sismar, Dakhla et Mirror montre que la croûte continentale est plus épaisse au nord et s'amincit vers le sud. La largeur de la zone de transition est plus étroite au sud et les profils Sismar sont localisés sur un bassin sédimentaire posé sur une croûte continentale très amincie. La comparaison avec la marge homologue montre que l'épaisseur, la structure de la croûte continentale et la zone d'amincissement sont très semblables. Par contre, il existe une zone de manteau exhumé et serpentinisé sur le profil Canadien qui n'a pas d’homologue sur la marge africaine. De plus, l'épaisseur de la croûte océanique est différente avec 8 km sur la côte africaine et seulement 3-4 km sur la marge canadienne. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cette différence (a) une différence d’âge entre les deux croûtes (b) un épaississement lié au passage du point chaud des Canaries (c) une accrétion asymétrique. / The NE American margin represents one of the best studied margins in the world, it was the subject of several scientific programs. In comparison, the conjugate NW African margin remains fairly unknown, only two deep seismic cruises were acquired: the SISMAR cruise (2001) offshore the Meseta and the DAKHLA cruise (2002) offshore the Sahara. The deep structure of the Canadian margin is known due to the SMART wide-angle seismic profiles 1, 2 and 3. The first objective of the MIRROR project was to acquire combined wide-angle and deep reflection seismic data offshore a segment conjugate to the SMART-1 profile. The comparison between the homologous segments of these two margins aimed to better understand the opening mechanism of the Central Atlantic Ocean. A comparison between Sismar, Dakhla and Mirror models shows that the continental crust is thicker in the north and thins toward the south. The width of the transition zone is narrower south and Sismar profiles are located on a sedimentary basin placed on a very thinned continental crust. Comparing the Mirror profile with that of the Canadian conjugate margin (Smart 1) shows that the thickness, the structure of the continental crust and the thinning is very similar. However, zones of exhumed and serpentinized mantle were imaged along the Canadian profile that have no conjugate on the African margin. Moreover, the thickness of the oceanic crust is variable with 8 km on the African side and only 3-4 km on the Canadian margin. Several hypotheses have been proposed to explain this difference (a) an age difference between the two types of crust (b) thickening associated with the passage of the Canary hotspot (c) an asymmetric accretion or (d) an accretion at slow to ultra-slow speading centers.

Ce travail présente une analyse de la dynamique sédimentaire du système turbiditique actuel de l’Ogooué (Golfe de Guinée), secteur encore très peu exploré à l’heure actuelle. Il se base sur l’interprétation de données géo-acoustiques (sondeur multifaisceaux et sismique chirp), sédimentologiques (carottes küllenberg et interface) et courantométriques issues de campagnes océanographiques réalisées par le SHOM. L’analyse morpho-bathymétrique détaillée a révélé la diversité des structures morphologiques le long de la marge. Ces observations, associées aux données sédimentaires et courantométriques ont permis de préciser les différents processus de dépôt. La configuration du plateau continental, dont la largeur se réduit fortement vers le Nord va entraîner une variabilité des transferts sédimentaires en profondeur le long du système turbiditique de l’Ogooué. La très faible extension du plateau continental à l’extrémité de l’île Mandji et l’action de la dérive littorale favorisent une sédimentation gravitaire active sous la forme d’écoulements turbiditiques dans le canyon du Cap Lopez ou de glissements sous-marins. Grâce à la comparaison de données bathymétriques à différentes échelles de temps, il a été possible de documenter à très haute résolution les mécanismes d’initiation et de développement d’instabilités ainsi que les processus sédimentaires à l’origine du développement des méandres. En plus des apports détritiques, les écoulements gravitaires initiés dans ce secteur vont également transporter de grandes quantités de matière organique. / This work presents an analysis of the sedimentary dynamic in the Ogooué turbidite system (Gulf of Guinea), previously poorly studied. It is based upon the interpretation of geo-acoustic (multibeam bathymetry and imagery, seismic chirp), sedimentological (Küllenberg and interface cores) and current-meter data recovered during oceanographic cruises conducted by the SHOM. The detailed morpho-bathymetric analysis reveals the diversity of morphological structures along the margin. These observations, combined with current meter and sedimentological data allowed us to determine various depositional processes. The decreasing width of the continental shelf toward the North involves a variability of sediment transfer along the Ogooué turbidite system. The very small extension of the continental shelf at the extremity of the Mandji Island and the action of longshore drift promote active gravitary sedimentation dominated by turbiditic flows in the Cap Lopez canyon or submarine slides.By comparing bathymetric data at different time scales, we document the mechanisms responsible for the initiation and development of instabilities and the sedimentary processes related to meander growth. In addition to detrital fraction, the gravity flows initiated in this area also carry large amounts of organic matter.