Ce travail de thèse concerne les marges continentales passives de l'océan Atlantique Central et plus particulièrement la marge sud-marocaine, en regard du bloc Reguibat. La méthode employée intègre à la fois une étude en plan (reconstitutions cinématiques et paléogéographiques) et une étude en coupe (interprétation et comparaison de profils sismique réflexion et réfraction, reconstructions paléobathymétriques).<br /><br />Le modèle d'évolution cinématique de l'océan Atlantique Central, du Trias au Crétacé moyen, a été réalisé à partir du nouvel ajustement initial proposé par Sahabi et al. (2004). Ce travail admet un âge de 195 Ma (base du Sinémurien) pour la formation de la première croûte océanique de l'Atlantique Central (soit 20 Ma plus tôt que dans les précédents modèles). Partant de ces considérations et en intégrant des données nouvelles en sismique, altimétrie et magnétisme (avec en particulier la création d'une nouvelle grille magnétique), cette étude met en évidence plusieurs phases distinctes : une première phase extrêmement lente (~0,8 cm/an) caractériserait, pendant 30 Ma environ, l'ouverture initiale au Lias et au Dogger. L'époque de l'anomalie magnétique Blake Spur, vers 165 Ma (base du Callovien), marquerait un changement à la fois dans la direction du mouvement relatif entre les plaques et dans le taux d'accrétion (~4,8 cm/an) auquel serait associé un changement de morphologie du socle. A partir de l'anomalie M22 (150 Ma, base du Tithonien), le taux est nettement ralenti par rapport à celui de la période précédente (~2,6 cm/an) jusqu'à l'anomalie M0 (125 Ma, limite Barrémien-Aptien). <br /><br />D'un point de vue géodynamique, le domaine atlantique se partage au Permo-Trias, en deux grands domaines : tandis que l'Europe et le futur Atlantique Nord connaissent dès le Permien et pendant le Trias d'importantes phases de distensions, le futur Atlantique Central reste en compression pendant une partie du Permien (phase alléghanienne) et ne semble enregistrer de distension notable qu'à partir du Trias Supérieur. Le segment de marge, situé entre la meseta marocaine et la Nouvelle-Ecosse, caractérisé par une large province triasique à évaporites, occupe une position intermédiaire entre ces deux domaines. En plus de ce segment, clairement hérité de l'orogenèse hercynienne, le domaine méridional est lui aussi segmenté suivant une longueur d'onde de l'ordre de 600 km. Un examen sur l'ensemble du globe montre que cette segmentation est omniprésente. Elle semble ici assujettie à la fois à l'héritage tectonique et à une organisation thermique mantellique apparemment générale. L'étude structurale a été réalisée à partir de données de sismique réflexion et réfraction de la campagne Dakhla (2002) et d'une compilation de données du même type (couplage réflexion/réfraction) existant sur l'ensemble de la marge nord américaine et au large de la meseta marocaine. Les marges présentent en général trois domaines assez clairement marqués : le domaine continental peu ou pas aminci limité par la hinge line à partir de laquelle la croûte continentale s'amincit de plus en plus jusqu'à passer plus ou moins abruptement au domaine considéré océanique. Le domaine dit transitionnel correspond à un domaine de croûte océanique atypique : il se caractérise par des anomalies magnétiques peu ou pas marquées, une croûte de faible épaisseur (environ 5 km) avec une zone à vitesse anomale (> 7,2 km/s) à sa base. Cette étude nous a également permis de déterminer quelques points majeurs et communs de la structuration des marges : 1- L'amincissement de la croûte continentale à partir de la hinge line est abrupt, restreint à 60 km en moyenne : la remontée de la base de la croûte coïncide avec la zone de pente continentale (sauf sur la marge de Dakhla où elle semble être décalée de 50 km vers l'océan). Dans cette partie de marge (zone haute de la pente), l'épaisseur de la croûte continentale passe de 30 km environ à moins de 10 km et on y observe peu ou pas de structures distensives. 2- La zone de bas de pente, quant à elle, présente une croûte continentale complètement amincie et étirée. Enfin, les marges de l'océan Atlantique Central se distinguent par la présence d'une plate-forme carbonatée jurassique qui implique une sédimentation proche du niveau 0 m longtemps après la cassure (plus de 50 Ma après). Le rebord de la plate-forme carbonatée coïncide avec la limite entre ces deux zones structurales. <br /><br />Ce schéma structural se retrouve parfaitement dans le bassin Liguro-Provençal, sur des marges dix fois plus jeunes et nous permet de proposer le schéma d'évolution en trois étapes : la première étape correspond à une phase de déformation distensives, affectant l'ensemble de la croûte, et accommodée par des manifestations volcaniques et la formation de grabens plus ou moins importants. La deuxième étape correspond à la phase d'amincissement aboutissant à la formation de la pente continentale entre la hinge line et la première croûte océanique (ou croûte océanique atypique). C'est la croûte inférieure qui semble enregistrer cet amincissement. Pendant la troisième phase, la rupture se localise au niveau du bas de la pente continentale et la première croûte océanique se forme, probablement composée de croûte continentale inférieure et de matériel mantellique.<br />Notre étude combinée montre ainsi que les modèles de genèse des marges avec conservation de volume de type McKenzie (1978) ou Wernicke (1981, 1985) ne répondent pas aux observations géologiques actuelles. Pour expliquer l'amincissement des marges, il semble nécessaire de s'intéresser aux modèles non-conservatifs (transformation de la croûte, érosion, fluage de la croûte inférieure, etc.). <br />La marge de Dakhla présente cependant une morphologie différente du schéma que nous proposons, avec une réelle dissymétrie des marges homologues, l'ensemble de l'amincissement étant reporté sur la marge américaine. La zone cratonique précambrienne Reguibate, située entre deux segments d'orogène, semble pratiquement intacte pendant le processus de rupture et la croûte inférieure de ce domaine particulier ne semble pas avoir réagi comme dans les domaines appalachiens et les Mauritanides qui l'encadrent, soulignant ainsi l'influence de l'héritage tectonique sur la morphologie des marges.

La jonction triple des Afars relie la mer Rouge, le golfe d'Aden et le rift éthiopien. Il est possible d'y étudier les différents stades d'extension depuis le rifting actif jusqu'aux marges continentales passives. Si l'extension et l'activité magmatique sont généralement considérées comme étant restreintes aux segments actifs des rifts ou aux dorsales océaniques, il existe pourtant une activité magmatique sur les flancs des marges continentales passives de l'Afar, du sud de la mer Rouge et du golfe d'Aden. La tomographie de bruit et la tomographie télésismique sont des méthodes complémentaires qui permettent d'imager la croûte ou le manteau supérieur et de mettre en évidence des systèmes magmatiques. Nos études de tomographie ont mis en évidence la présence de systèmes magmatiques complexes sous les flancs du rift Afar, en lien avec des sources hydrothermales en surface. La mise en place de matériel magmatique dense sous forme d'intrusions ou sous-plaqué au niveau de la croûte inférieure de l'Afar accommode l'extension en dehors des segments magmatiques actifs. De plus, les flancs de la marge de la mer Rouge au Yémen sont affectés par un magmatisme provoqué par des remontées localisées de matériel mantellique depuis une large zone de manteau anormalement chaud. Nous suggérons également, sous les épaules des marges passives de l'est du golfe d'Aden, la présence de systèmes magmatiques avec ou sans expression volcanique à la surface. Ces systèmes pourraient être alimentés par des cellules de convection petite échelle se mettant en place à la faveur de variations d'épaisseur de la lithosphère, en bordure de marge et à proximité des grandes zones de fracture du golfe d'Aden. / The Afar triple junction is a unique region that links the Red Sea, the Gulf of Aden and the Ethiopian rift, and where it is possible to study the different stages of continental breakup, from early rifting to seafloor spreading and development of continental passive margins. Extension and magmatic activity are generally thought to be restricted to the active volcanic segments of the rift or to oceanic ridges. However, magmatic activity is also present on the continental margins flanks of the Afar rift, southern Red Sea and Gulf of Aden. The ambient noise tomography and teleseismic body-wave tomography are complementary methods that allow imaging the crust and upper mantle, and help to reveal magmatic systems. Our tomographic studies of the Afar region provide evidence for the presence of complex magmatic systems under the Afar rift flanks, currently modifying the crust and linked with hydrothermal systems near the surface. The emplacement of intruded or under-plated dense magmatic material in the Afar lower crust accommodates the extension outside of the active magmatic segments. In addition, the Red Sea margin flanks in Yemen are affected by magmatism caused by localized small-scale upwellings of mantle material, from a broad abnormally hot mantle zone located beneath Afar and southwestern Yemen. We also suggest the presence of magmatic systems with or without a volcanic expression at the surface, beneath the passive margins shoulders of the eastern Gulf of Aden. We propose that these systems could be fed by small-scale convection caused by lithosphere thickness variations at the edge of the Arabian plate and near the Gulf of Aden main fracture zones.

La formation et l'évolution de la Marge continentale passive Nord Gascogne et du Bassin Armoricain sont fortement liées à l'ouverture du golfe de Gascogne et à la formation des Pyrénées. L'étude des structures tectono-sédimentaires, calées aux forages profonds DSDP et pétroliers, ainsi que l'étude de leurs prolongements dans les domaines émergés adjacents (Bassin de Parentis et les bassins de la Manche), ont permis de montrer l'évolution spatio-temporelle de la couverture sédimentaire. Un polyphasage tectonique lors du rifting et deux phases compressives pyrénéennes ont été identifiés. Des événements tectono-sédimentaires catastrophiques auraient affectés la marge à la fin du rifting. Le Bassin Armoricain serait un bassin sédimentaire jeune, ayant toutes les caractéristiques structurales d'une zone de Transition Océan/Continent effondrée à la fin du rifting ou lors de l'initiation de l'accrétion océanique. L'étude des structures crustales a permis de connaître la géométrie de la marge : la distance domaine océanique/domaine continental non-aminci est constante le long de la marge ; l'amincissement crustal s'effectue exclusivement sous l'étroite pente continentale, inférieure à 50 km de large ; les blocs basculés, situés au pied de la pente, ont un rôle mineur dans les processus d'amincissement crustal. Les modèles géodynamiques actuels d'une marge passive n'expliquent pas la géométrie de la Marge Nord Gascogne. Or cette géométrie, similaire à celle du Bassin de Parentis, n'est pas atypique ; nous pensons que l'amincissement est induit par d'autre processus géodynamique que l'extension pure.

L'analyse d'un réseau dense de profils de sismique réflection permet d'établir une stratigraphie acoustique détaillée de la marge continentale profonde de ,Côte d'Ivoire-Ghana, et de mettre en évidence les principales caractéristiques structurales de cette marge transformante: zone étroite extrêmement déformée au sommet de la pente continentale, faisceaux décrochants dextres à l'intérieur et à la lim ite Nord de la ride marginale, bassins asymétriques localement repris en compression (plissement) dans le bassin ivoirien profond. Parallèlement, les structures associées à une marge transformante sont étud iées grâce à une modélisation expérimentale: dans un modèle analogue à une croûte continentale d'épaisseur. constante, le mouvement transformant est accommodé par une "zone principale de déplacement", zone de cisaillement dont la déformation est analysée en détail, y compris pour des déplacements importants. Par contre, à l'intersection de segments de marges transformant et en extension apparait une "terminaison en queue de cheval", formée de décrochements courbes qui structurent par transliition et rotation de blocs un relief analogue aux rides marginales des marges transformantes; ce relief est ultérieurement recoupée par une "zone principale de déplacement". De plus, et dans certaines conditions géométriques, des structures distensives antérieures peuvent être remobilisées en cisaillement à proximité du secteur transformant. La comparaison des résultats expérimentaux et des données marines permet l'interprétation de ces dernières dans le cadre d'une reconstitution de la formation de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana: lors du rifting dans le bassin ivoirien profond, des décrochements courbes apparaissent successivement à l'avant de la zone transformante: ils forment à la limite du bassin en extension une ''terminaison en queue de cheval" qui construit la ride de Côte d'Ivoire-Ghana, ainsi que les rides mineures qui la prolongent à l'Ouest Certaines structures distensives antérieures sont également remobilisées en cisaillement à proximité de cette terminaison. Ultérieurement, le mouvement coulissant est entièrement accommodé par une "zone principale de déplacement" déformant le sommet de la pente continentale et de la ride marginale.

La méthode de datation par les traces de fission de l'uranium s'est révélée unique dans le domaine de la thermochronologie par sa capacité à retracer l'histoire finale du refroidissement et dela dénudation de massifs métamorphiques comme de l'histoire thermique de formations sédimentaires ou la datation de certains matériels volcaniques. Dans ce travail, nous décrivons cette méthode et présentons un ensemble de techniques analytiques mises au point et de calibrations réalisées dans le but d'utilisations ultérieures en géologie. Nous discutons quelques exemples d'application. Dans les Alpes occidentales françaises, l'analyse des traces de fission sur apatites d'échantillons issus du granite des Sept Laux (massif de Belledonne), dans la vallée de l'Eau d'Olle, suggère que cette méthode pourrait apporter une contribution dans la discussion actuelle sur l'origine de certaines vallées alpines. Ainsi, l'ouverture de cette vallée pourrait être la conséquence d'un jeu de failles actives depuis le Miocène moyen jusqu'à l'actuel. La caractérisation par traces de fission des apatites détritiques de dépôts fluviaux pourrait éventuellement être utilisée pour l'étude d'éventuels phénomènes de captures liées à des changements de régimes tectoniques. Nous avons ainsi étudié les apatites d'un paléodelta situé dans la moyenne vallée de l'Isère au niveau du sillon subalpin et de deux vallées, celles de l'Arc et du Bréda, situées en amont. La distribution des âges traces de fission de ces minéraux n'a pas confirmé un modèle suggéré récemment, qui proposait que le paléodelta étudié pourrait être associé à un "paléo-Arc" plutôt qu'à un "paléo-Bréda". Dans la Meseta occidentale marocaine, trois massifs granitiques (massif de Sebt Brikiine, de Ras El Abiod et de Hjir El Bark) situés dans les Rehamna ont fait l'objet d'une étude thermochronologique. L' analyse des traces de fission dans les zircons et les apatites de ces granites montre qu'ils ont enregistré les grands évènements thermotectoniques ayant affecté la Meseta depuis l'ouverture de l'Océan Atlantique central. Nous montrons comment un modèle de simulation numérique récemment proposé (1994) pour l'analyse des traces de fission dans les apatites permet de préciser l 'histoire thermique des massifs considérés depuis le dernier refroidissement au-dessous d'environ l20°C des échantillons analysés. Dans des travaux effectués antérieurement à l'apparition de ce modèle, nous avons montré, d'une part, que les sédiments de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana avaient connu une période de réchauffement entre 250°C et moins de 60°C post-datant largement, de manière inattendue, son "balayage" par une dorsale océanique. D'autre part, dans l'Ile d'Elbe, nous avons apporté les premières données "traces de fission" sur l'histoire de refroidissement de la granodiorite de Monte Capanne. Par ailleurs, au début des années 90, la méthode des traces de fission manquait encore de bons échantillons de référence pour la datation des verres volcaniques. A La suggestion de la Sous Commission de Géochronologie de l'International Union ofGeological Sciences, nous avons étudié les macusanites, obsidiennes du SE péruvien. Les résultats de ce travail suggèrent qu'il faut considérer avec réserve ces verres volcaniques en tant que standards d'âge potentiels, même s'ils conservent une certaine valeur comme matériel d'intercalibration entre laboratoires.

La formation de la chaîne de montagne d'Oman est associée à l'inversion tectonique de la marge continentale arabe qui bordait la partie sud de l'océan Néotéthys entre la fin du Paléozoïque et le Crétacé supérieur. Les unités sous-ophiolitiques des montagnes d'Oman sont étudiées dans le but de caractériser les différents stades de formation de ce segment de marge néotéthysien. L'étude se focalise sur les périodes d'activité volcanique du Permien et du Trias qui ont accompagné la formation de la marge arabe et dont les témoins sont retrouvés sur l'ensemble du domaine sud téthysien (Himalaya, Oman, Méditerranée orientale).<br /> Une reconstitution syn-rift de la plate-forme continentale omanaise est proposée au Permien moyen sur la base de nouvelles observations structurales et stratigraphiques menées dans les massifs du Saih Hatat et du Jabal Akhdar. L'analyse structurale porte en particulier sur les structures extensives synsédimentaires permiennes, et sur la comparaison à l'échelle régionale des variations latérales de faciès et d'épaisseur (Formation Saiq, massifs du Jabal Akhdar et du Saih Hatat). Les structures extensives indiquent des directions d'étirement principalement orientées ENE-WSW. Une composante d'étirement NS est observée localement et associée à des mouvements de très faible ampleur. Le dépliage des séries déformées de la plate-forme indique que ces directions d'extensions correspondent aux directions principales des variations d'épaisseur et de faciès des séries permiennes. Ceci suggère qu'elles représentent les témoins inversés des structures majeures qui ont contrôlé la plate-forme arabe. Les structures observées sont contemporaines de l'épisode volcanique intraplaque du Murghabien, et correspondent à un épisode tectonique court (< 5 Ma).<br />Le volcanisme du Trias moyen-supérieur omanais met en place de faibles volumes de laves sur différentes parties de la marge continentale arabe. Il est contemporain d'une remobilisation de la marge, associée à des soulevements locaux, et à des glissements gravitaires de la couverture sédimentaire. L'analyse géochimique montre qu'il s'agit d'un magmatisme intraplaque, qui a probablement subi une contamination crustale. Les compositions isotopiques (Nd, Pb) des laves triasiques sont comparables à celles des laves alcalines du Permien, suggèrant une remobilisation du manteau hérité (principalement de l'épisode Permien) plutôt que l'intervention d'un nouveau point chaud.<br />Finalement, il est proposé un modèle polyphasé pour la formation et l'évolution de la marge continentale omanaise. La formation initiale correspondrait à une marge volcanique associée au point chaud Permien centré sur les trapps du Panjal. Les orientations des structures observées indiquent que ce segment de marge pourrait être situé à l'extrémité septentrionale de l'ouverture Inde-Madagascar/Arabie-Afrique. La remobilisation et le volcanisme triasique pourraient être générés par une réorganisation cinématique du domaine téthysien, lors du début de la collision des blocs cimmériens (Iran) avec la Laurasia.

Cette thèse a été conduite dans le cadre du programme de coopération de recherche Algéro-française SPIRAL (Sismique Profonde et Investigations Régionales du Nord de l’Algérie). Ce projet vise à étudier la structure profonde de la marge algérienne par une approche combinée des techniques sismiques ; grand-angle et multi-canal. Le domaine couvert par la présente étude se concentre dans la région de Jijel dans la marge algérienne orientale. L’objectif principal de notre thèse est d'améliorer en profondeur l'imagerie de la marge algérienne en utilisant une combinaison de données sismiques grand-angle (OBS, sismomètres de fond de l'océan) et multi-canal (MCS). Le but de cette thèse est d'apporter de nouvelles connaissances pour répondre à quelques questions sur la nature de la croûte terrestre, la zone de transition continentale-océanique, la présence du sel messénien, sa distribution et sa relation entre les formations sédimentaires superficielles et les structures crustales. Dans cette étude, notre approche est une inversion jointe des enregistrements grand-angle et des données sismiques multi-canal. Nous avons conduit une série de tomographie des premières arrivées, une inversion jointe des arrivées réfractées et réfléchies ainsi qu’une modélisation gravimétrique. Etant donné que la solution du problème inverse n’est pas unique, deux programmes de tomographie ont été utilisés sur les mêmes données pour la même région d’étude à savoir : FAST (First Arrival Seismic Tomography) et Tomo2D. La tomographie a été suivie par une inversion jointe des arrivées réfractées et réfléchies suivant une approche basée sur la combinaison de la migration en profondeur « Kirchhoff » avant sommation (PSDM) des données de sismique réflexion multi-canal (MCS) et la modélisation directe des enregistrements grand-angle sur le fonds marin (OBS). Afin de vérifier la consistance du modèle de la vitesse avec les données gravimétriques, l’anomalie à l'air libre a été modélisée. Les résultats de l’imagerie conduite dans ce travail montrent la structure de la marge, la croûte continentale, la zone de transition continent-océan et la croûte océanique de la Méditerranée. La structure du modèle confirme les études antérieures basées sur des données bathymétriques, gravimétriques et magnétiques. Cette structure montre essentiellement : - un plateau continental étroit et pente continentale une très raide.- l’Expulsion du sel vers le nord impliquant la formation de diapirs au-dessus du flanc nord du bassin (plaine abyssale).- L’approfondissement et l’épaississement des séquences sédimentaires (bassin sédimentaire) près de la marge algérienne. Le modèle de vitesses obtenu et l’épaisseur des différentes unités structurales formant ce modèle apportent des arguments quantitatifs pour enrichir la connaissance de cette partie de la Méditerranée occidentale. Les couches sédimentaires dans le bassin montrent des vitesses sismiques allant de 1,9 km / s à 3,8 km / s. Les formations messéniennes ont été modélisées en utilisant une vitesse située entre 3,7 km / s à 3,8 km / s. La croûte continentale s’amincit sur une bande étroite de la marge dont la distance est d'environ 15 km. La vitesse de la croûte océanique dans cette région présente deux couches distinctes : l’une caractérisée par des vitesses variant de 4,7 km / s à 6.1 et l’autre de 6.2 à 7.1 km / s. La vitesse du manteau supérieur quant à elle a été modélisée par 7,9 km / s. / This thesis has been conducted within the framework of the Algerian-French research cooperation program SPIRAL (Sismique Profonde et Investigations Régionales du Nord de l’Algérie). This project aims to study the deep structure of the Algerian margin. The area covered by this study focuses in the region of Jijel in eastern Algerian margin.The main objective of our thesis is to improve depth imaging of the Algerian margin using a combined approach of seismic techniques; wide-angle and multi- channel seismic data. The purpose of this thesis is to bring new knowledge to answer some questions about the nature of the crust, the area of continental -oceanic transition, the presence of Messinian salt, its distribution and relationship between surface sedimentary formations and crustal structures.This study presents the results of a deep seismic survey across the north Algerian margin, based on the combination of 2D multi-channel and wide-angle seismic data simultaneously recorded by 41 ocean bottom seismometers deployed along a North-South line extending 180 km off Jijel into the Algerian offshore basin, and 25 land stations deployed along a 100 km-long line, cutting through the Lesser Kabylia and the Tellian thrust-belt.In this study, our approach is a joint inversion of wide-angle seismic recordings (OBS, ocean bottom seismometers) and multi- channel seismic data (MCS). We conducted a series of first arrivals tomography, a joint inversion of reflected and refracted arrivals and gravity modelling. Since the solution of the inverse problem is not unique, two tomography programs were applied using the same data for the same study area; FAST (First Arrival Seismic Tomography) and Tomo2D. Tomography was followed by a joint inversion of reflected and refracted arrivals following an approach based on the combination of Kirchhoff prestack depth migration (PSDM) for MCS data and forward modelling of OBS. To check the consistency of the velocity model with gravity data, the free air anomaly was modeled.The final model obtained using forward modelling of the wide-angle data and pre-stack depth migration of the seismic reflection data provides an unprecedented view of the sedimentary and crustal structure of the margin. The sedimentary layers in the Algerian basin are 3.75 km thick to the north and up to 4.5 to 5 km thick at the foot of the margin. They are characterised by seismic velocities from 1.9 km/s to 3.8 km/s. Messinian salt formations are about 1 km thick in the study area, and are modelled and imaged using a velocity between 3.7 km/s to 3.8 km/s. The crust in the deep sea basin is about 4.5 km thick and of oceanic origin, presenting two distinct layers with a high gradient upper crust (4.7 km/s - 6.1 km) and a low gradient lower crust (6.2 km/s - 7.1 km/s). The upper mantle velocity is constrained to 7.9 km/s. The ocean-continent transition zone is very narrow between 15 km to 20 km wide. The continental crust reaches 25 km thickness as imaged from the most landward station and thins to 5 km over a less than 70 km distance. The continental crust presents steep and asymmetric upper and lower crustal geometry, possibly due to either asymmetric rifting of the margin, an underplated body, or flow of lower crustal material towards the ocean basin. Present-time deformation, as imaged from 3 additional seismic profiles, is characterized by an interplay of gravity-driven mobile-salt creep and active thrusting at the foot of the tectonically inverted Algerian margin.