La dynamique de l'extension continentale et la géométrie des rifts qui en découlent sont régies par la combinaison de nombreux paramètres (thermiques, mécaniques, cinématiques) qui interagissent à différentes échelles, dans le temps et dans l'espace. L'exemple choisi dans cette étude, afin d'apporter des éléments de réponse à la compréhension de la mise en place des structures extensives, est celui du rift Turkana (Nord Kenya) qui appartient à la branche est du Rift Est Africain (REA). Cette portion de rift cénozoïque atypique s'est développée selon un axe NS depuis ~45 Ma. entre les terminaisons de deux bassins d'un rift antérieur oblique (bassins Anza-Soudan N140°E Crétacé). Sa structure profonde est dominée par un ensemble d'hemi-grabens syn-rifts oligo-pliocènes et sa géométrie de surface est actuellement marquée par une topographie peu contrastée et une sismicité faible qui rendent difficile l'étude des mouvements récents/actifs dans ce secteur. <br /><br />Ce mémoire, basé sur l'interprétation d'imagerie satellitale Landsat ETM+, corrélée aux données topographiques (SRTM) et aux données de sismique réflexion, permet :<br />- A l'échelle régionale, une reconstitution tectono-magmatique de l'histoire polyphasée du rift Turkana établie sur la base de cinq cartes ‘restaurées' successives (45-23 Ma., 23-15 Ma., 15-6 Ma., 6-2.6 Ma. et 2.6 Ma.-Actuel), auxquelles ont également été intégrées les structures pré-existantes (socle précambrien, structures crétacées). Ce modèle démontre clairement l'influence de : 1) deux couloirs transverses de socle faillés d'échelle régionale (NKFZ : N'Doto-Karisia N140°E, 100x600 km ; KBFZ : Kataboi-Buluk N50°E, 30x250 km) et 2) de domaines magmatiques, sur la nucléation et la propagation des structures extensives à différents stades du rifting. Les bassins syn-rifts se développent et migrent en premier lieu à l'intérieur du couloir N140°E NKFZ à la faveur de relations angulaires entre les structures N140°E et les failles néoformées NS, ces dernières sont par la suite bloquées lors de leur interaction avec les structures N50°E KBFZ qui peuvent également agir comme des zones de transfert et aboutissent à l'élargissement de la zone riftée (200x200 km). La description des relations entre les domaines magmatiques et la déformation met en avant le rôle déterminant des structures internes des dômes volcaniques (fentes d'extrados, failles syn-magmatiques) sur la propagation des bassins à travers ces paleo-dômes après cessation de l'activité magmatique. <br />- A l'échelle lithosphérique, les interactions panache/lithosphère durant la migration de la plaque Afrique (~1000 km vers le NE) depuis 50 Ma. à la verticale de deux plumes cénozoïques permettent de proposer deux hypothèses sur l'absence de soulèvement thermique le long de la dépression du Turkana. Il peut s'agir, soit de la migration latérale de la tête du panache sous la lithosphère pré-étirée crétacée selon un mécanisme de ‘thin-spot', soit du ‘durcissement' de cette même lithosphère en réponse au refroidissement du matériel mantellique sous-plaqué (crétacé) qui entrave le soulèvement de l'ensemble de la zone. <br />- Concernant les déformations récentes/actives (<5 Ma.) du rift Turkana, l'étude du développement des inversions tectoniques positives (<3.7 Ma.), distribuées uniquement dans les bassins situés à la verticale du couloir transverse N140°E NKFZ, confirme l'importance du rôle joué par cette discontinuité de premier ordre sur l'évolution du rift Turkana depuis l'Eocène jusqu'à l'Actuel. La reconstitution de la mise en place de ces structures compressives aboutit à un modèle cinématique polyphasé comprenant les trois stades suivants : 1) un régime purement extensif avant 5 Ma. (σ3 horizontal orienté EW, σ1 vertical), 2) une rotation horaire (~20°) de l'axe σ3 entre 5 et 3.7 Ma. qui entraîne la réactivation en dextre de la NKFZ et la formation d'un réseau de fractures N20°E et 3) un stade compressif (permutation des axes σ1/σ2) accompagné de la rotation horaire de σ3 (~20°) qui induit la réactivation en inverse des failles N20°E après 3.7 Ma.<br />- A l'échelle plus locale, dans la partie orientale du rift Turkana, le réseau récent (<3 Ma.) de failles N170°-N10°E du Kino Sogo (150x40 km) s'organise selon une succession régulière de horsts et grabens, exceptionnellement bien exposés, qui recoupent des laves mio-pliocènes peu épaisses (~200 m) mises en place sur un horst asymétrique de socle, limité par des structures N140°E, N50°E et NS. L'étude géométrique et statistique de la population de failles du Kino Sogo révèle plusieurs particularités : 1) ce réseau accommode peu d'extension (<1%) et implique des taux d'extension et de déformation faibles (~0.1 mm/an et 10-16 s-1, respectivement), 2) l'analyse des longueurs de failles se corrèle avec une loi mathématique de type exponentielle en opposition avec celles classiquement admises de type lois de puissances, et 3) malgré des longueurs importantes (9-40 km), les failles présentent des rejets ≤ 100 m, ce qui leur confère un rapport rejet/longueur inférieur à ceux décrits sur des réseaux de failles similaires. Ce caractère mature, mais sous-déplacé des failles, est attribué à un modèle de croissance de failles dominé par la réactivation de structures pré-existantes présentes dans le socle sous-jacent (foliation/failles) ou au toit d'un paléo-dôme volcanique antérieur. <br />- Enfin, d'un point de vue méthodologique, l'intérêt de l'étude des réseaux de drainage en contexte morphologique peu contrasté est confirmé par une analyse détaillée de l'intense réseau de drainage développé dans le secteur occidental du Turkana. En effet, l'interprétation structurale de trois anomalies de drainage met en évidence : 1) la déviation de la rivière Turkwell (NS puis EW) le long d'un couloir transverse faillé EW intra-socle de second-ordre (Turkwell-Mont Porr ; ~20x100 km), 2) le blocage d'un réseau dense de rivières par la réactivation récente (<5 Ma.) du plan de faille bordière Ouest Napedet d'âge oligo-miocène 3) la formation d'une anomalie de type circulaire autour d'une structure antiforme initiée lors de l'inversion d'un dépocentre au pied de la faille de Kerio et associée aux inversions tectoniques positives décrites pour la période récente (<3.7 Ma) dans une partie du rift Turkana. <br /><br />D'une façon générale, ce travail apporte des résultats et des modèles nouveaux ayant des implications directes sur l'étude de la nucléation et de la propagation des bassins syn-rifts et des réseaux de failles associés aux segments de rift magmatiques marqués par un héritage structural important (socle, système rifté antérieur).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00009294 |
| Date | 21 January 2005 |
| Creators | VETEL, William |
| Publisher | Université de Bretagne occidentale - Brest |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | PhD thesis |
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