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Rifting avec ou sans magma

6 avril 2015

Rifting with and without magma
Dual continental rift systems generated by plume-lithosphere interaction

Par A. Koptev, E. Calais, E. Burov, S. Leroy & T. Gerya

in Nature Geosciences

La rupture des continents – le « rifting » – est un processus tectonique fondamental qui conditionne la formation et l’évolution des bassins océaniques et des ressources énergétiques qui leur sont associées. Les mécanismes physiques à grande échelle qui expliquent ce processus restent débattus. Pour certains le rifting continental est le résultat de la divergence des plaques tectoniques qui induit l’amincissement de la lithosphère (= les 100 premiers kilomètres de la planète, de comportement rigide) et la remontée passive de manteau (= entre 100 et 700 km de profondeur, de comportement visqueux). Cette remontée s’accompagne naturellement de production de magma, générant les édifices volcaniques généralement associés à ce type de contexte. Pour d’autres le rifting est d’abord le résultat de l’ascension de matériau chaud au travers du manteau, formant des « panaches » qui génèrent de fait un volcanisme important en surface, fragilisent la lithosphère et génèrent les contraintes extensives nécessaires à la rupture de la lithosphère.

Deux éléments nouveaux ont été mis à profit pour apporter un éclairage innovant sur ce débat entre rifting « passif » et « actif ». Le premier est la présence de données géologiques et géophysiques nouvelles en Afrique de l’est, région archétypique où la rupture continentale s’effectue actuellement sous nos yeux le long de la vallée dite « des grands lacs » ou « rift est africain » (REA). Le REA juxtapose en effet deux types de rifts dans sa partie centrale, l’un chaud, peu sismique et très magmatique (branche est du REA), l’autre froid, très sismique et peu magmatique (branche ouest du REA). Ces deux branches, initiées au même moment il y a environ 20 millions d’années, entourent un domaine continental épais et rigide, le craton tanzanien, sous lequel un panache mantellique chaud est présent. Le second élément nouveau est notre capacité à modéliser à très haute résolution l’évolution du système couplé manteau-lithosphère, grâce à de nouveaux codes de calcul numérique en trois dimensions qui simulent le détail des processus mécaniques et thermiques en jeu.

Des expériences numériques ont été menées qui simulent l’ascension d’un panache mantellique sous un craton en contexte faiblement extensif, représentant ainsi de manière très simplifiée le cas du REA. Les expériences montrent que, dans ce contexte, deux branches de rift se développent de manière concomitante de part et d’autre du craton avec des caractéristiques géologiques très voisines des observations réalisées dans le REA. Le panache mantellique permet l’affaiblissement de la lithosphère et donc la localisation de la déformation dans des basins individualisés, alors que les forces extensives lithosphériques mettent la lithosphère sous tension. De fait, le développement d’un rift dans ces expériences doit autant à l’ascension d’un panache qu’à l’extension imposée par la divergence des plaques. Ce résultat réconcilie les modèles « passif » ou « actif » dans un schéma dynamique unique.

 

Affiliations des auteurs

Sorbonne Universités, UPMC University Paris VI, 75005 Paris, France
A. Koptev,
E. Burov &
S. Leroy
CNRS, UMR 7193, Institut des Sciences de la Terre Paris (iSTeP), 75005 Paris, France
A. Koptev,
E. Burov &
S. Leroy
Ecole Normale Supérieure, Department of Geosciences, 75005 Paris 
E. Calais
CNRS, UMR 8538, 75231 Paris, France
E. Calais
ETH Zurich, Institute of Geophysics, Sonneggstrasse 5 8092 Zurich, Switzerland
T. Gerya

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