Lucazeau Francis - Institut de Physique du Globe de Paris

PROPOSITION DE CAMPAGNE A LA MER
IFREMER - IPEV – IRD
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FICHE SYNTHETIQUE N°1 NOM DE LA CAMPAGNE : ENCENS-FLUX
Date de rédaction du dossier : DECEMBRE 2003 - JANVIER 2004
Année demandée : 2005 ou 2006
Chef de projet Chef(s) de mission
Période (si impératif) : hors mousson (éviter juin à
septembre) et à une période différente d’ENCENS
II
Nom Prénom : Lucazeau Francis
- Lucazeau Francis - Leroy Sylvie
Zone : Golfe d’Aden Organisme : IPGP
- IPGP - Université Paris 6
Pays dont les eaux territoriales sont concernées
: Yémen, Oman
Laboratoire : Laboratoire de
Géosciences Marines
- Laboratoire de
Géosciences Marines
- Laboratoire Tectonique
Pays dont la zone économique est concernée :
Yémen, Oman
Adresse :
4, place Jussieu
75252 Paris cedex 05 4, place Jussieu 75252 Paris cedex 05
Tél.: [phone]
- 01 44 27 46 01 - 01 44 27 34 08
Fax : [phone]
E-mail :
[email protected]
- [email protected]
- [email protected]
Travaux :
- Mesures de flux de chaleur
- Carottages
- Dragages
- Sondeurs bathymétriques grand fond et petit fond
- Gravimètre (transits)
- Magnétomètre (transits)
Navire : Suroit, Marion Dufresne
Engin(s) sous-marin(s) : néant
Gros équipements :
- treuil (3500 mètres)
- drague
- carottier
Traitement des données et besoins informatiques : rien de spécifique
Nécessité d’une campagne pour récupération d’engins ? non
Equipes scientifiques et techniques embarquées
Francis Lucazeau, géophysicien, CR, IPG, Paris;
Alain Bonneville, géophysicien, physicien, IPG, Paris;
Sylvie Leroy, géophysicienne, CR, LT, Paris;
Philippe Huchon, tectonicien, professeur, LT, Paris ;
Eric Humler, pétro Géochimiste, MC, IPG, Paris
Marie-Odile Beslier, géologue marin, CR, Villefranche sur mer
Elia d’Acremont, géologue marin, ATER, Villefranche sur mer
Cécile Robin, Sédimentologue, MC, Géosciences Rennes
Khaled Khanbari, Yemen
Salim al Busaïdi, Oman
Agnès Pointu, thèse Labo Tectonique
Bruno Goutorbe, thèse LGM
1 technicien / électronicien
Equipes scientifiques et techniques à terre
idem + Christel Tiberi, laboratoire Tectonique, Paris 6
Type de campagne :
Recherche scientifique
Thème de la campagne :
Thermicité et structure des marges continentales récentes
Cette proposition s’inscrit dans un projet : OUI
Si oui quel est le nom du projet : ENCENS
Cette proposition a été soumise au(x) programmes nationaux ou internationaux avec comité scientifique : OUI
Si oui lesquels : GDR MARGES / DyETI (thème 2)
Envoyer une copie de ce dossier de proposition de campagne au(x) responsables des programmes concernés
S’agit-il d’une première demande : : OUI
S’il y a eu une précédente demande fournir une copie du rapport de la commission l’ayant évaluée

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FICHE SYNTHETIQUE N°2 NOM DE LA CAMPAGNE : ENCENS-FLUX
Evaluation des frais à la charge de l’équipe demandeuse
Types de coûts Coûts en Euros Sources de Financement
assurées et/ou envisagées Niveau de financement
Frais de préparation de la
campagne (missions
préparatoires, équipement à
acquérir, consommables, ….)
5000 € DyETI thème 2
Contrats extérieurs 50% 50%
Frais de missions (voyages +
séjour) des membres de
l’équipe embarquant
11 x 800 € = 8800 €
1 x 200 € (Muscat-Salalah)
1 x 800 € (Sana'a – Salalah)
DyETI thème 2 ou IPEV
Contrats extérieurs
Contrats extérieurs
100%
100%
100%
Frais d’acquisition de
nouveaux matériels, contrat,
sous-traitance
néant
Frais de transport du matériel
propre à la campagne 6128 € GDR Marges envisagé
DyETI thème 2 ou IPEV 60% 40%
Frais d’analyse et de
dépouillement à terre néant
Autres frais (ex : chien de
garde pour sismique) néant
Coût total
20928 €
Vous pouvez éventuellement rajouter, en annexe, une fiche détaillant les montants et les sources de financements
que vous avez indiqués dans le tableau ci-dessus
Responsables d’unités ou de laboratoires d’appartenance
Responsable
du Chef de projet Responsable du Chef de mission N°1 Responsable du Chef de mission N°2
Nom et Prénom Singh Satish Singh Satish Laurent Jolivet
Laboratoire Géosciences Marines Géosciences Marines Laboratoire Tectonique
Organisme IPGP IPGP Université Pierre et Marie
Curie
Adresse 4, place Jussieu
75252 Paris cedex 05 4, place Jussieu 75252 Paris cedex 05 4, place Jussieu 75252 Paris cedex 05
Tel [phone] 0144275190 0144275907
Fax [phone] 0144279969 0144275085
E-mail [email protected] [email protected].fr [email protected]
Nombre de dossiers
présentés par l’unité
Priorité du laboratoire
Date et signature des
responsables

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RESUME - ABSTRACT
NOM DE LA CAMPAGNE : ENCENS-FLUX
RESUME
• Texte synthétique résumant l'ensemble des documents 1 à 6, lisible par un non spécialiste
(ne pas dépasser 15 lignes)
L’objectif du projet de campagne à la mer ENCENS-FLUX est de caractériser et d’interpréter le régime thermique
des marges continentales conjuguées jeunes du golfe d’Aden oriental. La réalisation de la campagne s’appuiera
sur les résultats de l’imagerie sismique ENCENS-SHEBA et sur les travaux d’interprétation menés dans le cadre
du GDR MARGE : elle sera consacrée exclusivement à l’acquisition de mesures du flux chaleur à haute résolution
spatiale et aux dragages. Les résultats de cette étude pourront fournir des éléments de nature à préciser les
modes de formation des marges continentales, par une meilleure connaissance de leurs stades précoces (modes
de déformation de la croûte, subsidence, etc.…). Le projet prévoit la réalisation d’environ 275 mesures de flux de
chaleur espacées d’un mile nautique sur 6 profils dans la direction d’extension. Ces profils ont été choisis afin
d’identifier d’éventuelles variations depuis le domaine continental jusqu’au domaine océanique, les différences
entre les marges conjuguées, les effets associés à des structures volcaniques récentes ou à des changements
d’épaisseur de la croûte dans le domaine océanique. Un des profils s’étendra vers le domaine océanique pour bien
préciser le régime thermique à la transition. Quatre sites de dragages permettront d’échantillonner la transition
océan-continent (TOC), ainsi que la série sédimentaire sus-jacente le long de la zone de fracture d’Alula-Fartak.
Des carottages seront réalisés dans la zone axiale de la dorsale d’accrétion afin d’estimer la température du
manteau.
ABSTRACT
Traduction en Anglais du résumé
The goal of the ENCENS-FLUX marine survey is to characterize and to interpret the thermal regime of young
conjugate continental margins in the eastern Gulf of Aden. The survey will be exclusively devoted to heat Flow
measurements and to dredge operations. Results will possibly extend the knowledge of passive margins evolution
(crustal deformation, subsidence, etc...) in the early stages of development. The survey will be located along
seismic profiles obtained during the ENCENS-SHEBA survey and interpreted in the framework of the GDR
MARGE. The project includes about 275 heat flow measurements with 1 nautical mile spacing along 6 profiles in
the direction of extension. These profiles have been chosen in order to identify possible variations of Heat Flow
across the margins, variations on the conjugate margins and possible West to East variations related to deep
mantle (as attested by volcanic structures and variations on the oceanic crust thickness). One profil will extend on
the oceanic domain, in order to precise the thermal regime at the transition. Dredges operation will be carried away
on four sites in order to identify the nature of the crust in the Ocean-Continent Transition (OCT) and the above
sedimentary sequence along the Alula-Fartak fracture zone. Gravity coring on the accretion ridge will be done in
order to estimate the mantle temperature.

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DOCUMENT N° 1 NOM DE LA CAMPAGNE : ENCENS-FLUX
PROJET SCIENTIFIQUE,TECHNOLOGIQUE OU TECHNIQUE
• Objectifs scientifiques et références bibliographiques
• Plan de recherche incluant toutes les campagnes et le calendrier (préciser s’il y des obligations de
retour sur zone, pour des relevages de mouillages par exemple)
• Ce programme comporte t-il une partie terrestre ? si oui la décrire succinctement
• Avancement du projet. Pour les campagnes antérieures préciser brièvement pour chacune d’elles les
résultats majeurs obtenus et répondez à l’annexe sur la valorisation des campagnes réalisées
• Collaborations et programmes de rattachement (nationaux et internationaux)
• Résultats escomptés
Le document 1 ne doit pas dépasser 10 pages maximum
avec les illustrations et la bibliographie
Avant Propos
ENCENS-FLUX est la troisième campagne d’un programme d’étude des marges passives jeunes du golfe d’Aden
soutenu par le GDR MARGES. La première partie de ce programme a été réalisée en juin-juillet 2000 lors de la
campagne ENCENS-SHEBA (MD117) sur le N/O Marion Dufresne, par une reconnaissance bathymétrique,
sismique 3 traces, gravimétrique et magnétique du golfe d’Aden oriental. La deuxième campagne ENCENS 2 est
pré-programmée du 25 novembre au 30 décembre 2005 et permettra d’obtenir une image de la structure profonde
des marges conjuguées au moyen de sismique réflexion multitrace et OBS. Ce deuxième volet prend en compte
l’enregistrement des téléséismes par le réseau sismologique large bande mis en place pendant une année sur la
partie émergée de la marge Nord (Dhofar Seismic experiment ; Mars 2003/2004) qui sera redéployé pendant la
campagne ENCENS 2. Cette campagne apportera la 3ème dimension à la structure des marges obtenue grâce
aux données ENCENS-SHEBA. Enfin, la campagne ENCENS-FLUX permettra de caractériser le régime thermique
de ces marges conjuguées jeunes et d’apporter des contraintes sur la structure et les processus de mise en place
de la marge profonde par une série de dragages et de carottages. L’ensemble de ces résultats permettra d’avoir
une bonne connaissance des modes d’évolution dans les stades précoces d’une marge continentale et de les
interpréter.
Objectifs scientifiques
La connaissance du flux de chaleur sur les marges continentales est un enjeu fondamental pour la compréhension
du régime thermique terrestre, tant à l’échelle de la lithosphère (comment passe-t-on d’un régime thermique
océanique à continental ?), qu’à
l’échelle de la croûte (quels en
sont les mécanismes
d’amincissement ?) ou même
l’échelle de la matière organique
(peut-on prévoir l’évolution des
systèmes pétroliers ?). Pourtant,
peu d’études réalisées sur les
marges continentales ont apporté
de réponses convaincantes à ces
questions. La raison principale est
le nombre insuffisant de mesures
permettant de discriminer les
variations de flux de chaleur à
petite échelle.
L’obtention de données ayant une
bonne résolution spatiale est donc
essentielle pour pouvoir séparer
les contributions profondes et
superficielles du flux de chaleur.
De telles études se sont avérées particulièrement efficaces pour l’analyse du régime thermique des dorsales
océan marge profonde plate-forme
mesures conventionnelles données forages pétroliers
Figure 1: Flux de chaleur en fonction de la bathymétrie dans le bassin du bas Congo (en rouge 428
estimations obtenues en forages pétroliers, en bleu 293 mesures conventionnelles et en noir environ
un million d’estimations à partir des BSR). La courbe verte correspond à la moyenne des valeurs
par tranches bathymétriques.

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océaniques (Bonneville et al., 2003 ; Fisher et al., 2003 ; Stein and Fisher, 2003; Villinger et al., 2002 ) ou des
zones de volcanisme intra-plaque (Bonneville et al., 1997 ; Harris et al., 2000). Sur la marge continentale Africaine,
dans le bassin du bas Congo, l’existence de nombreuses estimations du flux de chaleur (mesures
conventionnelles, température dans les forages pétroliers, BSR sur la sismique haute résolution) a permis de la
même manière d’isoler des tendances régionales caractéristiques du domaine océanique, du domaine continental
profond et du plateau continental (Lucazeau et al., 2004) malgré des variations locales de plus forte amplitude
(Figure 1).
Aucune étude avec une telle résolution n’a été entreprise jusqu’à présent sur une marge jeune. Pourtant, la mise
en évidence de la composante profonde du flux de chaleur et de la relation éventuelle avec les modes d’extension
de la croûte continentale n’est possible
qu’avec des données de très bonne
résolution spatiale : l’existence de blocs
basculés résultera très vraisemblablement
en des perturbations locales du champ de
température (conduction latérale,
circulations de fluides). En théorie, les
différents modes d’amincissement
conduisent à des réponses différentes de
la composante profonde du flux de chaleur
(Figure 2), et ce d’autant plus que la
radioactivité crustale est importante (cet
effet n’a pas été intégré aux calculs du
modèle de (Buck et al., 1988)). Nous
proposons donc de mettre en œuvre une
campagne de mesure du flux de chaleur à
haute résolution spatiale (1 mile nautique
entre stations) sur la partie orientale de la
marge du golfe d’Aden, dans une zone bien connue sur le plan structural, et peu affectée par l’influence du point
chaud des Afars. Nous espérons y mettre en évidence des signaux liés aux différents domaines continentaux,
transitionnels et océaniques, des effets liés à la segmentation de la marge, à son asymétrie structurale (marges
conjuguées) et à des manifestations volcaniques qui se traduisent par la présence d’une croûte océanique plus
épaisse et des anomalies de conductivité électrique (d'Acremont, 2002; Toh et al., 2004 soumis ).
Afin de préciser les relations entre les modes de déformation de la lithosphère continentale d’une part et la
structure thermique et rhéologique d’autre part, une série de quatre dragages est envisagée. Les quatre sites sont
situés dans la zone de transition croûte continentale / croûte océanique (TOC) afin d’identifier la nature du socle,
où l'amincissement extrême peut avoir provoqué l'exhumation de niveaux profonds (base de croûte et/ou manteau)
à l’instar de la marge de Galice ou de la marge australienne (Beslier et al., 1990 ; Beslier et al., 2004). L’un d’entre
eux (sur la faille d’Alula-Fartak) devrait permettre en outre de réaliser une coupe des séries sédimentaires
reposant sur cette transition, et donc de préciser des éléments stratigraphiques et sédimentologiques importants
pour la compréhension de la TOC. En outre, des carottages (gravity cores) seront réalisés sur la ride d’accrétion
pour y effectuer des prélèvements de basaltes, sur lesquels la géochimie devrait permettre une estimation de la
température du manteau (Humler and Besse, 2002; Humler et al., 1999; Humler et al., 1993; Klein and Langmuir,
1987), information complémentaire au flux de chaleur et fondamentale dans l’analyse et la modélisation des
transferts de chaleur.
Contexte Géologique
Le golfe d’Aden est un bassin océanique jeune (~20 Ma), bordé de marges continentales peu nourries et exemptes
d’évaporites, dont la partie proximale est actuellement émergée. Son orientation moyenne N75°E est très oblique
par rapport à la direction d’ouverture N30°E indiquée par les failles transformantes. Il s’étend d’Ouest en Est à
partir de l’Afar sur près de 1500 km, avec une influence du point chaud qui décroît progressivement vers l’Est. Le
rifting a débuté dans la majeure partie du golfe pendant l’Oligocène et s’est poursuivi jusqu’au Miocène inférieur.
La structure superficielle des marges conjuguées orientales du golfe d’Aden a été abordée lors de la campagne
ENCENS-SHEBA (Leroy et al., 2000) et parallèlement lors des études tectoniques réalisées au Dhofar dans le
secteur de Salalah (Bellahsen, 2002 ; Bellahsen et al., 2004 soumis; Lepvrier et al., 2002 ). Ces travaux ont permis
la réalisation de schémas structuraux généraux (terre et mer) et de modélisation gravimétrique et magnétique
(d'Acremont, 2002 ; d'Acremont et al., 2004 soumis). Les marges conjuguées sont raides, étroites et asymétriques.
Des blocs basculés, horsts et grabens forment la marge Nord, alors qu’un bassin profond en pied de pente
continentale caractérise la marge Sud (Figure 3). Les relations entre la segmentation des marges et de la dorsale
naissante ont permis de proposer un modèle d’ouverture (d'Acremont, 2002 ; Leroy et al., 2004 soumis). La trace
de plusieurs discontinuités océaniques transformantes est observée loin de l'axe de la dorsale jusqu’aux marges,
Figure 2 : Modélisation des données de flux de chaleur obtenues dans la partie occidentale
de la mer Rouge (Buck et al., 1988). Les données (points) ont été projetées sur une coupe,
les courbes bleues et jaunes correspondent à un modèle de cisaillement simple, la courbe
verte à un modèle de cisaillement pur. Les courbes rose et rouge incorporent en plus du
cisaillement pur un amincissement plus important à l’axe et des processus de fusion
partielle. Aucun des modèles n’inclut la production de chaleur crustale.