Evolution oligo miocène des marges du micro - Archimer

THESE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE BRETAGNE OCCIDENTALE
SPECIALITE : GEOSCIENCES MARINES
François Bache
Evolution Oligo Miocène des marges du micro océan
Liguro-Provençal
Soutenue à Brest le 22 Février 2008
Devant la commission d’examen composée par :
M. J.L. OLIVET IFREMER, Plouzané Directeur de thèse
M. B.U. HAQ NSF, Arlington Rapporteur
M. J.L. RUBINO TOTAL, Pau Rapporteur
M. J. DEVERCHERE Univ. Bretagne Occidentale, Brest Examinateur
M. L. JOLIVET Univ. Pierre et Marie Curie, Paris VI Examinateur
M. J.P. SUC CNRS-Univ. Claude Bernard, Lyon I Examinateur
Mme. M. RABINEAU CNRS-Univ. Bretagne Occidentale, Brest Co-Encadrante
M. C. GORINI Univ.Lille I, Lille Co-Encadrant
M. G. CLAUZON CEREGE, Aix en Provence Invité

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La marge du golfe du Lion est issue d’une période de rifting Oligo-Aquitanienne suivie de l’ouverture
océanique du bassin Provençal vers le Burdigalien. Deux périodes ont été particulièrement étudiées au
cours de cette thèse :
•L’événement messinien qui constitue un jalon (entre 7 et 5.3 Ma) de l’histoire du bassin. Son
étude est indispensable à l’interprétation des séries antérieures.
•Et la période de formation de la marge, des débuts de l’extension continentale (35-30 Ma) à
l’océanisation (20 Ma environ)
Cette étude repose sur une synthèse de toutes les données (essentiellement industrielles) disponibles
sur le plateau, la pente et le bassin profond du golfe du Lion. Cette importante base de données a été
rassemblée dans le cadre du GDRMarges (atelier golfe du Lion).
L’étude des géométries sédimentaires sur la marge et dans le bassin profond apporte des éléments
nouveaux dans la compréhension de la crise messinienne :
•Le premier élément est l’identification, à la transition entre la plate-forme érodée par les
fleuves messiniens et le bassin, d’une épaisse série détritique (jusqu’à 1000 m d’épaisseur). La
base de cette série érode directement le rebord de la plate-forme miocène et correspond au tout
début de l’événement messinien. Cet épisode détritique correspond à la « crise d’érosion
messinienne » qui intervient avec l’exondation de la plate-forme du golfe du Lion avant
l’apparition des premières évaporites du bassin. Une chute de quelques centaines de mètres est
suffisante à ce stade pour démanteler la plate-forme miocène.
•Le deuxième élément important est l’identification, entre l’épisode détritique initial et la halite
messinienne bien connue dans le bassin, d’une épaisse série à évaporites inférieures (environ
1500 m). Cette période marque le début de la « crise de salinité messinienne ».
•Un troisième résultat concerne le ré ennoiement du bassin juste après le dépôt de la halite
messinienne (celle-ci représente le plus bas niveau marin). Nous avons identifié une surface
d’abrasion marine, témoin de la transgression de la ligne de rivage, entre les premiers indices
de dépôt de la halite et la surface d’érosion fluviatile messinienne. La limite entre cette
abrasion marine et la surface aérienne est située à une profondeur constante de 1.6 secondes
temps double. Cette limite représente la ligne de rivage juste avant une accélération suffisante
de la transgression pour fossiliser la surface d’érosion fluviatile messinienne (autours de 5.3
Ma).
Nous identifions au total près de 3500 m de sédiments déposés depuis la « crise d’érosion
messinienne » jusqu’au ré ennoiement du bassin. La plate-forme enregistre quant à elle une perte
sédimentaire (due à l’érosion) pouvant atteindre 1000 m. Ces transferts sédimentaires énormes ont des

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conséquences importantes sur l’évolution de la marge. Les premiers résultats issus d’un backstriping
1D et prenant en considération ces interprétations stratigraphiques suggèrent que le bassin était
profond de l’ordre de 3500 m avant la crise messinienne. L’étude détaillée des réajustements
isostatiques liés à l’événement messinien reste à faire et nous permettra de mieux comprendre
comment réagit la croûte à des contraintes de charge.
L’étude des structures de la croûte et de la sédimentation initiale de la marge du golfe du Lion (avec
plusieurs surfaces d’érosions majeures identifiées et datées) nous permet d’avancer les résultats
suivants :
•L’ensemble du substratum, mésozoïque et paléozoïque, parait largement érodé. Cette érosion
affecte l’ensemble de la marge, pratiquement jusqu’à la zone « océanique ». Une position
surélevée de cette zone jusqu’à la fin de l’épisode de rifting est mise en évidence. Cette
position haute contraste avec la zone camarguaise où un important bassin synrift Oligocène est
connu.
•A partir de l’Aquitanien (fin du rifting), la rupture se produit et semble limitée à une zone
étroite d’environ 50Km. L’ensemble du golfe du Lion s’affaisse alors.
La question se pose de savoir si ce golfe du Lion qui a été soulevé et érodé sur toute sa largeur pendant
le rifting, avant de subsider, résulte d’un héritage ou s’il doit sa configuration à l’ouverture du bassin
Provençal.
A l’échelle du bassin, la marge homologue Sarde présente des caractéristiques équivalentes : toute la
zone centrale, homologue du golfe du Lion, est largement affaissée, entre les zones restées hautes de
l’Iglesiente et de la Nurra. Comme dans le golfe du Lion, les dépôts synrift parraissent peu développés.
Il semble donc évident que c’est bien l’ouverture du bassin Provençal qui contrôle l’évolution verticale
du golfe du Lion.
Ces résultats nous permettent de proposer une histoire de la marge du golfe du Lion en trois temps.
Tout d’abord un événement thermique profond maintient la plate-forme exondée pendant l’épisode
initial de rifting. Dans un deuxième temps la rupture se fait (Aquitanien supérieur, vers 20 Ma) et le
premier socle « océanique » atypique (zone de transition) se met en place. Le troisième temps
correspond à la mise en place de la croûte océanique proprement dite au centre du bassin.

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The Gulf of Lion margin has been created by an Oligo-Aquitanian rifting followed by oceanic
accretion in the Provencal basin during the Burdigalian. Two main periods have been detailed in this
thesis:
•The Messinian event that needs to be differentiated from earlier strata deposition. The event
also represents a clear marker (between 7 and 5,3 Ma) within the history of the basin.
•The initial period of margin formation, from the beginning of continental extension (35-30
Ma) to oceanisation (around 20 Ma)
The database for this study has been built using all available data (seismic and wells from industry) on
the shelf, the slope and the deep basin of the Gulf of Lion. The gathering of this huge database
occurred in the framework of the French GDRMarges program.
The study of sedimentary geometries on the margin and in the deep basin gave new elements for the
understanding of the messinian crisis:
•The first element is the identification of a thick detritic series (up to 1000 m) at the transition
between the sub aerially eroded shelf and the slope. The base of this series erodes directly the
Miocene shelf and corresponds to the very first event of the Messinian crisis. This first detritic
event is dated around 7 Ma, it corresponds to what we called the « messinian erosional crisis »
that brings the shelf to sub aerial erosion, but this occurs far ahead from the deposition of
evaporites in the deep basin. A sea level drop of a few hundreds meters only can explain the
erosion of the shelf.
•The second important element is the identification of a thick stratum of lower evaporites (over
1500 m), between the first detritic episode and the deposition of halite in the deep basin. This
event represents the beginning of the «messinian salinity crisis » at 5.6 Ma.
•A third result concerns the flooding of the basin, just after halite deposition associated to the
lowest sea level during the crisis. We also identified a submarine surface of erosion related to
the transgressive movement of the coast (the ravinement surface). This surface occurs on the
outer-shelf-upper-slope between the top of halite deposits and the sub aerial surface of
erosion. The transition between the sub aerial erosional surface and this ravinement surface
due to waves occurs at a constant depth of 1.6 twtt. This limit represents the position of the
shoreline just before a very rapid transgression that fossilised the subaerial surface without
further erosion (around 5.3 Ma).
We therefore identified about 3500 m of sediments deposited during the messinian crisis (s. l.) (from
the first erosional event to the re-flooding of the basin). The shelf registered a loss of up to 1000 m
thick of sediments. This implies enormous amount of sediment transfer from the shelf to the slope and