Fiche de valorisation de la campagne AOC

Valorisation des campagnes à la mer
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Fiche “ Valorisation des résultats des campagnes océanographiques ”
Nom de la campagne : AOC (Aden-Owen-Carlsberg)
Projet / Programme de rattachement : aucun
Navire : BHO Beautemps-Beaupré Engins lourds :
Dates de la campagne : 20 septembre – 12 octobre 2006
Nombre de jours sur zone/en transit : 12 sur zone / 11
Zone(s) : Océan Indien nord-ouest
Chef de mission principal (Nom, prénom et organisme) : Fournier Marc, Université Pierre et Marie Curie (UPMC)
Nombre de chercheurs et d’enseignants-chercheurs (en mer / à terre) : 7 / 0
Nombre d’ingénieurs et de techniciens (en mer / à terre) : 0 / 0
Nombre d’étudiants (en mer / à terre) : 0 / 0
Fiche remplie par : Marc Fournier Date d’actualisation de la fiche : mars 2012
Adresse : Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP), UPMC, Case 129, 4 place Jussieu, 75231 Paris cedex
05, France
Email : [email protected] Tel : [phone] Fax : [phone]
Résultats majeurs obtenus
1 – Contexte scientifique et programmatique de la campagne
À la suite de travaux à terre sur les marges du
golfe d’Aden (Lepvrier et al., 2002), le laboratoire de
Tectonique de l’UPMC avait initié en 1999 le
programme ENCENS dans le cadre du GDR Marges,
en collaboration avec Géosciences Azur et l’IUEM. Ce
programme avait pour but l’étude terre-mer des
marges conjuguées d’un bassin océanique récent, le
golfe d’Aden, pour progresser dans la compréhension
du processus de déchirure continentale et de mise en
place d’un système d’accrétion.
À cettte occasion, nous avions repris la
cinématique d’ouverture du golfe d’Aden (mouvement
relatif des plaques Arabie et Somalie), avec une
nouvelle interprétation du point triple Arabie-Inde-
Somalie (Fournier et al., 2001). Au lieu du point triple
FFR classique entre la faille transformante d’Owen, la
zone de fracture d’Owen (ZFO) et la dorsale de
Sheba, nous avions proposé que le point triple se
situait plus à l’ouest, à l’entrée orientale du golfe
d’Aden, au niveau du coude de la dorsale d’Aden-
Sheba (14,5°N ; 56,4°E), et qu’il était de type RRR. Si
elle était confirmée, cette interprétation avait des
conséquences sur le mode d’ouverture du golfe
d’Aden et sur la stabilité et l’existence des points triples FFR. Nous avions réévalué la cinématique du point triple à
partir de données satellitaires (Sandwell et Smith, 1997) et de données de sismicité mondiale (Dziewonski et al.,
1999). Cette étude “à distance” était limitée par le pouvoir de résolution des données et devait être complétée par
une étude sur zone. C’est pourquoi nous avons proposé de réaliser une courte campagne (12 jours) sur le point
triple Arabie-Inde-Somalie, nommé point triple AOC (Aden-Owen-Carlsberg ; Figure 1).
Figure 1. Contexte géodynamique et localisation de la zone d’étude.

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2 – Rappel des objectifs
La campagne AOC avait pour objectif principal de déterminer la configuration actuelle du point triple AOC
et sa cinématique depuis le début de l’océanisation dans le Golfe d’Aden il y a environ 20 Ma.
Objectifs et questions posées :
➣ Localisation, configuration et cinématique actuelle du point triple AOC
La cartographie multifaisceaux de la zone du point triple permet de révéler ses grands traits structuraux et
de savoir si le point triple correspond ou non à une zone de déformation diffuse. Le relevé magnétique fournit l’âge
du plancher océanique. La gravimétrie permet de suivre les variations d’épaisseur de la croûte océanique.
➣ Evolution du point triple AOC depuis ~20 Ma : implications pour l’ouverture du golfe d’Aden
La reconstruction à partir des données magnétiques de l’évolution spatiale et temporelle du point triple
depuis le début de l’ouverture du golfe d’Aden montre où il est apparu et comment il a évolué. La réponse à ces
questions doit permettre d’aborder le problème du processus moteur de la déchirure lithosphérique dans le golfe
d’Aden. Deux scénarii sont envisagés :
- ouverture active par propagation de la dorsale de Sheba
La propagation de la dorsale se fait par étapes successives avec des arrêts à la transition entre lithosphère
continentale et océanique et au niveau des principales failles transformantes du golfe (Manighetti et al., 1997).
- ouverture passive et migration du point triple AOC
Une dorsale d’orientation N75°E se met d’abord en place, puis est progressivement remplacée par la
dorsale de Carlsberg par migration vers l’ouest du point triple AOC. La dorsale acquiert sa courbure actuelle
pendant cette migration.
D’autres scénarii incluant l’existence d’une microplaque au point triple sont envisagés. Pour tester ces
modèles, il faut reconstituer l’évolution du point triple depuis 20 Ma, déterminer sa nature, et savoir s’il est stable
ou transitoire. Un autre test consiste à savoir si la partie sud de la zone de fracture d’Owen (entre 15°N et la faille
transformante d’Owen) est réellement inactive grâce au sondeur 3.5 kHz qui détecte les failles actives.
➣ Existe-t-il des points triples FFR sur Terre ?
La reconstitution du mouvement des plaques lithosphériques à partir des anomalies magnétiques a
longtemps permis de conclure à l’existence de points triples RRF connectant une frontière transformante à une
dorsale océanique. Les trois exemples connus sont les points triples des Açores, Juan Fernandez, et AOC. En
réalité, dans ces trois exemples la frontière transformante évolue en frontière divergente au voisinage du point
triple. Dans deux cas, le point triple RRF est probablement remplacé par un point triple RRR, et dans le dernier cas
la formation de la microplaque Juan Fernandez intervient. La campagne AOC permettra de confirmer si le point
triple Arabie-Inde-Somalie est de type RRR. La substitution d’un point triple RRF (ou FFR) par un point triple RRR
est peut-être la réponse mécanique de la lithosphère à des conditions cinématiques aux limites qui varient
sensiblement au cours du temps.
3 – Données acquises et analyses effectuées en mer et à terre
o Mesures acquises pendant la mission
Quatre types de données géophysiques ont été acquises en continu pendant la campagne :
- données bathymétriques multifaisceaux (sondeur Kongsberg-Simrad EM-120)
- données de sondeurs de sédiments (3.5 kHz) numériques (Kongsberg-Simrad SBP120)
- données magnétométriques avec capteur tracté (magnétomètre marin Thomson Sintra SMM II)
- données gravimétriques (gravimètre marin Bodenseewerk Geosystem KSS31)
o Echantillons acquis pendant la mission : aucun
o Traitements et analyses
- traitement des données de bathymétrie multifaisceaux (Caraibes + GMT)
- traitement des données du sondeur 3.5 kHz (Seismic Unix = SU)
- traitement des données magnétiques et gravimétriques, modélisation 2D (logiciels "maison")
- interprétation de l’ensemble des données

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4 – Principaux résultats obtenus
4.1. Réévaluation de la cinématique Arabie-Inde (Fournier et al., Nature Geoscience, 2008)
Figure 2. La découverte d’une faille active en
terminaison sud de la ZFO lors de la campagne AOC a
permis de réévaluer la cinématique Arabie-Inde. La
faille, cartographiée sur environ 120 km, est rectiligne,
verticale, orientée N10°E, et recoupe la ride
topographique d’Owen en la décalant de manière
dextre de 12 ±1 km. La faille ne présente pas de
décalage vertical notable, elle est purement
décrochante dextre. Elle se termine au sud dans un
bassin en pull-apart bordé par des failles normales ~E-
O actives.
Trois jeux de données indépendants
(mesures GPS, mécanismes au foyer des séismes,
bathymétrie multifaisceaux) indiquent que la ZFO est
une frontière purement décrochante dextre qui suit un
petit cercle centré sur le pôle de rotation voisin. En
combinant toutes les données disponibles, la meilleure
estimation du mouvement actuel sur la ZFO est de
3 ±1 mm an-1.
Une extrapolation du taux de glissement
actuel restaurerait le déplacement total observé (10-12
km) en 3 à 6 millions d’années. Ce petit décalage
fournit donc la preuve que le système de faille actuel
s’est initié récemment à l’échelle des temps
géologiques (Pliocène).
Figure 3. Cinématique GPS Arabie-Inde. Les flèches bleues et rouges montrent respectivement les vitesses de plaques (solution
ITRF2005 avec stations GPS permanentes) dans le référentiel initial et dans le référentiel Inde fixe. Le pôle de rotation Arabie-Inde P1 a
été déterminé à partir des données GPS uniquement et le meilleur pôle P2 en prenant en compte aussi les séismes le long de la ZFO
(points rouges) et l’azimut de la faille décrochante active cartographiée pendant la campagne AOC. La ZFO est localisée sur un petit
cercle centré sur le pôle eulérien.

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4.2. Les points triples RRF sont-ils stables sur Terre ? (Fournier et al., Basin Research, 2008)
Figure 4. À l’échelle globale, on peut s’interroger sur la configuration stable des points triples RRF où, comme au point triple Arabie-
Inde-Somalie (AOC), une frontière transformante se connecte à une dorsale ou à un système de dorsales. Dans le domaine
océanique, trois exemples de tels points triples sont connus actuellement : le point triple des Açores où la faille de Gloria (GF) se
branche sur la dorsale médio-Atlantique (MAR) par l’intermédiaire du rift de Terceira (TeR) ; le point triple Juan Fernandez où la
transformante du Chili (ChT) se connecte à la dorsale Est-Pacifique (EPR) au niveau de la microplaque Juan Fernandez (JF) ; et le
point triple AOC dans l’Océan Indien où la zone de fracture d’Owen (OFZ) rejoint le système de dorsales de Carlsberg (CaR) et de
Sheba (ShR). Dans ces trois exemples, le point triple RRF attendu n’existe pas parce que la frontière transformante évolue en
frontière divergente au voisinage du point triple.
Figure 5. Evolution en quatre stades du point triple AOC à partir des résultats de la campagne AOC. Le changement de
configuration de la frontière Arabie-Inde et l’initiation du bassin de Beautemps-Beaupré (B3) sont synchrones d’une réorganisation
cinématique régionale dans l’Océan Indien vers 10 Ma (chron 5). La configuration du point triple avant et après le changement de
géométrie est montrée avec le triangle de vitesse correspondant. La sismicité suggère qu’une nouvelle frontière de plaque se
développe actuellement à l’ouest du bassin de Beautemps-Beaupré. Dans un futur proche, un secteur plus important de la plaque
arabe pourrait être transféré à la plaque indienne. AR, plaque Arabie; IN, plaque Inde ; SO plaque Somalie.

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4.3. Propagation ultra-rapide de la dorsale de Sheba dans le continent africain (Fournier et al., 2010)
Figure 6. La dorsale océanique de Sheba s’est mise en place il y a 20 Ma dans le golfe d’Aden entre les plaques Arabie et Somalie.
Après avoir interprété les données magnétiques de la campagne AOC, toutes les données magnétiques disponibles dans le golfe
d’Aden et l’océan Indien nord-ouest ont été analysées pour étudier la pénétration de la dorsale de Sheba dans le continent africain
et établir un modèle cinématique haute définition de l’ouverture du golfe d’Aden. La carte du pointé des anomalies magnétiques
montre que (1) l’anomalie la plus ancienne identifiée dans le golfe d’Aden est l’anomalie 6 (19,7 Ma) dans la zone du point triple
AOC, et que (2) l’anomalie 5C (16 Ma) est identifiée dans la totalité du golfe d’Aden. L’accrétion s’est donc initiée il y a 20 Ma et s’est
poursuivie dans tout le golfe d’Aden depuis 16 Ma.
Figure 7. La carte de l’âge de la croûte océanique établie à partir des données magnétiques met en évidence la propagation ultra-
rapide de la dorsale de Sheba. La dorsale s’est propagée sur une distance de 1400 km en moins de 4 millions d’années entre 20 et
16 Ma à une vitesse moyenne supérieure à 35 cm/an (350 km/Ma). Cette vitesse de propagation est plus de dix fois supérieure à la
vitesse d’expansion océanique de la dorsale (2 cm/an). La propagation des dorsales océaniques est ultra-rapide et témoigne de
« crises tectoniques » qui font qu’en quelques millions d’années le visage de la Terre est profondément modifié.