MAGOFOND 3 Fiche-2012 - Flotte océanographique

Valorisation des campagnes à la mer
Navires Ifremer - IRD - IPEV
Fiche “ Valorisation des résultats des campagnes océanographiques ”
(à envoyer par courriel à [email protected] )
Nom de la campagne : MAGOFOND 3
Projet / Programme de rattachement : Cette campagne s’inscrit dans la série des campagnes Magofond
dont l’objectif est la mise en évidence des variations passées du champ géomagnétique à l’aide
d’enregistrements marins de haute résolution, réalisés à proximité du fond.
Navire : Suroît
Engins lourds : aucun
Dates de la campagne : 14/07/2005- 22/08/2005
Zone(s) : Océan Atlantique Central
Nombre de jours sur zone/en transit/ en escale : 30 / 7 / 1
Chef de mission principal (Nom, prénom et organisme) : Dyment, Jérôme, IPGP CNRS
Nombre de chercheurs et d’enseignants-chercheurs (en mer / à terre): 3 / 6
Nombre d’ingénieurs et de techniciens (en mer / à terre) : 2 / 4
Nombre d’étudiants (en mer / à terre) : 5 / 4
Date de rédaction ou d’actualisation de la fiche : 15/09/2012
Fiche remplie par : Jérôme Dyment
Adresse : IPGP, 1 rue Jussieu, 75005 Paris
Email : [email protected]
Tel : 01 83 95 74 00
Fax : 01 83 95 77 10
Résultats majeurs obtenus
1 à 3 pages destinées à informer un large public sur les résultats obtenus
1 – Contexte scientifique et programmatique de la campagne
Le champ magnétique de la Terre s’est souvent inversé au cours des temps géologiques. Bien que survenant très irrégulièrement,
de telles inversions se sont produit en moyenne une fois par million d’années au cours des quatre-vingts derniers millions
d’années. Outre ces inversions, l’intensité du champ magnétique terrestre fluctue au cours du temps, comme le montrent les
mesures effectuées depuis plus de deux siècles dans les observatoires magnétiques, ou encore les enregistrements passés de ce
champ dans les terres cuites (archéomagnétisme, pour la période historique) ou dans les roches (paléomagnétisme, pour les temps
géologiques). L’existence de tels témoins du champ magnétique ancien découle du fait que tout matériel contenant des minéraux
magnétiques acquiert, lors de son refroidissement en dessous d’une « température de Curie » caractéristique de ces minéraux, une
aimantation permanente de direction parallèle au champ ambiant et d’intensité proportionnelle à ce champ. Les laves, de par leur
refroidissement rapide, sont ainsi d’excellents matériaux pour décrypter l’histoire du champ magnétique terrestre.
Les fonds océaniques représentent la province volcanique la plus importante de notre planète. La croûte magmatique qui en
constitue la majeure partie se forme régulièrement à l’axe des dorsales océaniques et y acquiert une aimantation de polarité
semblable à celle du champ ambiant lors de leur formation. Les inversions du champ génèrent des alternances de bandes à
aimantation de polarité normale (c'est-à-dire semblable à l’orientation actuelle du champ géomagnétique) ou inverse, plus ou
moins parallèles aux dorsales pour les plus récentes, qui représentent des isochrones de l’accrétion océanique. C’est la découverte
de ces anomalies magnétiques océaniques au début des années soixante qui a permis à la Tectonique des Plaques de s’imposer.
Depuis lors, les anomalies magnétiques n’ont cessé d’être utilisées pour affiner l’échelle chronologique des inversions du champ
magnétique et reconstituer les mouvements passés des plaques à la surface de notre planète.
Si les inversions du champ géomagnétique sont maintenant bien définies pour les derniers 160 millions d’années, il n’en va pas de
même pour les variations d’intensité de ce champ au cours du temps. Les mesures magnétiques conventionnelles, effectuées à la
surface de l’océan, à plusieurs kilomètres de la croûte aimantée, n’ont pas la résolution nécessaire pour restituer de telles
variations. Seuls des mesures de haute résolution, effectuées à proximité du fond, permettent de reconnaître ce signal, si les laves
de la croûte océanique en conservent la trace. Plusieurs campagnes, dont Magofond 1 (1996) et Magofond 2 (1998), ont montré
que la croûte océanique magmatique conserve la mémoire des variations passées de l'intensité du champ magnétique et met en
évidence les « excursions géomagnétiques » reconnues par ailleurs. La qualité des enregistrements de haute résolution effectués
dépend de la vitesse d’expansion à laquelle s’est créée cette croûte et de l’altitude à laquelle les mesures sont effectuées.
2 – Rappel des objectifs
La campagne Magofond 3 visait à exploiter cette découverte en se focalisant sur un événement géomagnétique exceptionnel, la
« période magnétique calme » du Crétacé (83-118 Ma). Cette période est un long épisode au cours duquel aucune inversion n’est
observée et la polarité du champ semble être restée normale. L’objectif de la campagne Magofond 3 était donc d’acquérir de
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longs profils magnétiques de haute résolution à travers la « zone magnétique calme » Crétacée de l’océan Atlantique Central,
entre les îles Canaries et les îles du Cap Vert. Les profils devaient être réalisés de manière à éviter tout mont sous-marin et toute
complexité tectonique, susceptibles de brouiller le message temporel porté par les anomalies magnétiques océaniques. Pour cela,
la première partie de la campagne (de 2 semaines) a consisté en un levé géophysique conventionnel suivant plusieurs profils
considérés comme des cibles potentielles, de manière à choisir ceux qui présentent les conditions les plus favorables à la
réalisation de profils de haute résolution. La seconde partie de la campagne (de 3 semaines) s’est attachée exclusivement à la
réalisation des profils de haute résolution par magnétomètre de fond tracté à petite vitesse, profils destinés à reconstituer
l’historique des variations d’intensité géomagnétique durant la période magnétique calme.
Ce résultat permettrait de comparer les variations d’intensité géomagnétiques durant la période magnétique calme à celles de
périodes plus récentes affectées de nombreuses inversions de polarité, afin d’évaluer si la distribution des excursions
géomagnétiques y est semblable ou pas et, in fine, déterminer si l’absence d’inversion lors de la période magnétique calme
correspond à un blocage du processus à l’origine des inversions, et donc à un fonctionnement différent de la géodynamo, ou si au
contraire la période magnétique calme, pour en être un intervalle de polarité très long, n’est pas fondamentalement différent des
autres intervalles de polarité, le fonctionnement de la géodynamo restant sensiblement le même. Ce résultat est important pour
comprendre les processus à l’origine du champ magnétique terrestre et de ses inversions, et donc la dynamique du noyau terrestre.
Une importante conséquence de ce travail est la possibilité, une fois la séquence des variations d’intensité géomagnétique établie
pour la période magnétique calme, d’utiliser cette séquence pour définir des marqueurs temporels destinés à mieux contraindre
l'évolution des bassins océaniques et la cinématique globale entre 118 et 83 millions d’années. L’absence d’anomalie magnétique
dans ce long intervalle laisse subsister d’importantes zones d’ombre dans notre connaissance de l’histoire des plaques, que les
marqueurs ainsi définis pourraient permettre de lever.
3 – Principaux résultats obtenus (avec quelques illustrations)
La première partie de la campagne (Figure 1, en noir) s’est déroulé au mieux, permettant l’acquisition de données de sismique
rapide et de magnétisme de surface le long de deux profils traversant complètement la zone magnétique calme, de deux profils en
recoupant la moitié la plus jeune et d’un dernier profil le quart le plus ancien.
La seconde partie de la campagne (Figure 1, en rouge), dédiée à l’acquisition des données magnétiques de haute résolution, a
commencé par différents ajustements techniques du magnétomètre de fond (allongement de la longueur de câble entre le lest et le
magnétomètre, insuffisante du fait des aimantations de l’émerillon du câble SAR et de la BUC, remplacement d’un logiciel). Ces
problèmes résolus, le magnétomètre de fond a été progressivement immergé vers sa profondeur nominale de 4000 m… qu’il n’a
jamais atteinte, puisqu’une intrusion d’eau due à un joint torique mal monté par le fabriquant a causé la destruction de l’instrument
autour de 2000 m. Un magnétomètre de fond de secours, constitué d’un capteur vectoriel de type fluxgate (habituellement
maintenu dans une nacelle remorquée derrière le lest par le câble allongé a été testé et s’est montré suffisamment performant pour
acquérir, dans le temps restant, deux profils à une profondeur de 4000 m, le premier à travers la partie la plus jeune de la zone
calme, le second à travers sa partie la plus ancienne. La réalisation de ces deux profils, qui couvrent ensemble près de la moitié de
la période magnétique calme du Crétacé, a permis de « sauver » la seconde partie de la campagne, dont le bilan reste cependant
mitigé. En effet, ces deux profils ont été
réalisés entre 1000 et 1500 m au dessus du
fond (et non 500 m comme désiré) et
présentent donc une résolution moindre
que celle souhaitée, d’une part pour ne pas
soumettre les épissures réalisées à trop
forte pression, mais aussi parce que le lest
de 600 kg s’est révélé insuffisamment
lourd pour tracter le système à une vitesse
raisonnable. Par ailleurs, le second profil
n’a pu être réalisé à l’aplomb d’un des
profils sismiques réalisés lors du premier
leg, faute de temps. Remarquons enfin que
les « temps morts » occasionnés par les
différents incidents et réparations ont été
utilisés pour l’acquisition de profils
magnétiques de surface complémentaires.
_____________________________________
Figure 1 : Plan de position des campagnes
Magofond 3 Legs 1 et 2 (2005) et Magofond
3b (2008). Les lignes épaisses soulignent les
acquisitions de magnétisme de fond,
réalisées à moins de 2 noeuds.
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Figure 2 : Profils d’anomalies magnétiques de
surface (traits noirs fins) et de fond (trait rouges
épais) réduits au pôle, alignés sur l’anomalie 33r
(zone grisée à gauche) et l’anomalie M1 (zone
grisée à droite). Les lignes horizontales noires
soulignent la présence de zones de fracture entre
profils, les lignes verticales rouges de différents
figurés marquent les corrélations entre anomalies
des différents profils.
______________________________________
La Figure 2 montre l’ensemble des profils
magnétiques de surface et de fond obtenus. Les
fortes similitudes observées entre ces profils,
certains distants de plus de 500 kilomètres,
soulignent la probable origine géomagnétique
des variations observées. La Figure 3 présente
le détail des données de fond, jugées
d’excellente qualité en regard des difficultés
rencontrées pour les acquérir. L’ensemble de
ces données a servi de base à la constitution de
la demande de campagne Magofond 3b, qui a
réalisé en 2008 avec succès l’objectif initial de
la campagne Magofond 3 (Figure 1, en bleu)
Eu égard à l’altitude des mesures (1000 m pour
les données de fond, 5000 m pour les données
de surface), il n’a pas été utile de corriger ces
données magnétiques des effets de la
topographie du socle, comme l’ont montré nos
tests. Les données de sismique rapide collectées
lors du premier leg n’ont donc pas été utilisées
_____________________________________
Figure 3 : Profils d’anomalies magnétiques de
fond réduits au pôle (trait rouges épais). Les
indications en noir présentent l’identification des
anomalies observées, les flèches rouges donnent
l’âge de ces anomalies. Seuls le début et la fin de
la période magnétique calme du Crétacé et les
anomalies voisines (33 et 33r, M0 à M3) ont pu
être levés en raison des difficultés techniques
rencontrées
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Figure 4 : Exemple de profils de sismique rapide, migré en profondeur à vitesse constante. Le socle, toit de la croûte océanique
basaltique aimantée, est apparent sur l’ensemble des profils et aisément interprété. L’exagération verticale est d’environ 25 et exagère
fortement les déformations observées. Ces dernières affectent toute la série sédimentaire de manière décroissante du socle au fond.
Leur orientation reste à ce jour indéterminée.
____________________________________________________________________________________________________
pour l’exploitation des données magnétiques de Magofond 3, mais elles l’ont été pour celle des données de Magofond3b, acquises
à 500 m du fond. Ces données, d’excellente qualité, montrent en outre un résultat inattendu : les séries sédimentaires semblent
affectées d’une déformation, fortement exagérée sur la Figure 4, qui affecte localement l’ensemble de la série et devrait pouvoir
être observée sur la bathymétrie. L’interprétation de cette déformation est difficile, dans la mesure où nos données sismiques ne
présentent pas de croisement et ne permettent donc pas de déterminer la direction des structures observées. Des données
bathymétriques multifaisceaux acquises lors d’un transit en 2009 pourraient permettre de lever cette indétermination et
d’interpréter cette déformation. (données à récupérer et à traiter).
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Tableau récapitulatif
Nombre
3
Publications d’articles originaux dans des revues avec comité de lecture référencées dans Année n : 0
Année n+1 : 0
JCR (Journal Citation Reports )
Année n+2 : 0
Année n+3 : 0
Année n+4 : 0
Année n+5 : 0
Année n+6 : 0
Année n+7 : 1
…
Publications dans d’autres revues ou ouvrages scientifiques faisant référence dans le
0
domaine
Publications électroniques sur le réseau Internet
0
4
Publications sous forme de rapports techniques
1
5
Articles dans des revues ou journaux « grand public »
0
6
Communications dans des colloques internationaux
6
7
Communications dans des colloques nationaux
1
8
Nouvelles espèces (animales, végétales, microorganismes) décrites
0
9
Rapports de contrats (Union européenne, FAO, Convention, Collectivités …)
0
10
Applications (essais thérapeutiques ou cliniques, AMM …)
0
11
Brevets
0
12
Publications d’atlas (cartes, photos)
0
13
Documents vidéo-films
0
14
DEA ou MASTER 2 ayant utilisé les données de la campagne
2
15
Thèses ayant utilisé les données de la campagne
1
16
Traitement des échantillons et des données
Si en cours, préciser et donner les échéances
Transmission au SISMER des données acquises avec les moyens communs du navire
terminée
1
2
17
Oui
(NB : cette transmission est systématique dans le cadre des navires gérés par Genavir)
18
Transmission au SISMER de données autres que celles acquises avec les moyens
communs du navire
Transmission à d’autres banques de données
Non
19
Transmission à d’autres équipes
Non
20
Considérez-vous la publication des résultats terminée
Si en cours préciser et donner les échéances
Non
en cours (2010)
Fournir pour chacune des rubriques en classant année par année :
Rubriques 1 à 7 incluses : liste des publications et colloques avec les noms d’auteurs suivant la présentation en vigueur pour les
revues scientifiques.
Rubriques 8 à 13 : Liste des références des rapports, des applications, des brevets, atlas ou documents vidéo
Rubriques 14 et 15 : Nom et Prénom des étudiants, Laboratoire d’accueil. Sujet du DEA ou MASTER 2 ou de la thèse, Date de
soutenance
Rubriques 17 à 19 incluses : données transmises à des banques de données ou à des équipes auxquelles.
Rubrique 20 : Si la publication des résultats n’est pas terminée, pouvez-vous donner un échéancier ?
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Références
R1 - Références des publications d’articles originaux dans des revues avec comité de lecture référencées
dans JCR (vérifier dans la base « Journal Citation Reports » via « ISI Web of Knowledge » si les revues sont bien
référencées) et résumés des principales publications
GRANOT, R., DYMENT, J. & GALLET, Y., 2012 - The geomagnetic field during the Cretaceous Normal superchron from
marine magnetic anomalies, Nature Geosciences, 5, 3, 220-223, DOI: 10.1038/NGEO1404.
R4 – Références des rapports techniques
Rapport technique de dysfonctionnement du magnétomètre de fond adressé à IXSEA
R6 – Références des communications dans des colloques internationaux
GALLET, Y., DYMENT, J., KITAZAWA, M., BOULIGAND, C., HOISE, E., KIM, M.J.J, SAVARY, J., ROYER, J.Y.,
CHOI-DYMENT, Y. & GOTAB, B., 2005 - The Cretaceous Quiet Zone: How Quiet ?, American Geophysical Union Fall
meeting, San Francisco, 05-09/12.
BOULIGAND, C., DYMENT, J., GALLET, Y., HULOT, G. & HOISÉ, E., 2008 - Tracking the long-term evolution of
geomagnetic secular variation from tiny wiggles in marine magnetic profiles. American Geophysical Union Fall meeting, San
Francisco, 15-19/12.
DYMENT, J., GALLET, Y., HOISÉ, E. & THE MAGOFOND 08 SCIENTIFIC PARTY, 2009 - First complete high-resolution
record of the Cretaceous Normal Superchron. American Geophysical Union Fall meeting, San Francisco, 14-18/12.
DYMENT, J., GRANOT, R., SZITKAR, F., GALLET, Y. & FOUQUET, Y., 2011 – Deep-sea magnetic anomalies, IUGG
General Assembly, Melbourne, 28/06-07/07.
GRANOT, R., DYMENT, J. & GALLET, Y., 2011 – The geomagnetic field during the Cretaceous Normal superchron from
marine magnetic anomalies, American Geophysical Union Fall meeting, San Francisco, 5-9/12.
GRANOT, R. & DYMENT, J., 2012 - Detailed Cretaceous reconstruction model for the South Atlantic, American Geophysical
Union Fall meeting, San Francisco, 03-07/12.
R7 – Références des communications dans des colloques nationaux
DYMENT, J., GALLET, Y., GRANOT, R. & KITAZAWA, M., 2013 - Profils magnétiques marin de haute résolution:
variations du champ magnétique et datation, Colloque Français de Paléomagnétisme, Paris, 25-26/03.
R14 – DEA ou MASTER 2 ayant utilisé les données de la campagne (Nom et Prénom de l’étudiant, Laboratoire
d’accueil. Sujet du DEA ou MASTER ou de la thèse, Date de soutenance)
Hoisé, Eva
Master de l’Institut de Physique du Globe de Paris
« Variations temporelles du champ géomagnétique durant la période magnétique calme du Crétacé »
Stage de M2 effectué à l’IPGP, soutenu en juin 2006.
Marion Jaud
Seconde année de l’ENSIETA, Brest
« Validation du traitement et première interprétation des données sismiques de la campagne Magofond 3 »
Stage effectué à l’IPGP, soutenu en septembre 2007
R15 – Thèses ayant utilisé les données de la campagne (Nom et Prénom de l‘étudiant, Laboratoire d’accueil. Sujet du
DEA ou MASTER ou de la thèse, Date de soutenance)
Bouligand, Claire
Doctorat de l’Institut de Physique du Globe de Paris
« Etudes sur le comportement du champ magnétique terrestre durant les périodes de polarité stable »
Thèse préparée à l’IPGP, soutenue le 13 septembre 2006
R16 – Traitements des échantillons et des données en cours (types et échéances)
Aucun
R1, R18 et R19 – Liste des données transmises (Préciser les destinataires, SISMER, autres banques, équipes
scientifique …)
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Transmission des données au SISMER à l’issue de la campagne.
R20 – Liste des résultats restant à publier - échéance
Compte tenu des difficultés techniques survenues durant la campagne, les données magnétiques de surface, les deux petits profils
magnétiques de fond, et les données sismiques ne permettaient pas de réaliser une publication acceptable sur les objectifs de la
campagne. Les données ont néanmoins été traitées de manière adéquate, au cours des stages d’Eva Hoisé (pour les données
magnétiques) et de Marion Jaud (pour les données sismiques).
L’acquisition d’un long profil magnétique de fond durant la campagne Magofond 3b en octobre et novembre 2008 permet, d’une
part, d’utiliser les données de sismique rapide pour corriger ce profil des effets de la topographie du socle ; d’autre part de
comparer ces nouvelles données aux deux petits profils magnétiques de fond sur la partie correspondante, ainsi que les profils de
surface de plus basse résolution sur l’ensemble de la période calme du Crétacé. Ce travail est achevé et a donné lieu à une
publication à Nature Geoscience.
Enfin, l’acquisition de données bathymétriques multifaisceaux, demandée mais impossibles à réaliser avec le sondeur EM300 du
Suroît lors des campagnes Magofond 3 et Magofond 3b, n’a pas encore été réalisée à ce jour De telles données sont
indispensables pour déterminer les directions structurales et interpréter la déformation, jusqu’alors inconnue, observée sur les
données de sismique rapide.
Pour conclure, la campagne Magofond 3 représentait la première étape d’un projet qu’elle n’a pas permis de
mener à bien pour des raisons techniques. Ce projet a été conduit à terme grâce aux données magnétiques
de fond recueillies en 2008 lors de la campagne Magofond 08 (Magofond 3b)