Subduction d`une plaque océanique constituée de

Ecole Doctorale Sciences Fondamentales et Appliquées
Université Côte d'Azur
UFR Sciences
Proposition de Sujet de Thèse pour Contrat Doctoral UCA
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Titre de la thèse
Subduction d’une plaque océanique constituée de manteau exhumé serpentinisé sous la
marge des Petites Antilles du Nord : impact sur la déformation tectonique et la
sismogenèse
Thesis Title
How does the exhumed serpentinised mantle subducting beneath the Northern Lesser
Antilles affect the margin tectonic deformation and seismogenesis?
Directeur de Thèse (HDR ou assimilé)
Nom : Marcaillou
Prénom : Boris
Téléphone : [phone]
Courriel : [email protected]
Laboratoire d'accueil
GEOAZUR
Co-directeur
Nom :
Prénom :
HDR :
Unité de recherche :
Téléphone :
Courriel :
Domaine Scientifique
DS3 - Sciences de la Terre et de l'Univers, Espace

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UFR Sciences
Description du sujet
Les Petites Antilles du Nord (Antigua – Iles Vierges) constituent un cas unique au monde à
ce jour, de marge active soumise à la subduction d’un grand patch de manteau
serpentinisé. Les zones de subduction, siège d'une très importante sismicité, peuvent
générer de très grands séismes de subduction (Magnitude > 8), comme ce fut le cas face
aux Antilles centrales (Martinique-Guadeloupe) en 1843 (Bernard and Lambert, 1988). De
manière cohérente, les quantifications de flexuration de la plaque plaident en faveur d'un
couplage important de la zone sismogène dans ce segment (Leclerc et al., 2015). Le
segment des Grandes Antilles (Iles-Vierges à Haïti) est également connu pour l’occurrence
de grands séismes de subduction (e.g. McCann and Pennington, 1990). Comparativement,
entre ces segments, dans les Petites Antilles du Nord aucun grand séisme de subduction
n’a jamais été enregistré. D’ailleurs, une ré-interprétation récente des données GPS
suggère que ce segment Nord ne soit que très partiellement couplé (Symithe et al., 2015).
L’objectif de la thèse est de déchiffrer l’impact de la subduction atypique de manteau
serpentinisé sur la segmentation structurale de la marge, sa déformation tectonique et la
variabilité latérale supposée forte du potentiel sismogène. Les petites Antilles du Nord
sont un laboratoire de choix pour cette étude en raison de l’importante variation
structurale, la subduction de rides, l’augmentation drastique de l’obliquité de la
convergence des plaques et les variations de flux de chaleur. La découverte, il y a
quelques mois d’un patch de ~200x200 km de manteau serpentinisé exhumé et fortement
hydraté dans la plaque plongeante accroit encore cette hétérogénéité structurale. Au
cours de ce travail, le-la doctorant-e abordera les questions suivantes :
- Quelles sont les variations latérales de la structure profonde de la zone de subduction
des Petites Antilles?
- Quelles sont les caractéristiques structurales, tectoniques, thermiques de la subduction
du patch de manteau serpentinisé ?
- Quelle est l’influence de ces variations latérales sur le potentiel sismogène et le
comportement tectonique de la marge
- Quelles sont les variations latérales des structures et des bassins de la plaque supérieure
à l'aplomb de la zone mécaniquement couplée?
Le/la doctorant disposera pour ce faire des profils de sismique réflexion profonde acquis
pendant la campagne Antithesis 3 (2016) au moyen de la nouvelle flûte solide de
l’IFREMER (720 traces) (Marcaillou et al., 2016). Ces données s’intègrent à un jeu
complet et récent de données des campagnes Sismantilles et Antithesis 1 et 2, incluant
des lignes sismique réflexion et réfraction, une carte bathymétrique complète, des
mesures de flux de chaleur, les relocalisations précises des séismes enregistrés par le
déploiement temporaire d’un réseau de sismomètres sous-marins et les données
régionales des champs potentiels gravifique et magnétique (Marcaillou et al., 2013;
Lebrun et al., 2015; Marcaillou et al., 2015). Le-la doctoran-e bénéficiera des récents
progrès du groupe de recherche Antithesis (Laurencin et al., submit; Paulatto et al.,
submit). Sa tâche principale consistera à traiter et interpréter les données de sismique
réflexion profonde au moyen de la solution logicielle moderne Géovation®, développée et
utilisée par les compagnies privées, notamment pétrolières. La quantité et la diversité des
données disponibles fourniront au-à la doctorant-e une certaine latitude pour orienter,
dans un second temps, ses travaux selon son choix vers l’analyse des données de
sismologie de la zone, l’étude thermique et thermo-mécanique de l’interplaque ou l’étude

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morphostructurale et sismostratigraphique de la région.
Description of the thesis
The Northern Lesser Antilles (Antigua-Virgin Islands) is, so far, the unique example of a
convergent margin undergoing the subduction of a large patch of exhumed serpentinized
mantle. 80% of the seismic activity of the world occur along subduction zones that may
trigger great subduction earthquakes (Mw>8), as offshore off the Central Lesser Antilles
(Martinique-Guadeloupe) in 1843 (Bernard and Lambert, 1988). Consistently, plate
flexuration estimates suggest a great interplate coupling for the seismogenic zone in this
central segment (Leclerc et al., 2015). The Great Antilles Margin segment (Virgin
Island–Haiti) has also undergone big to great subduction earthquakes during the past
century (McCann and Pennington, 1990). Contrastingly, in between, the historical
seismicity catalogs indicate no big subduction earthquakes along the Northern Lesser
Antilles margin. Consistently a recent interpretation of GPS data suggests that this margin
segment is only partially coupled or uncoupled (Symithe et al., 2015).
This thesis aims at deciphering the impact of the atypical subduction of the exhumed
serpentinised mantle patch onto the structural segmentation, tectonic deformation and
seismogenesis lateral variation of the Northern Lesser Antilles margin. This segment is an
excellent area for this study because of the drastic structural variations, ridges
subduction, increase in plate convergence obliquity and lateral heat-flow variations. The
discovery, few months ago, of a ~200x200 km patch of exhumed serpentinized mantle
increase the margin structural heterogeneity. The Phd student will address the following
issues:
- North-South variation in the deep structure of the Lesser Antilles subduction zone.
- Structural, tectonic and thermal features of the margin segment subject to the
subduction of serpentinized mantle.
- Influence of these lateral variations onto tectonic deformation and seismogenesis of the
margin.
- Structure and tectonic deformation of fore-arc basins above the coupled interplate
contact.
The available data for this project include a new set of Multichannel seismic data recorded
during the campaign ANTITHESIS 3 (2016) with the brand new streamer, 720 traces, of
IFREMER (Marcaillou and Klingelhoefer, 2016). These data complete a great and recent
dataset that includes wide angle and multichannel seismic data, a complete bathymetric
map, heat-flow measurements, location of micro-earthquakes recorded with a temporary
web of Ocean Bottom Seismometers as well as regional gravimetric and magnetic data
(Lebrun and Marcaillou, 2015; Marcaillou, 2015; Marcaillou and Klingelhoefer, 2013 ).
The PhD student will integrate the highly-active ANTITHESIS scientific team (Laurencin et
al., submit ; Paulatto et al., submit) processing and interpreting the seismic data with
Geovation®, the latest geophysical software for seismic processing and imaging by CGG,
in use in numerous private companies, particularly for gas and oil exploration. Moreover,
the quantity and diversity of available data will allow the PhD student to direct, according
to his/her will, his/her researches towards the seismotectonic of the margin fore-arc, the
thermo-mechanical behavior of the interplate contact or the regional morphostructure and
seismo-stratigraphy study.
Informations complémentaires

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A l'issue de cette thèse, outre les débouchés dans le domaine de la recherche
fondamentale, le candidat aura acquis des compétences dans le traitement de données
d'imagerie sismique et l'analyse des structures des bassins. Ces compétences sont très
recherchées dans les domaines de la géologie des réservoirs pour le stockage (CO2,
déchets…) ou la prospection de ressources pétrolières, minières, hydrique ou
géothermiques, dans celui du développement des territoires pour leur aménagement et
leurs adaptations aux changements climatiques, ainsi que dans celui de la prévention des
risques naturels telluriques.
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