L’extension continentale un bref état des connaissances

Les deux classifications classiques du rifting 

Classification dynamique Cette classification a été établie pour répondre à la question du moteur de l’extension continentale, elle est basée sur le bilan des forces s’exerçant sur la lithosphère continentale. Ces forces sont de trois types : – les forces aux limites (gravitaires à l’échelle des plaques): Malgré leur dénomination de « forces de surfaces », l’origine des forces aux limites s’exerçant sur les plaques est thermo-gravitaire. Elles sont principalement liées à l’expansion océanique (ridge push ~3×1012 N/m [Parsons and Richter, 1980 ; Bott, 1991 ; Richardson, 1992]), la traction du slab ne participant que très faiblement à l’état de contrainte intra-plaque de la lithosphère [Forsyth and Uyeda, 1975]. D’une manière générale, les plaques continentales ne sont jamais à proprement dit en tension [Zoback, 1992] mais il peut arriver que le couplage entre la lithosphère océanique et la lithosphère continentale au niveau des marges actives soit très faible comme dans les cas de retrait du slab. La lithosphère peut alors se retrouver en tension « aux limites » (Figure 1-1). – les forces d’Archimède (forces gravitaires locales): ! internes à la lithosphère (Figure 1-2). Elles sont crées par les hauts topographiques et les racines crustales et lithosphériques qui représentent un surplus, ou un déficit, de masse et peuvent provoquer l’écroulement gravitaire de la lithosphère [Artyshkov, 1973; Bott and Kusznir, 1984 ; Coblentz et al., 1994; Fleitout and Froidevaux, 1982 ; Zoback, 1992]. ! Profondes / mantelliques La présence dans le manteau supérieur d’anomalies thermiques chaudes peut provoquer localement une force de poussée suffisante pour créer un bombement lithosphérique et l’extension qui s’en suit [Bott, 1992 ; Fleitout and Yuen, 1984; Houseman and England, 1986 ; Keen, 1985; Keen and Boutilier, 1995; Moretti and Froidevaux, 1986 ; Yuen and Fleitout, 1985] (Figure 1-3). – le cisaillement basal Le concept de cisaillement basal nécessite la résolution d’un problème de condition aux limites à la base de la lithosphère. Elles peuvent être du type :! free slip : Dans ce cas, une zone de faiblesse localisée existe à la frontière entre la lithosphère mantellique et le manteau profond. ! No slip : Les plaques lithosphériques se déplacent alors à la même vitesse que les courants convectifs du manteau sous-jacent. ! Partial slip : Le couplage entre la convection et les plaques est partiel. La convection mantellique à grande échelle exerce un cisaillement horizontal d’autant plus fort à la base des plaques continentales que leur racine mantellique est profonde (disparition de la zone de faible vitesse sismique). Ce cisaillement induit dans la lithosphère des forces en tension dans le cas des courants ascendant et des forces en compression au niveau des courants descendant [Ziegler, 1992]. Cependant, si on considère que la vitesse des courants convectifs en surface correspond à la vitesse des plaques océaniques, alors les plaques continentales se déplaçant plus lentement [Demets et al., 1990; Forsyth and Uyeda, 1975], le cisaillement en base de plaque dait plutôt jouer un rôle de frein qu’un rôle de moteur vis-à-vis du déplacement des plaques. Par contre, il est probable que les variations latérales de l’intensité du cisaillement basal permettent d’amincir la lithosphère. 

Classification cinématique (pure shear versus simple shear)

L’une des questions majeures concernant l’extension continentale concerne le mode de cisaillement (simple « asymétrique, rotationel » ou pur « symétrique, non rotationel » Figure 2) à l’échelle de la lithosphère [Mc Kenzie, 1978 ; Wernicke, 1985] ou de la croûte [Kusznir et al., 1987 ; Le Pourhiet et al., 2004a], car ce facteur contrôle trois paramètres : – la connectivité entre les bassins sédimentaires (les réservoirs) – le flux de chaleur à la base des bassins – la surface des failles (i.e. la magnitude des séismes). Le premier de ces paramètres affecte l’exploitation des ressources en eau (circulation des polluants, taille des aquifères) et en hydrocarbures. Le second affecte les possibilités de maturation de la matière organique et le troisième est très important en terme de prédiction des risques naturels. L’extension continentale 14 Les deux cas extrêmes sont les modèles de rifting en cisaillement pur à l’échelle de la lithosphère (i.e. modèle de Mc Kenzie ou de cisaillement simple à l’échelle de la lithosphère (i.e. modèle de Wernicke [Wernicke, 1981; Wernicke, 1985]). – Le premier modèle (Figure 3) considère un amincissement tectonique instantané de la lithosphère à t0 causant une subsidence localisée et une augmentation instantanée du flux de chaleur. Cet événement tectonique est suivi d’une longue phase de relaxation thermique caractérisée par une seconde phase de subsidence, dite post-rift, souvent observée dans les bassins intra-cratoniques et sur les marges océaniques. Développé par [Mc Kenzie, 1978], il fût amélioré par la suite par la prise en compte d’un amincissement non instantané de la lithosphère, des transports de chaleur latéraux et des effets de blanketing liés au dépôt rapide de grande quantité de sédiments [Royden and Keen, 1980; Turcotte and Emerman, 1983; Lucazeau and Le Douaran, 1985 ; Karner et al., 1992; Stephenson et al., 1989]. Il reste largement utilisé dans le monde pétrolier car en terme de première approximation, ce modèle donne très rapidement suffisamment précis.