Structure profonde et évolution du Nord du golfe d'Aden oriental : sismique réfraction et modélisation thermomécanique

Le golfe d'Aden est un bassin oceanique jeune separant la plaque Arabe de la plaque Somalienne a une vitesse d'environ 2 cm/an depuis au-moins 17,6 Ma, moment du debut de l'accretion oceanique ; le rifting ayant debute il y a environ 35 Ma. Les marges continentales du golfe d'Aden sont volcaniques a l'Ouest, pres du point chaud Afar, et non-volcaniques dans la partie orientale du golfe. Encore proches, du fait de leur jeunesse, les marges conjuguees sont facilement correlables et de plus, elles sont relativement peu sedimentees. Ainsi, l'etude des structures profondes de la marge Nord-orientale du golfe d'Aden et la modelisation thermomecanique appliquee au golfe d'Aden oriental sont simplifiees. Le golfe d'Aden est divise en trois parties (occidentale, centrale et orientale) par une segmentation de premier ordre (par les transformantes de Shukra-El-Sheik et d'Alula-Fartak). Dans la partie orientale du golfe d'Aden (entre les zones de fractures d'Alula-Fartak a l'Ouest et de Socotra-Hadbeen a l'Est), la marge nord est segmentee au deuxieme ordre en trois segment appeles Ashawq-Salalah, Taqah et Mirbat, separes par des zones d'accommodation. L'acquisition de donnees de bathymetrie, gravimetrie, magnetisme, sismique reflexion et sismique refraction sur la marge nord-orientale du golfe d'Aden a ete effectuee lors de la campagne Encens (Leroy et al., Fevrier-Mars 2006). L'exploitation et l'interpretation des donnees de sismique refraction et de gravimetrie sur le segment d'Ashawq-Salalah ont permis d'imager la structure profonde de la marge. L'amincissement de la croute continentale se produit sur une distance de 50 a 100 km, les facteurs d'amincissement variant de 3,2 a 5,3. Ces facteurs d'amincissement sont alors suffisant pour que la croute devienne totalement cassante. Ainsi, l'eau peut penetrer en profondeur a la faveur de fractures provoquant la serpentinisation du manteau superieur a la transition ocean-continent (TOC). L'epaisseur de la croute oceanique diminue du centre du segment (10 km) vers sa limite avec le segment de Taqah (5,5 km). Cette observation est reliee a une variation d'apport magmatique le long de la paleo-ride oceanique. La TOC est etroite (environ 15 km) et on observe en base de croute un corps a vitesses et densites anormales (vitesses des ondes P entre 7,6 et 7,8 km/s et densite de 3,1 g/cm 3), d'epaisseur maximale d'environ 5 km. Ce corps est interprete comme du sous-plaquage et/ou de la croute intrudee par du materiel magmatique relie a la presence d'un volcan dans le domaine transitionnel. Ces structures liees a une anomalie de fusion, sont datees d'âge post-rift. Les structures en vitesses de ce segment ne montrent aucune preuve de serpentinisation du manteau, probablement parce que les indices geophysiques de serpentinisation ont pu etre effaces par la presence de magmatisme post-rift. Ainsi cette marge non-volcanique montre des evidences de magmatisme, dont le volume observe est cependant moins important que celui des marges volcaniques, et il est en outre associe a un evenement thermique post-rift. La phase de rifting est donc bien amagmatique. La modelisation thermomecanique est realisee afin d'etudier l'influence sur la chronologie du rifting et l'evolution des marges conjuguees de plusieurs parametres tels les taux d'erosion/sedimentation, la pression de la colonne d'eau, la resistance de la croute, l'heritage tectonique, le contraste de densite entre la lithosphere et l'asthenosphere, l'âge thermique du craton et enfin le critere de rupture dans le manteau lithospherique. Les resultats majeurs montrent que : (1) le contraste de densite entre le manteau lithospherique et le manteau asthenospherique gouverne la flexure de la croute continentale et la profondeur du plancher oceanique ; et (2) le critere de rupture dans le manteau lithospherique controle la localisation de la deformation, et de cette maniere, la geometrie des marges conjuguees et la chronologie du rifting. La synthese de ces travaux et les observations disponibles sur le golfe d'Aden ont permis de contraindre les parametres initiaux qui ont permis la formation et le developpement du golfe d'Aden observe aujourd'hui et ainsi de proposer un modele pour la formation et l'evolution du golfe d'Aden oriental. Ce modele montre que la fusion partielle du manteau peut se produire au moment de la rupture continentale. Les produits de la fusion partielle peuvent alors " remonter " en surface et de la croute oceanique est susceptible de se former. De cette maniere, la TOC peut etre constituee de manteau continental exhume, et etre etroite. L'anomalie de fusion post-rift observee grâce aux donnees geophysiques n'est pas modelisee ici, car elle implique une vision 3D non encore disponible en modelisation thermo-mecanique visco-elasto-plastique. Meme en 2D, les travaux de modelisation thermomecanique realises apportent une lumiere nouvelle sur les processus conduisant a la formation de la TOC d'une marge non-volcanique.