Mécanismes d’amincissement crustal et relations socle-couverture au cours du développement d’une marge riche en sel, une étude intégrée depuis la croûte profonde jusqu’aux bassins syn-rift dans la Zone Nord-Pyrénéenne

Soutenance de thèse de Martin Motus

Résumé :

Cette thèse présente une analyse structurale, pétrographique et sédimentologique de la marge crétacée inversée dans la Zone Nord-Pyrénéenne orientale, dans la région du massif de l’Agly et des synclinaux de Saint-Paul de Fenouillet, du Bas-Agly et de Boucheville. L’étude pétrostructurale du massif de l’Agly combinant une étude de terrain sur plus de 220 affleurements (analyse qualitative de la déformation et de la cinématique), une analyse microstructurale de plus de 110 lames minces de socle, une synthèse des données P-T-t et l’apport de nouveaux âges Ar-Ar, démontre l’impact des zones de cisaillements extensives observées dans le socle paléozoïque sur l’amincissement crustal crétacé. Cet amincissement impliquant les granulites et les migmatites varisques se produit d’abord sur des zones de cisaillement symétriques qui traduisent une déformation coaxiale dans la croûte profonde, puis au niveau d’une zone de cisaillement à vergence vers le sud localisée sous l’interface socle/couverture mésozoïque. Cette interface socle/couverture est matérialisée dans le massif de l’Agly et dans les synclinaux de Boucheville et du Bas-Agly par des systèmes de brèches, dont l’étude détaillée (morphologie, structure, origine des clastes, nature de la matrice, ciment) combinée à l’analyse statistique de leur critères qualitatifs et quantitatifs permet de distinguer 5 types associés à des processus distincts : 1) remaniement sédimentaire de la couverture pré-rift et localement du socle supérieur, 2) fracturation hydraulique à la base de la couverture pré-rift, 3) bréchification cataclastique au contact socle paléozoïque-couverture mésozoïque, 4) mélange tectonique impliquant l’ensemble de la croûte et montrant une cinématique extensive compatible avec les bandes de cisaillement observées dans le socle, et 5) processus de dissolution-effondrement de la couverture qui résultent de la dissolution de structures diapiriques par contact avec l’eau de mer. La spatialisation et l’intégration de ces différents types de brèches à l’échelle de la paléo-marge met en évidence l’impact majeur des évaporites du Trias qui jouent le rôle de niveau de décollement durant les phases précoces du rifting, puis avec l’augmentation de l’extension entrainent lors de leur extraction progressive la formation d’un système de détachement à comportement fragile. L’étude lithostratigraphique du synclinal de St-Paul de Fenouillet, basée sur le levé de près de 4000m de coupes sédimentologiques sur le terrain, la caractérisation des macro- et micro-faciès, ainsi qu’une actualisation de l’échelle biostratigraphique, permet de contraindre dans le temps et l’espace les variations d’épaisseur et de nature de sédiments, ainsi que l’évolution des paléoenvironnements au cours des phases précoces du rifting (Aptien). Ces résultats mettent en lumière le contrôle de ces variations par le mouvement des évaporites du Trias : la mise en place de structures diapiriques (salt-pillows, salt-rollers) se traduit par la formation de hauts-fonds qui contrôlent la géométrie des plateformes carbonatées et conduisent localement l’émersion et la mise en place de brèches karstiques et de bauxites. Ce travail qui intègre le domaine proximal de la marge (synclinal de Saint-Paul de Fenouillet), la zone d’étranglement ou de « neck » (massif de l’Agly) ainsi que le domaine distal (Synclinal de Boucheville) souligne l’évolution d’un rift qualifié d’hybride. En effet, le rifting implique lors des stades précoces un amincissement ductile dans la croûte profonde et un découplage socle/couverture, puis lors des stades plus matures la formation d’un détachement à comportement majoritairement fragile qui entraîne l’exhumation de la croûte inférieure et du manteau sous les sédiments syn-rifts. La colinéarité des marqueurs tectoniques syn-rifts étudiés permet de montrer que le rifting implique une extension dirigée N20°E à l’Albo-Cénomanien dans les Pyrénées orientales, en accord avec les modèles cinématiques récents qui impliquent une extension orthogonale entre l’Europe et l’Ibérie (Ebre).