Etude de subsidence et de l'évolution thermique

EPIGRAPHE

« Dans la nature, tout a toujours une raison. Si tu comprends cette raison, tu n'as plus besoin de l'expérience. »

Leonard De Vinci 

DEDICACE

- A mon père Prosper MANGBUKELE MANGADIMA

- A ma mère Esther BAPINOTO AKAWA

- A mes frères et soeurs bien aimés :

Robert MANGBUKELE AWA,Papy MAMBABUA, Prosper MANGBUKELE MANGADIMA,Jérémie EKOMBA MANGADIMA,ElienneBAKWEMI MANGADIMA, Néné BAMBINOKOBO MANGADIMA,Josseline ILOBISI MANGADIMA

Aux familles BONDOMISO, OLIGO, GBATU pour leur grand soutien à notre égard ;

Je dédie ce travail.

Junior  Mabisi

REMERCIEMENTS

Nous ne saurions débuter ce travail, sans exprimer toute notre profonde gratitude à l'éminent Professeur Adalbert Jules MAKUTU MA NGWAYAYA, qui a bien voulu prendre la direction de ce travail malgré ses diverses occupations ; qu'il trouve ici l'expression de nos sentiments les plus sincères.

Nous aimerions aussi remercier tous les enseignants de l'Université de Kinshasa (UNIKIN), plus particulièrement ceux du Département des Géosciences pour les connaissances transmises durant les trois premières années à l'Université.

Nous sommes reconnaissant à l'endroit de nos collègues de promotion :TAYI ALIPI Bidros,IYOLO HANDJILA Fabrice, LEGASI MAWA, MBEMBE BAKANGE, KAPINGA KALOMBO, MUTAMBA KISHIMBE, N'SHOLE, MUKOMBOZI BONDOMISO Dieumerci pour leur esprit de collaboration.

A tous nos amis et connaissances : MUMBERE MWANZI,MUNGUTSHI Claude, Christian BYUMANINE, Christian KANGANO, AGBOTE MANGONGO Eric, MAPATHI Stephan, Joël NDUNGO, Gaby SIVIRWA, Justin KAHINDO KALEGHIRE, Prince MBOKANI pour leur amitié sincère et encouragement à notre égard.

Junior Mabisi

INRODUCTION

1. INTERET DU SUJET

Notre travail a comme titre : « ETUDE DE SUBSIDENCE ET DE L'EVOLUTION THERMIQUE».

Vu la contribution de la subsidence et de l'évolution thermique à la formation des bassins sédimentaires, nous avons pensé qu'il est nécessaire de connaitre et de comprendre les différents mécanismes qui expliquent ce phénomène géologique. C'est ainsi que nous nous sommes intéressésà étudier la subsidence et l'évolution thermique.

2. METHODOLOGIE

Pour mener à bon port ce travail, nous avons recouru à la documentation existante dans la bibliothèque du Département des Géosciences (UNIKIN), de la Faculté des sciences et aussi auprès des Professeurs du Département des Géosciences. Nous avons également consulté lewikipedia, et autres sites internetafin d'avoir des données récentes sur notre sujet.

3. PLAN DU TRAVAIL

Notre travail comprend deux chapitres :

· Chapitre I : Généralités

· Chapitre II : Subsidence, bassins sédimentaires et évolution thermique

· Conclusion

CHAPITRE I : GENERALITES

I.1 INTRODUCTION

La subsidence (du latin subsidere, s'enfoncer) est un affaissement de la surface de la croûte terrestre sous l'effet d'une charge qui vient s'ajouter soit au-dessus de la croûte (eau, sédiments, volcan, calotte glaciaire, chaîne de  montagnes, plaque lithosphérique...), soit à l'intérieur de celle-ci (changement de phase par métamorphisme), soit au-dessous (matériel mantellique lourd). Ce mouvement vertical vers le bas (négatif) et le mouvement antagoniste de soulèvement (positif) ont pour cause le rétablissement de l'équilibre isostatique de la lithosphère par fluage latéral de matériel mantellique (Pruvost, 1930).

La subsidence a d'abord été connue en surface par la géologie des bassins sédimentaires. En effet, les conséquences de la subsidence sont particulièrement apparentes dans les régions où se sont accumulées de grandes épaisseurs de sédiments sous une faible tranche d'eau durant l'enfoncement du fond du bassin, et non par un comblement progressif d'une dépression préexistante. Le terme de subsidence a été employé par  Léonce Élie de Beaumont en 1848 à propos du Jurassique du bassin de Paris, mais c'est  Pierre Pruvost (1930) qui a montré l'importance du phénomène à propos de l'étude des  bassins houillers. L'intérêt économique des bassins sédimentaires, du fait de leurs ressources énergétiques fossiles, a conduit à développer l'acquisition de données en profondeur par les  forages et les techniques géophysiques. Cet apport de données a permis d'étendre la connaissance du phénomène de subsidence horizontalement, à l'échelle du bassin ou de la marge, et verticalement, à l'échelle de la lithosphère(Pruvost,1930).

I.2 ORIGINE DE LA SUBSIDENCE

Un grand pas dans la compréhension des origines de la subsidence a été franchi avec l'étude des relations de la décroissance du flux thermique et de l'approfondissement des bassins océaniques avec l'âge, selon une courbe de refroidissement à allure exponentielle. Durant la formation de zones en extension, lalithosphèrecontinentale est amincie.McKenzie(1978)a quantifié l'origine de la subsidence dans les bassins avec un modèle simple d'amincissement et d'étirement uniforme et très rapide de la lithosphère.

L'amincissement crustal cause une augmentation de la densité à l'intérieure d'une colonne lithosphérique puisque des roches crustaleslégères sont remplacées par du matériel mantellique plus dense. Le remplacement du manteau lithosphérique froid et dense par du matérielasthénosphérique plus chaud et moins dense provoque la remontée des isothermes et cause une baise de la densité à l'intérieure de la mêmecolonne. Par la combinaison de ces deux phénomène, si la densité moyenne de la colonne lithosphériquediminue, ilya un soulèvement  initial ; si la densité moyenne augmente, ilya subsidence<<initiale>>(synrift,guidée par des failles) ou ,pour certains,<<tectonique>> stricto sensu.

En suite, quand la lithosphère se refroidit pour tendre vers l'équilibrethermique, il se produit une subsidence <<thermique>>(ou post rift) durant 200 à 300 Ma, suivant en première approximation une loi exponentielle. Au retour l'équilibre thermique, la subsidence est uniquement fonction de l'épaisseurcrustal, contrôlée par un facteur d'amincissement (ß en générale) qui peut êtreégal au facteur d'extension dans le cas du modèle d'amincissement uniforme(Brunet, 1989).

Les caractéristiques des bassins sédimentaires sont avant tout commandées par la subsidence .Les travaux récents sur le sujet permettent de différencierplusieurs causes qui relayent souvent dans l'espace et dans le temps.

La subsidence obéittrèsgénéralement au départ à des mécanismes tectonique que l'on peut rattacher à deux grands contextes géodynamiques :

§ Amincissement crustal, dans un régime descontraintes en tension, accompagné de flux thermiques élevés, correspondant à une phase de rifting ;

§ Flexurationcrustal, ou plissement de forme synclinale, enrégime des contraintes dominantes en compression, le plus souvent en domaine de subduction, alliée à des flux thermiques faibles, endéséquilibre isostatique et généralement en relation avec un système orogénique.

Le premier système est souvent suivi par une subsidence thermique, provoquée par la venue de matérielcrustal plus lourd dont le refroidissement au cours du temps, suivant une courbe exponentiel, se traduit par une atténuation de même style de la vitesse d'enfoncement.

Les différents moteurs de la subsidence peuvent être relayes dans le temps par des processus gravitaires, correspondant à un réajustement isostatique sous la charge de l'eau, dessédiments ou de nappe de charriages. Enfin la compaction des sédiments tend à prolonger dans le temps l'effet de surface de la subsidence, à une échellesensiblement plus modeste.

Les deux moteurs de la subsidence amincissement et Flexurationcrustales sont à l'origine de deux grands schémas d'évolution de bassins se situant, le premier en domaine intraplaques,le second en frontière de plaques lithosphériques (Perrodon, 1985).

I.3 METHODE D'ETUDE QUANTITATIVE DE LA SUBSIDENCE

L'objet de cette méthode est d'apporter à la connaissance d'un bassin sédimentaire en essayant de reconstituer l'évolution au cours du temps de la sédimentation et du bassin sédimentaire.

L'effet de la charge sédimentaire ne pouvant provoqué que 60 à 80% de la subsidence observée, le reste appelé << subsidence tectoniques>> donnant naissance au bassin et président a son évolution.

Le mécanisme le plus important retenu dans la modélisation est un mécanisme crustal causé par étirement tectonique ; d'autre phénomène tels que : métamorphisme, anomalie thermique, amincissement de la croute par érosion en surface, par fluage ou érosion sous- crustale pouvant se surimposer en mécanisme principal.

Le but de la méthode va donc être de retirer le masque constituer par la charge des sédiment pour approcher les principaux événement ayant créer puis affecter le bassin come des phases successives de rifting ou de compression bloquant la subsidence avec ou sans soulèvement .Pour ceci, il faut d'abord choisir un model de réponse de la lithosphère à la charge sédimentaire.

I.3.1 Type de compensation

Il existe deux grands modèles de compensation à la charge : les compressions locale et régionale selon que l'on considère la lithosphère non rigide ou rigide.

A. compensation isostatique locale

Dans le cas d'une compression isostatique local (type Airy), chaque point est supposé se comporter indépendamment des points voisins, la rigidité de la lithosphère est nulle. La compensation s'opère en profondeur par fluage de matériel mantellique, l'équilibre étant atteint à une << profondeur de compensation>> située dans l'asthénosphère ; le réajustement isostatique se réalise instantanément à l'échelle géologique en une vingtaine de milliers d'années (ASF,1989).

Son emploi peut être justifié si l'on suppose que les charges portent sur une assez grande surface (au moins 100 km de largeur, c'est-à-dire plus de trois fois l'épaisseur de la lithosphère élastique : le Pichon , 1980 ) et si le point considéré est suffisamment éloigné des bords de la charge pour que l' effet dû à la rigidité de la lithosphère soit minimum. Ce type de modèle peut refléter, en partie, le comportement du fossé d'un rift bordé d'importantes failles normales lors de la période de distension.

Ce modèle parait relativement simpliste mais il permet d'approcher facilement les ordres de grandeurs des phénomènes et les mouvements relatifs ; nous l'adopterons dons ici.

B. compensation isostatique régionale

Dans l'hypothèse d'une compensation isostatique régionale, la lithosphère possède une certaine rigidité et répond par flexure à une charge, en transmettant aux points voisins une partie de la déformation induite par cette charge.

Différentes hypothèses existent sur le comportement de la lithosphère. On peut adopter un comportement élastique ou plastique, la déformation se faisant alors de manière instantanée, et de façon réversible ou non, selon l'hypothèse. Le modèle de plaque mince élastique est le plus employé en compensation régionale car le plus simple à mettre en oeuvre (Walcott, 1970,1972 ; Steckler et Watts, 1978. Tisseau-Moignard, 1979, Brunet et Le Pichon, 1982 etc).

Quand la période d'application de la charge est longue, la viscosité de la lithosphère est plus négligeable, on envisage alors des comportements viscoélastiqueou viscoplastiques, la déformation due à la charge s'étalant dans le temps suivant un temps de relaxation. Le comportement viscoplastique semble le plus proche de la réalité mais ce modèle est difficile à utiliser (ASF, 1989).

I 3.2 Principe de la méthode