TP 6 - La marge armoricaine et d'autres marges passives

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1. La marge armoricaine

a - données bathymétriques

Carte A1 Belin p 120

Quest-ce qu'une isobathe (ou une ligne isobathe) ? Une ligne (ou courbe) d'égale profondeur
Quelle est la profondeur maximale observable sur la carte , - 4.800 m
Quelle est l'échelle de la carte ? 1 cm pour 25 km soit 1/2.500.000ème
Par quel facteur doit-on multiplier l'échelle des hauteurs si l'on veut avoir un dénivellé visible (par exemple pour que le dénivellé total soit représenté par une au moins 5 cm sur le profil) ? pour un facteur 25 on a 1 cm correspond à 1 km ce qui fait 4,8 cm pour 7,8 km
Tracez un profil bathymétrique de la marge atlantique Est au large de la Bretagne à partir de la carte A1 avec une double échelle que vous préciserez.
Légendez ce tracé à l'aide du vocabulaire vu dans le TP1.

Comment sont établies de telles cartes ? Les échosondeurs utilisés sont de plus en plus performants et donnent des profondeurs précises au mètre près (selon la nature du substrat; la limite entre l'eau et le sédiment peut cependant être floue) mais ce qui est le plus important encore est la position du navire en latitude et longitude qui est maintenant déterminée instantanément par GPS (à quelques centimètres près; mais il faut aussi compter avec le mouvement naturel de la surface de la mer... ce qui réduit la précision à quelques mètres) alors qu'il fallait des mesures longues et moins précises avec le sextant ou avec des positionnements radiogoniométriques à l'aide de balises situées sur la côte ou sur des bouées.
Comparez leur précision avec celle des cartes obtenues par les navires océanographiques utilisant des sondeurs multifaisceaux (Belin p 84 A1).
Un sondeur multifaisceaux permet d'établir des cartes de la bathymétrie profonde (4000 m) avec des isobathes séparées d'environ 50 m alors que les sondeurs utilisés pour la cartographie

b. données sismiques (de sismique réflexion: programme ECORS)

Belin B2 p 121

A partir du schéma B6 p 93 différenciez la sismique réflexion de la sismique réfraction.
La sismique réflexion étudie des couches PEU PROFONDES à l'aide de rais (trajet d'une onde) réfléchis directement sur une surface de disconyinuité (réflecteur). La sismique réfraction étudie des couches PROFONDES de la croûte à l'aide de rais sismiques qui sont réfractés, c'est-à-dire qui se propagent dans des couches hétérogènes les unes par rapport aux autres (d'indice de propagation différents).
Comparez l'échelle des longeurs avec celle des hauteurs.
Les longeurs sont bien des distances (en km) mais les hauteurs sont des temps d'aller-retour des ondes sismiques. Il est extrêmement difficile de se réprésenter ce que cela signifie en terme de correspondance avec la réalité, par exemple avec l'épaisseur d'une couche. Deux réflecteurs très proches en temps peut signifie des réflecteurs très proches en distance dans un milieu homogène ou plus éloignés mais séparés par un milieu où la vitesse de propagation de l'onde sismique est très rapide.
A quoi correspondent les éléments (bleus) du profil ?
Des réflecteurs ou discontinuités entre deux milieux d'indice de propagation sismique différents.
Certains traits ont été surimposés afin de faciliter l'interprétation du profil. Nommez-les.
D'une part certaines couches sédimentaires majeures d'autre part les failles (listriques).
Peut-on apprécier le jeu des failles ? Non, car l'on a aucun niveau repère.
Quelles autres données sont nécessaires pour comprendre la dynamique de cette marge ?
La nature des roches sédimentaires et leur âge.

c. données géologiques (forages du Glomar Challenger)

Belin B3 p 121

Par quoi sont repérées les roches sur la coupe géologique ? Des couleurs qui indiquent des âges.
Quelles données manquent ? Les données lithologiques (la nature des roches).
Pouvez-vous à partir de cette coupe préciser la limite entre la croûte océanique et la croûte continentale ? Non, la zone imprécise est large d'au moins 10 km.
Quel est l'âge des roches sédimentaires issues des sédiments syn-rift et post-rift ? Les roches sédimentaires syn-rift sont contemporaines du Crétacé inférieur et les roches sédimentaires post-rift sont détées du Crétacé supérieur ert du tertiaire.
Pouvez-vous en déduire la durée et l'âge de la période de rifting ? Un début situé au moins au Crétacé inférieur et qui cesse au plus tard au Crétacé supérieur. Une durée qui couvre le Crétacé inférieur et moyen est donc possible.

d. modèle (interprétation théorique)

A l'aide de votre cours (et/ou de celui du livre) résumez l'histoire de cette marge en quelques lignes.
La marge Est de l'atlantique Nord au large du Finistère breton résulte de l'extension et de l'amincissement de la croûte continentale représentée par un socle grantique et métamorphisé. La phase de rifting débute probablement au début du Crétacé. Des faille listriques découpent la marge en marche d'escalier. La phase d'ouverture océanique à proprement parler se poursuit depuis le Crétacé moyen. Actuellement cette marge passive est le siège d'une sédimentation modérée: les sédiments post-rift pouvant atteindre une puissance (épaisseur) de près de 1 km par période soit près de 2,5 km au total.

2. Les roches sédimentaires des marges passives

Belin A1 et A2 p 124 - attention il faut corriger les noms du livre qui confond sédiments et roches sédimentaires !!! Voici un petit tableau pour vous y aider (pour plus de détails sur les roches voir le cours pour les professeurs des écoles ou l'ancien cours de spécialité de terminale):

Placez dans un tableau à trois colonnes:
- d'abord le nom des roches que l'on trouve dans la partie la plus profonde du bassin sédimentaire de la marge atlantique ouest au niveau de l'état de Caroline
- puis, si ces roches sont sédimentaires, le nom des sédiments qui ont pu leur donner naissance;
- et enfin le contexte paléogéographique (et l'âge) dans lequel les roches ou les sédiments se sont mis en place.

Comparez ces données avec la colonne stratigraphique obtenue par forage dans le bassin Jeanne-d'Arc sur cette même marge mais nettement plus au Nord au large du Newfoundland canadien (Nathan p 328-329).
En utilisant la coupe interprétative réalisée grâce à un profil sismique, pouvez-vous préciser la nature des sédiments ante, syn et post-rift.

Colonne stratigraphique et coupe approximatives dans le bassin Jeanne d'Arc sur la marge atlantique ouest au large du Canada (redessiné très approximativement, voir Nathan, p 328-329 pour une utilisation réelle).

On retrouve la même sucession correspondant à des sédiments synrifts: conglomérat (issu d'un sédiment aérien ou de plage donc correspondant à une émersion) et grès (issu d'un sédiment sableux de zone intertidale) ; puis des sédiments post-rift de bassin peu profond en communication périodique avec la mer (de type lagune) qui ont donné des évaporites (roches salines); enfin des sédiments de plateforme (ayant donné des calcaires, grossiers probablement; des grès puis des marnes gréseuses et enfin argiles gréseuses et argiles, au fur et à mesure que le niveau de l'eau monte). Les âges sont concordants avec ceux de la marge Est: début de rifting au Trias; qui se poursuit au Jurassique et au Crétacé avec des variations du niveau marin soit en fonction du niveau général des mers soit selon l'importance de l'extension et de la subsidence. Au Crétacé supérieur (niveau 2, vert clair) le milieu marin est bien installé (la subsidence est probablement plus importante) et l'on peut penser que l'on est en période post-rift, d'ouverture océanique à proprement parler, qui se continue au Tertiare et à l'actuel. La puissance (épaisseur) maximale des couches sédimentaires de l'ensemble du bassin représente près de 8 km d'épaisseur, ce qui est considérable (notez que les échelles des profondeurs et des distances sont identiques).

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Annexe 1: la subsidence et l'équilibre isostatique

Belin p 123 doc B

Ce qui donne, en application numérique:
* pour une couche d'air x1 : x1= (5)(-500)/-3.800 km = 0,8 km soit un peu moins de 1 km avec la précision donnée
* pour une couche d'eau x2 : x2= (5)(-500)/-2.300 km = 1,1 km soit un peu plus de 1 km avec la précision donnée
* pour une couche sédimentaire x3 : x3= (5)(-500)/-1.100 km = 2,3 km soit un peu plus de 2 km avec la précision donnée

Belin, exercice n°4 p 131

On suppose qu'une couche sédimentaire se dépose et est à l'origine d'une subsidence de la moitié de la hauteur de cette couche. Pour une subsidence initiale de 1m on a donc eu le dépôt d'une couche sédimentaire de 2 km. On notera x0 la valeur de la subsidence initiale (x0=1km).
a) l'isostasie est un état d'équilibre hydrostatique qui serait réalisé à une certaine profondeur de la terre (dite profondeur de compensation); théorie de E. Dutton, 1889, du grec iso = identique et stasis = équilibre ou immobilité.
La subsidence est un enfoncement progressif, régulier ou saccadé, pendant une assez longue période, du fond d'un bassin sédimentaire, marin ou non.
(Définitions d'après "Dictionnaire de Géologie", Foucault et Raoult, Masson)

b)voir ci-dessus la cas 2: l'amincissement de la croûte (17%) provoque une subsidence x1.

c) si de l'eau comble ce bassin subsident puis des sédiments, et en supposant que la hauteur des sédiments (progressivement transformés en roches sédimentaires) coit telle que le bassin soit entièrement comblé, on peut considérer que ces nouveaux sédiments sont à l'origine d'une nouvelle subsidence dont la valeur x1 est égale à la moitié de la hauteur des sédiments déposés soit x0/2.

d) de la même manière x2 = x1/2 = x0 (1/2)² ; x3 = x2/2 = x0 (1/2)³

e) l'épaisseur des sédiments est égale à l'épaisseur initiale (2x0) + x0 + x0/2 + x0/4 + x0/8 = x0 (2 + (1/2)⁰ + (1/2)¹+ (1/2)² + (1/2)³ )

f) Donc au cours du temps épaisseur S(n) = x0 (2 + (1/2)⁰ + (1/2)¹+ (1/2)² + (1/2)³ ........ + (1/2)ⁿ)
Sachant que pour la suite géométrique x_n = x_n-1/2 en posant q=1/2 on a x_n = x₀ qⁿ et x₀ + x₁ +x₂ +..... + x_n = x₀ (1-qⁿ⁺¹) / (1-q)
On a donc S(n) = 2 x0 + x0 (1-(1/2)ⁿ⁺¹) / (1-(1/2)) et donc la limite quand n tend vers l'infini est de 4x0.

g) c'est donc la subsidence initiale (x0) qui détermine la valeur de la subsidence principale, même après un treès grand nombre de cycles; cette affirmation étant contenue dans la condition de calcul que la subsidence est toujours due à la surchage sédimentaire précédente avec une valeur de moitié de celle-ci.