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Soutenance de thèse de Guillaume BABY

Date : Jeudi 23 mars 2017, 14 h 30

Titre : Mouvements verticaux des marges passives d’Afrique australe depuis 130 Ma, étude couplée : stratigraphie de bassin - analyse des formes du relief.

Lieu : Amphithéâtre C (Bâtiment 2A)

Résumé :

Le plateau sud-africain (ou Kalahari) est le plateau anorogénique le plus grand au monde. Sa très grande longueur d’onde (×1000 km) et son altitude moyenne élevée (1000-1500 m) impliquent des processus mantelliques. La cinétique et l’origine de ce relief sont mal comprises. D’un côté, les études géomorphologiques le considèrent comme un relief mis en place à la fin de l’intervalle Cénozoïque (<30 Ma). A l’inverse, les données thermochronologiques montrent deux phases de dénudation pendant l’intervalle crétacé, corrélées à des phases d’accélération du flux silicoclastique sur les marges, qui suggèrent qu’il s’agirait d’un relief plus ancien hérité du Crétacé supérieur. Peu d’études ont porté sur l’évolution du système terre-mer depuis le bassin versant en érosion aux marges en sédimentation. Ce travail de thèse repose donc sur une double approche :

  • Une analyse géomorphologique des formes du relief (surfaces d’aplanissement) à terre, basée sur leur (i) cartographie, (ii) chronologie relative, (iii) relation avec les profils d’altération et (iv) datation au moyen des placages sédimentaires et du volcanisme datés qui les fossilisent.
  • Une analyse stratigraphique de l’intervalle post-rift des marges, basée sur l’interprétation de données de sub-surface (lignes sismiques et puits), réévaluées en âge (biostratigraphie), pour (i) identifier, dater et mesurer les déformations des marges et de leur relief amont , (ii) mesurer les flux silicoclastiques, produits de l’érosion continentale.

Un calendrier et une cartographie des déformations ont été obtenus sur les marges et mis en relation avec les différentes générations de surfaces d’aplanissement étagées qui caractérisent le relief du plateau sud-africain. Au moins deux périodes de déformation ont été identifiées au Crétacé supérieur (92-70 Ma) et à l’Oligocène (30-15 Ma). L’évolution est la suivante :

  • 100 - 70 Ma (Cénomanien à Campanien) : plateau à très grande longueur d’onde, peu élevé (0-500 m), bordé à l’est par des reliefs plus hauts et plus anciens le long des marges indiennes, qui agissent comme une ligne de partage des eaux entre l’océan Atlantique et l’océan Indien. La déformation est initiée à l’est avec une flexuration brève, à grande longueur d’onde, des marges indiennes aux alentours de 92Ma. Cette première surrection marque un paroxysme d’érosion enregistré par la mise en place d’un delta géant sur la marge atlantique (delta de l’Orange). La déformation migre ensuite vers l’ouest avec la croissance du bourrelet marginal atlantique entre 81 et 70 Ma. Le relief acquiert sa configuration actuelle comme l’indique une diminution du flux silicoclastique sur la marge atlantique qui traduit un changement majeur du système de drainage.
  • 70-30 Ma (Crétacé terminal-Paléogène) : période d’apparente non déformation. Le relief est fossilisé et intensément altéré (latérites).
  • 30-15 Ma (Oligocène - Miocène inférieur) : deuxième surrection du plateau sud-africain qui acquière sa topographie actuelle. La déformation semble plus importante à l’est du plateau - flexure des marges nord indiennes initiée à 25 Ma qui alimente les grands deltas de l’océan Indien (Zambèze, Limpopo, Tugela).
  • Le relief est fossilisé à partir du Miocène moyen, synchrone d’une aridification majeure de l’Afrique australe.

Abstract :

The South African (Kalahari) Plateau is the world’s largest non-orogenic plateau. It forms a large-scale topographic anomaly (×1000 km) which rises from sea level to > 1000 m. Most mechanisms proposed to explain its elevation gain imply mantle processes. The age of the uplift and the different steps of relief growth are still debated. On one hand, a Late Cretaceous uplift is supported both by thermochronological studies and sedimentary flux quantifications. On the other hand, geomorphological studies suggest a Late Cenozoic uplift scenario (<30 Ma). However few attentions were paid to the evolution of the overall geomorphic system, from the upstream erosional system to the downstream depositional system. This study is based on two different approaches :

  • Onshore, on the mapping and chronology of all the macroforms (weathering surfaces and associated alterites, pediments and pediplains, incised rivers, wave-cut platforms) dated by intersection with the few preserved sediments and the volcanics (mainly kimberlites pipes).
  • Offshore, on a more classical dataset of seismic lines and petroleum wells, coupled with biostratigraphic revaluations (characterization and dating of vertical movements of the margins - sediment volume measurement).

The main result of this study is that the South African Plateau is an old Upper Cretaceous relief (90-70 Ma) reactivated during Oligocene (30-15 Ma) times. Its evolution can be summarized as follows :

  • 100-70 Ma (Cenomanian to Campanian) : low elevation plateau (0-500 m) with older and higher reliefs located along the Indian side, acting as a main divide between the Atlantic and the Indian Oceans. First uplift occurred in the east at 92 Ma, with a fast flexuration of the Indian margins. This initiates a paroxysm of the erosion (90-80 Ma) with the growth of a large delta along the Atlantic margin (Orange delta). Deformation migrated progressively westward and resulted on the growth of the Atlantic marginal bulge between 81 and 70 Ma. Most of the present-day relief was probably created at this time. This is supported by the decrease of the sedimentary flux which suggests a reorganisation of the interior drainage pattern.
  • 70-30 Ma (Uppermost Cretaceous-Paleogene) : most of the relief is fossilized and weathered - relative tectonic quiescence.
  • 30-15 Ma (Oligocene-Early Miocene) : second period of the South African Plateau uplift. Most of the deformation took place along the Indian side of the Plateau (strike flexure) feeding the Zambezi, Limpopo and Tugela deltas.
  • Since at least Middle Miocene times, all those reliefs have been fossilized, with very low erosion rates (x1m/Ma), in response to the major aridification of southern Africa.