Seismic structure of the young oceanic lithosphere and the lithosphere-asthenosphere boundary in the equatorial Atlantic Ocean

Structure sismique de la lithosphère océanique jeune et de la frontière lithosphère-asthénosphère dans l'Océan Atlantique équatorial L'idée d'une lithosphère rigide se déformant élastiquement, flottant au-dessus d'une asthénosphère plus faible et se déformant visco-plastiquement est au coeur de la théorie de la tectonique des plaques. Pourtant, la formation et l'évolution de la frontière lithosphère-asthénosphère (LAB) restent mal compris. De nombreuses études sismiques et programmes de forage ont échantillonné la croûte océanique supérieure, tandis que la croûte inférieure, la limite du Moho et le manteau supérieur au niveau des dorsales lentes n'ont pas été bien étudiées. Dans cette thèse, je présente les résultats de la structure de vitesse des ondes P (Vp) et des ondes S (Vs) entre 0 et 27 Ma obtenus à l'aide de la tomographie de deux profils E-W sur les plaques Africaine (LITHOS) et Sud-Américaine (ILAB-SPARC), traversant la dorsale lente médio-atlantique dans l'océan Atlantique équatorial. J'ai également imagé la frontière lithosphère-asthénosphère entre 11 et 21 Ma dans l'Atlantique équatorial avec plusieurs modèles possibles pour expliquer la dynamique du LAB dans cette région. Le long des profils de LITHOS et d'ILAB-SPARC, les vitesse des ondes sismiques de la croûte supérieure/inférieure et du manteau supérieur augmentent rapidement jusqu'à 10 Ma et changent progressivement au-delà de cet âge. Pour les âges plus avancés, les anomalies de vitesse sismique dans la croûte océanique peuvent être attribuées à la présence de failles inactives et/ou à une hétérogénéité de composition. L'épaisseur moyenne de la croûte océanique est de 5,8 km le long des deux profils, les variations d'épaisseur de la croûte étant attribuées à l'hétérogénéité des processus d'accrétion au niveau des dorsales lentes à propagation lente et également à l'amincissement de la croûte océanique dû aux failles et à l'extension tectonique. Des températures élevées (>1200°C) sous l'axe de la dorsale nécessitent la présence d'une fonte partielle (~1,3%) dans la croûte inférieure. Le rapport Vp/Vs atteint une valeur d'environ 2,1 dans la vallée axiale indiquent en outre la présence de fluides/magma. Le LAB est imagé le long du profil ILAB-SPARC à la profondeur de 38±3 km à partir de 11 Ma et il s'approfondit de manière continue avec l'âge jusqu'à 70±3 km à 18 Ma. La différence majeur par rapport aux études précédentes est qu'après 18 Ma, le LAB commence à devenir moins profond vers 20 Ma et atteint une profondeur de 57±3 km à 21 Ma. Cette tendance du réflecteur LAB est corrélée positivement aux variations de la topographie du fond marin et peut s'expliquer par deux modèles, l'un concernant la géologie régionale et l'autre la convection à petite échelle dans l'asthénosphère. En considérant la bathymétrie et l'évolution de l'accrétion crustale à l'extrémité ouest de la faille transformante de la dorsale, il est plus probable que le LAB soit contrôlé par la géologie régionale qui se forme à l'axe de la dorsale. La structure de la lithosphère à l'axe de la dorsale est influencée par l'accrétion magmatique/amagmatique due aux anomalies thermiques dans le manteau supérieur et est préservée bien que la lithosphère s'épaississe avec l'âge. Le LAB le long du profil SPARC ne suit pas un isotherme particulier du modèle de refroidissement de plaque, mais à la place, une gamme d'isothermes entre 1250°C et 1350°C qui traverse le LAB le long du profil. Une forte chute de vitesse des ondes sismiques estimée d'environ 6 à 8% est nécessaire pour produire les réflexions observées à partir du LAB, ce qui pourrait être dû à la présence de sills partiellement fondus au niveau du LAB, la volume de magma étant d'au moins 0,9-1,3%. La présence de magma pourrait diminuer la viscosité dans l'asthénosphère de quelques ordres de grandeur, ce qui pourrait permettre à la lithosphère très visqueuse et rigide de glisser facilement sur l'asthénosphère déformable et moins visqueuse, facilitant les mouvements horizontaux des plaques à la surface de la Terre.