Etude thermomécanique de la zone de transition mer-continent de la marge algérienne : implication géodynamique

Understanding how subduction initiates at a passive margin is a major geodynamic question, which remains debatted because of the forces necessary to overcome bending and frictional resistance of the lithosphere and initiate this subduction.Along the southern shore of the Western Mediterranean Sea, the Algerian margin undergoes ~NS compression due to the African-Eurasian convergence at a rate of less than ~ 1 cm / year. This setting causes tectonic inversion of this North African passive margin and possibly incipient subduction. Indeed, recent geophysical marine data acquired in the Algerian Basin (MARADJA, 2003, 2005MARge Active d’el Djazaïr) and SPIRAL 2009 (Deep Seismic and Regional Investigations in Algeria campaigns) showed evidence of recent compressive deformation.We used SPIRAL wide-angle seismic profiles to determine the state of isostatic equilibrium at the vicinity of the continent-ocean boundary. This allowed us to image a too deep Moho in the oceanic part, and a too shallow one in the continental domain, with a boundary between both domains located at the margin toe. These results indicate that the Algerian margin display the same isostatic anomalies as an active margin.The flexural bending of two lithospheric plates that can be modelled by a finite element procedure may simulate this isostatic disiquilibrium. This modeling shows larger vertical deflection in the central part of the study area (6-7 km) compared to the earsternmost and westernmost profiles (3 km).Aiming at understanding the mechanisms that led to this localized deformation at the margin toe and to the possible initiation of a subduction zone, we used a thermomechanical modeling method where we changed the rheological parameters and rheology of a weakness zone located at the ocean-continent boundary. It appears that the presence of a thermal anomaly at the ocean-continent transition, the latter being a thinned continental crust, is paramount to the location of deformation at the margin toe in the Algerian basin.Comprendre comment s’initie une subduction au niveau d’une marge passive est un problème géodynamique majeur, mais il reste très débattu en raison des forces nécessaires pour provoquer la flexion de la plaque plongeante, et dépasser la résistance frictionnelle de la lithosphère pour localiser cette subduction.Formant la bordure sud de la Méditerranée Occidentale, la marge algérienne subit des conditions aux limites en compression en raison de la convergence Afrique-Eurasie à un taux de moins de 1 cm/an. Ce contexte favorise l’inversion de cette marge nord-africaine et possiblement le début d’une subduction. En effet, des données géophysiques récentes acquises dans le bassin algérien (campagnes de MARADJA, 2003, 2005 (MARge Active d’el Djazaïr) et SPIRAL 2009 (Sismique Profonde et Investigations Régionales en ALgérie) ont montré des indices de déformation compressive récente.Nous avons utilisé les profils SPIRAL afin de calculer l’état isostatique de la lithosphère au voisinage de la limite océan-continent. Ceci nous a permis d'imager un Moho trop profond dans le domaine océanique, et plus superficiel dans le domaine continental, de part et d'autre d'une limite située vers le pied de pente de cette marge, donc un déséquilibre isostatique général de la marge. Nos résultats indiquent que la marge algérienne montre les mêmes anomalies isostatiques qu’au niveau d'une marge active, avec une zone de découplage océan/continent située en pied de marge.Ces anomalies peuvent être interprétées par un mécanisme de flexure des deux lithosphères en présence, que l’on peut simuler ensuite par une modélisation en éléments finis d’une plaque mince élastique. Les modèles montrent une déflexion verticale plus grande dans la partie centrale de la zone d'étude (6-7 km) que sur les profils les plus orientaux et plus à l'ouest (3 km).Afin de comprendre les mécanismes qui ont conduit à cette déformation localisée au niveau du pied de marge et l’initiation éventuelle d’une zone de subduction, nous avons utilisé une modélisation thermomécanique en faisant varier les paramètres rhéologiques et la géométrie d’une zone de faiblesse située à la limite océan-continent. Il apparaît clairement, suivant les différents modèles réalisés à partir de conditions initiales proches des structures imagées, que la présence d’une anomalie thermique au niveau d’une zone de Transition Océan-Continent de nature continentale soit primordiale à la localisation de la déformation en pied de pente de la marge algérienne