Sedimentary, structural and thermal evolution of a hyperextended rift : from post-hercynian inheritance to alpine inversion : Mauléon basin example (Pyrenees)

Localisé dans les Pyrénées occidentales, l’étude du bassin de Mauléon, permet d’appréhender l’évolution tectono-sédimentaire et thermique d’un rift hyper-aminci de son héritage pré-extensif à son inversion (cycle complet de Wilson). L’épisode permien reflète le passage de la convergence N-S enregistrée dans la Zone Axiale (310 à 290 Ma) à une phase d’extension E-W (290 et 275 Ma), conférant un héritage thermique, structural et rhéologique complexe à la lithosphère des Pyrénées occidentales. La préservation des traits paléogéographiques permo-triasiques rend impossible la réalisation d’un mouvement décrochant sénestre E-W au Mésozoïque entre l’Ibérie et l’Europe, dans cette partie des Pyrénées, questionnant les modalités d’ouverture des bassins nord-pyrénéens au Crétacé. Au cours de l’orogenèse alpine, le bassin hyper-étiré de Mauléon est inversé. La réactivation des structures crétacées conduit à la formation d’un pop-up lithosphérique dont les bordures présentent des styles de réactivation différents, localisé (Ibérie) vs distribué (Europe). La protubérance mantélique héritée de la phase de rifting crétacée empêche l’inversion complète du rift en jouant le rôle de buttoir. En 3D, les systèmes de chevauchement sont composés de plusieurs segments délimités par les zones de transferts N20° héritées du Permien conférant un caractère non-cylindrique au structures orogéniques pyrénéennes. L’héritage permien et crétacé contrôle à la fois l’évolution thermique synrift et post-collisionnelle du bassin de Mauléon. Les paléo-gradients géothermiques synrifts augmentent de manière graduelle des marges (~ 34°C/km) vers le bassin (~ 60°C/km). La température maximale est alors contrôlée par l’enfouissement et le flux thermique mantélique (100 mW.m-2). La différence de réponse thermique observées sur les bordures du bassin de Mauléon est liée au style de déformation compressive : diminution du gradient dans le domaine hyper-étiré et la marge européenne ~ 25.0 ± 2.7°C/km vs augmentation du gradient sur la marge ibérique < 30°C/km). L’étude tectono-sédimentaire des bassins mésozoïques adjacents d’Arzacq et de Tartas, couplée à un travail de synthèse sur les bassins péri-ibériques souligne les nombreuses différences existant entre ces bassins et ceux des marges hyper-étirées atlantiques. L’évolution de ces « bassins extensifs à pente douce » comprend trois grands stades de déformation : (1) un amincissement ductile de la croûte inférieure, sans déformation cassante significative dans la croûte supérieure, formant un rift symétrique (sag) ; (2) un glissement de la couverture prerift sur les évaporites du Trias; (3) une phase d’hyper-extension avec déformation fragile des marges proximales et amincissement ductile du domaine distal hyper-étiré (métamorphisme HT/BP).The western Pyrenean Mauléon basin allows to discuss the tectono-sedimentary and thermal evolution of a hyperextended rift through an entire Wilson cycle. During Permian time, the western Pyrenees record the shift between N-S convergence recorded in the Pyrenean Axial Zone (310 to 290 Ma) and dominant E-W extension (290 to 275 Ma). This latter stage is responsible for a complex thermal, structural and compositional inheritance of the Pyrenean lithosphere. The preservation of the original Permian-Triassic paleogeography and structure in the “Basque Massif” indicates that there was no major east-west Mesozoic strike-slip motion between the Iberian and European plates in this part of the Pyrenees, questioning the mechanisms responsible for the opening of the Early Cretaceous North-Pyrenean rift system. The Cretaceous Mauléon hyperextended rift basin was inverted during the Alpine orogeny. Reactivation of the former rift structures leads to the formation of a lithospheric scale pop-up whose edges are characterized by differing tectonic reactivation style, localized (Iberia) vs distributed (Europe). The previously exhumed mantle acts as a buttress inhibiting the complete closure of the basin. In 3D, the N120° thrusts systems edging the pop-up are composed of different thrust segments branching into the inherited Permian N20° transfer zones, highlighting the non-cylindrical geometry of the Pyrenean structures. Permian and Cretaceous structural inheritance both control the synrift and post-collisional thermal evolution of the Mauléon basin. Synrift paleogeothermal gradients gradually increased from the margins (~ 34°C/km) to the basin (~ 60°C/km). Maximum peak temperatures are both controlled by sedimentary burial and mantle heat flow (100 mW.m-2). The different post-collisional thermal responses of the Mauléon basin pop-up edges is linked to their tectonic reactivation style. On the European margin, the postrift isotherms were passively transported onto the proximal margin (« thin-skinned »). On the Iberian margin, peak temperatures were acquired after thrusting (« thick-skinned »). The review of the hyperextended Iberian-Eurasian plate boundary basins shows that they strongly differ from classical Atlantic-type passive margins. Three main stages of continental crust thinning can be inferred to describe the evolution of this smooth-slope type extensional basin : (1) a dominant ductile thinning of the lower crust, without significant brittle deformation of the upper crust, resulting in the formation of a symmetric sag basin; (2) basinward gliding of the prerift cover along the Late Triassic evaporites; (3) hyper-extension with brittle deformation on the proximal margins and dominant ductile thinning on the hyperextended rift domain (HT/LP metamorphism)