Etude et caractérisation des structures hercyniennes à partir de données sismologiques : le cas du Massif Armoricain

Jury: Guilhem Barruol Examinateur Jean-Pierre Brun Invité Michel Granet Directeur de thèse Eduard Kissling Rapporteur externe Patrick Ledru Rapporteur externe Gérard Wittlinger Rapporteur interneThe Hercynian Range is a major object of the european tectonics, however its deep structure remains poorly known. The Armorican Massif is a preserved segment of this mountain range, the general trend is oriented NW-SE, parallel to the trend of the range in this region. Three domains are usually distinguished (North-, Central-, and South-Armorican Domains), separated by two main fault zones (North- and South-Armorican Shear Zones). The Armorican Massif presents the advantage of beeing preserved from important tectono-thermal event since the end of the collision, thus, it stands for a particularly intersting place for the study of an old collision range. In the framework of the GeoFrance3D-ARMOR2 project, two seismological field experiments has been run in 1997 and 1999 in the Armorican Massif. The aims were : (1) the determination of the depth extension of the shear zones ; (2) the determination of their deep geometry ; (3) the detailed mapping of the Champtoceaux Nappes (high pressure rocks exhumated at the early stage of the hercynian collision). The data collected during the field experiments were used to map seismic anisotropy at depth and to build a three-dimensional model of the P -wave velocity variations beneath the Armorican Massif. According to the crustal images, there is no evidence of the supposed rooting of the Champtoceaux Nappes in the lower crust. Nevertheless, the upper mantle images show a clear signal which is interpreted as the signature of a north-dipping subduction process ending during Devonian (~350 Ma) followed by a transpressif regime during Carboniferous. The results also show that the depth extension of the North-Armorican Shear Zone is limited to the crust while the South-Armorican Shear Zone can be observed down to more than 150 km.La Chaîne Hercynienne est un objet majeur de la tectonique européenne, néanmoins sa structure profonde demeure mal connue. Le Massif Armoricain est un segment préservé de cette chaîne, il présente une structuration NO-SE, parallèle à la direction générale de la chaîne dans cette région. Il est habituellement divisé en trois domaines séparés par deux zones de cisaillement majeures, les Cisaillements Nord- et Sud-Armoricains. Le Massif Armoricain présente l'avantage de n'avoir été affecté par aucun événement tectonique ou thermique important depuis les temps hercyniens et constitue donc un objet particulièrement intéressant pour l'étude d'une chaîne de collision ancienne. Dans le cadre du Programme GéoFrance3DARMOR2, deux expériences d'écoute sismologique passive ont été menées en 1997 et 1999 dans le Massif Armoricain. Les objectifs étaient : (1) la détermination de l'extension en profondeur des deux zones de cisaillement ; (2) la détermination de leur géométrie profonde ; (3) l'imagerie précise du complexe métamorphique des Nappes de Champtoceaux (roches de haute pression exhumées au stade précoce de la collision hercynienne). Les données collectées ont permis de modéliser l'anisotropie sismique et de construire un modèle tridimensionnel des variations de la vitesse des ondes P sous le Massif Armoricain. L'imagerie de la croûte ne permet pas de mettre en évidence l'enracinement supposé des Nappes de Champtoceaux. En revanche, les images obtenues pour le manteau supérieur montrent un signal clair interprété comme la signature d'une subduction à vergence nord qui se termine au Dévonien (~350 Ma) pour laisser place à un régime transpressif intense au niveau du Cisaillement Sud-Armoricain au début du Carbonifère. Ces mêmes résultats montrent que l'extension du Cisaillement NordArmoricain est limité à la croûte tandis que le Cisaillement Sud peut être suivi jusqu'à plus de 150 km de profondeur