Fonctionnement des dorsales océaniques: apports de la sismique reflexion 3D à l’OSC 9 N sur la dorsale Est Pacifique et au volcan Lucky Strike sur la dorsale médio-Atlantique

devant le jury: P. GENTE ............................... Examinateur M. SINHA ............................... Rapporteur S. SINGH ............................... Directeur de thèse S. TAIT ................................ Examinateur R. WHITE ... ........................... Rapporteur Résumé: Aux dorsales rapides, telle la dorsale Est Pacifique, la nature et la géométrie de la chambre magmatiqe sont relativement bien connues, grâce notamment au fait que des concentrations de magma ont été identiiées dans la croûte à laxe de ces dorsales au moyen de méthodes sismiques depuis la fin des années 1970. En revanche, la nature de la chambre magmatique aux dorsales lentes, telle la dorsale Médio-Atlantique, et moins bien comprise, les méthodes sismiques nayant révélé jusquà une période récente que de rares indices attestant de la présence de magma dans la croûte. Lors de la campagne océanographique SISMOMAR sur la dorsale Médio-Atlantique en 2005, il a été découvert un réflecteur interprété comme le toit dune chambre magmaique, sous le Volcan Lucky Strike , apportant de nouvelles contraintes sur les processus daccrétion aux dorsles lentes. Une première partie de la thèse concerne loverlapping spreading center (OSC) à 9°N sur la dorsale Est Pacifique. Les processus daccrétion aux dorsales rapides sont souvent considérés comme bidimensionnels, sans variation selon la direction de laxe de la dorsale. Un OSC est une discontinuité non transformante de laxe des dorsales rapides; du fait de la discontinuité, les processus volcaniques et tectoniques deviennent tridimensionnels, fournissant de nouvelles contraintes sur le couplage entre l'alimentation magmatique et la tectonique de la lithosphère. Nous présenterons une étude sur les relations entre les sructures volcaniques et tectoniques du plancher océanique et la géométrie des concentrations en magma dans la croûte. Les données utilisées sont principalement issues de notre nouvelle interprétation des données de sismique réflexion en trois dimensions (3D) acquises lors de la campagne ARAD à lOSC 9°N en 1997. Nous avons produit une carte bathymétrique haute résolution dérivée des données sismiques et une carte en profondeur des lentilles de magma situées au toit de la chambre magmatique. Les principaux résultats de cette étude sont d'une part, la mise en évidence d'un découplage des contraintes entre la croûte supérieure fragile et la croûte inférieure, la lentille de magma agissant comme une zone de découplage efficace; et dautre part, l'identification des facteurs contrôlant la géométrie de la lentille de magma: la position de la source dalimentation sous la lentille, le champ de contraintes ambiant à la profoneur de la lentille, qui est le champ de contraintes régional lié à l'expansion des plaques, et le champde contraintes local dans la croûte supérieure fragile. Une deuxième partie de la thèse concerne le traitement en 3D, puis l'interprétation des données de sismque réflexion acquises sur le Volcan Lucky Strike pendant la campagne SISMOMAR. Notre séquence de traiement en 3D a permis dobtenir un cube de la réflectivité sismique en profondeur sous le volcan. Nous montrerons les principaux résultats qui incluent d'une part, la détermination de la profondeur et de la géométrie du réflecteur présent au toit de la chambre magmatique; d'autre part l'imagerie en profondeur de failles, dont les failles bordières de la vallée axiale et des failles présentes sur le volcan. Les relations spatiales entre la chambre magmatique et les failles suggèrent l'existence d'un refroidissement vigoureux de la chambre magmatique par la circulation hydrothermale. Abstract At fast spreading ridges such as the East Pacific Rise, the nature and geometry of the magma chamber are relatively well constrained, due in part to the fact that melt has been quasi ubiquitously identified in the crust beneath the ridge axis with seismic methods experiments since the end of the 1970s. In contrast, at slow-spreading ridges such as the Mid-Atlantic Ridge, the nature of the magma chamber is less well understood, because until recently, seismic methods revealed little evidence of melt in the crut. During the SISMOMAR scientific cruise in 2005, a seismic reflector interpreted as the roof of a maga chamber was discovered beneath the Lucky Strike Volcano at the Mid-Atlantic Ridge, providing new contraints on accretion processes at slow-spreading ridges. The first part of this thesis concerns the overlapping spreading center (OSC) at 9°N on the East-Pacifc Rise. Accretion at fast-spreading ridges is often treated as bi-dimensional, with no variation along the ridge axis. At OSCs, which are non-transform discontinuities of the ridge axis found at fast-spreaing ridges, volcanic and tectonic processes are tri-dimensional (3D). The study of OSCs provides new insights into the coupling between the melt supply and the tectonics of the brittle lithosphere. I will present my study of the relationships between seafloor volcanic and tectonic structures and the geometry of melt concentrations in the crust at the 9°N OSC. My study is based mainly on a new interpretation of 3D reflection seismic data acquired during the 1997 ARAD cruise. I produced a high-resolution bathymtric map derived from the seismics and a map of the melt lens reflectors in depth. The main results inlude firstly, the identification of decoupled stresses between the brittle upper crust and the lower cust, with the melt lens acting as an effective decoupling zone; and secondly, the determination of factors controlling the geometry of the melt lens: the location of the melt source beneath the melt lens, the ambient stress-field at melt lens depth which is the regional stress-field controlled by plate separation, and the brittle upper crust local stress-field. A second part of the thesis concerns the 3D processing and interpretation of the seismic reflection data acquired at the Lucky Strike Volcano during the SISMOMAR cruise. The newly processed data constrain the depth and geometry of the reflector corresponding to the roof of the magma chamber. Faults are also imaged at depth, including the axial valley bounding faults and faults on the volcano itself. The spatial relationships between the magma chamber roof and the faults suggest a vigorous cooling of the magma chamber through hydrothermal circulation.