MARGES CONTINENTALES

Le « rifting » et la naissance des marges passives de divergence

Les marges passives de divergence (ou d'arrachement) gardent la mémoire du stade initial de la dérive continentale, lorsque le continent originel a été partagé en deux par une déchirure lithosphérique (en anglais : rift), qui est en quelque sorte l'embryon d'un océan. À cet endroit, la lithosphère (y compris la croûte continentale) a été étirée et amincie par le début d'écartement des deux plaques, avant d'être complètement brisée par la naissance d'un jeune océan. Les marges passives d'arrachement sont construites sur l'ancien rift, partagé en deux moitiés par l'ouverture océanique. À chaque rift continental correspondent ainsi deux marges « conjuguées », autrefois jointives, maintenant situées de part et d'autre de l'océan, parfois à plusieurs milliers de kilomètres l'une de l'autre.

Ainsi s'expliquent la nature continentale de la croûte sous la marge et son amincissement depuis la côte (de 30 à 35 km d'épaisseur) jusqu'à sa frontière avec le domaine océanique néoformé (de 10 à 7 km d'épaisseur). Ainsi s'explique aussi la structure superficielle de cette croûte, enfouie sous d'épais sédiments, mais où la sismique met en évidence les anciennes failles et les blocs crustaux affaissés et basculés (espacement moyen entre les blocs : 15 km), qui sont des structures d'extension, héritées du rift continental initial. Enfin, cette évolution permet de classer les sédiments accumulés sur les marges d'arrachement en trois grands ensembles, selon qu'ils se sont disposés avant le « rifting » (quand le continent n'était pas encore brisé), pendant l'extension de la croûte (les sédiments s'accumulent alors sur les panneaux de socle effondrés entre des failles actives), enfin après la période d'activité du rift, c'est-à-dire pendant l'ouverture océanique et la création de nouvelle lithosphère à l'axe des dorsales océaniques.

Il reste à comprendre les modalités de l'amincissement crustal sous les rifts continentaux. Jusqu'au début des années quatre-vingt, cet amincissement était expliqué par un simple étirement horizontal de la lithosphère, comparable à une pâte qui se déforme de façon homogène. À mesure du progrès des connaissances, on a cependant découvert que les rifts continentaux sont des structures géologiques dissymétriques, et que les marges de divergence maintenant séparées par un océan ne sont pas de simples images l'une de l'autre. Pour expliquer ces particularités, on pense maintenant que la lithosphère n'est pas étirée de façon homogène au début de la divergence des plaques. Elle serait d'abord partagée en deux prismes géants par une grande faille oblique, peu inclinée (de 15 à 20⁰), appelée faille de détachement. Puis, les deux prismes seraient progressivement dégagés par l'écartement des deux plaques, chacun donnant naissance à l'une des marges conjuguées. Des niveaux de plus en plus profonds seraient ainsi découverts sur la plaque inférieure, puis le manteau supérieur lui-même. Quant à la faille de détachement, il s'agirait d'une zone fragile, peut-être héritée de l'histoire géologique antérieure, par exemple d'une ancienne suture entre deux plaques entrées en collision quelques centaines de millions d'années auparavant.

La subsidence

On entend par subsidence le processus par lequel la lithosphère s'affaisse localement à un endroit du globe, créant ainsi une dépression (un bassin) où s'accumulent des sédiments (cf. subsidence – Géologie). Une forte subsidence caractérise les marges continentales de divergence.

Pour comprendre les causes et les modalités de cette subsidence, il faut se rappeler la loi de l' isostasie. Selon cette loi, qui n'est autre que le principe d'Archimède appliqué à la lithosphère, l'état d'équilibre lithostatique est réalisé à une certaine profondeur dans le manteau, comme il l'est dans l'eau sous la quille d'un navire. Au-dessus de la surface située à cette profondeur – surface dite de compensation –, toutes les colonnes verticales de même diamètre et allant jusqu'à la surface du globe pèsent le même poids. Une augmentation de densité dans une colonne aura donc pour effet un raccourcissement (une contraction) de cette colonne, c'est-à-dire, en surface, un affaissement du sous-sol et une subsidence.

Sous les rifts continentaux, deux phénomènes distincts concourent à cette augmentation de densité et à la subsidence qui en résulte. Pendant la période d'activité du rift, l'écartement des plaques provoque un amincissement de la croûte continentale (densité : 2,8). L'épaisseur crustale ainsi perdue est partiellement remplacée par une couche de manteau (densité : 3,3). Il en résulte un affaissement du plancher du rift (une subsidence) sur lequel s'accumulent des sédiments (exemple : les dépôts qui comblent le fossé du Rhin en Alsace). Il s'agit de la subsidence « initiale ».

En réalité, l'amincissement crustal sous les rifts continentaux est une conséquence de l'amincissement de la lithosphère tout entière. Une autre conséquence est de rapprocher de la surface l'asthénosphère chaude (1 300 ⁰C), et, partant, d'accroître le flux de chaleur et la température des roches qui constituent la lithosphère. Inversement, l'arrêt d'activité d'un rift continental provoque un retour à l'équilibre thermique. La lithosphère auparavant amincie et échauffée se refroidit alors et s'épaissit aux dépens de l'asthénosphère, ce qui entraîne un accroissement de sa densité, et donc une nouvelle subsidence. Il s'agit de la subsidence « secondaire » ou « thermique », qui affecte les marges de divergence après le début de l'ouverture océanique, ainsi que les bassins sédimentaires qui s'installent sur un rift avorté (le bassin de Paris, par exemple).

La subsidence thermique s'ajoute ainsi à la subsidence initiale, et le cumul des deux phénomènes explique les énormes épaisseurs sédimentaires (jusqu'à 12 ou 15 km) qui s'accumulent sur le socle des marges de divergence. Les sédiments y sont apportés par les fleuves, qui évacuent vers l'océan les produits de l'érosion continentale, ou fabriqués par les organismes constructeurs qui pullulent près des côtes. Pour cette raison, les marges de divergence font l'objet d'une intense prospection pétrolière : lorsqu'elle est enfouie aussi profondément dans la pile des sédiments, la matière organique issue de l'activité biologique est transformée en hydrocarbure sous l'effet de l'augmentation de la température et de la pression, et peut alors migrer et se concentrer dans des gisements que l'on cherche à exploiter.