SUBSIDENCE, géologie

Mécanismes initiateurs et modèles

Un grand pas dans la compréhension des origines de la subsidence a été franchi avec l'étude des relations de la décroissance du flux thermique et de l'approfondissement des bassins océaniques avec l'âge, selon une courbe de refroidissement à allure exponentielle (constante de temps : 62,8 Ma ; Barry Parsons et John G. Sclater, 1977 ; cf. lithosphère, fig. 8). Durant la formation des zones en extension, la lithosphère continentale est amincie. Dan P. McKenzie (1978) a quantifié l'origine de la subsidence dans ces bassins avec un modèle simple d'amincissement et étirement uniforme et très rapide de la lithosphère (cf. marges continentales, fig. 6). L'amincissement crustal cause une augmentation de la densité à l'intérieur d'une colonne lithosphérique, puisque des roches crustales légères sont remplacées par du matériel mantellique plus dense. Le remplacement du manteau lithosphérique froid et dense par du matériel asthénosphérique plus chaud et moins dense provoque la remontée des isothermes et cause une baisse de la densité à l'intérieur de la même colonne. Par la combinaison de ces deux phénomènes, si la densité moyenne de la colonne lithosphérique diminue, il y a un soulèvement initial ; si la densité moyenne augmente, il y a subsidence « initiale » (synrift, guidée par des failles ; cf. marges continentales, fig. 5) ou, pour certains, « tectonique » stricto sensu. Ensuite, quand la lithosphère se refroidit pour tendre vers l'équilibre thermique, il se produit une subsidence « thermique » (ou post-rift) durant 200 à 300 millions d'années, suivant en première approximation une loi exponentielle. Au retour à l'équilibre thermique, la subsidence est uniquement fonction de l'épaisseur crustale, contrôlée par un facteur d'amincissement (β en général) qui peut être égal au facteur d'extension dans le cas du modèle d'amincissement uniforme. Certaines améliorations ont peu à peu été apportées à ce modèle de base (inventaire historique des modèles par Jean Burrus, 1989), en prenant en compte : une durée de rifting finie, la charge des sédiments et leur effet de couverture, qui ralentit le refroidissement, la perte de chaleur par conduction latérale, la rigidité de la lithosphère et enfin une extension non uniforme. Brian Wernicke (1985) a proposé un modèle d'extension-amincissement par le jeu d'une faille de détachement lithosphérique (cf. marges continentales, fig. 7), pour expliquer la dissymétrie des marges passives et la présence d'accidents pentés mis en évidence par la sismique (dans les modèles dérivés, les failles de détachement s'amortissent à la base ou à l'intérieur de la croûte).

Les campagnes d'exploration des bassins et de la croûte par sismique-réflexion profonde (Christian Bois et al., 1990) apportent des précisions sur la structure de la croûte sous les bassins, donc de nouvelles contraintes sur les modèles de formation. Le facteur d'atténuation crustale semble beaucoup plus important que le facteur d'extension dans les zones où ne subsistent que quelques kilomètres de croûte continentale. Cela a conduit à la création de modèles fondés sur la mobilité de la limite croûte-manteau par métamorphisme en base de croûte à la suite d'une perturbation thermique ou par fluage ductile de la croûte inférieure.

Les mécanismes d'amincissement peuvent être modélisés moyennant des hypothèses simplificatrices et le choix de conditions limites. Ces modèles numériques, constamment améliorés par l'analyse des écarts entre résultats et observations, permettent de simuler l'évolution de la subsidence tectonique et du flux de chaleur au cours du temps. Les modèles ne prennent en compte qu'un nombre réduit de processus, car leur complexité augmente avec la[...]