Soutenance de thèse - Sarah Gommery

Soutenance de thèse de Sarah GOMMERY

Evolution tectono-magmatique de l'Afar Central depuis 5 Ma et transition océan-continent : Nouvelles données structurales, géochronologiques et géochimiques

Cette soutenance aura lieu lundi 16 juin 2025 à 14h00
Adresse de la soutenance : Sorbonne université, 4 place de Jussieu, 75005 Paris - salle (Salle UFR, 2éme étage)

Cette soutenance aura lieu lundi 16 juin 2025 à 14h00
Adresse de la soutenance : Sorbonne université, 4 place de Jussieu, 75005 Paris - salle (Salle UFR, 2éme étage)

devant le jury composé de :

Résumé de la thèse en français :
L’Afar Central (Éthiopie) est un rift magmatique actif depuis 30 Ma. Les séries magmatiques Stratoïdes (5-1 Ma) se sont mises en place dans une grande province volcanique fissurale, suite à un épisode d'amincissement vers 5-6 Ma. La série des Gulf Basalts (1-0,4 Ma) s'est ensuite mise en place dans des zones plus restreintes. La chimie des axes magmatiques actifs (0,4-0 Ma) atteste d'une très faible contamination crustale, ce qui suggère que l’Afar Central est actuellement à un stade syn-rift tardif, proche de la rupture continentale. Il a aussi été suggéré que la Stratoïde est un analogue des Seaward Dipping Reflectors (SDR) documentés en mer (séries volcaniques à pendage vers l’océan et plus épaisses vers celui-ci). Cette étude se propose donc de détailler l'évolution tectono-magmatique des formations magmatiques Stratoide et Gulf Basalts de l’Afar Central afin de mieux comprendre les processus tectono-magmatiques actifs pendant la transition océan-continent dans un rift magmatique et la formation des marges passives volcaniques.
Une nouvelle cartographie de l’Afar Central a été réalisée à partir de données de terrain, des images multispectrales satellitaires et de nouvelles datations Ar/Ar des laves échantillonnées (35 datations). Nous avons défini 5 nouvelles sous-unités : la Stratoïde Inférieure (5-2.8 Ma), Intermédiaire (2.8-1.8 Ma) et Supérieure (1.8-1 Ma), les Gulf Basalts Inférieurs (1-0.7 Ma) et Supérieurs (0.7-0.4 Ma). Ces unités sont séparées par des discordances dues à des phases d’érosion et des failles normales à pendage vers le continent avec des espacements de quelques km et des rejets de quelques dizaines de m. Ce nouveau découpage stratigraphique montre aussi que l’unité Stratoïde est caractérisée par des pulses de magmatisme et que ceux-ci se localisent dans l’espace au cours du temps. L’unité Stratoïde la plus jeune est en effet notamment localisée au niveau du graben principal de l’Afar Central, le graben de Tendaho, continuité SE du segment de Manda Harraro. Cela suggère que les processus de localisation ont commencé au cours de la mise en place de la Stratoïde Supérieure (post-1.8 Ma). On observe que le pulse magmatique principal est daté vers 2 Ma (Stratoïde Intermédiaire). Par ailleurs, la série Stratoïde montre un épaississement du SW au NE de l’Afar Central. Ces données nous permettent de proposer une évolution de la région depuis 5 Ma qui peut être discutée en regard des SDR observés en mer.
La cartographie détaillée des failles normales est utilisée pour caractériser la fracturation et son évolution dans l'espace et dans le temps. Les résultats montrent que les populations de failles affectant les unités magmatiques <1.8 Ma, suivent les mêmes lois statistiques (distribution de longueur en loi exponentielle et distribution rejet/longueur en loi puissance). Cela confirme que la localisation de la déformation commence à partir de la mise en place de la Stratoide Supérieure. Les failles semblent s’enraciner peu profondément dans la croûte (<2 km) possiblement au sommet de dykes ou sur des niveaux qui ont pu être des zones d’accumulation de magma intracrustaux. Durant la mise en place de la Stratoïde Supérieure (1.8-1 Ma), se produit un nouvel épisode d’amincissement crustal important, illustré par une population de failles à plus fort rejet et longueur, (avec une distribution de longueur loi puissance). Cet épisode est à l’origine de la formation des grabens de l’Afar Central.
Enfin, une étude géochimique sur ces mêmes formations magmatiques a été réalisée. Nous montrons que les taux de fusion partielle sont compris entre 2 et 8% et que la source diffère entre les différentes Stratoïdes et les Gulf Basalts. Nous montrons aussi que plusieurs sources sont actives pendant une même sous-unité. Cela suggère que plusieurs systèmes magmatiques sont actifs, ce qui influence probablement la segmentation du rift.

Résumé de la thèse en anglais:
Central Afar (Ethiopia) is an active magmatic rift since 30 Ma. The Stratoid magmatic series (5-1 Ma) were emplaced in a large volcanic rift province, following a thinning episode around 5-6 Ma. The Gulf Basalts series (1-0.4 Ma) were then emplaced in more restricted areas. The chemistry of the active magmatic axes (0.4-0 Ma) attests to a very low crustal contamination, which suggests that the Central Afar is currently at a late syn-rift stage, close to continental breakup. It has also been suggested that the Stratoid is an analogue of the offshore Seaward Dipping Reflectors (SDR) (volcanic series dipping towards the ocean and thicker towards it). This study therefore aims to detail the tectono-magmatic evolution of the Stratoid and Gulf Basalts magmatic formations of Central Afar in order to better understand the tectono-magmatic processes active during the ocean-continent transition in a magmatic rift and the formation of passive volcanic margins.
A new mapping of Central Afar was carried out from field data, satellite multispectral images and new Ar/Ar dating of the sampled lavas (35 datings). We defined 5 new subunits: the Lower Stratoid (5-2.8 Ma), Intermediate (2.8-1.8 Ma) and Upper (1.8-1 Ma), the Lower Gulf Basalts (1-0.7 Ma) and Upper (0.7-0.4 Ma). These units are separated by unconformities due to erosion phases and normal faults dipping towards the continent with spacings of a few km and displacement of a few tens of m. This new stratigraphic division also shows that the Stratoid unit is characterized by magmatic pulses localizing in space through time. The youngest Stratoid unit is in fact located in and around the main graben of the Central Afar, the Tendaho graben, SE continuity of the Manda Harraro segment. This suggests that the localization processes began during the emplacement of the Upper Stratoid (post 1.8 Ma). We observe that the main magmatic pulse is dated around 2 Ma (Intermediate Stratoid). Furthermore, the Stratoid series shows a thickening from the SW to the NE of the Central Afar. These data allow us to propose an evolution of the region since 5 Ma that can be discussed in relation to the SDR observed at sea.
Detailed mapping of normal faults is used to characterize the fracturing and its evolution in space and time. The results show that the fault populations affecting the magmatic units <1.8 Ma, follow the same statistical laws (exponential law length distribution and power law displacement/length distribution). This confirms that the localization of the deformation begins from the emplacement of the Upper Stratoid. The faults seem to root shallowly in the crust (<2 km) possibly at the top of dykes or on levels that could have been accumulation of intracrustal magma. During the emplacement of the Upper Stratoid (1.8-1 Ma), a new episode of significant crustal thinning occurs, illustrated by a population of faults with greater displacement and length (with a power law length distribution). This episode is at the origin of the formation of the Central Afar grabens.
Finally, a geochemical study on these same magmatic formations was carried out. We show that the partial melting rates are between 2 and 8% and that the source differs between the different Stratoids and the Gulf Basalts. We also show that several sources are active during the same subunit. This suggests that several magmatic systems are active, which probably influences the segmentation of the rift.