Soutenance de thèse - Charles MASQUELET

Magmatisme, héritage et déformation, autour de l’archipel des Comores et Mayotte, dans le bassin de Somalie. Implications géodynamiques.

Soutenance de thèse de Charles Masquelet

Vendredi 8 Décembre 2023 à 14h, salle de conférences de l'UFR TEB 

 --*-- ENGLISH version below --*--

La soutenance se déroulera en français et aura lieu le 8 Décembre à 14h à Sorbonne Université, sur le campus Pierre et Marie Curie (4 Place Jussieu, 75005, Paris) dans la salle de conférences de l'UFR TEB (Tour 46-56, 2e étage). Devant un jury composé de : 

• Gaye BAYRAKCI, (NOC) Rapporteur
• Jacques DEVERCHERE, (U. de Brest) Rapporteur 
• Elodie LEBAS, (IPGP) Examinatrice
• Laurent MICHON, (IPGP) Examinateur 
• Elia d’ACREMONT, (Sorbonne U.) Examinatrice
• Sylvie LEROY, (CNRS /Sorbonne U.) Directrice
• Daniel SAUTER, (ITES) Directeur

Pour ceux qui le souhaitent, le lien ci-dessous vous permettra d'y assister à distance en visioconférence :  

Rejoindre Zoom Réunion
https://zoom.us/j/99352717604?pwd=QmhodWlDRzI2c0dUbnlCenhGcWZ2Zz09

ID de réunion: 993 5271 7604
Code secret: 536271

La soutenance sera suivie d'un pot auquel vous êtes cordialement invité-e-s. Le pot aura lieu dans la salle de convivialité du laboratoire Tour 46-00, au 2e étage.

Résumé :

L’île volcanique de Mayotte fait partie de l’archipel des Comores, situé entre Madagascar et le Mozambique. Elle a subi en 2018 une crise sismo-volcanique majeur lié à la construction d’un nouvel édifice volcanique sous-marin, Fani Maoré, à 50 km de ces côtes. En parallèle il existe une sismicité régionale importante entre Madagascar et le Mozambique, le long de l’archipel des Comores, expliqué par la naissance d’une frontière de plaque immature entre les microplaques Lwandle et Somalienne. Afin de pouvoir replacer ces activités sismo-volcaniques récentes dans un contexte géodynamique et volcanique régional, il est nécessaire de comprendre l’histoire du bassin des Comores et la construction de l’archipel. Cependant, très peu d’études dans le domaine offshore existe autour de l’archipel des Comores car peu de données y ont été acquises.

La méconnaissance de ce territoire amène de nombreuses questions sur (1) l’origine et le timing de mise en place des structures volcaniques de  l’archipel des Comores, (2) plus généralement la géodynamique et structure du bassin des Comores, (3) la nature de croute dans le bassin ainsi que (4) la part de l’héritage structurel du bassin sur la présence de volcanisme ancien et récent autour de l’archipel.

Dans ce travail de thèse nous avons utilisé une approche d’observation et d’analyse sur des données géophysiques marines (sismique réflexion rapide, sismique réflexion grande profondeur, bathymétrie), principalement acquises lors d’une campagne océanographique de 2020-2021 autour de l’archipel des Comores, afin d’imager et de décrire l’architecture des domaines sédimentaires et volcanique récent du bassin, ainsi que les structures crustales anciennes. Pour cela nous avons étudié le bassin sur 3 échelles différentes : (1) au niveau local en étudiant un profil de sismique réflexion passant à l’aplomb du volcan Fani Maoré, (2) à l’échelle du bassin des Comores en axant notre étude sur le volcanisme régional lié à l’édification de l’archipel, (3) en étudiant le domaine crustal du bassin, afin d’apporter des contraintes sur la nature du domaine et sur la part de l’héritage structural des anciennes zones de fractures sur la mise en place de l’archipel des Comores.

L’étude du profil de sismique reflexion passant au-dessus du nouvel édifice volcanique Fani Maoré, à l’Est de Mayotte, a permis d’imager la structure interne du volcan et nous a permis, en comparant la bathymétrie avant et après la construction du volcan, de retrouver une paléo surface pré-éruptive et d’identifier le matériel magmatique récent.

Nous avons identifié la présence d’une couche volcanique épaisse, correspondant au pied de l’édifice volcanique de l’île de Mayotte assis sur une épaisse couche sédimentaire de 2.5 km. Une stratigraphie sismique cohérente du bassin des Comores a été réalisé afin d’apporter des contraintes en âges sur les évènements volcaniques de la zone en utilisant les rare données provenant de puits dans le bassin des Comores et le bassin de Morondava. Cette stratigraphie sismique a permis de contraindre l’âge du début de construction de l’île de Mayotte entre 26 et 28 Ma, ce qui révise qui révise considérablement les plus anciennes datations faites uniquement à terre, datant l’île de 10 Ma.

Dans une seconde partie, nous avons observé et identifié, grâce à l’analyse de l’ensemble des profils de sismique réflexion acquis durant la campagne SISMAORE, différentes phases volcaniques de construction des îles de l’archipel des Comores et autres édifices volcaniques majeurs. La stratigraphie sismique nous a permis de dater le début de ces phases de volcanisme principale. Ainsi, nous avons caractérisé au moins 4 phases de construction majeures de l’île volcanique de Mayotte datées à 28, 22, et 9Ma. De même, nous avons identifié et daté le début de la phase principale de construction des îles de Mohéli (9Ma), Anjouan (4Ma) et Grande Comores (2 Ma) ainsi que du banc de Geyser et Zélée (32 Ma) et des rides volcaniques des Jumelles (4Ma). La progression en âges d’Est en Ouest de l’âge de ces phases de construction indique une séquence chronologique du début du volcanisme au cours du temps.   La chronologie du volcanisme des Comores présente de nombreuse similarité avec l’évolution du magmatisme à Madagascar et dans le Rift Est Africain, avec deux phases de volcanisme, à l’Oligocène et au Miocène, coïncidant avec les phases de déformation du Rift Est Africain et de ces branches offshores. Nous suggérons que l’archipel des Comores, correspondant à la branche offshore du Rift Est Africain, aurait pu commencer dès le début du Miocène.

Enfin dans une troisième partie, nous avons étudié le domaine crustal du bassin des Comores. Nous montrons que la croute autour des Comores est de nature océanique grâce à l’étude des profils de sismiques réflexion et réfraction. Une cartographie du toit de la croute en temps et en profondeur a été réalisée, montrant une différence de profondeur entre le domaine crustale au Nord et au Sud de l’archipel. En corrélant le cartographie de zones de fractures, la direction préférentielles des îles de l’archipel des Comores et la présence de réactivation crustal impliquant du volcanisme, nous suggérons que la direction d’ouverture du bassin de Somalie et la présence d’anciennes zones de fractures ont contrôlés la mise en place de l’archipel des Comores.

 --*--ENGLISH--*--

Magmatism, inheritance, and deformation around the Comoros archipelago and Mayotte, in the Somali basin. Geodynamics implies. 

PhD Defense of Charles Masquelet

The defense will be conducted in French and will take place on Tuesday, December 8th at 2 PM at Sorbonne University, on the Pierre and Marie Curie campus (4 Place Jussieu, 75005, Paris) in the Conference Room of the UFR TEB (Tower 46-56, 2nd floor). The jury that will evaluate this thesis is composed of: 

• Gaye BAYRAKCI, (NOC) Rewiever
• Jacques DEVERCHERE, (U. de Brest) Rewiever
• Elodie LEBAS, (IPGP) Examiner
• Laurent MICHON, (IPGP) Examiner
• Elia d’ACREMONT, (Sorbonne U.) Examiner
• Sylvie LEROY, (CNRS /Sorbonne U.) Director
• Daniel SAUTER, (CNRS / ITES) Director

For those who wish, you can attend remotely by videoconference using the link below:

https://zoom.us/j/99352717604?pwd=QmhodWlDRzI2c0dUbnlCenhGcWZ2Zz09

ID of the reunion: 993 5271 7604
Code: 536271

The defense will be followed by a refreshment to which you are cordially invited. It will occur in the conviviality room, Tower 46-00, on the 2nd floor.

Abstract

The volcanic island of Mayotte is part of the Comoros archipelago, located between Madagascar and Mozambique. In 2018, it experienced a major seismic-volcanic crisis linked to the construction of a new submarine volcanic edifice, Fani Maoré, 50 km off its coast. Simultaneously, there is significant regional seismic activity between Madagascar and Mozambique, along the Comoros archipelago, explained by the emergence of an immature plate boundary between the Lwandle and Somali microplates. To contextualize these recent seismic-volcanic activities within a regional geodynamic and volcanic framework, it is essential to understand the history of the Comoros Basin and the formation of the archipelago. However, very few offshore studies have been conducted around the Comoros archipelago due to limited available data.

The lack of knowledge about this region raises numerous questions about (1) the origin and timing of the volcanic structures in the Comoros archipelago, (2) the broader geodynamics and structure of the Comoros Basin, (3) the nature of the crust in the basin, and (4) the role of the structural heritage of the basin in the presence of ancient and recent volcanism around the archipelago.

In this thesis work, we employed an observational and analytical approach using marine geophysical data (rapid reflection seismic, deep reflection seismic, bathymetry), primarily acquired during an oceanographic campaign in 2020-2021 around the Comoros archipelago, to image and describe the architecture of the sedimentary and recent volcanic domains of the basin, as well as the ancient crustal structures. We studied the basin on three different scales: (1) locally by examining a reflection seismic profile passing over the Fani Maoré volcano, (2) on the scale of the Comoros Basin, focusing on regional volcanism related to the archipelago's formation, and (3) by studying the crustal domain of the basin to provide constraints on the nature of the domain and the role of ancient fracture zones in the formation of the Comoros archipelago.

The study of the reflection seismic profile passing over the new volcanic edifice Fani Maoré, east of Mayotte, allowed us to image the internal structure of the volcano. By comparing bathymetry before and after the volcano's construction, we were able to identify a pre-eruptive paleo-surface and identify recent magmatic material.

We identified the presence of a thick volcanic layer corresponding to the base of the Mayotte island volcano, resting on a thick sedimentary layer of 2.5 km. A coherent seismic stratigraphy of the Comoros Basin was developed to provide age constraints on the volcanic events in the area, using rare data from wells in the Comoros Basin and the Morondava Basin. This seismic stratigraphy constrained the age of the onset of Mayotte island's construction between 26 and 28 million years ago, significantly revising older land-based dating of the island, which previously dated it to 10 million years ago.

In the second part, observing and identifying different volcanic construction phases of the Comoros archipelago and other major volcanic edifices through the analysis of all reflection seismic profiles acquired during the SISMAORE campaign. Seismic stratigraphy allowed us to date the beginning of these main volcanic phases. Thus, we characterized at least four major construction phases of Mayotte island, dated 28, 22, and 9 million years ago. Similarly, we identified and dated the beginning of the main construction phase of Mohéli (9 million years ago), Anjouan (4 million years ago), Grande Comore (2 million years ago), as well as the Geyser and Zélée bank (32 million years ago) and the volcanic ridges of the Jumelles (4 million years ago). The progression in ages from east to west of these construction phases indicates a chronological sequence of volcanic activity over time. The chronology of Comoros volcanism shows many similarities with the evolution of magmatism in Madagascar and the East African Rift, with two phases of volcanism in the Oligocene and Miocene, coinciding with the deformation phases of the East African Rift and its offshore branches. We suggest that the Comoros archipelago, corresponding to the offshore branch of the East African Rift, could have begun as early as the beginning of the Miocene.

Finally, in the third part, we studied the crustal domain of the Comoros Basin. We show that the crust around the Comoros is of an oceanic nature through the study of reflection and refraction seismic profiles. A mapping of the crust's roof in time and depth was carried out, showing a difference in depth between the crustal domain to the north and south of the archipelago. By correlating the mapping of fracture zones, the preferred direction of the Comoros archipelago, and the presence of crustal reactivation involving volcanism, we suggest that the opening direction of the Somali Basin and the presence of ancient fracture zones have controlled the formation of the Comoros archipelago.