Propriétés magnétiques et physiques de carottes sédimentaires prélevées le long du prisme d'accrétion des Petites Antilles : risques naturels et influence de la lithologie sur le signal paléomagnétique

Bieber, Arthur (2022). Propriétés magnétiques et physiques de carottes sédimentaires prélevées le long du prisme d'accrétion des Petites Antilles : risques naturels et influence de la lithologie sur le signal paléomagnétique. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 217 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : L'arc volcanique des Petites Antilles est la résultante d'une zone de subduction avec le plongement des plaques océaniques Atlantique nord et sud sous la plaque des Caraïbes à une vitesse actuelle estimée à 2 cm/an. En plus de la présence d'un volcanisme depuis l'Éocène récent jusqu'à aujourd'hui avec une déviation de l'axe volcanique à la suite de la subduction des rides asismiques de Tiburon et Barracuda, la région est sismiquement active. Les failles en échelons accommodent la composante oblique de la convergence et l'accumulation des tensions mécaniques à l'interface des plaques en question, générant des séismes récurrents, comme en 2004 au large des Saintes (M=6.3) et en 2007 au large de la Martinique (M=7.4). D'autres séismes plutôt associés à l'interface de subduction, peuvent aussi être dévastateurs comme ceux reportés en 1839 et 1843 au large des iles de la Martinique et de la Guadeloupe qui ont détruit des villes et fait plusieurs centaines de morts. Il est donc important de mieux comprendre le fonctionnement de cette zone de subduction et ses cycles sismiques. C'est dans ce contexte que la mission océanographique CASEIS a eu lieu durant l'été 2016 pour récolter des carottes sédimentaires et obtenir de nombreux profils sismiques afin de mieux contraindre les aléas sismiques sur des échelles de temps long couvrant une partie du Quaternaire. En effet, des études ont montré qu'il était possible d'utiliser des couches déposées rapidement (RDL) et notamment les turbidites comme marqueur stratigraphique de séismes. Si ces dépôts ont lieu de façon simultanée dans des bassins profonds de l'avant-arc des Petites Antilles, alors il est fort probable qu'ils aient été déclenchés par un séisme. De plus, des complexes homogénite-turbidites ont déjà été identifiés dans la région et sont susceptibles d'être la signature de mégaséismes ou des tsunamis associés. À l'aide des paramètres physiques, magnétiques et lithologiques de cinq carottes sédimentaires, cette thèse de doctorat montre également l'intérêt du paléomagnétisme pour les études de paléosismologie marine. Dans un premier chapitre, il est question d'établir une magnétostratigraphie régionale à l'aide des variations de paléointensité relative (RPI), des isotopes de l'oxygène et des inversions géomagnétiques passées. En effet, la carotte CAS16-24PC récoltée sur un point haut du prisme d'accrétion est datée à plus de 1,15 Ma et présente la dernière inversion Matuyama-Brunhes et le sub-chron Jaramillo. En comparant les données magnétiques et isotopiques à des compilations de mesures datées précisément, de nombreux tie-points permettent de cadrer temporellement l'ensemble de cette carotte. Le second chapitre utilise les dates radiométriques (carbone 14) d'études antérieures, la magnétostratigraphie régionale établie précédemment et la compilation de paléointensités de l'Atlantique Nord (NAPIS-75) pour dater quatre carottes et estimer l'âge des RDL de trois d'entre-elles. Ces dernières ont été prélevées dans des bassins de l'avant-arc des Petites Antilles et du prisme, isolés les uns des autres et des apports directs des îles et des plateformes carbonatées. Toutes présentent des turbidites et des complexes homogénite-turbidites qui, étant donné la localisation et la profondeur de prélèvement, seraient reliées à des événements sismiques. L'âge des événements est mieux défini à l'aide de la RPI des carottes, et permet d'estimer un super-cycle sismique de 24 ka incluant une période de quiescence de 6 ka. Le troisième chapitre étudie les variations de l'enregistrement paléomagnétique en fonction de la lithologie. La quantité de RDL identifiée dans les carottes permet d'étudier l'enregistrement du signal paléomagnétique par ces dépôts et d'établir un nouveau modèle de dépôt des complexes homogénite-turbidites (HmTu). Ces résultats s'appuient notamment sur les variations d'enregistrement de l'inclinaison magnétique. En effet, la base des complexes HmTu présente un enregistrement paléomagnétique peu fiable lié à un hydrodynamisme important lors du dépôt, alors que la p rtie homogène supérieure enregistre une oscillation de l'inclinaison qui serait le fruit d'un effet de seiche induit par un séisme. Enfin, en combinant l'ensemble des turbidites (sans prendre en compte la partie homogène des complexes), une relation linéaire a été mis en évidence entre l'épaisseur de ces couches et les variations d'inclinaison. En revanche, la taille des grains magnétiques présente une relation quasi-logarithmique avec l'épaisseur de ces événements. Ces corrélations montrent que la taille des grains comme la compaction ne permettent pas d'expliquer à eux seuls les variations de l'enregistrement du signal paléomagnétique par les turbidites. En répondant aux objectifs spécifiques de ce projet, cette thèse répond à la problématique générale. En effet, l'ensemble des trois chapitres permet d'établir une cyclicité des événements sismiques (de l'activité tectonique) au cours des derniers 70 ka dans les Petites Antilles tout en apportant une magnétostratigraphie qui s'étend sur plus d'un million d'année et de nouvelles données sur les processus d'acquisition d'une aimantation rémanente par le sédiment. -- Mot(s) clé(s) en français : Quaternaire ; Petites Antilles ; Paléosismologie ; Paléomagnétisme ; Turbidites ; complexes homogénite-turbidites. --
ABSTRACT : The Lesser Antilles volcanic arc result from the north and south Atlantic plates subducting beneath the Caribbean plate at a velocity of 2 cm.yr-1. In addition to Eocene-old volcanism and recent arc migration induced by the subduction of the two aseismic ridges Tiburon and Barracuda, this area continues to remain seismically active. En echelon fault system accommodates oblique convergence component that generate several earthquakes such as offshore Les Saintes (M=6,3) in 2004 and offshore Martinique (M=7,4) in 2007. Subduction interface megathrusts can be devastating, as reported in 1839 and 1843 offshore Martinique and Guadeloupe islands. These two megathrusts have destroyed cities and caused hundreds of deaths. It is essential therefore to better understand how this subduction zone and its seismic cycles work. In this context, the CASEIS expedition took place during the summer 2016. Several sediment piston-cores and a number of seismic profiles were collected to better constrain the seismic hazard over the recent Quaternary. Several studies reveal rapidly deposited layers (RDL) especially turibidite as good stratigraphic marker for seismic event. If such deposits are found simultaneously in several fore-arc basins of the Lesser Antilles, then these deposits were most probably triggered by seismic events. In addition, homogenite-turbidite complexes were already identified in this region and are probably the fingerprint of megathrusts or associated tsunamis. Using physical, magnetic, and lithologic parameters of five sediment cores, this thesis shows how paleomagnetism can be useful for marine paleoseismologic studies. In the first chapter, a regional magnetostratigraphy is established using relative paleointensity variations (RPI), oxygen isotopes and geomagnetic reversals. Core CAS16-24PC, which was collected on a topographic high of the accretionary wedge, is dated at over 1,15 Ma and reveal the last Matuyama-Brunhes reversal and the Jaramillo sub-chron. By comparing paleomagnetic and isotopic data to well dated stacks, many tie-points allowed to better constrain the chronostratigraphy of the entire core. The second chapter uses previously published radiometric dating (carbon 14), the regional magnetostratigraphy, and the North Atlantic paleointensity stack (NAPIS-75) to date four cores and to estimate RDL ages for three of these cores. These cores were retrieved in disconnected fore-arc and accretionary prism basins. These basins are also disconnected from direct carbonate platforms and islands inputs. All cores are interbedded by turbidites and homogenite-turbidite complexes. Considering location and depth, these deposits are probably triggered by seismic events. Events ages are better defined with the combination of RPI and radiocarbon dating and allow to estimate a seismic super-cycle of 24 ka including a quiescence period of 6 ka. The third chapter studies variations of paleomagnetic record as function of the lithology. Quantity of RDL identified in all studied cores provided new insight of turbidites and homogenite-turbidite complexes (HmTu) paleomagnetic records and established a new depositional model for the latter. These results rely on paleomagnetic inclination variations. While HmTu basal deposits show unreliable paleomagnetic data linked to a strong hydrodynamic influence, homogenous upper parts record an inclination oscillation. This oscillation results of a seiche effect induced by a seismic event. By combining all turbidites including basal part of HmTu, a linear relationship is found between layer thicknesses and inclination variations. In contrast, magnetic grain size shows a quasi-logarithmic relationship with layer thicknesses. These relationships reveal that grain size and compaction cannot explain themselves the turbidites paleomagnetic signal variations. This project has better answered the main problem of the seismic cycles of the Lesser Antilles subduction zone. Through the three chapters, we were able to establish a cyclicity of tectonic activity for the last 70 ka in the Lesser A tilles, whilst a regional magnetostratigraphy back to over 1.15 Ma, and new data and knowledge on the acquisition of remanent magnetisation by the sediment. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Quaternary; Lesser Antilles; Paleoseismology; Paleomagnetism; Turbidites; Homogenites-turbidites complexes.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	St-Onge, Guillaume et Feuillet, Nathalie
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de Philosophiae doctor (Ph. D.).
Mots-clés :	Petites Antilles; Carottes de sondage; Géologie; Échantillons; Prismes d'accrétion; Turbidites; Quaternaire; Paléomagnétisme; Paléosismologie; Tremblements de terre; Complexe; Homogénite-turbidite.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	06 mars 2023 16:29
Dernière modification :	06 mars 2023 16:29
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2089

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