Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets thermiques et les mécanismes de subsidence des bassins sédimentaires. Deux problèmes ont été étudiés: 1) l'effet d'une combinaison de contraction thermique et de changements de phase sur la subsidence des bassins intracratoniques, 2) l'étude du paléo-régime thermique des marges continentales passives de l'est du Canada.

Récemment on a accepté l'hypothèse, que la contraction thermique de la lithosphère initialement chaude est la cause principale de la subsidence tectonique des bassins sédimentaires. Le problème majeur du mécanisme de la contraction thermique est qu'il prédit que la subsidence commence rapidement et ralentit avec le temps (c.a.d. en fonction t½). Ce modèle ne satisfait pas les données de la subsidence des bassins sédimentaires du Michigan, d'Illinois, de la Baie d'Hudson et du Williston.

Un mécanisme de subsidence qui combine l'effet de la contraction thermique et des changements de phase est proposé dans cette thèse comme hypothèse de l'évolution des bassins sédimentaires intracratoniques. Dans ce modèle, la contraction thermique et les changements de phase sont la conséquence du changement de la condition thermique à la base de la lithosphère.

La subsidence tectonique est déterminée pour deux conditions aux limites différentes: 1) diminution brusque de la température à la base de la lithosphère et 2) diminution brusque du flux de chaleur à la base de lithosphère. La subsidence tectonique calculée est obtenue par superposition de la subsidence thermique et de la subsidence due aux changements de phase. Elle est amplifiée par: 1) les réajustements isostasiques, et 2) la migration additionnelle du changement de phase causée par la sédimentation. Le modèle tient également compte des variations du niveau de la mer.

Les calculs ont démontré que:

1) La subsidence due aux changements de phase est retardée par rapport à la subsidence thermique. Ce retard explique une accélération de subsidence qui s'était produite dans le stade initial d'évolution des bassins du Michigan et du Willison.

2) La durée de la subsidence dépend des conditions aux limites à la base de la lithosphère. Pour une variation du flux de chaleur à la base de la lithosphère, le retour à l'équilibre thermique est 4 fois plus lent que dans le cas du changement de température à la base de la lithosphère.

3) La différence de durée de subsidence entre les bassins du Michigan et du Williston pourrait s'expliquer par différentes conditions à la base de la lithosphère qui reflètent différents mécanismes d'interaction entre les plumes mantéliques et la lithosphère.

Si la subsidence tectonique est causée seulement par la contraction thermique, le flux de chaleur en excès (par rapport au flux en équilibre) peut être directement déterminé à partir du taux de la subsidence tectonique. Pour les marges de Nouvelle-Écosse et de la mer du Labrador, l'excès du flux estimé était de l'ordre de 28-56 mW.m2 au début du "drifting" et sa valeur actuelle est de 7-14 mW.m2 (en fonction des conditions aux limites). L'analyse des résultats montre une évolution distincte des marges de la mer du Labrador et celles du nord-est de Terre-Neuve. L'excès du flux de chaleur des marges du nord-est de Terre-Neuve a été extrêmement élevé, de l'ordre de 100-200 mW.m'2 (en fonction des conditions aux limites) au début du "drifting". Ce phénomène est causé, soit par l'extension qui a continué après la séparation des continents, soit par la déformation ductile de la croûte inférieure et/ou du manteau supérieur.