SUBSIDENCE (géologie)


SUBSIDENCE (géologie)
SUBSIDENCE (géologie)

La subsidence (du latin subsidere , s’enfoncer) est un affaissement de la surface de la croûte terrestre sous l’effet d’une charge qui vient s’ajouter soit au-dessus de la croûte (eau, sédiments, volcan, calotte glaciaire, chaîne de montagnes, plaque lithosphérique...), soit à l’intérieur de celle-ci (changement de phase par métamorphisme), soit au-dessous (matériel mantellique lourd). Ce mouvement vertical vers le bas (négatif) et le mouvement antagoniste de soulèvement (positif, cf. ÉPEIROGENÈSE) ont pour cause le rétablissement de l’équilibre isostatique de la lithosphère par fluage latéral de matériel mantellique (cf. GRAVIMÉTRIE, LITHOSPHÈRE, TERRE).

La subsidence a d’abord été connue en surface par la géologie des bassins sédimentaires. En effet, les conséquences de la subsidence sont particulièrement apparentes dans les régions où se sont accumulées de grandes épaisseurs de sédiments sous une faible tranche d’eau durant l’enfoncement du fond du bassin, et non par un comblement progressif d’une dépression préexistante. Le terme de subsidence a été employé par Léonce Élie de Beaumont en 1848 à propos du Jurassique du bassin de Paris, mais c’est Pierre Pruvost (1930) qui a montré l’importance du phénomène à propos de l’étude des bassins houillers. L’intérêt économique des bassins sédimentaires, du fait de leurs ressources énergétiques fossiles, a conduit à développer l’acquisition de données en profondeur par les forages et les techniques géophysiques. Cet apport de données a permis d’étendre la connaissance du phénomène de subsidence horizontalement, à l’échelle du bassin ou de la marge, et verticalement, à l’échelle de la lithosphère.

1. Les lieux de la subsidence

La subsidence peut s’observer dans des contextes très variés, puisqu’elle régit l’accroissement de la profondeur de la lithosphère océanique par refroidissement [cf. LITHOSPHÈRE], et que 70 p. 100 de la surface de la croûte continentale est recouverte de plus de 2 kilomètres de sédiments. L’épaisseur des sédiments peut dépasser 15 kilomètres, mais, si la sédimentation amplifie la subsidence, elle n’en est pas le moteur: le poids des sédiments ne correspond en effet qu’à 60 à 75 p. 100 de la subsidence «totale» observée, les 25 à 40 p. 100 restants ayant une autre origine. La structure finale d’un bassin est le résultat de l’action de mécanismes initiateurs créant la dépression et de la réaction de la lithosphère à la surcharge sédimentaire.

Une première famille de mécanismes initiateurs («externes» à la lithosphère) est liée à la rigidité de la lithosphère. Par opposition au modèle d’isostasie «locale» (de type Airy, c’est-à-dire pour une rigidité lithosphérique considérée comme nulle), la plaque lithosphérique rigide répond à une contrainte ou à une charge par une déformation «régionale» (exemple des volcans d’Hawaii provoquant une dépression en cuvette et un bombement périphérique; cf. LITHOSPHÈRE, fig. 3; GRAVIMÉTRIE). La plaque subit une flexure sous l’effet d’une contrainte compressive et/ou d’une charge supracrustale dans les marges continentales de convergence et après collision dans les bassins d’avant-pays de chaînes de montagnes (cf. CHAÎNES DE MONTAGNES [typologie], MARGES CONTINENTALES). La dépression ainsi initiée par flexuration est amplifiée par le dépôt de sédiments; elle est caractérisée par des températures faibles.

Une seconde famille de mécanismes profonds intralithosphériques est associée à l’amincissement de la croûte continentale et à une histoire thermique complexe. Ces mécanismes induisent la formation des marges passives, des deltas, des bassins intracontinentaux, des marges ou des bassins transformants, des bassins marginaux (cf. BASSIN SÉDIMENTAIRE, DELTAS, MARGES CONTINENTALES, MERS MARGINALES).

2. Subsidence, pétrole et bassins houillers

En créant des dépressions à fond mobile sur de grandes périodes de temps (cf. PÉTROLE Le pétrole brut; bassins HOUILLERS), la subsidence est une des conditions nécessaires à la formation du pétrole ou du charbon. Les séries houillères sont constituées, sur une grande épaisseur, d’une répétition cyclique de séries sédimentaires déposées à l’air libre ou sous une faible tranche d’eau. L’enfouissement des sédiments et la température à laquelle ils ont été soumis conditionnent la maturation de la matière organique et sa transformation en hydrocarbures; de plus, la migration est facilitée par un contexte structural extensif. Les géologues pétroliers utilisent des modèles numériques d’évolution des bassins sédimentaires pour tenter d’évaluer les quantités d’huile et de gaz formés à partir de la dégradation du kérogène, en se fondant sur le type de matière organique en présence et sur l’histoire de l’enfouissement et de la température.

Le terme de subsidence s’emploie également pour des phénomènes d’enfoncement de surface locaux dus à des vides profonds ou à des diminutions de pression de couche (cas de gisements miniers et pétroliers).

3. Méthode d’étude de la subsidence

Pour reconstituer la formation d’un bassin ou d’une marge, ainsi que son évolution, on ne dispose que de son état actuel (forages et image sismique de la pile sédimentaire, épaisseurs de croûte, données géophysiques). L’histoire du bassin en tant que contenant ne peut être approchée que par son contenu, les sédiments. Cet enregistrement discontinu de l’enfoncement du socle a pu être perturbé par différents facteurs: les variations eustatiques, les fluctuations de l’apport sédimentaire, l’érosion, la diagenèse, l’halocinèse, une histoire tectonique polyphasée (plusieurs épisodes de rifting et de compression induisant des inversions structurales). Dans le but d’étudier la subsidence des régions en divergence, les sections sédimentaires les plus représentatives et les moins perturbées sont analysées par la méthode de délestage progressif des sédiments de surface en remontant le temps (backstripping , développé par Michael S. Steckler et Antony B. Watts, 1978). Les données nécessaires sont: un niveau de référence fixe (le zéro des mers actuelles); une courbe des variations eustatiques; les épaisseurs sédimentaires suivant les âges; les profondeurs de dépôt des sédiments; l’état de compaction des sédiments résultant de la diagenèse par enfouissement; un modèle isostatique (cf. DIAGENÈSE, EUSTATISME, GRAVIMÉTRIE, STRATIGRAPHIE). Des incertitudes assez nombreuses demeurent sur les données et affectent les résultats obtenus. Eustatisme et subsidence sont étroitement liés: le niveau marin global a varié au cours du temps en raison des changements du volume de la masse d’eau des océans et du volume des bassins océaniques, et les variations de la position des lignes de rivage dépendent des vitesses relatives des variations du niveau marin et de la subsidence tectonique, ainsi que du comportement rhéologique de la plaque et des déformations intraplaques (Xavier Le Pichon, 1987; Antony B. Watts, 1989; Sierd Cloetingh et Henk Kooi, 1992) [cf. EUSTATISME, cycles SÉDIMENTAIRES]. Si l’apport sédimentaire est suffisant pour compenser la subsidence, le dépôt se fait à faible profondeur ou à l’air libre, sinon le bassin se creuse, la profondeur d’eau augmente et est alors difficile à évaluer. Cette analyse permet de construire, en fonction du temps, les courbes représentant l’évolution de la profondeur du socle avec ses sédiments (subsidence «totale») et la subsidence «tectonique» lato sensu, correspondant à la profondeur à laquelle se serait trouvé le socle s’il n’y avait pas eu de sédiments, c’est-à-dire causée par les mécanismes géodynamiques profonds (Marie-Françoise Brunet, 1989). Cette subsidence «observée» est ensuite comparée à la subsidence «théorique» estimée par des modèles numériques reconstitutifs, afin de relier mécanismes initiateurs et observations.

4. 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 ( 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 quantité de paramètres considérés, et le nombre de degrés de liberté devient important. La réalisation de modèles réduits (constitués de sable et de silicone) analogues à la lithosphère constitue une autre démarche dans la recherche des modalités de l’amincissement crustal (Marie-Odile Beslier et Jean-Pierre Brun, 1991).

Les modèles géodynamiques de création et d’évolution des bassins sédimentaires et des marges continentales en contexte extensif sont donc sans cesse remis en question par l’apport de nouvelles données profondes. Il n’existe pas de modèle unique intégrant à la fois toutes les données sur l’histoire des sédiments, le contexte tectonique, la répartition des différents types de croûte et les mesures géophysiques.

Encyclopédie Universelle. 2012.

Regardez d'autres dictionnaires:

  • Subsidence (géologie) — Pour les articles homonymes, voir Subsidence. Route endommagée par un affaissement de subsidence, près de Castleton, Derbyshire. La subsidence en géologie est un affaissement lent de la …   Wikipédia en Français

  • GÉOLOGIE — AU MOYEN ÂGE la geologia était l’étude de tout ce qui était terrestre, par opposition au divin: en faisaient partie aussi bien les sciences humaines que les sciences de la matière. Le terme «géologie» n’a pris le sens de science de la Terre qu’au …   Encyclopédie Universelle

  • Géologie des Pyrénées — Empilement de différentes strates géologiques. Cet article traite de la géologie du massif montagneux des Pyrénées. Celles ci prennent naissance il y a 40 millions d années, à la place d une mer peu profonde, par la collision de la plaque… …   Wikipédia en Français

  • Subsidence — Cette page d’homonymie répertorie les différents sujets et articles partageant un même nom. Dans divers domaines, la subsidence décrit un mouvement vers le bas d un ensemble important. Inspiré de son usage anglophone, ce terme revêt généralement… …   Wikipédia en Français

  • Géologie de Mercure — Une parcelle noire inexpliquée, à la surface de Mercure. La surface de Mercure est dominée par des cratères d impacts, et des plaines de laves similaires, en certains points, aux maria lunaires. Les autres caractéristiques notables de la surface… …   Wikipédia en Français

  • subsidence — (entrée créée par le supplément) (sub si dan s ) s. f. Terme de géologie. Action de descendre au dessous du niveau, affaissement. •   Elles marquent probablement la limite extrême de l affaissement, ou, pour employer l expression anglaise, de la… …   Dictionnaire de la Langue Française d'Émile Littré

  • SOUS-MARINE (GÉOLOGIE) — La description du monde minéral et la reconstitution historique des phénomènes géologiques restèrent longtemps essentiellement limitées aux continents [cf. GÉOLOGIE]. C’est seulement depuis le milieu du XXe siècle que l’étude géologique des… …   Encyclopédie Universelle

  • FRANCE - Géologie — L’Europe centrale et occidentale contraste avec la plupart des autres masses continentales par le compartimentage de son relief et du tracé de son littoral, compartimentage qui traduit celui de sa structure géologique et explique sans doute… …   Encyclopédie Universelle

  • AFRIQUE - Géologie — Du point de vue géologique, on désigne sous le terme de bouclier africain ou, simplement, d’Afrique l’ensemble formé par le continent africain, la péninsule arabique et l’île de Madagascar. En effet, ces deux derniers éléments n’ont été séparés… …   Encyclopédie Universelle

  • Bassin (géologie) — Bassin sédimentaire Pour les articles homonymes, voir Bassin. Le désert du Taklamakan en Chine vu par satellite Un bassin sédimentaire est une dépression …   Wikipédia en Français


Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.