Reconnaître les structures d'un bassin à l'échelle crustale passe par la réalisation de profils de sismique grand angle qui par la modélisation des vitesses des ondes sismiques et des données gravimétriques permettent d'imager la croûte jusqu'au Moho. Padron et al. (2021) ont réalisé ce travail à partir des trois profils GA01, GA02 et GA03 le long desquels ont été acquis des données de sismique grand-angle. D'une part, dans le nord (GA03), de la ride d'Aves en arrière arc jusqu'à l'avant arc, nous observons une croûte épaisse d'environ 20 km sans grande variation latérale de structure possédant les caractéristiques sismiques typique d'une croûte d'arc volcanique ou de plateau océanique. D'autre part, vers le sud (GA01) et au centre du profil GA02, nous avons mis en évidence une croûte d'environ 17 km d'épaisseur présentant un profil de vitesse typique d'une croûte océanique, confirmant indubitablement la nature océanique du sud-est du Bassin de Grenade. La zone de transition entre l'arc épais et le domaine océanique constitue la marge passive du bassin océanique de Grenade et renseigne sur les modalités de l'océanisation du bassin. En comparant aux structures des cas typiques de marges passives d'autres océans nous concluons que le bassin arrière arc de Grenade s'est ouvert obliquement à la direction de la convergence le long de la subduction et dans un contexte modérément volcanique. Ce résultat conforte les modèles d'ouverture oblique dans le débat sur les modalités de la mise en place du bassin arrière-arc de Grenade.

Modèle de vitesse montrant la structure crustale du domaine arrière-arc des Petites Antilles (Padron et al., 2021),.

Ces résultats sont complétés par des données de sismique réflexion qui apportent une image détaillée des formations géologiques des bassins sédimentaires et des unités supérieures de la croûte ainsi que des failles qui les affectent. Par corrélation stratigraphique à travers le bassin jusqu'à des forages et grâce à nos échantillonnages de roches qui ont fourni des informations sur la lithologie des unités sédimentaires et des âges aux formations, il a été possible de reconstituer l'histoire tectonique du Bassin de Grenade et ses relations avec la ride d'Aves. Garrocq et al (2021) ont ainsi déterminé avec précision l'étendue du domaine océanique du bassin de Grenade et proposé une première carte structurale et une interprétation tectonique des marges de ce bassin le long de la ride d'Aves vers l'ouest et vers le nord. Nous montrons que le Bassin de Grenade s'ouvre en arrière-arc à partir de la fin du Paléocène et l'océanisation se termine à l'Eocène moyen. La dissymétrie du bassin océanique montre qu'il doit se prolonger sous l'arc des Petites Antilles du sud qui se met en place à partir de l'Eocène Supérieur ou l'Oligocène. Les mouvements verticaux enregistrés par la ride et le bassin montre une subsidence syn-rift suivie d'une phase discrète d'inversion tectonique à l'Oligocène supérieur - Miocène inférieur, puis d'une reprise de la subsidence amplifiée vers le sud probablement en raison de la charge des sédiments qui proviennent du continent Sud Américain.

Garroq et al 2021, Reconstitution de la mise en place et de l'évolution du bassin de Grenade en arrière arc de la subduction antillaise suite aux apports des résultats de la mission GARANTI

Dans le nord du bassin de Grenade et de la Ride d'Aves nos activités se sont concentrées autour du Banc Saba et du plateau d'Anguille de part et d'autre de l'arc volcanique des Petites Antilles du nord. Là, nos travaux sont complétés par ceux que nous menons à terre sur les îles dans le cadre de l'ANR GAARAnti et viennent également en complément de nos travaux du programme ANTITHESIS (Marcaillou, Klingelhoefer, Lebrun 2013-2017 https://doi.org/10.18142/242.

Le profil de SMT GA15, au sud du banc Saba dans l'arrière-arc, a révélé la présence de chevauchements scellés par les sédiments du bassin sus-jacent. Les corrélations à partir de données de forages pétroliers, réalisées dans le banc Saba, nous ont permis de dater cet événement compressif à l'Eocène moyen et supérieur. Philippon et al (2020) ont montré la concomitance de ces chevauchements en mer avec un chevauchement reconnu sur l'île de St Barthélémy appartenant à l'arc volcanique ancien. L'étude révèle que cet évènement est responsable d'un raccourcissement perpendiculaire à la fosse de subduction et d'une surrection régionale à la fin de l'Eocène ayant conduit à l'émersion de tout un territoire s'étendant des Grandes Antilles au nord des Petites Antilles, surnommé GRANOLA (GReater Antilles and NOrthern Lesser Antilles). Dans l'article, nous formulons l'hypothèse que ce moment compressif est à mettre en relation avec la réorganisation cinématique de la plaque caribéenne suite à la collision du banc de Bahamas avec la marge et le développement de la nouvelle limite de plaque transformante le long des Grandes Antilles.

Image des chevauchements au sud du banc Saba dans les Petites Antilles du nord et de la corrélation de la surface de discordance Eocène supérieur à partir du forage pétrolier SB-2 (Philippon et al., 2020),

De façon plus régionale, s'étendant du Passage d'Anegada et le banc d'Anguille au nord, au Banc Saba, jusqu'au banc d'Antigua au sud, Cornée et al. (en révision) proposent à partir de corrélations terre-mer, des cartes paléogéographiques depuis 40 Ma indiquant l'apparition épisodique de méga-îles qui ont eu un jour un rôle dans la dispersion des faunes terrestres entre les Grandes Antilles et l'Amérique du Sud. L'article s'appuie sur une révision profonde de la stratigraphie des plateformes carbonatées des îles de ces bancs et de la chronologie de leur développement (Anguilla, Tintamare, St Martin, St Barthelemy, Barbuda et Antigua). Nous proposons un nouveau calage stratigraphique régional en mer. Le contrôle lithologique et le calage chronologique en mer sont apportés par les nouveaux échantillons de la campagne GARANTI et la compilation de l'ensemble des échantillonnages marins réalisés dans la région. A l'événement compressif daté au début de l'Eocène inférieur relatif au réaménagement de la limite de plaque nord caribéenne succède un régime tectonique distensif généralisé alternant des périodes de subsidence et de surrections de la marge au cours de l'acquisition de la courbure de la zone de subduction. Dans ce contexte le bassin de Kalinago s'ouvre en intra-arc à la fin de l'Eocène début de l'Oligocène.

Interprétation du profil GA09 au nord du banc Saba a travers le bassin de Kalinago et reconstitution paléogéographique à l'Oligocène inférieur correspondant à la période de dépôts de l'unité sédimentaire MS3 (en violet sur le profil) syntectonique de la formation du bassin de Kalinago. Cornée et al (en révision),

Les calages stratigraphiques réalisés conjointement en mer et à terre permettent de contraindre régionalement et précisément la chronologie d'événements tectono-sédimentaires sur l'ensemble de la marge des Antilles. C'est ainsi que Boucard et al. 2021 ont montré que l'ouverture de bassins en V, ouverts vers la fosse, qui se développent dans l'avant arc de l'Eocene à l'Oligocène et qui pré-datent un paroxysme de surrection de la marge nord des Petites Antilles au Miocène inférieur, était concomitante de l'acquisition de la courbure de la marge suite à la collision du banc de Bahamas et la réorganisation de la limite de plaque nord Caribéenne. Nous montrons qu'à la suite, le front de la marge subside rapidement en réponse à une forte érosion tectonique basale, ce qui permet d'expliquer le recule vers l'ouest (vers le haut de marge) de l'arc nord Antillais au Miocène supérieur.

Reconstitution de la marge nord des Petites Antilles montrant la mise en place des bassins en V en réponse à l'augmentation de la courbure de la fosse. Boucard et al 2021 (voir aussi la campagne ANTITHESIS)

Enfin une valorisation inattendue des résultats de la mission GARANTI fût la découverte d'une morphologie du fond marin du bassin de Grenade faite de structures polygonales. Gay et al (to be submitted) montrent que ces structures couvrent la plus grande surface connue au monde. Cette morphologie est acquise par la formation dans les formations sédimentaires sous jacente de failles polygonales résultant de la contraction des sédiments au cours de leur déshydratation et de leur compaction. Dans le Bassin de Grenade, nous montrons que les failles polygonales se développent dans les unités du Pliocène inferieur et moyen puis se propage vers le haut et le bas, ces sédiments possédant une minéralogie riche en smectite tout à fait favorable à leur contraction. De plus l'analyse morphologique des polygones a montré une évolution de leur forme, vers un allongement orienté N40° dans le nord puis s'orientant progressivement N160° et de forme de plus en plus allongé vers le sud du bassin. Cette analyse révèlerait une extension active dans la couverture sédimentaire du bassin de Grenade, contrôlée au nord par la fracturation tectonique régionale suggérant une extension orienté NE-SW tandis qu'au sud la réorientation de l'allongement des polygones suit la subsidence plus accrue du bassin vers le sud.

Gauche : carte bathymétrique montrant les structures polygonales dans le bassin de Grenade et la bordure de la ride d'Aves. Droite : sur fond d'une carte régionale, schéma montrant l'allongement de la forme des polygones et leur réorientation le long du bassin de Grenade en réponse aux contraintes tectoniques régionales au nord et à la subsidence du bassin dans le sud. Gay et al. (to be submitted).