Littérature scientifique sur le sujet « Terre – Croûte – Extension »

La reconstitution des marges passives anciennes à partir de l’étude d’affleurements à terre se heurte au problème de la déformation des séries issues de la marge, en raison de leur mise en place tectonique sur les domaines continentaux. Dans le massif de l’Othrys, en Grèce, les témoins d’une marge téthysienne (Océan Maliaque) sont correctement préservés au sein de nappes syn-obduction du Jurassique. Dans ce massif, ces nappes sont nombreuses : 3 nappes ophiolitiques et 6 nappes issues de la marge. L’empilement des nappes est régulier : les nappes possédant des séries de forte profondeur (séries distales) recouvrent toujours des unités comportant des séries de moindre profondeur (proximales). Il est ainsi possible de reconstituer la marge Ouest-Maliaque de façon assez complète et relativement fiable. Des travaux antérieurs, notamment par les auteurs de ce travail, ont permis d’établir les grandes lignes de cette reconstitution.De nouveaux résultats sur la série d’Othrys, confrontés aux données sur les marges actuelles permettent d’observer que la marge Ouest-Maliaque se rapproche des marges en « hyper- extension » relativement pauvres en magma. Ces résultats permettent également une analyse des mécanismes de déformation syn-rift (Trias moyen) de la marge Ouest-Maliaque, qu’il s’agisse des différentes phases de déformation successives, ou des différents ensembles résultants de ces déformations. Les différentes phases de déformation typiques d’un rift se succèdent, avec (1) une déformation diffuse avec le développement de failles normales dans la croûte continentale supérieure cassante (stretching) ; (2) une déformation plus localisée (thinning) à l’origine de la marge distale ; (3) une possible exhumation de manteau sous-continental et (4) l’accrétion océanique (fin du Rifting) dès l’Anisien supérieur. Cette déformation s’exprime par la présence de différents domaines structuraux à travers la marge : (1) le domaine de necking, transition entre le bloc continental à croûte épaisse (environ 30 km) et la marge distale à croûte très amincie (environ 10 km) ; (2) la marge distale issue du fonctionnement d’une « faille de détachement » ; (3) un bloc distal, haut-fond transitoire, au contact de la croûte océanique et/ou, localement, de manteau continental exhumé partiellement serpentinisé. Dans certains cas, l’exhumation de manteau hydraté au sein même de la marge distale sous l’effet de l’hyper-extension isole des blocs distaux parfois nommés « extensional allochtons ».

Dans le milieu aride et semi-aride tunisien, les aménagements de conservation des eaux et du sol jouent un rôle important dans la collecte et le stockage sur les versants des eaux de ruissellement. Cependant l'impact de ces aménagements sur les écoulements reste mal connu. Pour évaluer l'impact de banquettes à rétention totale à l'échelle d'un bassin versant situé au centre de la Tunisie, en zone semi-aride, nous nous proposons dans cet article d'utiliser le modèle géomorphologique H2U, fonction de transfert basée sur la répartition des chemins de l'eau à la surface du bassin. Pour la reconstitution des crues, ce modèle a été couplé à une fonction de production qui définit la pluie nette (lame ruisselée) à partir de la hauteur précipitée sur le bassin versant. Entre juillet 96 et juillet 97, le bassin versant d'El Gouazine (18,1 km2) a été aménagé en banquettes à rétention totale. La longueur moyenne de ces banquettes est d'environ 100 m pour une hauteur moyenne de 1,50 m. L'écartement moyen entre les banquettes est de 25 m. La superficie aménagée sur le bassin versant est de 783 hectares, soit 43 % de sa superficie. Cet aménagement a intéressé principalement les terres de culture et une partie des parcours dégradés transformés à cette occasion en terres de culture. Dès lors, sur ce bassin, les eaux de ruissellement sont interceptées par ces levées de terre et elles n'atteignent l'oued principal qu'après avoir rempli les fossés créés en amont des banquettes. Avant l'aménagement en banquettes, le coefficient de ruissellement global du bassin versant était de l'ordre de 7 à 8 % pour les hauteurs de pluie inférieures à 20 mm et compris entre 20 et 30% pour les hauteurs de pluie supérieures à 20 mm. Les pluies d'automne (septembre - octobre) présentaient les coefficients de ruissellement les plus forts car elles sont caractérisées par des intensités très élevées et les sols ne sont pas encore couverts par les végétations naturelles et cultivées. Ils présentent alors des croûtes de battance qui limitent l'infiltration des eaux de ruissellement. Le calage du modèle H2U (fonctions de transfert et de production associée) sur 12 crues avant aménagement a fourni une pluie d'imbibition initiale de 10 mm, une intensité limite pour l'apparition de ruissellement de 3,6 mm.h-1, un coefficient de ruissellement efficace de 42 % et un temps moyen de parcours de l'ordre de 40 minutes. Le modèle a été par la suite validé pour la crue du 20 septembre 1995. Les critères d'ajustement sont bons pour le calage et pour la validation. Le critère de Nash appliqué aux débits ruisselés est de 0,62 à 0,96 pour le calage et de 0,96 pour la validation. Après l'aménagement, les pluies enregistrées n'ont engendré qu'un faible ruissellement : un coefficient de ruissellement compris entre 1 à 3% pour les pluies de 30 à 50 mm, un coefficient de ruissellement de 9% pour une pluie de 80 mm (24 septembre 1998). L'utilisation du modèle H2U nous a permis d'évaluer l'impact des banquettes en comparant directement les crues observées avec aménagement et les crues reconstituées par le modèle sans aménagement. Ainsi la pluie du 24 septembre 1998, de fréquence décennale, a-t-elle engendré un ruissellement 4 fois plus faible avec l'aménagement en banquettes, un débit maximum 8 fois plus faible et un temps de réponse 4 fois plus fort. Malgré son extension limitée à 43 % de la surface du bassin d'El Gouazine, l'aménagement anti-érosif en banquettes joue donc un rôle très important sur la rétention des eaux de ruissellement, au point de limiter considérablement, de 50 à 80 %, les apports dans la retenue du petit barrage collinaire. Il convient donc de trouver, pour chaque bassin versant de la dorsale tunisienne, une solution optimale à l'aménagement des terres cultivées sur les versants tout en conservant des apports suffisants aux lacs collinaires pour subvenir aux besoins en eau des cultures irriguées. Pour caler le modèle H2U et sa fonction de production sur des bassins versants aménagés, une meilleure analyse du fonctionnement hydrologique d'un système de banquettes en cascade semble donc nécessaire.

Le domaine égéen est le théâtre de nombreux évènements géodynamiques importants depuis le Trias. Ces phases de divergence et de convergence n’ont cessé de façonner le paysage, la croûte et le manteau lithosphèrique de la Méditerranée orientale. Aujourd’hui, il en résulte la microplaque Anatolie-Égée, bordée par la Faille Nord-Anatolienne, la Plaque Arabe, les Hellénides et la subduction de la Plaque Afrique sous l’Égée. La migration de cette subduction vers le sud depuis l’Éocène a entraîné l’étirement et l’amincissement de la croûte égéenne, formant des Metamorphic Core Complexes et des rifts. Les contraintes extensives actuelles sont localisées dans ces rifts, comme ceux de Corinthe et du Sperchios-Golfe Nord Eubée en Grèce continentale. Ce dernier, ainsi que l’Eubée du nord, le Chenal d’Oreoi et le Bassin de Skopelos, se situent dans le prolongement occidental de la terminaison de la Faille Nord-Anatolienne qui marque la limite de plaques entre l’Eurasie au nord et l’Anatolie-Égée au sud. Ces zones constituent le domaine Nord Eubée, une région clef dans la compréhension de la déformation entre l’Eurasie et le domaine égéen. L’objectif de cette thèse est ainsi de caractériser la déformation à terre et surtout en mer afin de replacer le domaine Nord Eubée dans le contexte de la Grèce continentale, à l’échelle de cette limite de plaques diffuse. Ces travaux reposent sur l’interprétation de nouvelles données de sismique réflexion très haute résolution (Sparker) acquises au cours des campagnes à la mer « WATER » 1 et 2. L’étude globale a été divisée en deux étapes principales : (1) l’analyse des structures au sein du domaine Nord Eubée et (2) la caractérisation de la déformation actuelle de ce domaine et son évolution depuis l’initiation du rifting.L’interprétation des profils Sparker a permis d’établir une carte tectonique détaillée qui a ensuite été intégrée au contexte régional de déformation grâce à la compilation des données structurales publiées à terre. Cette carte met en évidence quatre directions de failles : NE-SW, NW-SE, WNW-ESE et W-E à travers l’ensemble du domaine Nord Eubée. Ces directions ont été mises en perspective avec les rotations horaires enregistrées proche du rift, permettant ainsi de proposer un nouveau modèle chronologique pour le domaine Nord Eubée depuis le début de la formation du rift. La dernière étape de ce modèle rend compte de la situation actuelle qui est marquée par de nombreux séismes de magnitudes comprises entre 4 et 7 et de nombreux mécanismes aux foyers associés à ces séismes. L’interprétation de ces mécanismes aux foyers met en exergue des mouvements décrochants dextres le long des failles orientées NE-SW et des déplacements sénestres le long des failles orientées NW-SE. La déformation actuelle du domaine Nord Eubée rend compte de la complexité d’une part, des réseaux de failles qui semblent tous actifs et, d’autre part, de la déformation au sein de cette limite de plaques diffuse où la Faille Nord-Anatolienne pourrait avoir une influence sur les rotations horaires et les failles orientées NE-SW. Le rift Sperchios-Golfe Nord Eubée a été replacé dans le contexte de la Grèce continentale notamment à partir de deux coupes à l’échelle crustale tracées entre le Péloponnèse et l’Eubée. Ces coupes montrent les asymétries des rifts de Corinthe et du Sperchios-Golfe Nord Eubée et leurs relations avec les variations d’épaisseur de la croûte. Ainsi, les parties occidentales des deux rifts semblent être contrôlées en profondeur par des structures à faible pendage vers le nord, un détachement pour Corinthe et le Front de Chevauchement Pélagonien pour le Sperchios-Golfe Nord Eubée. À l’ouest, le Moho est plus profond sous les rifts et il remonte à l’aplomb des reliefs situés au nord de chacun des rifts, ainsi les rifts et la croûte montrent une forte asymétrie. À l’est, les remontées de Moho sont localisées sous les rifts et l’ensemble de la structure semble symétrique
The Aegean domain is the theatre of numerous major geodynamical events since Triassic. These divergence and convergence phases have continued to shape the landscape, the crust and the lithospheric mantle of Western Mediterranean. Today, the result is the Anatolia-Aegea microplate, bordered by the North Anatolian Fault, the Arabic Plate, the Hellenides and by the African Plate subduction beneath the Aegean Sea. The southward migration of this subduction since Eocene is responsible for the Aegean crust stretching and thinning, forming Metamorphic Core Complexes and rifts. The current extensive stresses are located in the rifts, like ones of Corinth and of the Sperchios-North Evia Gulf in continental Greece. The last one, as well as North Evia, the Oreoi Channel and the Skopelos Basin, are situated in the prolongation of the western termination of the North Anatolian Fault which marks the plate boundary between Eurasia to the north and Anatolia-Aegea to the south. These areas constitute the North Evia domain, a key-region in order to understand the deformation between Eurasia and the aegean domain. The objective of this PhD thesis is to characterize the inland deformation and especially the offshore one to place the North Evia domain in the context of continental Greece, on the scale of this diffuse plate boundary. These works are based on the interpretation of new very high resolution reflection seismic data (Sparker) acquired during the oceanography surveys “WATER” 1 and 2. The global study has been divided into two main steps: (1) analysis of structures within the North Evia domain and (2) characterization of the current deformation in this domain and its evolution since the rifting initiation.The Sparker profiles interpretation allowed to establish a tectonic detailed map which was then integrated into the regional deformation context through the compilation of inland published structural data. This map highlights four fault directions: NE-SW, NW-SE, WNW-ESE and W-E throughout the entire North Evia domain. These directions were put into perspective with the clockwise rotations recorded near to the rift, allowing thus to propose a new chronological model for the North Evia domain since the beginning of the rifting process. The last step of this model presents the current situation which is marked by numerous earthquakes of magnitudes between 4 and 7 and by numerous focal mechanisms linked to these events. The interpretation of these focal mechanisms emphasizes right-lateral strike-slip movements along NE-SW striking faults, and left-lateral strike-slip movements along NW-SE striking faults. The current deformation of the North Evia domain highlights, firstly, the complexity of fault networks which seem all active and, secondly, the complex deformation within this diffuse plate boundary where the North Anatolian Fault could have an influence on the clockwise rotations and the NE-SW striking faults. The Sperchios-North Evia Gulf has been placed into the continental Greece context, in particular from two crustal-scale cross-sections located between Peloponnese and Evia. These cross-sections show asymmetries of Corinth and Sperchios-North Evia Gulf rifts and their relationship with crustal thickness variations. Thus, the western parts of the both rifts seem to be controlled in depth by northward low-angle structures, a detachment for Corinth and the Pelagonian Thrust Front for Sperchios-North Evia Gulf. In the west, the Moho is deeper beneath the rifts and it goes up to the plumb of the reliefs located north of each rifts, thus rifts and crust show a strong asymmetry. In the East, the Moho is shallow beneath the rifts and the entire structure seems symmetrical

La description de la geometrie et de la distribution des structures fragiles presentes dans les rifts contribuent a la comprehension des mecanismes de la deformation extensive a l'echelle de la lithosphere. Une analyse quantitative est envisagee sur une portion du rift est-africain (gregory rift au kenya) et sur la marge est de la mer rouge (yemen), a partir de donnees structurales, d'images satellitaires et de donnees topographiques. Les etudes de terrain permettent de preciser la geometrie et la chronologie des deformations pour chaque objet etudie (kenya ou yemen). Le traitement puis l'interpretation des images numeriques spot ou landsat permet (i) de completer les etudes structurales de terrain et de les integrer a petite echelle, (ii) de quantifier la distribution en 2d des failles sur le gregory rift. Ces etudes en 2d s'averent insuffisantes pour la quantification de l'extension. L'utilisation de modeles numeriques de terrain obtenus par auto-correlation de couples stereoscopiques spot conduit a la reconstitution de l'etat initial, ante-deformation, des systemes de blocs bascules qui se developpent au yemen. La restauration de l'etat initial des blocs bascules comporte une etape de basculement ou de depliage selon le modele realise, et une etape d'ajustement manuel des blocs entre eux. L'ajustement est realise en tenant compte de la forme des blocs ou des trajectoires de deformation donnees par le depliage des structures. La comparaison de l'etat initial restaure et la connaissance de l'etat final deforme permet une approche cinematique de l'extension, en terme de deplacements finis. La quantite d'extension est determinee. Les champs de deplacements 2d sont traces pour chaque secteur etudie. Les deplacements 3d sont calcules et projetes sur les plans de failles separant les blocs bascules, afin de calculer le tenseur de contraintes associe. L'interpretation des resultats obtenus fournit (i) les limites de validite de la methode de quantification, (ii) un modele de decoupage en blocs crustaux du sud de la plaque arabique, (iii) la geometrie des phases precoces lors de l'ouverture du golfe d'aden

Cette thèse regroupe deux études distinctes, qui documentent le contrôle des microstructures sur les propriétés sismiques des roches. La première partie traite du développement des orientations préférentielles cristallographiques (OPC) dans le manteau supérieur, associé aux interactions liquide/magma-roche, enregistré dans des xénolites de péridotites du bassin d'arrière-arc de la mer du Japon. Les caractéristiques microstucturales et géochimiques des échantillons étudiés montrent que l'ouverture arrière-arc active est associée à une déformation du manteau supérieure similaire à celle observée dans l'ophiolite d'Oman. L'initiation de l'extension d'arrière-arc n'est pas associée à de fortes interactions entre percolation magmatique et déformation, en comparaison avec les zones de rifting continentales, probablement en raison des taille et durée relativement petites de l'épisode d'ouverture. La seconde partie présente une base de données unique d'OPC de plagioclase de roches mafiques plus ou moins déformées. Les OPC sont classées en 3 types principaux; leurs caractéristiques en fonction du régime de déformation (magmatique ou plastique) sont présentées et discutées. Les propriétés sismiques calculées des roches gabbroiques montrent que l'anisotropie tend à croitre avec l'intensité des fabriques, bien qu'elle soit généralement faible, en raison des effets opposés des olivines/clinopyroxènes et du plagioclase.