| Campagne
MARADJA: Marge Active de l'Algérie
21 Août - 17 Septembre 2003 |
Thème
scientifique, zone d'étude, travaux antérieurs
sur la zone |
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1-1.
Le contexte tectonique de la marge algérienne: une histoire
complexe, une déformation active
Le
pourtour méditerranéen constitue un domaine de
tectonique vivante très complexe dans le détail,
mais dont les grands traits de la formation et de l’évolution
sont cernés depuis le milieu des années 80 (voir
synthèse dans Gueguen et al., 1998, et Jolivet et al.,
1999), notamment grâce à l'analyse et l'interprétation
de données marines dont la phase d'acquisition avait
débuté il y a 30 ans environ (voir Auzende, 1978).
La manifestation la plus évidente des déformations
récentes qui affectent la Méditerranée
et son pourtour réside dans les saisissants et abrupts
contrastes topographiques entre les bassins profonds et les
massifs montagneux, pour la plupart représentés
par de longues chaînes. Ce contraste est particulièrement
clair en Afrique du Nord, le long des mille kilomètres
de la côte algérienne (Figure 1)
Figure
1.
Bloc-diagramme du bassin algérien et de la
marge algérienne, d'après les données
GTOPO30 (vue en regardant vers le SE). Au premier plan, le
bloc des Baléares; vers l'Est (10°E, 39°N),
la pointe sud du bloc corso-sarde. Les altitudes sont en mètres
(exagération verticale: 50 environ).
Une
autre manifestation, toute aussi évidente, est l'activité
sismique régulière qui l'affecte. Le séisme
d'El Asnam (10 octobre 1980, Ms = 7.3) a marqué le
début de la prise de conscience de l'importance de
la déformation active en Afrique du Nord et du danger
potentiel qu'elle implique (Philip et Meghraoui, 1983; Yielding
et al., 1989). Il a d'abord fourni l'occasion d'un approfondissement
de la compréhension de la géologie structurale
de la chaîne alpine et de l'Atlas en Afrique du Nord,
et a engendré un très important effort international
de recherche dont viennent d'être synthétisés
les apports à l'occasion du 20ème anniversaire
du séisme (congrès du CRAAG, Alger, 9-11 octobre
2000). Si les études à terre se sont multipliées,
très peu de travaux ont concerné la marge sous-marine:
il est clair aujourd'hui que les principales lacunes de connaissance,
d'un point de vue géométrique et structural,
sont au large de l'Afrique du Nord.
Le projet de campagne présenté ici, nommé
MARADJA (MARge Active de "el DJAzaïr" = Algérie),
part du constat simple qu'une part probablement non négligeable
de la déformation active en Afrique du Nord se produit
non seulement dans le système Tell-Rif terrestre, mais
également au large des côtes, comme l'atteste
la sismicité instrumentale, et que de nombreuses zones
urbanisées s'étendant sur le domaine côtier
sont donc soumises à un risque important. Un des objectifs
fondamentaux de la campagne MARADJA est en conséquence
d'identifier et de caractériser les structures actives
sous-marines depuis la côte vers le large. Une autre
nécessité est d'établir le lien entre
la géométrie et le style tectonique de ces zones
en cours de déformation et l'histoire géodynamique
récente de l'Afrique du Nord, notamment par l'identification
en mer des prolongements des grandes limites entre le système
Tell externe et les zones internes, vestiges méridionaux
de la marge européenne (Bouillin, 1986, 1989).
Nous présentons ici les principaux éléments
résumant la morpho-structure et l'histoire des Maghrébides
centrales et de la marge, puis donnons les arguments actuels
en faveur d'une déformation sous-marine active. Nous
montrons ensuite quelles questions majeures restent aujourd'hui
posées, que ce soit dans l'évaluation réelle
du risque géologique au large des côtes algériennes
ou dans le mode et les mécanismes de la déformation
récente et actuelle.
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1-2.
Morphologie et structure générale de la marge
nord-algérienne et du bassin algérien
La
marge continentale algérienne s'étend sur environ
1000 km d'ouest en est, entre les longitudes 2.2°W et 8.5°E
(Figure 1). Le bassin algérien (parfois appelé
nord-africain) a un fond approximativement plat, situé
aux environs de -2700 mètres (Auzende, 1978). La marge
nord-algérienne a (à cette échelle) une
morphologie assez simple, caractérisée par un
plateau continental très étroit (généralement
moins de 10 km, à l'exception de quelques baies) et une
pente continentale forte (10° en moyenne, plus de 20°
parfois, voir Leclaire, 1968, 1972). Deux indices morphologiques
nets montrent d'ores et déjà une influence structurale
sur cette pente d'orientation générale E-O (Auzende,
1978): 1. Des indentations NE-SO (Oran, la Galite) et NO-SE
qui forment les golfes; 2. Les nombreux canyons sous-marins
dont certains utilisent les mêmes directions NE-SO et
NW-SE (Leclaire, 1968). Les coupes topographiques sériées
(à terre) publiées récemment par Frizon
de Lamotte et al. (2000) montrent que les reliefs de l'Atlas
dominent sur les reliefs voisins du Rif et du Tell (altitudes
maximum de 2500 m dans le Rif central et en Grande Kabylie).
Depuis longtemps, de nombreux auteurs ont attiré l'attention
sur ces interruptions plus ou moins régulières
dans la linéarité de la morphologie de la marge
algéro-marocaine, aussi bien sur le fond actuel que dans
la structure du socle (e.g., Auzende et al., 1975; Auzende,
1978; Mauffret et al., 1987, 1992). En particulier, sont décrits:
(1) une ride de socle orientée ONO-ESE à l'ouest
d'Alger (2.3°E); (2) à l'est, une inflexion nette
de la marge vers 5°E, correspondant à la baie de
Bejaïa; et (3), à l'ouest, au niveau d'Oran, un
net changement de direction de la marge, suivi vers l'est par
un escarpement raide, nommé Habibas (Mauffret et al.,
1987). Ces irrégularités sont le plus souvent
interprétées par les auteurs, sur la base de profils
sismiques, d'anomalies magnétiques et gravimétriques,
ou d'alignements de séismes, comme étant contrôlées
par des failles, par similitude avec les structures faillées
et les plis reconnus à terre (Mauffret et al., 1987;
Meghraoui et al., 1986, 1996; Morel et Meghraoui, 1996). L'idée
majeure proposée est que la large zone faillée,
complexe, qui s'étend à terre et en mer dans le
système Rif-Tell et jusqu'au pied de la marge, serait
une zone de chevauchement "hors-séquence" passant
à travers plusieurs domaines structuraux, et s'étendant
depuis le banc de Gorringe jusqu'aux reliefs du Tell les plus
orientaux (Morel et Meghraoui, 1996; Frizon de Lamotte et al.,
2000; voir partie centrale sur la Figure 2). Plusieurs structures
majeures qui la jalonnent d'ouest en est sont fréquemment
citées, toutes d'orientation grossièrement NE-SO:
les anticlines du banc de Gorringe et de la ride d'Alboran (Mauffret
et al., 1987; Woodside et Maldonado, 1992), l'accident des Habibas
(Mauffret et al., 1992), le pli-rampe d'El Asnam et sa prolongation
de la faille de Relizane (Meghraoui et al., 1986, Yielding et
al., 1989), les bordures du bassin de la Mitidja, au sud d'Alger
(Meghraoui, 1991; Figure 2), et les failles de Tazmalt-Bejaïa
le long du bord sud de la Grande Kabylie (Boudiaf et al., 1999).
Pour la plupart, ces accidents révèlent une composante
inverse sénestre et semblent souvent conjugués
à des accidents décrochants dextres (avec une
composante inverse selon Meghraoui et al., 1996), de direction
NO-SE à E-O, depuis Oran jusqu'à Alger (failles
d'Arzew, Mostaghanem, El Marsa, Ténès, Tipaza,
et Thénia, cf Mauffret et al., 1987, Boudiaf et al.,
1999, Figure 2). C'est une organisation assez proche de celle
observée dans le Rif à l'Ouest, sans les failles
normales N-S reconnues vers 4°W, au Nord de la faille Nekor
(cf Calvert et al., 1997). Cette disposition indique selon Mauffret
et al. (1987) et Meghraoui et al. (1996) que les accidents E-O,
très récents (Thomas, 1976) contrôlent le
système de failles NO-SE (Figure 2). Elle est à
l'origine de différents modèles de déformation
que nous évoquerons dans le §1.5, après avoir
rappelé l'évolution géodynamique du système
Tell-Rif (§1.3) et avoir détaillé quelles
structures parmi les failles citées sont effectivement
actives et quelle connaissance existe sur leur géométrie
(§1.4).
Figure
2.
Esquisse néotectonique de l'Atlas Tellien
en Algérie, et prolongements supposés en mer
(Meghraoui et al., 1996). Remarquer la distribution parallèle
des plis et failles inverses sénestres dans la direction
NE-SO dans les bassins inversés néogènes
et quaternaires, qui caractérise une disposition en
échelon dextre, ce qui suggère en de nombreux
endroits l'existence en profondeur de failles à composante
décrochante dextre dominante ~E-O qui contrôleraient
les autres segments. Noter également que les tracés
sous-marins sont largement hypothétiques.
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| 1-3.
La chaîne nord-algérienne connue par les études
à terre: description et évolution géodynamique
A.
Les grands ensembles structuraux
De Ceuta à Bizerte la côte africaine de la Méditerranée
est sensiblement parallèle, à petite échelle,
à la chaîne Maghrébide. Dans le détail,
la côte de la Méditerranée recoupe les différents
ensembles constitutifs de cette chaîne alpine ainsi que
son avant-pays. Tous ces éléments sont donc impliqués
d'une façon ou d'une autre dans la marge algérienne.
Sur la transversale de l'Algérie, l'avant-pays de la chaîne
Maghrébide est complexe (Figure 3). Il comporte : (1) des
bassins d'avant-chaîne, (2) des zones peu déformées
(hauts-plateaux), (3) un autre édifice orogénique:
le système atlasique (Atlas saharien , Aurès), et
(4) au Sud, la plate-forme saharienne stable. Du Sud au Nord,
la chaîne elle-même est constituée de trois
ensembles principaux:
- (1) un domaine externe, ou domaine tellien, constitué
par un ensemble de nappes à vergence sud, découpées
dans des terrains sédimentaires surtout marneux et calcaires,
principalement crétacés et paléogènes:
en Algérie ce sont les unités telliennes sensu-stricto.
Au sein de ce domaine apparaissent localement des massifs formés
de terrains métamorphisés à l'Alpin. Ces
unités dérivent d'une ancienne marge africaine de
la Téthys.
- (2) des nappes pelliculaires de flyschs crétacés-paléogènes,
largement chevauchantes sur les unités telliennes. Le substratum
stratigraphique de ces dépôts profonds n'affleure
que très localement et comporte des roches basiques et
ultrabasiques jurassiques. Ces flyschs se sont donc déposés
dans un bassin de nature au moins partiellement océanique,
le bassin maghrébin, qui se reliait vraisemblablement au
bassin ligure de la Téthys.
- (3) un domaine interne qui comporte : a) des massifs de socle
métamorphique panafricain et hercynien; b) des terrrains
cambriens à carbonifère modérément
métamorphisés et leur couverture mésozoïque
et tertiaire formant la Dorsale calcaire. Ces zones internes sont
surtout développées à l'Est d'Alger où
elles constituent les massifs de Grande et Petite Kabylie. A l'Ouest,
le massif du Chenoua et le Cap Ténès en sont des
témoins, réduits aux unités de la Dorsale
calcaire. Les zones internes chevauchent le domaine des flyschs
et le domaine tellien. En petite Kabylie, les chevauchement sont
très plats et des formations mésozoïques et
éocènes métamorphisées, appartenant
aux unités telliennes et aux flyschs, apparaissent en fenêtre
sous le socle kabyle à plusieurs dizaines de kilomètres
en arrière du front de chevauchement.
Figure
3.
Carte structurale schématique de la chaîne
Magrébide montrant la disposition des zones internes et
externes, et coupe simplifiée sur la transversale de la
grande Kabylie, d'après Durand-Delga et Fontboté
(1980).
De
nombreux auteurs admettent que les différents massifs internes
de la chaîne Maghrébide (zones internes bético-rifaines,
Kabylies, massif péloritain de Sicile, socle calabrais)
étaient initialement regroupés en un bloc unique,
appelé l'AlKaPeCa (Bouillin et al., 1986). Cet ensemble,
probablement émergé pendant une partie du mésozoïque
et jusqu'à l'Oligocène, était bordé
au Sud par une marge continentale jurassique et crétacée
dont les tronçons rifain, kabyles et péloritains
de la Dorsale calcaire maghrébide sont les témoins.
Différents arguments, dont l'étude du socle submergé
dans le canal de Sardaigne entre la Sardaigne et la Tunisie (campagnes
SARCYA et SARTUCYA, Mascle et Tricart, 2001; Mascle et al. 2001),
conduisent à supposer que l'AlKaPeCa était lui-même
rattaché à la Sardaigne et ainsi à la marge
européenne de la Téthys. Les trois grands ensembles
de la chaîne maghrébide résultent donc probablement
de la convergence et de la collision d'un élément
de la marge sud-européenne avec la marge nord-africaine
d'un bassin téthysien maghrébin qui faisait communiquer
la Téthys ligure avec l'Atlantique central. Cependant,
certains auteurs présentent des reconstitutions différentes,
faisant passer une branche de la Téthys entre les Kabylies
et la Sardaigne et reliant ainsi directement la suture à
métamorphisme HP/BT des Alpes et de Calabre à celle
connue dans les Cordillères Bétiques (voir discussion
au §1-3B).
Par ailleurs, des bassins sédimentaires d'âge oligocène
supérieur à plio-quaternaire sont apparus à
différents stades de la formation de la chaîne:
- Le bassin Oligo-Miocène kabyle: le socle kabyle, auparavant
émergé, a été recouvert en discordance
à partir de la fin de l'Oligocène par les dépôts
détritiques de l'Oligo-Miocène kabyle (OMK). Dans
ce bassin de l'OMK se sont mis en place au Burdigalien moyen,
par glissement gravitaire sous-marin, des olistostromes dont le
matériel provient de la zone des flyschs et de la zone
tellienne. Des dépôts identiques à ceux de
l'OMK sont également connus sur les zones internes bético-rifaines,
péloritaines et en Calabre. Ils témoignent de l'extension
du bassin correspondant. Ce bassin est en partie postérieur,
en partie contemporain, d'un épisode tectonique majeur
dans les zones internes, enregistré par différents
phénomènes thermiques (datations 39Ar/40Ar; datations
par traces de fission). Des arguments structuraux et chronologiques
acquis en Sicile et dans le Canal de Sardaigne (Kezirian et al.,
1993, Bouillin, 2000), permettent d'envisager que ce bassin s'est
formé par rifting à l'Oligocène terminal
et a constitué le premier stade de la séparation
entre la Sardaigne et l'AlKaPeCa, c'est-à-dire le début
de la formation de l'actuel bassin algérien.
- Le bassin du flysch numidien : pendant que l'Oligo-Miocène
kabyle se déposait au Nord de la Dorsale calcaire, le flysch
numidien remplissait, au Sud, à partir de l'Oligocène
supérieur, un bassin probablement en grande partie hérité
de celui des flysch crétacés-paléogènes
mais qui débordait sur le domaine tellien. La sédimentation
s'est poursuivie jusqu'au Burdigalien inférieur. Au Burdigalien
moyen supérieur, le bassin numidien a été
inversé et une partie de son contenu a glissé vers
le Nord dans le bassin Oligo-Miocène interne.
- Les bassins "post-nappes": des bassins discordants,
postérieurs aux grands chevauchements des zones internes,
des nappes de flysch et des nappes telliennes, se sont formés
sur l'ensemble de la chaîne à partir du Langhien.
On trouve de tels bassins sur les zones internes de Petite et
de Grande Kabylie. Ils sont peu déformés mais ont
néanmoins enregistré, par la fracturation, une succession
d'épisodes tectoniques. D'autres bassins s'étendent
sur les zones externes : bassins de Constantine, de la Soummam,
du Cheliff. Ils ont subi des déformations d’âge
miocène à quaternaire (plis, petits chevauchements,
fracturation) plus importantes que celles des bassins des zones
internes.
- Les bassins "avant-fosse", implantés sur l'avant-pays
de la chaîne Maghrébide : l'avant-fosse sud-tellienne,
qui s'étend du Hodna à l'avant-pays rifain en passant
par l'avant-pays de l'Algérie occidentale s'est formée
de la fin du Miocène inférieur au Miocène
moyen. Dès le Langhien (Guiraud, 1977), au Serravallien
et principalement au Tortonien, ce bassin a reçu des olistostromes
et des nappes de glissement gravitaires en provenance des zones
externes de la chaîne (unités telliennes et flyschs).
Enfin
des phénomènes magmatiques se sont développés
tout au long de la côte algérienne. Ils sont particulièrement
développés en Petite Kabylie, où des massifs
de granitoïdes se sont mis en place à partir de 16
Ma, mais des épisodes volcaniques d'âges variés
affectent l'ensemble de la zone littorale, du Langhien au Plio-Pleistocène.
Ce magmatisme calco-alcalin ne peut pas être mis en relation
d'une façon simple avec une subduction active et il est
envisagé qu'il résulte plutôt d'un phénomène
de détachement de slab (voir synthèse dans Maury
et al., 2000). |
B.
Evolution géodynamique
Les différents éléments structuraux présentés
ci-dessus résultent d'une évolution géodynamique
comportant :
(1) Une histoire distensive jurassique, avec
un rifting débutant au Lias inférieur moyen et une
ouverture océanique, probablement assez limitée,
au Jurassique supérieur. On a ainsi formation du bassin
profond dans lequel se sont déposés les flysch crétacés
paléogènes. Les deux marges de ce bassin donneront
respectivement les unités des zones externes de la chaîne
et celles de la Dorsale calcaire.
(2) Des épisodes tectoniques crétacés
(dès le Crétacé inférieur) sont avérés
(déformations dans le chaînon des Babors, près
de Bejaia; recristallisations métamorphiques datées)
mais leur nature (distensive ou compressive) et leur importance
restent conjecturales, même si certaines interprétations
leurs donnent un grande importance (Mahdjoub et al., 1997).
(3) L'évolution ultérieure est
contrôlée par la convergence Europe-Afrique à
partir du Crétacé supérieur. La tectonisation
des zones internes de la chaîne semble débuter à
l'Eocène supérieur (Figure 4) et se développer
au cours de l'Oligocène. L'érosion de reliefs qui
se forment dans le domaine du socle kabyle provoque une sédimentation
détritique épaisse sur une partie de la Dorsale
calcaire, en cours de structuration, et dans le domaine des flyschs.
L'on peut attribuer cet épisode à une subduction
de la Téthys maghrébine sous la marge Sardaigne-Baléares
à laquelle nous admettons que les Kabylies étaient
rattachées (Figure 4).
A l'Oligocène supérieur - Aquitanien (-28 à
-20 Ma), la dénudation des massifs internes est datée
par les traces de fission dans les socles calabro-péloritains
(Thomson, 1994); En Calabre, en Grande Kabylie, des cisaillements
dans le socle datés de l'Oligocène rejouent en faille
normales ductiles (Platt et Compagnoni, 1990; Saadallah et Caby,
1996). Les massifs kabyles se détachent de la marge Sardaigne-Baléares
dont ils sont séparés par le bassin nord-algérien
à valeur de bassin arrière-arc (cf. Vergés
et Sàbat, 1999; Frizon de Lamotte et al., 2000, Figure
4). On peut supposer que la subduction de la Téthys Maghrébide
se poursuit au Sud d'un arc montagneux formé par la partie
sud du socle kabyle et le domaine de la Dorsale; au Sud, la série
détritique numidienne se dépose dans la partie restante
du bassin maghrébin et sur une partie de la marge tellienne
(e.g., Aïté et Gélard, 1997).
Au Burdigalien supérieur (-18 Ma), des olistostromes et
des nappes gravitaires constituées par des flyschs crétacés-paléogènes,
des marnes du domaine tellien et du flysch numidien glissent vers
le Nord dans le bassin de l'Oligo-Miocène kabyle qui s'est
progressivement approfondi au cours du Miocène inférieur.
Ce phénomène peut être attribué au
blocage de la subduction, les zones internes étant alors
accrétées à l'Afrique. Les bassins langhiens
scellent effectivement les chevauchements dans les zones internes
et dans la partie la plus septentrionale des zones externes. Le
magmatisme se développe à partir de cette époque
(16 Ma). Différents auteurs envisagent alors un retrait
de la subduction vers l'Est (Doglioni et al., 1997), accompagnée
de la formation de l'arc calabro-péloritain et de l'ouverture
de la mer Tyrrhénienne, ou un retrait à la fois
vers l'Est et vers l'Ouest, pour rendre compte des déplacements
vers l'Ouest observés dans l'arc de Gibraltar (Frizon de
Lamotte et al., 2000). Des chevauchements se poursuivent cependant
dans la partie Sud des zones externes au Serravallien et au Tortonien
(Vila, 1980; Thomas, 1985) et atteignent alors le domaine des
chaînes atlasiques, ce qui implique une poursuite de la
convergence entre le bloc interne et la marge africaine (Figure
4). Les zones internes restent également
en régime compressif, marqué par des plis à
grand rayon de courbure (Aïte et Gélard, 1997). Le
Pliocène paraît avoir enregistré une compression
N-S dans le Cheliff (Meghraoui et al., 1986).
Au Pléistocène et au Quaternaire inférieur,
la poursuite de la convergence entre Europe et Afrique se localise
principalement dans le chaînes atlasiques, au Sud de la
Chaîne Maghrébide, mais elle est également
enrgistrée dans le bassin du Chéliff (Meghraoui
et al., 1986). Enfin la sismicité actuelle (voir (§1.4)
se concentre le long d'une bande E-O traversant la mer d'Alboran
et les zones externes maghrébides, correspondant probablement
(très grossièrement) à la limite de plaques
actuelle. Des chevauchements et des plis de rampes quaternaires
se localisent le long de cette zone, principalement dans le bassin
du Cheliff (Meghraoui et al., 1986, 1996) et en bordure du bassin
de la Soummam (Boudiaf et al., 1999).
Figure
4 A.
Modèle d’évolution cinématique
sur la transversale des Baléares à la plate-forme
saharienne entre l'Eocène Terminal (bas) et le Pléistocène
(haut), d'après Frizon de Lamotte et al. (2000, modifié
de Vergés et Sàbat (1999).
Pour
conclure d'un point de vue de l'évolution géodynamique,
il semble que les deux phases majeures de construction de l'Atlas
se corrèlent bien avec le début et la fin de la
formation des bassins Méditerranéns néogènes
(Frizon de Lamotte et al., 2000), et s'accompagnent d'une importante
distension néogène dite parfois "post-collisionnelle"
entre -28 et -11 Ma. Le débat central entre les auteurs
porte finalement non seulement sur les mécanismes majeurs
à l'origine de la déformation, notamment autour
du domaine d'Alboran (voir le débat entre les effets d'une
délamination lithosphérique défendu par Platt
et al.,1998 ou Maury et al., 2000, et ceux du 'roll-back' du slab
océanique subduit, proposé entre autres par Lonergan
et White, 1997, et Frizon de Lamotte et al., 2000), mais aussi
sur les causes et les modalités de la mise en place des
bassins néogènes et de la séquence de chevauchement
des nappes, les directions de transport variant d'une région
à l'autre. Dans le système du Tell, à terre,
il est important de noter que ce transport se fait vers le sud,
aussi bien lors de la phase compressive du Serravalien (Wildi,
1983) que lors de la phase Pliocène (Meghraoui et al.,
1986, 1996; Meghraoui, 1991; Yielding et al., 1989). La déformation
sous-marine au pied de marge est par contre très mal connue.
Nous la décrirons dans le § 1.4B. Nous allons préciser
maintenant l'état des connaissances sur cette déformation
active au large.
Figure
4 B.
Evolution géodynamique de la chaîne Maghrébide
sur la transversale du Canal de Sardaigne (Bouillin, 2001), pour
comparaison avec (A). - a) Episode 1: Déformation et métamorphisme
décroissent en allant du domaine Kabylo-Péloritain
à la Sardaigne, arrière–pays de la chaîne
Maghrébide. - b) Episode 2: ouverture du bassin nord-algérien
: le front actif de la Chaîne se détache de la Sardaigne
par inversion distensive d’anciens chevauchements; l’Oligo-Miocène
kabylo-péloritain (OMKP) se dépose dans le nouveau
bassin. - c) Des olistostromes et des nappes gravitaires glissent
dans le bassin de l’OMKP, à la suite d’un soulèvement
provoqué par le blocage de la subduction. Episode 3: ouverture
du bassin Tyrrhénien – d) les andésites à
enclaves de lamprophyre du Mont Cornacya marquent le début
de l’ouverture Tyrrhénienne – e) L’ouverture
Tyrrhénienne disloque la partie orientale de la chaîne
Maghrébide et entraîne le bloc calabro-péloritain
loin de la Sardaigne. |
| 1-4.
La marge algérienne, zone de déformation active
potentiellement dangereuse
A- Sismicité
historique et instrumentale
La carte d'estimation du risque en Méditerranée
(Figure 5) est très dépendante de l'occurrence récente
de grands tremblements de terre. Il apparaît cependant que
certaines régions de la bordure nord algérienne
sont soumises à un risque élevé comparé
à d'autres régions en Méditerranée
(Hamdache, 1998 ; Aoudia et al., 2000). Même si une activité
sismique se manifeste dans l'Atlas (Hauts Plateaux, Haut Atlas,
Atlas Saharien), l'essentiel de la sismicité des 40 dernières
années est concentrée au sein du système
Rif-Tell (Figure 6), constitué essentiellement de bassins
inversés intégrés dans une structure générale
de nappes (Figures 2 et 4). Depuis la fin du Pliocène,
l'ensemble du système est soumis à un raccourcissement
globalement NO-SE à NNO-SSE (voir synthèse dans
Meghraoui et al., 1986, 1996).
L'essentiel de l'analyse sismologique a porté sur les séismes
à terre (Roussel, 1973), notamment après les séismes
d’Orléanville et de El Asnam (voir Philip et Meghraoui,
1983; Meghraoui et al., 1986; Ambraseys et Vogt, 1988; Yielding
et al., 1989; Dewey, 1990 ; Vogt et Ambraseys, 1991). Les mécanismes
au foyer des séismes de magnitude supérieure à
5.5 (Figure 7) montrent une très grande dominance des mouvements
inverses sur des failles orientées NE-SO et à plongement
NO, dont le séisme d'El Asnam représente l'archétype
(Yielding et al., 1989). Selon ces mêmes auteurs, le pendage
assez raide de ces failles et leur profondeur faible (0-8km) montrent
qu'il s'agirait d'anciennes failles normales de la marge nord-africaine
(en fait, Tellienne) qui s'enracinent sur un décollement
de faible pendage (20°) et seraient réactivées
en compression. Selon eux, comme il n'y a pas d'indices de subduction
au pied de la marge actuelle, c'est toute la marge qui accommode
la convergence Afrique-Europe dans ce secteur en activant préférentiellement
les segments en relais qui jalonnent le front de la chaîne
côtière du Tell. Dans la région d'El Asnam,
les segments voisins de Bou Kadir et Dahra seraient également
historiquement activés, et donc à fort potentiel
sismique (Meghraoui et al., 1986 ; Dewey, 1990). Plus à
l'Ouest, dans la partie atlantique (banc de Gorringe, Guadalquivir)
et la mer d'Alboran, Meghraoui et al. (1996) notent au contraire
l'abondance de mouvements décrochants dextres sur des plans
E-O à ESE-ONO, notamment dans le Rif. Les axes P des mécanismes
montrent globalement les mêmes directions NO-SE à
N-S.
Figure
5.
Carte du risque sismique (accélération
horizontale au sol calculée) représentant les conditions
à un site stable pour un excédent de taux d'occurrence
de 10% dans les 50 ans en Méditerranée (Grünthal
et al., 2000).
Figure
6.
Carte de sismicité de l'Algérie enregistée
par les réseaux terrestres au XXème siècle,
et grands mécanismes au foyer (CRAAG, 2000).
Figure
7.
Carte sismotectonique de la partie Ouest et centre du
Tell, et principaux mécanismes au foyer des séismes
de magnitude supérieur à 5.5 entre 1977 et 1988,
modifié d'après Meghraoui (1988).
L'activité
sismique en mer est elle beaucoup plus difficile à cerner,
en raison de la très faible densité du réseau
sismologique permanent à terre et du faible nombre d'études
structurales détaillées. Ainsi, la carte sismotectonique
de Meghraoui (1988), par défaut d'informations, ignore
la déformation sous-marine (version simplifiée de
cette carte sur la Figure 2). Cependant, les archives, rapports,
et les catalogues de sismicité (Rothé, 1950; Roussel,
1973; Benhallou, 1985; Ambraseys et Vogt, 1988; Vogt et Ambraseys,
1991) montrent que de nombreux et d'importants séismes
se sont produits au large (environ 20 entre 1365 et 1999 de magnitude
estimée supérieure à 5, certains atteignant
la magnitude 71/2). Les principales villes côtières
touchées par ces séismes sont: Alger (1365, 1673,
1716, 1924, 1989, 1996), Oran (1790, 1889, 1912, 1959), Ténès
(1867, 1955, 1956), Bejaïa-Bougie (1865, 1880, 1946), Djidjelli
(1856), et Gouraya (1891). Parmi ces séismes, trois nous
paraissent représentatifs et assez bien connus (Yelles
et al., 1999):
1. Alger, 2 janvier 1365: il détruisit
une partie de la ville, et le petit tsunami qui suivit a inondé
la ville basse; son intensité maximale est de X, sa magnitude
a été estimée à 71/2.
2. Djidjelli, 21 août 1856: les analyses
des effets du séismes ont conduit à localiser une
zone épicentrale à quelques kilomètres au
nord de la ville de Djidjelli, dans l'est algérien (à
moins de 100 km à l'est de Bejaïa). Selon Yelles (1991),
le tsunami modéré associé aurait été
généré par un courant de turbidité
similaire à celui déclenché par le séisme
d'Orléansville du 9 septembre 1954. La magnitude de ce
séisme a été estimée à 71/2,
et son intensité maximale est de X.
3. Gouraya, 15 janvier 1891: Il s'agit de deux
chocs majeurs séparés de 12 secondes (Gouraya est
à mi-chemin sur la côte entre Cherchell et Ténès).
Plusieurs maisons s'effondrèrent, il y eut environ 40 morts.
Là encore la magnitude de ce séisme a été
estimée à 71/2, et son intensité maximale
à X.
Plus
récemment, deux autres séismes de la période
instrumentale ont permis de mettre en évidence cette activité
sous-marine:
1. Tipaza, 29 octobre 1989: de magnitude 6.1, son épicentre
a été localisé en mer, à quelques
kilomètres des côtes, au NE de Tipaza (Meghraoui,
1991, voir Figure 8). Répliques, mécanismes au foyer,
traces de surface reconnues à terre, convergent pour indiquer
une rupture en faille inverse sur un plan de faille passant sur
au moins 20 km en mer, orienté NE-SO, plongeant vers le
NO, d'une manière très semblable à ce qui
est observé à El Asnam. Là encore, comme
dans la région d'El Asnam, cette faille borde au nord une
ride anticlinale très visible, celle du Sahel. Il s'agit
clairement d'un pli-faille qui, à terre, change de direction
pour s'enrouler autour du mont Chenoua au nord, ce qui suggère
en profondeur une géométrie en duplex (structures
imbriquées avec flexure à la surface et pli assymétrique
déversé vers le sud). Le plan majeur de rupture,
d'après les répliques, se situe entre 0 et 10 km
de profondeur (Meghraoui, 1991; Yelles et al., 1999). Cette configuration
se retrouve de manière frappante dans le Rif (régions
de Melilla et Alhoceima, séismes de 1992 et 1994, voir
Bezzegoud et Buforn, 1999), mais avec une composante décrochante
en apparence moins importante.
2. Ain Benian, 4 septembre 1996: ce séisme de magnitude
5.7 a provoqué des dégâts à Alger et
blessé 15 personnes. Il montre l'existence d'une faille
inverse orientée N30-40° à quelques kilomètres
au large d'Alger, dans le prolongement Est de l'anticlinal du
Sahel (Yelles et al., 1999). Il semble comparable au séisme
de Mascara (Mw=5.7) du 18 août 1994, au sud de la baie d’Arzew
(Benouar et al., 1994 ; Bezzegoud et Buforn, 1999).
Figure
8.
Isoséistes du séisme de Tipaza (29 octobre
1989, M=6.1), d'après Meghraoui (1991), et principales
répliques localisées avec un réseau terrestre
temporaire (carrés noirs) installé après
la rupture principale (Yelles et al., 1999).
De
cet examen de la sismicité historique et instrumentale,
il ressort donc que des séismes sous-marins relativement
proches de la côte ont régulièrement affecté
les villes côtières d'Algérie depuis 7 siècles,
et notamment les régions d'Alger, Ténès,
Oran, et Bejaïa, et qu'ils ont fréquemment déclenché
des tsunamis. Par ailleurs, les directions et plongements de failles
décrits lors de ces événements révèlent
la même prédominance constatée précédemment
(voir § 1.3), à savoir celle des failles orientées
NE-SO, plongeant vers le NO, confirmant donc la réactivation
préférentielle de ce système de failles (apparemment
héritées) dans le champ de contrainte actuel NO-SE
(e.g. Bezzegoud et Buforn, 1999). A partir de cette seule base
de données sismologiques, il est par contre difficile de
préciser le rôle et le potentiel sismogène
de la plupart des décrochements dextres E-O, et de dire
s'il existe des séismes plus éloignés de
la côte, par exemple jusqu'au pied de la marge. Il est nécessaire
pour cela de compiler les informations disponibles par analyse
structurale en mer.
|
B.
Campagnes antérieures: Indices de déformation au
large par la sismique-réflexion et la géophysique
La déformation sous-marine au pied de marge est dans l'ensemble
très mal connue, en raison de la rareté et du grand
espacement des profils sismiques, de leur ancienneté relative,
et de leur résolution faible, non adaptée à
l'analyse des déformations superficielles. Sur la base
de profils sismiques de la campagne POLYMEDE, il a été
proposé il y a longtemps que la déformation au pied
de marge est à vergence opposée à celle observée
sur la frange côtière du Tell (Auzende et al., 1975),
indiquant même selon ces auteurs le stade initial d'une
subduction qui serait attestée par l'importance des anomalies
gravimétriques négatives (-50 à -70 mgals),
très linéaires, au pied de marge (Finetti et Morelli,
1973; Mauffret et al., 1987) et la présence de bassins
plio-quaternaires sur des dépôts messiniens et infra-messiniens
flexurés.
Depuis cette époque et ces premières explorations,
une maille de profils de sismique-réflexion de bonne pénétration
mais de faible résolution a été établie
par la Société de Pétrole algérienne,
la SONATRACH, mais avec un espacement supérieur à
10 km (Figure 9A). Seules les zones d’Arzew-Oran et d’Alger
bénéficient d’un maillage dense, mais les
profils sont généralement de faible résolution
et de qualité très variable. Par ailleurs, quelques
profils de type Sparker ont été obtenus lors de
la campagne BRETANE (valorisation de transit) sur l'Atalante en
1995 par A. Mauffret, mais cette campagne utilise seulement le
‘multifaisceaux’ EM12 et ne couvre qu'une bande étroite
au pied de la marge algérienne et la zone du bassin de
pied de pente, à plus de 12 milles des côtes (localisée
vers 3°E 37.2°N sur la Figure 10A). Enfin une campagne
d’océanographie physique, ALMOFRONT2 (chef de mission
Louis Prieur, LOV, Villefranche-sur-Mer) a couvert en bathymétrie
EM12 la mer d’Alboran, mais n’a pas couvert la zone
côtière et ne concerne que l’extrémité
ouest de notre zone d’étude (Figure 9B). Il n'y a
donc ni la couverture ni la résolution nécessaires
pour la recherche envisagée ici.
La seule carte néostructurale publiée pour la marge
algérienne est celle de Mauffret et al. (1987): elle est
représentée sur la Figure 10A. Ces auteurs montrent
qu'en effet, il existe une grossière correspondance entre
la présence d'anomalies gravimétriques négatives
au pied de marge et des surépaississements du Plio-Quaternaire
situés en amont de gros dômes de sel: ainsi, 3 larges
zones de bassins sous-marins sont identifiés, à
environ 10-20 km de la côte, au droit d'Oran, de Ténès
et d'Alger, séparés par des points hauts que sont
les massifs d'Alger-Khayr Al-Din, Bou-Maad et Dahra (Figure 10A
et 10B). Tenant compte de la présence de failles décrochantes
dextres E-O déjà mentionnées à terre
et en mer (voir § 1.2), ces auteurs suggèrent que
la marge est en quelque sorte découpée en une suite
de blocs ayant des mouvements relatifs dextres (Figure 10B), ce
qui induirait selon Meghraoui et al. (1996) des rotations provoquant
un jeu en dominos et une déformation interne en cisaillement
sénestre sur des failles NE-SO (Figure 11). Les principales
failles actives reconnues sont, d'ouest en est: la faille décrochante
de Yussuf, E-O, dextre, la mieux identifiée; l'escarpement
des Habibas; la zone décrochante de Dahra; la faille du
sud de Ténès, décrochante dextre, passant
hypothétiquement en mer; la faille bordière du massif
de Khayr Al-Din (Figure 12), en face de Cherchell (Galdéano
et Rossignol, 1977), et enfin, d'autres failles E-O supposées
entre la grande Kabylie et la petite Kabylie, au large (Meghraoui
et al., 1996, voir Figure 2).
Figure
9A et B.
Maille de profils sismiques le long de la marge algérienne
des années 1970, et profils EM12 de la campagne ALMOFRONT2
 |
Figure
10A.
Carte structurale et isopaque du Plio-Quaternaire (contour
0,5 km) au large du Rif et du Tell, extraite de Mauffret et
al. (1987). (1-2): domaine interne et avant-pays; (3): allochtone;
(4) bassins néogènes; (5-6-11): volcanisme; (7-
8 et 12): failles inverses - normales ou décrochantes;
(9) plis; (10) axe haut; (13): épicentres; (14-15): limites-anomalies
gravimétriques soulignant les bassins; (16) bassin de
Yussuf. Failles: 3=Yussuf; 5=Arzew; 6=Mostaghanem; 7=Relizane.
Figure
10B.
Esquisse néotectonique de la marge algérienne,
extraite de Mauffret et al. (1987).
Figure 11.
Modèle de déformation en dominos avec rotation
horaire de blocs crustaux sans extension latérale (C )
dans la zone de déformation au Nord de l'Afrique, appelée
GALTEL (A), dans un contexte général de raccourcissement
NNO-SSE et le jeu de grands cisaillements dextres d'orientation
O-E ou ONO-ESE (B), d'après Meghraoui et al. (1996)
Figure
12.
La zone de Bou-Ismaïl et du banc de Khayr Al-Din
au large de Cherchell, déterminé à partir
de la bathymétrie (ci-dessous), des anomalies magnétiques
(à gauche, en haut), d'après Galdéano et
Rossignol (1977), et des anomalies gravimétriques (à
gauche, en bas).
|
| C.
Transport sédimentaire et instabilités de pente
La
pente algérienne est un exemple connu pour l'instabilité
sédimentaire, notamment sous l'influence de grands séismes
comme en 1954 et 1980 (El Robrini et al., 1985). La sédimentation
sur la marge algérienne est alimentée par des sédiments
carbonatés issus de la production primaire et des sédiments
détritiques d’origine continentale. Les premiers
résultent de la production primaire active et sont autochtones
: bioclastes de lamellibranches et gastéropodes, thalles
de lithothamniées, foraminifères et ostracodes.
On en trouve plusieurs générations plus ou moins
imbriquées sur le plateau continental, lorsqu’ils
ne sont pas recouverts par les sédiments détritiques
(Leclaire, 1972 ; Caulet, 1972 ; Braïk, 1989 ; El Houari,
1989 ; Bakir, 1992 ; Moulfi, 1995 ; Benslama, 1997).
La sédimentation détritique provient du dépôt
des matériaux fluviatiles fournis à la marge par
les différents systèmes fluviatiles dont les 5 principaux
sont (d’ouest en est) : le Chéliff (Mostaghanem),
le Mazafran (Zéralda), l’Isser (Cap Djinet, Est Alger),
le Sébaou (Dellys) et la Soummam (Bejaïa-Souk el Tenine).
Il est important de noter que ces fleuves fournissent surtout
des argiles et des silts et très peu de matériaux
plus grossiers (sables; graviers) sauf quelquefois le Sébaou.
Deux conséquences en résultent: les plages sont
peu rechargées, et la déflation des sédiments
fluviatiles, très fins, est facile sur un plateau continental
étroit et très dynamique. Ce phénomène
est aggravé depuis les années 80 par la présence
de nombreux barrages (sur le Chéliff en particulier) et
l’exploitation du sable des dunes côtières
(golfes de Béjaïa, Zemmouri et Zéralda, voir
Atroune, 1992; Moulfi, 1995; Benslama, 1997).
Le tonnage des apports fluviatiles à la marge est très
discuté. La raison objective principale est que les débits
liquides interannuels sont très variables (facteur 20 au
moins entre les années 60-70 et 80-90) tandis que les concentrations
sont asymptotiquement limitées (25 à 35 g/l) ce
qui explique en grande partie la variabilité des évaluations
de flux détritiques exprimés par les différents
auteurs (Leclaire, 1972; Demmack, 1982; Pauc et Benslama, 1988;
Probst et Amiotte Suchet, 1992).
Les directions générales de transit des sédiments
sur le plateau suivent la direction générale ouest-est
imprimée par la dérive atlantique. Cependant, celle-ci
est souvent réfractée dans les golfes et baies pour
donner près de la côte un contre-courant est-ouest.
Ces dérives apparemment antagonistes distribuent les sédiments
sur le plateau comme le montrent la plupart des études
sédimentologiques (Leclaire, 1972; Maouche, 1987; Pauc,
1991; Atroune, 1992; Bakir, 1992; Moulfi, 1995; Benslama, 1997).
La sédimentation récente sur le plateau continental
est inférieure au volume des apports (Sellali, 1978), structurée
en microbassins. Par contre, comme mentionné ci-dessus
(§1.4B, Figure 9), trois surépaisseurs de matériel
plio-quaternaire sont localisées en pied de pente devant
Oran, Ténès et Alger par différents auteurs
(Stanley, 1977; Mauffret et al, 1987). Il est donc évident
que la plus grande partie du matériel détritique
franchit très rapidement la marge pour sédimenter
en pied de pente. De très nombreux canyons découpent
la marge algérienne et il est probable que nombre d’entre
eux véhiculent les sédiments vers le bas de pente
(par exemple, on peut à l’automne suivre les apports
de pulpe d’olive dans le canyon de la Soummam, le Nador
coulant directement dans le graben du Chénoua), mais ce
n’est pas toujours le cas (les canyons ne sont pas très
évidents devant le Chéliff ni le Mazafran, et le
canyon dit d’Alger ne semble pas transporter les sédiments
de l’Isser). Il est donc probable que la dynamique de pente
ne soit pas simple, mêlant transit, instabilité de
pente et tectonique.
2. Situation au niveau national et international, intégration
dans un programme
Cette demande intitulée MARADJA s'intègre à
3 niveaux différents dans les programmes ou projets de
recherche scientifique nationaux et internationale: 1. Au niveau
de la stratégie interne à l'équipe; 2. Au
niveau national; 3. Au niveau international:
1.
Stratégie interne à l'équipe
Cette demande est le premier volet d'un projet de notre équipe
en deux étapes. La 2° mission (demande en janvier 2003,
chef de mission Jean-Pierre BOUILLIN) sera le prolongement de
la 1° en ce sens qu’elle apportera des arguments complémentaires
et indispensables à la problématique abordée:
structure, tectonique active et dynamique sédimentaire
associée.
La deuxième campagne étudiera des aspects sédimentaires
et structuraux de la marge algérienne dans le but :
1°) de mieux comprendre la formation et l'évolution
oligo-miocène de la marge en relation avec la structuration
de la chaîne Maghrébide;
2°) d'étudier la tectonique active. L'objectif final
sera de trouver des arguments pour préciser la nature des
mécanismes géodynamiques qui sont intervenus dans
la structuration de la chaîne et de la marge, dans la continuité
de cette demande. |
Les
données obtenues seront corrélées avec celles
précédemment obtenues non seulement pendant MARADJA,
mais aussi dans le Canal de Sardaigne où on a pu étudier,
au cours des campagnes SARCYA et SARTUCYA, les zones internes
de la chaîne maghrébide submergées et la transition
entre l'extrémité orientale du bassin algérien
et le bassin Tyrrhénien. La seconde campagne permettra
aussi de revenir, si nécessaire, sur certaines zones déjà
étudiées au cours de la campagne MARADJA.
Afin
d'établir cette jonction spatiale, cette deuxième
campagne s'intéressera surtout à de nouveaux secteurs
de la marge, avec comme objectifs possibles, encore largement
à préciser : - le golfe de Bejaïa, limité
par de grands systèmes de faille NE-SW, à l'W, NW-SE
à l'Est, vers Djidjelli; - la marge près des côtes
de Petite Kabylie, où l'on peut s'attendre à retrouver
de grandes failles E-W délimitant le bassin de Collo, des
intrusions magmatiques et où on cherchera à préciser
l'extension latérale du corps mantellique du Cap Bougaroun;
- la marge au large d'Annaba ou s'ennoie le Metamorphic Core Complexe
de l'Edough. On tentera, près de la côte, de corréler
les séries miocènes avec celles, incomplètes,
connues à terre. On cherchera le prolongement en mer des
grandes failles NE-SW qui découpent le socle de Petite
Kabylie afin de préciser leur fonctionnement. Par ailleurs,
le premier jeu de données ayant défini la géométrie
du recouvrement sédimentaire et positionné les zones
glissées, les zones de transit et celles dépourvues
de sédimentation notable, la deuxième mission devra
aussi apporter l’essentiel de la caractérisation
des matériaux et de leur dynamique sur la partie ouest
de la marge algérienne. Les outils seront la bathymétrie
multifaisceaux EM300, la sismique haute résolution, les
carottages, le magnétisme.
2. Niveau national
Cette demande de campagne, de par sa thématique, s'intègre
dans les objectifs et les grands thèmes de recherche définis
par le conseil scientifique du GDR Marges (entre le thème
1: Structure, thermicité, subsidence des marges passives,
et le thème II: Processus sédimentaires). Il concerne
aussi le thème "Instabilités" qui se met
en place. Cette demande a obtenu en 2001 le label GDR Marges,
thème Instabilités. Nous précisons que cet
effort de recherche se fait de manière coordonnée
et parfaitement complémentaire de la demande de campagne
SISAL de A. Mauffret, qui a pour objectifs la structure profonde
de la marge algérienne et du bassin profond, que nous n'abordons
pas, puisque nous n'avons ni le même navire support, ni
les mêmes outils, ni la même distribution géographique.
Contrairement à SISAL, notre démarche est axée
sur la morphologie de surface et la structure superficielle à
semi-profonde (1 à 2 std) des zones de la marge jugées
prioritaires en terme d'importance du risque géologique
qu'elles représentent. Il est clair que l'information qui
serait obtenue par les deux campagnes en parallèle est
complémentaire. Nous en avons discuté avec A. Mauffret,
avec qui l'action de campagne a été coordonnée,
et sommes prêts à établir ensemble le lien
entre nos équipes lors de l'exploitation des données
pour une interprétation fructueuse sur le thème
de la reprise en compression récente de la marge.
3. Niveau international
La campagne MARADJA a été initialement suscitée
par le CRAAG (Centre de Recherches en Astronomie et Géophysique,
Alger), de manière informelle, il y a 3 ans. Diverses obligations
(réalisation et exploitations d'autres campagnes, notamment
MALIS pour J. Déverchère) ont retardé la
concrétisation de ce projet. Sa motivation essentielle
repose sur le déficit crucial d'informations structurales
et géomorphologiques au large des côtes algériennes,
à l'évidence soumises à un risque important.
C'est probablement la zone de la Méditerranée qui
souffre des plus importantes lacunes de données en ce domaine,
pour des raisons historiques: aucune donnée précise
de multifaisceaux et de sismique haute résolution n'est
disponible sur la plus grande partie des 1000 kilomètres
de côte, qui représentent pourtant une zone peuplée,
soumises à un risque sismique important (Figure 5). C'est
l'essence même de ce projet que de combler cette lacune
en priorité, dans un domaine méditerranéen
où, sur la plupart des autres secteurs, un effort de recherches
de données en géophysique marine a été
mené dans les dernières années, notamment
par la communauté française. Il n'est plus à
démontrer que la Méditerranée est en effet
un laboratoire naturel de tout premier plan pour la compréhension
de processus géodynamiques auparavant mal compris (détachement
du slab, délamination lithosphérique, roll-back,
etc… voir synthèse dans Jolivet et al., 1999). Il
paraît donc judicieux et fondamental de répondre
à la demande de notre partenaire algérien dans ce
contexte, et d'abord nous semble-t-il, dans le domaine de l'évaluation
du risque (aléa d'une part, et vulnérabilité
des grandes villes côtières d'Algérie). |
3.
Résultats escomptés
Le projet MARADJA a pour but d'améliorer les modèles
de déformation de la marge algérienne et l'évaluation
du risque, en remédiant à l'insuffisance des connaissances
géomorphologiques et structurales sur la marge. Nos objectifs
peuvent se résumer en 4 grandes actions: (1) Cartographie
en réflectivité et bathymétrie, et enracinement
superficiel des failles actives; (2) Style, importance relative,
et distribution de la déformation; (3) Instabilités
gravitaires et effets du sel messinien en bas de pente; (4) Tests
des modèles de déformation de la marge. |
|
A.
Mécanismes de déformation à grande échelle:
roll-back versus effondrement gravitaire
A l'examen des connaissances actuelles sur le domaine côtier
algérien, il ressort d'abord qu'il n'y a pas encore d'explication
univoque sur les mécanismes de mise en place des nappes
et des chevauchements au néogène, à savoir,
s'il existe une prédominance des processus liés
au retrait du slab plongeant, de manière semblable à
ce qui se passe aujourd'hui dans les Apennins par exemple (Jolivet
et al., 1999, et références citées; Frizon
de Lamotte et al., 2000), ou bien si l'effondrement gravitaire
dit "post-collisionnel" oligo-miocène (Aïte
et Gélard, 1997), corrélée à un important
magmatisme calco-alcalin et à l'ouverture océanique
du bassin algérien, implique ou non un détachement
lithosphérique (Carminati et al., 1998a,b; Maury et al.,
2000), une délamination lithosphérique ou bien même
une érosion du manteau lithosphérique qui suivraient
celles suggérées en Alboran (Platt et al., 1998).
Un autre problème est de comprendre les causes et les modalités
de la construction en deux temps de l'Atlas, qui n'est pas classique
pour une chaîne, comme le remarquent justement Frizon de
Lamotte et al. (2000): s'il paraît clair que cette construction
biphasée résulte de l'initiation puis de l'arrêt
des processus de subduction agissant en Méditerranée,
il est important de comprendre les liens actuels entre: (1) les
structures en plis et failles qui jalonnent systématiquement
la partie nord du système orogénique de type accrétion
Rif-Tell, et (2) la géométrie de la subduction passée,
qui, à l'évidence, a provoqué un fort découplage
entre l'Atlas, qui obéit grossièrement à
une logique de rapprochement cinématique Europe-Afrique,
et la marge Tell-Rif, qui a "encaissé", elle,
dès le Miocène, les effets de la translation des
déformations vers l'ouest liés à la subduction
de l'océan Téthys maghrébin (Figure 4). Les
auteurs s'accordent pour considérer en tout cas que depuis
le Quaternaire inférieur, l'essentiel de la déformation
est transférée de l'Atlas vers la bordure de type
'prisme' au nord, à savoir le système Tell-Rif,
ce dont témoigne la sismicité connue (Figure 6).
Notre propos, dans ce cadre, est d'identifier l'importance et
l'extension des déformations affectant la partie immergée
de cette portion de marge Tell-Rif, et d'y déceler éventuellement
une influence de la subduction fossile.
B. Modèles de déformation actuelle: limites
de blocs et enracinement, taux de déformation
La sismicité et la tectonique compressive plio-quaternaire
montrent que la déformation au Nord de l'Afrique se distribue
sur une zone relativement large au sein du système Gorringe-Alboran-Tell
(Figure 6), ce qui a amené Meghraoui et al. (1996) à
proposer le terme de GALTEL pour désigner cette zone de
déformation distribuée. L'examen des données
sismotectoniques nous amène à poser trois problèmes
importants quand il s'agit d'analyser cette déformation
au large des côtes:
1.
Quelles limites cinématiques des blocs en 3D?
Le schéma de la Figure 10B de Mauffret et al. (1987), déjà
ancien, s'il peut traduire une réalité cinématique
globale, n'est dans le tracé des limites de blocs que très
peu contraint: en effet, excepté le décrochement
dextre de Yussuf, le "mur" des Habibas, et l'existence
des zones surépaissies en pied de marge, les limites de
blocs, en mer mais aussi à terre assez souvent, sont presque
toute contestables ou interprétables d'une manière
différente, dans leur importance relative, leur extension,
et leur cinématique. Par ailleurs, leur enracinement, la
part de la déformation en poinçonnement par rapport
aux décrochements souvent invoqués, sont inconnus
(voir par exemple les zones "hautes" de Dahra et Khayr
Al Din), et leur situation dans un schéma de subduction
commençante éventuelle ou dans une inversion de
la marge au Plio-Quaternaire (Yielding et al., 1989), ne sont
pas comprises, faute de données. Le schéma de Meghraoui
et al. (1996, Figure 2) n'est quant à lui qu'une esquisse
qui ne permet pas d'apprécier la déformation au
large, faute de données. Nous souhaitons donc tester le
rôle réel des familles de failles conjuguées,
et notamment identifier la hiérarchie cinématique
des familles de failles (E-O et NE-SO) et leur importance relative
en terme de rejet et d'extension latérale, afin de proposer
un modèle de déformation plus réaliste.
2.
Quels taux de déformation totale? Quelle distribution de
la déformation?
La convergence Afrique-Europe prédite par le modèle
Nuvel1A est de 6.0 mm/an à la longitude d'Alger et 7.8
mm/an à Noto (pointe sud Sicile), valeurs calculées
à partir des paramètres de DeMets et al. (1994;
NUVEL1A), soit un peu plus forte que celles précédemment
avancées par Meghraoui et al. (1996) sur la base des modèles
antérieurs (DeMets et al., 1990, NUVEL1; Argus et al.,
1989). Cette vitesse est confirmée par des mesures géodésiques
dans l'extrême sud de la Sicile (VLBI: Ward, 1994; GPS:
Nocquet et al., 2001, sous presse). Par contre, si ce mouvement
Afrique-Europe est juste, on mesure à Cagliari par GPS
un mouvement de 2 mm/an vers l'ouest par rapport a l'Europe stable
(Nocquet et al., 2001, sous presse), alors que la composante O-E
de ce vecteur est de l'ordre de 1 mm/an au niveau du Tell. Par
conséquent, il semble que l'essentiel de la convergence
Afrique-Europe aux longitudes du Tell soit accommodée par
de la déformation compressive (elle serait plus décrochante
vers l'ouest). Mais la part inverse et décrochante prise
en compte au niveau de la marge n'est pas quantifiable pour l'instant,
faute d'une identification des zones déformées sous-marines.
Dans l'Atlas Tellien, la partie terrestre semble accommoder un
raccourcissement dans une direction sub-parallèle à
la convergence NUVEL1A et avec un taux de l'ordre de 2,2 mm/an,
le soulèvement côtier se faisant à une vitesse
inférieure à 0,3 mm/an (Meghraoui et al., 1996).
Faute de données marines, il est impossible, à l'heure
actuelle, de vérifier où et comment se fait l'important
différentiel dans le raccourcissement estimé (6.0
- 2.2 = 3.8 mm/an), qui pose plusieurs questions fondamentales:
A-t-on ignoré jusqu'ici une zone de déformation
active en mer, éventuellement très localisée?
Quelle part de la déformation est prise en compte de manière
sismique au large ? Quelle vitesse verticale de soulèvement
se produit par référence aux dépôts
plio-quaternaires du bassin ? c'est ce que nous chercherons à
déterminer. Par ailleurs, il est légitime de s'interroger
sur le rôle que jouent réellement les failles dextres
avancées dans les modèles de Mauffret et al. (1987)
et Meghraoui et al. (1996) dans la déformation actuelle,
puisque le raccourcissement semble dominer largement sur la composante
décrochante. Si on admet le caractère transpressif
dextre de la marge, la question reste de déterminer où
et comment cette déformation se répartit sur la
marge, et avec quelle importance: ce sera notre second objectif
de quantification.
3.
Quelles récurrences sismiques et quels risques associés
aux grandes failles?
Enfin, il est très difficile voire impossible d'associer
la plupart des failles suspectées en mer à des grandes
ruptures historiques connues. Par exemple, Ambraseys et Vogt (1988)
discutent de la localisation possible du grand séisme ayant
affecté Alger en 1716 et le placent hypothétiquement
près de Blida, alors qu'il serait sur une faille côtière
selon Meghraoui (1991); le grand séisme de Djidjelli (août
1856), à 100 km à l'est de Bejaïa, a été
hypothétiquement associé aux failles d'Annaba (région
Est de transition entre le plateau et la plaine abyssale), mais
il est impossible de préciser quelle partie de faille peut
avoir été activée faute de précision
dans les données sismiques (Figure 13) et bathymétriques.
Différentes évaluations du temps de récurrence
sismique ont été résumées par Meghraoui
(1991), sur la base de données paléosismologiques
(El Asnam) et de sismicité historique: elle serait de ~350
ans pour la région côtière d'Alger. Cependant,
cette estimation dépend largement de la localisation épicentrale
des séismes de 1365 et 1716, et de l'identification dans
la zone de Tipaza-Alger de failles de grande taille susceptibles
d'avoir joué lors de ces deux séismes. Si la même
faille a joué, alors il deviendra possible de mieux évaluer
le risque dans la région, qui pourrait être élevé
selon Meghraoui (1991) et Aoudia et al. (2000), puisque 285 ans
se sont écoulés depuis la rupture de 1716.
4.
Bilan
Par rapport aux hypothèses précédemment formulées,
nous souhaitons donc vérifier sur les cibles identifiées
de la marge:
- le degré d'inversion des structures de la marge: stade
de subduction commençante (Auzende et al., 1975), ou bien
inversion des structures extensives héritées (Yielding
et al., 1989) ?
- le rôle de l'héritage sur la disposition des structures
actives: orientation NE-SO, degré de contrôle des
accidents E-O proposés de manière hypothétique
(Mauffret et al., 1987, Figure 10B) ?
- la géométrie et la compatibilité cinématique
des mouvements entre blocs qui sont supposés, à
savoir ceux d'Alger-Khayr Al-Din, Bou-Maad et Dahra (Figure 10A
et 10B): obéissent-ils à une logique de déformation
de blocs rigides en rotation dans un système transpressif
dextre, impliquant des disposition en relais ou en échelon
sénestres, comme proposé par Meghraoui et al. (1996),
et schématisée sur la Figure 11, ou bien la déformation
est-elle beaucoup plus distribuée ?
- le degré de validité des temps de récurrence
supposés (350 ans?) par identification des failles majeures.
|
C.
Prolongement en mer des grandes failles et risques gravitaires:
les lacunes, les cibles
1.
Failles actives sous-marines:
beaucoup d'indices, pas de certitudes
Tenant compte des indices cités, on peut ici insister sur
les très importantes lacunes de connaissance concernant
la plupart des segments de failles actives suspectées en
mer au niveau du Tell (contrairement au domaine de la mer d'Alboran,
beaucoup mieux connu, voir par exemple Mauffret et al., 1992 et
Meghraoui et al, 1996), qui sont, d'ouest en est (Figures 7, 10A
et 10B):
(1) la faille décrochante de Yussuf, E-O,
dextre, décalant fortement les anomalies magnétiques
et marquant le relais entre la ride d'Alboran et la zone côtière
d'Oran: elle est probablement le segment sous-marin de failles
active le mieux identifié, mais sa géométrie
précise n'est pas connue;
(2) l'anticlinal du Murdjadjo et la faille d'Arzew (Kristel)
près d'Oran, dont les prolongements en mer et
les liens avec les failles de Yussuf et des Habibas ne sont pas
établis;
(3) l'escarpement des Habibas, très marqué
dans la bathymétrie, s'étendant sur plus
de 100 km, mais dont les preuves d'activité sont ténues,
faute de localisation précise de séismes et de données
morpho-structurales détaillées;
(4) la zone décrochante de Dahra, orientée
NNO-SSE, très mal connue, dont on suppose seulement
l'existence par la morphologie, l'alignement de quelques épicentres,
et le décalage des anomalies gravimétriques et magnétiques
(Yelles et al., 1999);
(5) la faille du sud de Ténès, décrochante
dextre, mal connue, passant hypothétiquement en
mer;
(6) la faille bordière du massif de Khayr Al-Din
(Figure 12), en face de Cherchell (Galdéano et
Rossignol, 1977), là aussi suggérée sur les
mêmes arguments que la faille de Dahra (Yelles et al., 1999);
elle correspondrait à la fermeture vers l'ouest de la faille
décrochante de Thénia (Boudiaf et al., 1999), mais
sa géométrie en mer n'est pas connue: s'agit-il
d'un pli-faille avec une partie aveugle, comme pour le système
de Chenoua-Tipaza (Meghraoui, 1991), ou d'une faille inverse à
l'affleurement?
(7) la faille prolongeant en mer la rupture du séisme
de 1989 (Meghraoui, 1991), parallèlement à
l'anticline du Sahel (Figure 8), dont l'existence est probable,
mais dont l'extension (prolongement en baie d'Alger) et l'interaction
éventuelle avec la faille de Thénia (Boudiaf et
al., 1999) sont inconnus; là encore, quelle part de flexuration
(Yielding et al., 1989; Meghraoui, 1991) s'exprime éventuellement
près de la surface, par analogie avec El Asnam ou Tipaza?
(8) d'autres failles E-O supposées entre la grande
Kabylie et la petite Kabylie, notamment au large de Bejaïa
et Djidelli (Meghraoui et al., 1996; Yelles et al., 1999, voir
Figure 2), mais absolument non contraintes faute de données.
Il faut souligner que la surveillance de l'activité sismique
par le réseau télémétré algérien
montre un nombre conséquent de microséismes en mer.
D'autre part, que ce soit à Alger, Oran, Béjaia,
ou Ténès, outre les accidents actifs connus, les
failles qui bordent le littoral se prolongent souvent en mer.
Par ailleurs, la profondeur des foyers, de quelques kilomètres
seulement comme à El Asnam, tout comme les magnitudes déduites
de la sismicité historiques (de 7 à 7,5), laissent
clairement attendre des segments sous-marins superficiels (contrairement
au bassin Ligure, voir Augliera et al., 1994) et de longueurs
déca-kilométriques (de 10 à 100 km), d'après
les relations empiriques admises (Wells et Coppersmith, 1994).
C'est le cas notamment de l'anticlinal du Murdjadjo pour Oran,
la faille d'Arzew (Kristel) également à Oran, la
faille de Tipaza à Alger, la faille de Ain Benian à
Alger, la faille de Thénia à Alger, la faille de
Bougie-Tazmalt. C'est pourquoi nous souhaitons porter en priorité
notre effort sur l'extension au large des grandes failles côtières
avérés, dans les zones: (1) Alger; (2) Ténès-Cherchell;
(3) Oran. La zone de Bejaïa-Djidelli présente également
de nombreux indices de déformation active, mais pour des
raisons de temps à la mer et de densité de population
relativement plus faible, nous choisissons de la proposer comme
zone d'étude dans la seconde campagne (demande en 2003).
2.
Glissements et instabilités de pente: l'absence de données
sur les modes de transport et le rôle du sel
La plus grande partie du matériel détritique apporté
par les fleuves côtiers franchit rapidement la marge pour
sédimenter en pied de pente, et la dynamique de transport
est probablement complexe et hybride. Malheureusement, il est
pour l'instant impossible de préciser ces mécanismes
car il n'y a pas d'étude détaillée disponible
sur les glissements et instabilités de pente au large de
l'Algérie. Seule une étude géotechnique sur
les sédiments marins existe (Moulfi, 1995), mais ce travail
concerne uniquement le plateau, et pas les pentes, qui n'ont pas
ou peu été échantillonnées. Par ailleurs
la documentation manque sur les relations entre les épisodes
évaporitiques du bassin du Chéliff (marnes, tripolis
et gypse) et ceux du bassin profond à sel gemme. En conséquence,
nos objectifs sont:
- préciser les mécanismes responsables du transit
plateau-marge, qui sont possiblement au nombre de trois: glissement,
tectonique active et transit hydrodynamique, sans argumentation
précise pour l'instant sauf cas particulier (Bejaïa
ou Isser). A priori, le secteur le plus actif est compris entre
Ténès et Alger, mais devant le Chéliff et
le Mazafran, la chenalisation n'est pas claire. Si la règle
générale est une pente très raide (surtout
devant le Chéliff et l'Isser-Sébaou), il y a cependant
une exception devant le Mazafran (au large de Zéralda)
où on peut observer un relief autour de 500 mètres
de fond, jusqu'à plus de 1000m;
- étudier la relation séisme/tsunami/courant de
turbidité à partir de la cartographie des instabilités
de pente au voisinage des grandes failles et des canyons. Grâce
aux données multifaisceaux et sismiques (HR et THR), nous
chercherons notamment à identifier dans un premier temps
les corps sédimentaires déposés par processus
gravitaires (slumps, debris flows,…) pour lesquels il apparaît
qu'un certain nombre de conditions favorables sont réunies
pour les créer: pentes abruptes, nombreux canyons, brusques
incréments de sédimentation. Dans un deuxième
temps, les produits des ces instabilités gravitaires seront
analysés en termes de géométrie interne,
de volumes et de distribution selon la même méthodologie
utilisée sur d'autres marges méditerranéennes
(reconnaissance par MNT, géomorphologie quantitative, modélisation
numérique, etc…, voir par exemple Gaullier et al.,
1998);
- examiner le rôle mécanique des Evaporites messiniennes
dans la déformation active: pour cela, il sera nécessaire
de déterminer comment se répartissent les dépôts
messiniens dans les secteurs d'étude, dans la partie la
plus en amont, c'est-à-dire au pied de marge, au biseau
du sel, afin d'estimer le rôle d'amplification des glissements
gravitaires sur pente, bien connu dans le golfe du Lion (voir
par exemple Gorini et al., 1993; Berné et al., 1999). C’est
pourquoi il sera important de couvrir largement le pied de marge.
Figure
13.
Failles supposées actives repérées
sur un des profils sismiques de faible résolution dans
la zone de la pente continentale au large de Djidjelli, région
est de l'Algérie, d'après Yelles et al. (1999),
illustrant la très faible connaissance des structures actives
sous-marines aujourd'hui, en raison de l'absence d'une cartographie
détaillée et de sismique haute résolution.
(Echelle horizontale: ~5 km, échelle verticale: 2,5 std,
orientation SO-NE, passage à la plaine abyssale)
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