Déformation active, cinématique et mécanique de l'Est de la Sicile : Analyse morphostructurale et modélisation analogique

Active deformation, kinematics and mechanics of Eastern Sicily : morphostructurale analysis and analogue modeling

• Auteur / Autrice : Maxime Henriquet
• Direction : Stéphane Dominguez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 21/09/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Serge Lallemand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Dominguez, Serge Lallemand, Anne Replumaz, Jacques Déverchère, Jean-Paul Callot, Claudio Faccenna, Giovanni Barreca
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Replumaz, Jacques Déverchère

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néotectonique

Zones de failles

Prismes d'accrétion

Mots clés libres

Prisme d'accrétion

Marge Est Sicilienne

Modélisation analogique

Interactions des réseaux de failles

Tectonique active

Processus tectono-Magmatiques

Accretionary prism

Eastern Sicilian margin

Analogue modeling

Interactions of fault networks

Active tectonics

Tectono-Magmatic processes

Résumé

Située au cœur de la Méditerranée, la Sicile est connue pour son activité volcanique intense (Mont Etna, îles Eoliennes) et ses séismes historiques majeurs (Noto, 1693, M 7.4; Messine, 1908, M 7.1). Ces événements traduisent un contexte géodynamique particulièrement actif, contrôlé par des mécanismes de déformation et des interactions entre la tectonique profonde et les processus de surface (érosion, sédimentation) encore mal connus.Au cours du Mésozoïque, l’ouverture de la Néo-Téthys, entre les futures plaques Europe et Afrique, a modelée la géométrie des marges continentales, notamment dans le domaine Nord Africain. La Téthys Alpine, branche occidentale de cet ancien océan, s’est refermée durant le Cénozoïque via un système de subductions et de collisions rapides se développant dans un contexte de convergence lente entre les plaques Afrique et Eurasie. L’Arc Calabro-Sicilien, et plus généralement le système Apennins-Maghrébides, résultent du retrait de la subduction de la Téthys Alpine, puis de la subduction continentale des marges Africaine et Apulienne sous les blocs continentaux AlKaPeCa (Alboran, Kabylie, Peloritain et Calabre). Ces micro-bloc dérivés de la marge Européenne ont accompagné le retrait de la subduction vers le Sud-Est, localisant à leur front l’accrétion de la couverture sédimentaire de la Téthys et ouvrant dans leur sillage une série de bassins arrière-arc (bassins Algéro-Provençal et Tyrrhénien). Du Nord au Sud, la Sicile orientale est divisée en quatre domaines tectono-stratigraphiques : 1) le bloc Peloritain-Calabre, détaché du micro-continent Corso-Sarde depuis l’ouverture de la Mer Tyrrhénienne il y a 15 Ma, 2) les sédiments pélagiques téthysiens, vestiges du prisme d’accrétion océanique, 3) la couverture Méso-Cénozoïque de la marge Africaine accrétée depuis le Miocène Moyen, et 4) l’avant-pays actuel représenté par une épaisse plateforme carbonatée (Plateau Hybléen), séparée du domaine Ionien par l’Escarpement de Malte.Cette thèse s’intéresse aux processus de la déformation crustale et leurs interactions avec la dynamique profonde à partir de l’analyse de données géologiques, géophysiques et morpho-structurales, couplée à des modélisations analytiques et analogiques. Mes travaux ont d’abord conduit à une nouvelle interprétation de l’origine du Plateau Hybléen (SE de la Sicile). Cette anomalie topographique sub-circulaire de 1000 m d’altitude et de 80 km de diamètre est héritée d’un soulèvement qui a débuté à la fin du Miocène, contemporain d’épisodes magmatiques majeurs dans cette région. Contrairement au modèle flexural couramment évoqué, la majeure partie du soulèvement est probablement liée à des intrusions magmatiques déformant l’épaisse couverture Méso-Cénozoïque carbonatée. Des modèles analogiques ont permis de valider mécaniquement l’hypothèse d’un scénario tectono-magmatique à l’origine de la morphologie du Plateau Hybléen, et de souligner le rôle majeur de l’héritage structural dans la localisation de la déformation en subsurface. A partir d’une revue critique des données géologiques disponibles, j’ai également proposé une nouvelle reconstruction tectono-stratigraphique de la Chaîne Sicilienne. Ici encore, la modélisation analogique a apporté des contraintes fortes sur la paléogéographie et la mécano-stratigraphie de la marge Africaine, ainsi que sur la dynamique de la déformation et les interactions tectonique-érosion-sédimentation associées à la construction du prisme orogénique. Enfin, j’ai étudiée la zone de transition entre la Chaîne Sicilienne et le Prisme Calabrais dans ses quatre dimensions, afin de préciser la cinématique actuelle de cette région à fort potentiel sismique. Sur la base de données bathymétriques et sismiques, les mécanismes de la déformation à l’origine des réseaux de failles à terre et en mer sont expliqués par la dynamique imposée par la plaque inférieure et celle issue de la migration de l’Arc Calabrais et du prisme d’accrétion vers le Sud-Est.

In Central Mediterranean, Sicily is known for its intense volcanic activity (Mount Etna, Aeolian Islands) and its major historical earthquakes (Noto, 1693, M 7.4 ; Messina, 1908, M 7.1). These events reflect a particularly active geodynamic context, controlled by deformation mechanisms and interactions between deep tectonics and surface processes (erosion, sedimentation) that are still poorly understood.During the Mesozoic, the opening of the Neo-Tethys, between the future Europe and Africa plates, shaped the geometry of the surrounding continental margins, particularly in the North African domain. The Alpine Tethys, the western branch of this ancient ocean, closed during the Cenozoic through a system of fast subductions and collisions developing in a context of slow convergence between the Africa and Eurasia plates. The Calabro-Sicilian Arc, and more generally the Apennines-Maghreb system, result from the retreat of the Alpine Tethys, followed by the continental subduction of the African and Apulian margins under the AlKaPeCa continental blocks (Alboran, Kabylia, Peloritan and Calabria) with the African and Apulian margins. These micro-continental blocks, derived from the European margin, accompanied the slab rollback towards the South-East, localizing at their front the accretion of the Alpine Tethys sedimentary cover and opening in their wakes a series of back-arc basins (Algerian-Provençal and Tyrrhenian basins). From North to South, Eastern Sicily is divided into four tectono-stratigraphic domains : 1) the Peloritain-Calabria block, detached from the Corso-Sardinian micro-continent since the opening of the Tyrrhenian 15 Ma ago, 2) the pelagic sediments of the Alpine Tethys, remnants of the oceanic accretionary prism, 3) the Meso-Cenozoic cover of the African margin accreted since the Middle Miocene, and 4) the present day foreland represented by a thick carbonate platform (Hyblean Plateau), separated from the Ionian domain by the Malta Escarpment.This thesis focuses on the crustal deformation processes and their interactions with deep dynamics based on the analysis of geological, geophysical and morpho-structural data, coupled with analytical and analogue modeling. My work first led to a new interpretation of the origin of the Hyblean Plateau (SE of Sicily). This sub-circular topographic anomaly, 1000 m high and 80 km in diameter, is inherited from an uplift phase that started in the Late Miocene, simultaneously with major magmatic episodes in this region. Unlike the commonly evoked flexural model, most of the uplift is probably related to magmatic intrusions deforming the thick Meso-Cenozoic carbonate cover. Analogue models mechanically validated the hypothesis of a tectono-magmatic scenario at the origin of the present day morphology and outlined the major effect of structural inheritance in the localization of the subsurface deformation. Based on a critical review of the available geological data, I also proposed a new tectono-stratigraphic reconstruction of the Sicilian Fold-and-Thrust Belt. Once again, analogue modeling provided strong constraints on the African margin paleogeography and mechano-stratigraphy, as well as the dynamics of the deformation and the tectonic-erosion-sedimentation interactions involved in the building of the Sicilian orogenic prism. Finally, I studied the transition zone between the Sicilian Belt and the Calabrian Prism, in its four dimensions, in order to specify the current kinematics of this potentially highly seismogenic region. Based on bathymetric and seismic data, the mechanisms of the deformation at the origin of the onshore and offshore fault networks are explained by the dynamics imposed by the lower plate and those resulting from the migration of the Calabrian Arc and the oceanic accretionary prism towards the Southeast.