Cadre structural et cinématique de la terminaison Nord-Est du faisceau de failles des Cévennes (NCFS) et analyse paléosismologique des failles de Marsanne et de Grangette

Kinematics and paleoseismological characteristics of the northeast termination of the Cévennes faults system

• Auteur / Autrice : Camille Thomasset
• Direction : Jean-François Ritz, Kévin Manchuel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre
• Date : Soutenance le 26/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Carole Petit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Séranne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thibault Cavailhes, Magali Rizza
• DOI : 10.70675/981e5563z535cz4e2az817ezed47823d8b38

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cévennes (France ; massif)

Failles (géologie)

Quaternaire (ère géologique)

Géochronologie

Tectonique

Morphotectonique

Paléosismologie

Mots clés libres

Paléosismologie

Morphotectonique

Tectonique active

Géochronologie du Quaternaire

Géologie du quaternaire

Failles des Cévennes

Quaternary geochronology

Quaternary geology

Paleoseismology

Morphotectonics

Cévennes fault system

Active tectonics

Résumé

À la suite du séisme de Le Teil (Mw 4,9) survenu le 11 novembre 2019 sur la faille de La Rouvière, l’un des segments du Système de Faille Nord-Cévenol (NCFS), de nombreuses données ont été recueillies pour évaluer l’activité quaternaire de cette faille (Ritz et al., 2020 ; Ampuero et al., en préparation). Cependant, l’activité des autres segments du NCFS, notamment celle de la faille de Marsanne, considérée comme potentiellement active par Jomard et al. (2017), reste incertaine. Afin d’apporter des réponses à cette problématique, nous avons mené des études paléosismologiques dans les sols quaternaires de la vallée du Rhône. Toutefois, une meilleure connaissance de la structure globale du NCFS est nécessaire pour comprendre sa géométrie et identifier les sites potentiels pour des tranchées paléosismologiques sous les dépôts quaternaires. Grâce à l’analyse de profils sismiques profonds et de subsurface, nous avons étudié l’histoire tectonique du NCFS depuis la fin du Paléozoïque afin de retracer les différentes phases de déformation qui l’ont affecté. Nous avons démontré que les principales failles du NCFS correspondent à des failles normales listriques, actives principalement du Crétacé inférieur (135 Ma) à l’Oligocène (30 Ma), dans un contexte extensif et décrochant senestre. Ces segments principaux s’enracinent dans un niveau de décollement triasique qui interagit avec une faille de socle. De plus, notre étude montre que ce système de faille n’a pas été significativement affecté par le raccourcissement alpin au Miocène. Ce modèle, appliqué aux sédiments plio-quaternaires en surface, a permis de localiser trois sites de tranchées sur la faille de Marsanne. Grâce à l’utilisation conjointe de méthodes géophysiques, nous avons pu mieux contraindre la morphologie de la zone de faille et les caractéristiques des dépôts quaternaires. L’interprétation paléosismologique de ces tranchées a révélé une activité quaternaire de la faille de Marsanne, avec des indices tectoniques témoignant d’un jeu inverse entre 320 ka et 271 ka. Sur la base des déplacements en surface, sans tenir compte des processus de déformation de surface, nous avons estimé une magnitude Mw 5,8 pour cet événement. En revanche, les tranchées réalisées dans les sédiments holocènes du Rhône n’ont révélé aucun indice de réactivation de la faille durant l’Holocène à l’actuel. Un second indice de rupture de surface a été identifié sur un autre segment du NCFS, caractérisé par des fissures dans des alluvions situées dans la zone de faille. Cependant, en raison de datations incomplètes, il est difficile d’attribuer un âge précis à cette déformation et d’en déterminer l’origine. Ainsi, la compilation de ces données permet une mise à jour de la cartographie du système de faille actif des Cévennes, améliore notre compréhension de la dynamique tectonique du Bassin du Sud-Est, et apporte des éléments sur l’aléa de rupture de surface dans la vallée du Rhône. Ces résultats, en complément des travaux de la thèse de N. Cathelin, pourront être intégrés aux calculs de taux de sismicité, contribuant ainsi à une redéfinition de l’aléa sismique dans la moyenne vallée du Rhône.

Following the Mw 4.9 Le Teil earthquake on November 11, 2019, which occurred along the La Rouvière fault, a segment of the North Cévennes Fault System (NCFS), significant data were collected to assess its Quaternary activity (Ritz et al., 2020; Ampuero et al., in prep.). However, the activity of other segments of the NCFS, including the Marsanne Fault, identified as potentially active by Jomard et al. (2017), remains unclear. To address this issue, we conducted paleoseismological investigations in Quaternary soils of the Rhône Valley. A deeper understanding of the overall NCFS structure is needed to better define its geometry and identify suitable trenching sites beneath Quaternary deposits. Using deep and shallow seismic profiles, we examined the tectonic history of the NCFS since the late Paleozoic, aiming to decipher its multiple deformation phases. Our findings indicate that the major faults of the NCFS are listric normal faults, which were predominantly active from the Early Cretaceous (135 Ma) to the Oligocene (30 Ma) under extensional and sinistral strike-slip regimes. These primary fault segments are rooted in a Triassic detachment level and interact with basement faults. Importantly, we demonstrate that the NCFS system was not significantly influenced by Miocene Alpine shortening. This model, applied to near-surface Plio-Quaternary sediments, enabled the identification of three trenching sites along the Marsanne Fault. Combined with other geophysical methods, we were able to better constrain the fault zone's morphology and the characteristics of the Quaternary deposits. Paleoseismological interpretation of these trenches revealed Quaternary activity on the Marsanne Fault, with the main tectonic evidence suggesting reverse faulting between 320 ka and 271 ka. Based on the surface displacement, without considering surficial deformation processes, we estimated a magnitude Mw 5.8 for this event. However, trenching in Holocene Rhône sediments showed no signs of fault reactivation during the Holocene to present. Additionally, a second surface rupture indicator was identified on another NCFS segment, marked by fissures in alluvial deposits. However, due to incomplete dating, the precise age and origin of this deformation remain uncertain. The integration of these new data updates the active fault mapping of the Cévennes, enhances our understanding of the geodynamics of the Southeast Basin, and provides insights into the surface rupture hazard in the Rhône Valley. These findings, combined with the work of N. Cathelin's thesis, will be incorporated into seismicity rate calculations, contributing to the refinement of seismic hazard assessments in the middle Rhône Valley.