ANALYSE MORPHO-STRUCTURALE ET

LINEAMENTAIRE DES IMAGES OMBREES DERIVEES DU

MODELE NUMERIQUE DE PROFONDEUR DE LA MER

PELAGIENNE

Jouda BEN ARFA*, Rim KATLANE

*, Fouad ZARGOUNI

*,

* Unité de recherche de géomatique et de géologie structurale et appliquée. Département de géologie, Faculté des

Sciences de Tunis, Université de Tunis El Manar, Campus Universitaire, 2092 Tunis, Tunisie ;

Résumé : L’objet principal de cette étude est d’établir un découpage tectonique de la

mer pélagienne en s’appuyant sur une analyse morpho-structurale et linéamentaire. Elle est

fondée sur l’intégration dans un Système d’Information Géographique (SIG), de données

interprétées à partir des cartes bathymétriques, de produits dérivés d’un Modèle Numérique

de Profondeur et des données lithologiques de faciès du fond marin. En effet, le domaine

d’étude se situe en avant pays de la chaine Alpine depuis l’extrémité orientale des

maghrebides jusqu’à la Sicile, plus précisément, au Nord de la plate forme saharienne et à

l’Est de l’Atlas Tunisien. La méthodologie adoptée comporte différentes étapes : numérisation

des sondes bathymétriques, création d’un modèle numérique de profondeur, exploitation des

images ombrées par technique de Hillshade, traitement et analyse spatial et statistique des

données.

L’analyse géo-spatiale multicritère réalisée dans un SIG a permis d’élaborer une carte

linéamentaire. L’analyse statistique de cette carte fait apparaitre quatre familles

directionnelles d’orientation NW-SE, NS, NE-SW et EW. Les linéaments les plus fréquents

sont ceux de direction NW-SE suivi par ceux de direction EW. L’ensemble des données

cartographiques a été intégré dans une base de données géoréférencée Pelagian-SIG, pilotée

par le logiciel ARCGIS. L’interprétation des résultats obtenus en terme d’éléments morpho-

tectonique et morpho-sédimentaire a été réalisé par confrontation des tectono-linéaments

détectés avec des travaux antérieurs sous forme de cartes structurales établies à partir des

données sismiques et de cartes thématiques. D’une part, il apparaît une similitude entre la

carte linéamentaire de synthèse réalisée et certains éléments des cartes structurales existantes.

D’autre part, la superposition de la carte linéamentaire avec la carte lithologique montre que

les limites de faciès du fond marin sont indépendantes des traces des linéaments détectés.

Mots clés : la Mer Pélagienne, Analyse morpho-structurale et linéamentaire, Modèle

numérique de Profondeur

Abstract: The present study aims to throwing light on tectonic cutting of Pelagian Sea

based from morphostructural and lineament analysis. This work is based on the integration

within a GIS of data interpreted from bathymetric map, images based on a digital depth model

(DDM) and lithologic data. The study area is located in the foreland of the Alpine chain from

the eastern end of Maghrebides to Sicily, specifically north of the Saharan platform and

eastern Tunisian Atlas. The processing steps include: digitalization of bathymetric pits,

generation a digital depth model, exploitation of imagery shade by Hillshade method, spatial

and statistical analysis’s image data. Multicriteria spatial analysis into a GIS allowed

lineament map. The statistical analysis of this lineaments show four directions North West-

South East, North South, North East-South West and East West. The important lineaments are

oriented North West-South East and East West.

The whole of the cartographic data was integrated in a geodatabase Pelagian-SIG,

controlled by software ARCGIS. The interpretation of the results got in term of elements

morpho-tectonics and morpho-sedimentary was realized by confrontation of the tectono-

features detected with previous works as structural maps established from sismic data and

thematic maps. On the one hand, similarity is shown between lineament ere map of the result

obtained and few elements of structural map considered. In addition, the superposition of

the tracing map with the lithological map shows that the limits of facies of the seabed are

independent of the traces of the detected features. there is little obvious correlation with

lithological boundaries and those facies

Key words: Pelagian Sea, Lineament and morphostructural analysis, Digital Depth

Model

1. INTRODUCTION

D’un point de vue structural, le domaine de la mer pélagienne se situe en avant pays de

la chaine Alpine depuis l’extrémité orientale des maghrebides jusqu’à la Sicile, plus

précisément, au Nord de la plate forme saharienne et à l’Est de l’atlas tunisien. De part sa

position entre la méditerranée occidentale et orientale, il s’agit d’une zone très concernée par

les travaux géologiques (Blampied, 1978 ; Bismuth et al, 1982 ; Haller, 1983 ; Ellouz, 1984 ;

Bédir, 1995 et Chihi, 1995). Elle correspond à une croûte continentale peu plissée affectée par

des grabens de directions NW-SE, orthogonaux à des plis de direction NE-SW, sont associés

à des décrochements majeurs proches de direction EW à leurs extrémités. Ces fossés disposés

généralement en relais selon un système d’ouverture de bassins en pull-apart, sont analogues

aux grabens de l’atlas tunisien (Chihi et al 1995). C’est un véritable domaine distensif, limité

à l’Ouest et au Sud, par l’accident majeur de Gafsa (Zargouni et Abbes, 1987), au nord par le

front de la chaine alpine et à l’Est par l’escarpement de Malte. Les données géophysiques

montrent que le domaine pélagien est disloqué selon une suite des horsts et de grabens dont

les plus importants sont les dépressions de Malte (-1721m), Pantelleria (-1317) et Linosa (-

1529m).

Dans ce contexte, nous avons essayé de voir l’apport des nouvelles technologies SIG

dans la compréhension des structures du bloc pélagien en s’appuyant sur une analyse morpho-

structurale et une étude linéamentaire en offshore (Fig.1). En effet, le terme linéament a été

introduit dans le langage géologique par Hobbs 1904 pour désigner « des lignes significatives

du paysage qui révèlent une architecture cachée du socle. Nombreuses études portant sur des

applications terrestres ont montré le rôle des SIG et des MNT dans l’extraction et la

cartographie des structures linéamentaires (Zargouni et al, 1981 ; Zargouni, 1985 ; Boutib,

1998 ; Rabia, 1998 ; Bouhafa, 2009 ; El Kondi et al, 2009 ; Ezzine, 2012 ; Chaabouni, 2012.

La finalité de cette étude est de proposer un découpage tectonique de la mer pélagienne

sous SIG par la méthode de traitement de MNP couplée par une étude linéamentaire. Pour

atteindre cet objectif, un MNP a été élaboré. Ce dernier a servi à réaliser des cartes

dérivées, par la technique de Hillshade, cartes d’ensoleillement. Ces dernières croisées à

d’autres couches d’informations telles que la lithologie et la tectonique, ont permis une

meilleure exploitation des linéaments détectés. L’ensemble des données cartographiques a été

intégré dans une base de données géoréférencée Pelagian-SIG, pilotée par le logiciel

ARCGIS. Deux types de données cartographiques sont intégrés au SIG :

- les données vecteurs sont classés selon leurs géométries en données ponctuelles,

linéaires et surfaciques issues de la digitalisation de la carte de SHOM au 1/334 650 et la carte

marine internationale de SHOM de Zouwarah et d’Azzaouiya extraite à partir de levés 1/40

000, cartes bathymétriques au 1/1 0000 000 (Morelli C., Gantar C et Pisani M., 1975) la carte

de faciès du fond marin (P. Clairefond, G. Cochet, 1978) et la carte des constituants

lithologiques (P.F.Burollet, G. Cochet, 1978).

- les données rasters concernent les cartes de base scannées et la carte issue de

l’interpolation des données bathymétriques aboutissant au modèle numérique de profondeur

(MNP).

Ces dernières ont été numérisées ; les premiers traitements ont donné lieu aux couches

d’informations suivantes : l’élaboration d’un MNP de la topographie du fond marin et les

cartes dérivées : cartes d’ombrage par technique de Hillshade.

De plus des analyses statistiques telles que l’établissement de rosaces de directions de

failles et les calculs en termes de fréquence et de longueurs cumulées ont été réalisées. La

confrontation des résultats obtenus avec les données bibliographiques sous forme de profils

sismiques et de cartes tectoniques a permis une meilleure exploitation et interprétation des

tectono-linéaments révélés. De même une recherche de la signification de ces linéaments a été

faite par la superposition des données des cartes de faciès et celle des constituants

lithologiques du fond marin.

2. METHODOLOGIE

Ce travail consiste à évaluer le potentiel des données MNP pour l’extraction de

linéaments géologiques à partir de données bathymétriques (Fig.2). Afin d’utiliser pleinement

les fonctions de SIG telle que la superposition, nous avons procédé, dans un premier temps,

au géoréférencement de toutes les couches de données spatiales en UTM zone 32 adopté

comme référentiel géographique. Dans un deuxième temps, nous avons numérisé toutes les

courbes de niveau, les points bathymétriques et les constituants lithologiques afin de les

intégrées dans notre base de données et ce dans le but d’orienter le choix des différentes

phases successives du travail : acquisition (modélisation logique des données ; couches

vectorielles ; Modèle Numérique de Profondeur), stockage et gestion, traitement et analyse.

A. Le Modèle Numérique de Profondeur

Le SIG mis en place permet de modéliser la morphologie du fond marin. Cette dernière

à été interpolé à partir des sondes bathymétriques issues de la numérisation des cartes

bathymétriques existantes. Une étude comparative des méthodes et techniques d’interpolation

spatiale conduit de choisir le krigeage comme outil d’interpolation pour l’élaboration du

Modèle Numérique de Profondeur.

Ce krigeage est basé sur des modèles statistiques comprenant l'autocorrélation, c'est-à-

dire les relations statistiques entre les points mesurés. Par conséquent, les techniques

géostatistiques ont non seulement la capacité de produire une surface de prévision, mais elles

peuvent aussi fournir des mesures quant à la certitude ou l'exactitude de ces prévisions. Cette

méthode est la plus précise ; elle présente les meilleurs résultats et permet la production d’un

Modèle Numérique de Terrain avec le minimum d’anomalie d’interpolation. Contrairement à

toutes les autres méthodes, elle nous permet aussi de calculer l’erreur d’estimation. C’est la

méthode optimale au sens statistique d’interpolation et d’extrapolation.

L’évaluation de la performance du modèle d’interpolation a été guidé à l’aide la barre

d’outils « Geostatistical Analyst » en vérifiant que le meilleur modèle est celui qui a une

moyenne normalisée la plus proche de zéro (Fig. 3).

B. Génération et analyse des images ombrées dérivées du MNP

A partir du MNP généré, des cartes dérivées par technique de HillShade ont été

rétablies. En effet, le HillShade est une technique qui permet la génération des images de la

topographie de surface ombrée. Il s’effectue par l’émission d’une source d’éclairage d’altitude

(inclinaison) et azimute (déclinaison) définie, c’est une technique puissante pour rehausser la

morphologie de terrain et les structures associées pour une meilleure interprétation. L’analyse

des différentes directions d’éclairement du MNP montre que chacune d’elles soulignent les

structures topographiques qui lui sont perpendiculaires. Ainsi des images de topographie

ombrée de 10° d’altitude et d’azimut successivement de 45°à 45° par rapport au Nord ont été

générées (Fig.4).

C. La cartographie des linéaments

L’extraction des linéaments à partir des images ombrées dérivées du MNP, selon les

différentes directions d’éclairage, est basée sur les étapes suivantes : la première correspond à

une observation visuelle du photo-interprète et d’un traçage de tout objet paraissant linéaire

ou plus au moins courbe, la deuxième est consacrée à l’analyse statistique des linéaments

révélés à l’aide de rosace directionnelle ; la troisième correspond à la confrontation des

résultats linéamentaires obtenus aux données existantes et leur interprétation.

La direction et la longueur de linéaments ont été établis automatiquement à l’aide d’un

algorithme "Polyligne_GetAzimut.cal" et "Shape_Return_Length" dans l’application

"Geowizard" dans l’environnement ArcGis. Les valeurs retenues sont stockés au niveau de la

table attributaire de la couche d’information nommée linéaments.

3. RESULTATS

Le SIG mis en place dans cette étude nous a permis d’intégrer les données multisources

dans une base de données géoréférencée (Fig.5), de modéliser la morphologie du fond marin

(Fig.6) et d’analyser les différents documents cartographiques afin d’établir une carte tectono-

linéamentaire.

La méthode d’ombrage du MNP et la création des cartes de relief est une approche

fondamentale dans l’analyse morpho-structurale. Suite à l’application des différents

traitements une carte linéamentaire de synthèse a été extraite (Fig.7A). Cette carte représente

l’ensemble des segments uniques résultant de la superposition de l’information contenue dans

les 8 images générées par la technique d’ombrage. Elle regroupe au total 135 linéaments avec

une direction qui varie entre 0 et 180°. L’interprétation les résultats linéamentaires repose sur

une analyse statistique. Cette analyse permet de dégager les directions dominantes par calcul

de rosaces directionnelles proportionnelles à longueur cumulative des linéaments par classes

de 10° d’orientation.

L’examen de la rosace des fréquences de linéaments (Fig.7B) fait apparaitre quatre

directions structurales principales sur le domaine d’étude : NW-SE ; NE-SW ; NS et EW. La

direction NW-SE est la plus dominante présentant 20% du nombre totale et une deuxième

conjuguée de direction EW (N 80-90) apparait avec 19%. Les familles directionnelles de

deuxième ordre sont de direction N120-130 et N 140-150 avec respectivement 15% et 12%.

La direction subméridienne (N0-10 et N 170-180) apparait avec 9 à 10 du nombre total. La

direction NE-SW (N30-40 ; N40-50 ; N50-60) présente 15% du nombre total.

4. DISCUSSION

Le bloc Pélagien correspond à une croûte continentale affectée de grabens de direction

NW-SE. Les fossés sont répartis dans le domaine occidental que méridional de la Mer

Pélagienne décrivant, du Sud vers le Nord, les principaux domaines structuraux suivants : le

golfe de Gabès – bassin tripolitain, le plateau continental et le golfe de Hammamet. Ces

domaines ont constitués l’objet de plusieurs travaux géologiques de surface et de subsurface

afin de dégager les principales structures (Blampied, 1978 ; Haller, 1983 ; Ellouz, 1984 ; Ben

Ayed, 1986 ; Chihi, 1995 ; Bédir, 1995 ; Boujamaoui, 2000).

Toutefois, notre analyse morpho-structurale réalisée sous SIG ne peut pas être séparée

de ces études antérieurs. C’est pour cela nous avons confronté nos résultats linéamentaires

avec des données bibliographiques afin d’identifier la nature de linéaments détectés dans le

bloc Pélagien. D’une part, la superposition de la carte linéamentaire avec la carte tectonique

éditée par l’Entreprise Tunisienne des Activités Pétrolières (Fig.8) montre que les directions

principales apparaissent : NW-SE, NS, NE-SW et EW. Selon les principaux domaines

structuraux, on remarque au NE du golfe de Hammamet que la direction principale des

linéaments est NE-SW parallèle aux failles du rift siculo-tunisien, et vers le centre les

linéaments détectés coïncident avec le fossé NS de Jriba-Enfidha. Au niveau du plateau

continental, les linéaments révélés montrent une direction dominante NW-SE et confirment la

continuité des structures détectés en on shore tel est le cas de la zone de Kuriat qui

correspond au prolongement de graben Mahdia de direction EW. Dans le golfe de Gabès, on

note la dominance de deux directions principales NE-SW et sub-EW qui correspondent au

découpage tectonique de la plaine de Jeffara ainsi que la chaine du Dhahar.

D’autre part, la carte de faciès du fond marin (Fig.9) montre au niveau du golfe de

gabès, la répartition de différents faciès de sables bioclastiques avec une bande littorale de

Pelouse Nodosa jusqu’à Herbier à Prolifera admet une direction NE-SW parallèle à la

direction de la plaine de Jeffara découpée par un système de faille NE-SW. Dans la partie

centrale du bloc pélagien, les faciès s’emboitent tout autour des îles de kerkenah convexes

selon un axe EW. Plus au Nord, encore les faciès de sables bioclastiques peu envasés, sables

bioclastiqes envasés et les sables vaseux montrent des contours de direction NE-SW parallèle

au rift siculo-tunisien. La superposition de ces données avec la carte linéamentaire montre que

les limites de faciès du fond marin sont relativement indépendantes des traces des linéaments

détectés.

5. CONCLUSION

Dans le cadre de cette étude, une modélisation sous un Système d’Information

Géographique de la morphologie du fond marin et une génération des images ombrées qui en

dérivent, a été utilisée comme outils de base pour une analyse morphostructurale de la Mer

Pélagienne.

L’extraction des linéaments à partir des images d’ombrage dérivées du Modèle

Numérique de Profondeur a été d’une première importance dans cette étude pour extraire une

carte linéamentaire de synthèse.

La base de données ainsi établie a permis de structurer les données géographiques et

thématiques sous un format numérique et dans un système géoréférencé présentant l’avantage

d’une organisation qui permette par la suite une gestion facile et rapide de ces informations

pour les besoins qui ont été définies.

Les résultats de ces premières recherches soulignent que les éléments linéaires de la

géomorphologie structurale commentés dans des travaux antérieurs peuvent être dégagés en

utilisant une base de données géoréférencée et multicouches. Mais nous constatons qu’un

manque d’information peut handicaper le traitement tel est le cas de la recherche de

corrélation entre les limites lithologiques du fond marin et celui de réseau de failles.

Cependant l’analyse morpho-sédimentaire sous SIG a montré qu’il y a peu de corrélations

évidentes avec les limites lithologiques et ceux de faciès du fond marin. Ce travail montre

clairement que les directions des linéaments détectés correspondent à des tectono-linéaments,

en revanche ces dernière ne coïncident pas avec les limites des faciès du fond.

Ce travail montre les potentialités et les limites des SIG et des MNP dans l’analyse

morphostructurale en offshore. La compréhension de la structure de la Mer Pélagienne et la

détection du prolongement des structures tectoniques terrestres dans le bloc pélagien demande

une cartographie plus détaillée de ces secteurs. Le traitement et l'intégration des données

orbitales peuvent constituer une perspective de recherche qui pourra améliorer et affiner la

carte élaborée.

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Figure 1. Localisation du secteur d’étude.

Figure 2. Diagramme de traitement des données.

Figure 3. Comparaison entre les méthodes d’interpolation A : L’inverse distance, B : Le

Krigeage.

Figure 4. Carte des différentes directions d’ombrage du MNP.

Figure 5. Aperçu de la base de données géoréférencées et multicouches.

Figure 6. Modèle Numérique de Profondeur (MNP).

Figure 7. A : Carte linéamentaire de synthèse B : Rosace directionnelle

A

B

Figure 8. Confrontation des linéaments détectés avec la carte structurale de la

Tunisie (F Mejri et al., 2006).

Figure 9. Confrontation des linéaments détectés et les limites des faciès du fond marin

(P Clairefond et G Cochet. 1978)