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Bilan sur les données tectoniques etsismotectoniques actuelles de la région

Provence-Alpes Côte d’Azur

Etude réalisée dans le cadre des opérations de Service public du BRGM 01-RIS-111

janvier 2002

BRGM/RP-51439-FR

Bilan sur les données tectoniques etsismotectoniques actuelles de la région

Provence-Alpes Côte d’Azur

C. Championavec la collaboration deM. Terrier, O. Bellier

janvier 2002

BRGM/RP-51439-FR

Bilan sur les données sismotectoniques actuelles de la région PACA

2 Rapport BRGM/RP-51439-FR

Mots clés : données, inventaire, sismotectonique, failles actives, région PACA.

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Champion C. avec la collaboration de Bellier O., Terrier M. (2002) : Bilan des donnéestectoniques et sismotectoniques actuelles de la région Provence-Alpes Côte d’Azur,Rapport BRGM/RP-51439-FR. 86 pp. 25 figures. 2 tableaux.

© BRGM, 2002, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.


Rapport BRGM/RP-51439-FR 3

Synthèsectuellement, les cartes sismotectoniques disponibles sur la région PACA nedépassent pas l’échelle du millionième. Par ailleurs, les synthèses correspondantes

datent maintenant de près de 10 ans ou correspondent à des secteurs limités de laProvence. Etant donnée l’importance de l’aléa sismique dans cette région et du fait denombreux résultats de la recherche scientifique obtenus durant cette dernière décennie,il nous a paru utile de constituer une carte sismotectonique régionale actualisée et à plusgrande échelle (1/250 000). A travers l’identification et la classification des faillespotentiellement actives, cette étude a également pour objectif de faciliter l’applicationde la loi n° 95-101 (règles PS 92 ) qui impose la prise en compte des failles activessituées au voisinage immédiat de sites pour lesquels est projeté l’aménagement, laconstruction de nouveaux bâtiments ou le renforcement de structures existantes.

Ainsi, ce travail s’inscrit dans la première phase d’une étude relative à « l’identification,la caractérisation et la classification des failles potentiellement actives de la RégionPACA », qui s’insère dans le Contrat Plan Etat Région (CPER-PACA). Il concernel’inventaire des données nécessaire à l’établissement du cadre sismotectonique régional.

Ce rapport est constitué de trois parties principales :

• la description des références des données publiques (publications, rapports d’étude,bases de données) utiles à la connaissance sismotectonique régionale, présentée sousforme de deux tableaux ;

• une première analyse de cette connaissance en fonction de la thématique considérée(sismicité, tectonique actuelle, néotectonique, structure de la couverture, structureprofonde …) ;

• une présentation synthétique des travaux de recherche en cours sur lasismotectonique provençale.

En 2002, dans le cadre de la phase 1 du projet global, cet inventaire doit être poursuivipar l’analyse du contexte géodynamique régional, et l’identification des travauxcomplémentaires à engager localement.

A





Sommaire

1. Introduction .............................................................................................................9

2. Inventaire des données sur la sismotectonique en région PACA......................112.1. Inventaire des principales publications ...................................................................112.2. Inventaire des bases de données ..............................................................................20

3. Etat des connaissances sur la sismotectonique de la région PACA :méthodes et données ......................................................................................................253.1. Localisation des domaines tectoniques de la région PACA....................................253.2. tectonique actuelle ...................................................................................................27

3.2.1. Sismicité instrumentale ...............................................................................27A) Acquisition des données.................................................................................27

a) Organismes ..................................................................................................27b) Types de réseaux .........................................................................................27c) Les réseaux de surveillance sismiques dans la région PACA .....................28

B) Exploitation des données en tectonique .........................................................323.2.2. Sismicité historique .....................................................................................353.2.3. Mesures de contraintes in-Situ ....................................................................353.2.4. Géodésie ......................................................................................................36

A) Principe...........................................................................................................36B) Campagnes de mesures géodésiques ..............................................................36

a) comparaisons de nivellement ......................................................................36b) Mesures GPS et/ou triangulation répétées...................................................38c) mesures GPS continues sur des sites permanents........................................39d) Mesures GPS semi-permanent ....................................................................41

3.3. Tectonique récente...................................................................................................423.3.1. Néotectonique et paléosismicité ..................................................................423.3.2. Cinématique des failles................................................................................44

A) Méthode..........................................................................................................44B) Cinématique Plio-quaternaire .........................................................................44C) Cinématique Miocène et antérieure................................................................45D) Paléomagnétisme............................................................................................45

3.3.3. Trajectoires de contraintes et champs de déformation ................................463.3.4. Coupes géologiques régionales ...................................................................48

3.4. Structure de la croûte...............................................................................................503.4.1. Forages ........................................................................................................503.4.2. Données sismiques et sismologiques...........................................................52

A) Sismique active ..............................................................................................53a) Méthodologie...............................................................................................53



b) Grands programmes de recherche : .............................................................53c) Profils de réflexion industriels.....................................................................54

B) Tomographie sismique « passive ».................................................................563.4.3. Gravimétrie et magnétisme..........................................................................573.4.4. Synthèse des données sur la croûte en région PACA..................................59

A) Données sur le Moho et sur les structures d’échelle crustale.........................59a) Alpes et Provence ........................................................................................60b) Golfe du Lion, Mer Ligure ..........................................................................61

B) Profondeur du socle ........................................................................................61

4. Programmes de recherche en cours.....................................................................63« l’ACI Séisme Provençal » ................................................................................63

a) Problématique..............................................................................................63b) Recherches programmées ............................................................................63

Le programme européen SAFE (Slow Active Fault in Europe)..........................64Le projet sismologique « Rustrel »......................................................................64Le Projet Durance de l’IPSN...............................................................................65Le programme MARGES....................................................................................65

5. Conclusions ............................................................................................................67



Liste des illustrations

Figure 1 - Schéma structural de la Provence et des Alpes du Sud (Baroux, 2000d’après Ritz, 1991). .................................................................................................26

Figure 2 – Carte des stations sismologiques des différents réseaux permanents enrégion PACA. ......................................................................................................... 29

Figure 3 - Carte de localisation du réseau de surveillance sismique,accélerométrique et géodésique installé par l’Institut de Sûreté et de ProtectionNucléaire le long de la Durance (Figure IPSN)...................................................... 31

Figure 4 – Carte de la sismicité instrumentale enregistrée par le réseau duCEA/LDG, et de la sismicité historique (base SISFrance du BRGM)................... 33

Figure 5 – Mécanismes au foyer calculés dans les Alpes du Sud avec les donnéesSismalp (Sue, 1998)................................................................................................ 34

Figure 6 – Mécanismes au foyer en Provence (Baroux et al., 2001).............................. 34Figure 7 – Carte isocine (vitesses de mouvements verticaux) obtenue par

l’interpolation des données de comparaison de profils de nivellement (Lenotre,1990)....................................................................................................................... 37

Figure 8 – Taux de déformation calculés par comparaison de mesures GPS en 1998avec des mesures de triangulation de 1948 dans les Alpes Maritimes (Calais etal., 2000b). .............................................................................................................. 39

Figure 9 – Carte du réseau de GPS permanents dans le SE de la France....................... 40Figure 10 – a. Vitesses résiduelles des sites GPS permanents REGAL par rapport à

l’Eurasie stable à partir des sites ITRF 97 (Nocquet et al., 2000). b. Carte destenseurs des taux de déformation. .......................................................................... 41

Figure 11 – Carte des indices néotectoniques répertoriés dans la base NeoPAL enrégion PACA. ......................................................................................................... 43

Figure 12 – Cinématique Plio-Quaternaire (depuis ~4 Ma) en Provence et au frontde la nappe de Digne (Baroux, 2000). .................................................................... 45

Figure 13 - Distributions des orientations des contraintes dans les différentes zonesde la Provence à partir des mécanismes au foyer (Baroux et al., 2001) ................ 46

Figure 14 – Le champ de contrainte actuel dans les Alpes occidentales et le Bassinnord-liguro-provençal (Ritz et al., 1990)................................................................ 47

Figure 15 - Modèle cinématique de la Provence dans le cadre de l'arc alpinoccidental (Champion, 1999 modifié d’après Calais et al., 1999 pour ladéformation actuelle dans les Alpes)...................................................................... 48

Figure 16 – Coupe de la couverture de la Provence occidentale et duraccourcissement Mio-pliocène (Champion et al., 2000)....................................... 49

Figure 17 – Coupe géologique à travers la branche occidentale de l’arc deCastellane (Ritz, 1991). .......................................................................................... 49

Figure 18 – Coupe interprétative des Alpes sud-occidentales. Contraintesgéophysiques et géologiques, avec la localisation des séismes (in Tardy et al.,1999, d’après Paul et al., 1999 et Schwartz et al., 1999)....................................... 50

Figure 19 – Carte des forages en région PACA enregistrés dans la Banque deDonnées du Sous-Sol.............................................................................................. 52

Figure 20 – Plan de positionnement des profils sismique réflexion industrielsréalisés sur la région. .............................................................................................. 55



Figure 21 – Plan de positionnement des profils de sismique réflexion retraités dansle cadre du projet Durance. Image IPSN. ............................................................... 56

Figure 22 – Résultats de la tomographie locale dans les Alpes Sud-occidentales(Paul et al., 1999).................................................................................................... 57

Figure 23 – Carte gravimétrique des Alpes occidentales et des régions avoisinantes(Masson et al., 1999). ............................................................................................. 58

Figure 24 – Extrait de la carte de la profondeur du Moho sismique de la France(d’après Truffert et al., 1999). ................................................................................ 59

Figure 25 – Carte de la profondeur du Moho contouré en intervalles de 2 km,établie à partir d’une interpolation lissée des données de Source SismiqueContrôlées (CSS) migrées en 3D (Waldhauser et al., 1998). ................................. 60

Liste des tableauxTableau 1 - Inventaire des principales publications nécessaires à la réalisation de

cadre sismotectonique de la région PACA ...................................................12Tableau 2 - Inventaire des bases de données nécessaires à la réalisation de cadre

sismotectonique de la région PACA.............................................................20



1. IntroductionCe travail s’inscrit dans une étude globale fixée sur trois ans et relative à« l’identification, la caractérisation et la classification des failles potentiellement activesde la région PACA ». L’étude est réalisée dans le cadre du CPER-PACA, volet risquesnaturels. Ce présent rapport correspond au premier volet de la phase 1 du projet globalqui concerne le bilan des connaissances actuelles. Au cours de l’année 2002, cettepremière phase sera complétée par l’analyse du contexte géodynamique régional, etl’identification des travaux complémentaires à engager localement en 2003 et 2004.

La région Provence-Alpes Côte d’Azur est en effet une des régions où le risquesismique est le plus élevé de la métropole française, ce qui justifie la constitution d’unecarte sismotectonique régionale actualisée. Ainsi, depuis le XVème siècle, plusieursséismes d’intensité égale ou supérieure à VII y ont été ressentis (à Lambesc en 1909,région de Manosque en 1509 et 1708, région de Castellane en 1855, au large de la côteniçoise en 1887, dans l’arrière-pays niçois en 1644 …). Par ailleurs, de nombreuxtravaux de recherche ont localement décrits la présence de failles sismogènessusceptibles d’affecter la région PACA par un séisme violent et capables d’engendrerdes ruptures de la surface du sol (système de failles chevauchantes de l’arc de Digne, deCastellane, de Nice, système faillé du Mercantour, faille de la Moyenne Durance, faillede Salon-Cavaillon, faille de la Trévaresse …).

Dans le cadre de ce travail, nous présentons un inventaire le plus complet possible desréférences nécessaires à l’établissement du cadre sismotectonique de la Région PACA.

Ce rapport est structuré en trois parties :

- la première (chap. 2) concerne l’inventaire des données de la base (publications,bases de données, références d’études) identifiées et rassemblées pour permettre laréalisation à l’échelle du 1/250000 de la carte sismotectonique de la région. Lesinformations sont présentées sous la forme de tables descriptives,

- la seconde partie (chap. 3) correspond à une première analyse de la connaissancerégionale actuelle en fonction de la thématique considérée (sismicité, tectoniqueactuelle, néotectonique, structure de la couverture, structure profonde …),

- enfin, la dernière partie (chap. 4) présente les projets de recherche actuels menés surla sismotectonique de la région PACA.





2. Inventaire des données sur la sismotectoniqueen région PACA

Les données sismotectoniques disponibles publiquement sont diffusées soit sous formede bases de données, numériques ou papier, soit des données publiées dans des articlesde revues scientifiques ou dans des rapports publics ou internes des organismes qui ontacquis ces données. Nous avons donc choisi de distinguer ces deux types de données,qui sont répertoriées dans deux tableaux différents, présentés dans cette partie.

2.1. INVENTAIRE DES PRINCIPALES PUBLICATIONS

Le Tabl. 1 répertorie les publications présentant soit les données acquises par lesauteurs, soit synthétisant et représentant et/ou interprétant des données de la littératureou de bases de données existantes.Ce tableau est divisé en trois sous-thèmes : Tectonique actuelle, tectonique récente etstructure de la croûte, qui correspondent aux paragraphes 3.2. 3.3, et 2.4 respectivementde ce rapport. Chacun de ces grands thèmes est séparé en plusieurs sous-thèmes, quicorrespondent à la colonne de gauche du tableau. Chaque publication est ensuiterépertoriée sur une ligne du Tabl. 1. Il est à noter que certaines références, quicontiennent des données se référant à différents sous-thèmes peuvent être répertoriéesplusieurs fois dans le tableau. Les références bibliographiques répertoriées dans le Tabl.1 et celles citées dans le texte du rapport sont référencées par sous-thème à la fin durapport.Les colonnes du tableau sont, de gauche à droite :

- Référence : référence simplifiée de la publication (pour les références complètes, sereporter en fin du rapport) ;

- Nature du document : article, thèse, rapport, site WEB … ;- Type de donnée : détail de la donnée à l’intérieur du sous-thème ;- S/A : si les données sont acquises (A) par le(s) auteur(s) de la publication, ou s’il

s’agit d’une synthèse bibliographique ou une reprise de données publiques (S). Lenombre devant S et A précise parfois le nombre de données présentées ;

- Localisation de l’étude : localisation géographique des données présentées ;- Age : âge approximatif des déformations tectoniques investiguées (quand c’est

pertinent) ;- Représentation / support des données : cartes, tableaux, descriptions, précisions

sur la localisation géographique … ;- Acquisition des données : campagnes d’acquisition, données provenant de réseaux

de surveillance ou de bases de données, ou données bibliographiques.



Tableau 1 - Inventaire des principales publications nécessaires à la réalisation decadre sismotectonique de la région PACA

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2.2. INVENTAIRE DES BASES DE DONNEES

Le Tabl. 2 répertorie les bases de données, dont la plupart sont numériques, existant enFrance et contenant des données sur la région. La structure de ce tableau est similaire àcelle du Tabl. 1, mais adaptée à l’enregistrement des bases de données numériques.La colonne de gauche représente les thèmes des données. On a ensuite, de gauche àdroite :

- Nom de la base : nom de la base de donnée quand elle en a un, sinon, nom duréseau de surveillance ou de l’organisme qui édite la base ;

- Format des données : métadonnées (information sur les données disponibles),tableaux numériques, cartes raster, données papier … ;

- Origine de la donnée : organisme ;- Responsable/contact : nom (et parfois e-mail) de la personne à contacter pour

obtenir les données ;- Site WEB : adresse du site WEB de l’organisme qui fournit les données ;- Date de mise à jour : mise à jour de la base de données, des informations la

concernant ou du fichier téléchargé en local ;- Echelle/précision : pour les cartes ;- Disponibilité de l’information : données en libre service, téléchargeables sur le

WEB ou soumises à conditions, ou non disponibles ;- Contenu : décrit le types de données qu’il y a dans la base ;- Extension géographique : localisation géographique des données de la base ou du

fichier extrait de la base de donnée ;- Nom du fichier : pour les fichiers téléchargés localement dans la base de donnée du

BRGM SGR/PACA.

Tableau 2 - Inventaire des bases de données nécessaires à la réalisation de cadresismotectonique de la région PACA



Tabl

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3. Etat des connaissances sur lasismotectonique de la région PACA :

méthodes et données3.1. LOCALISATION DES DOMAINES TECTONIQUES DE LA REGION

PACA

La région PACA contient trois unités structurales, auxquelles correspondent descaractéristiques sismo-tectoniques différentes. Les principales structures de la régionsont localisées sur la Figure 1.

Il y a trois principaux domaines tectoniques, qui sont représentés sur la Figure 1 :

- Le domaine alpin, qui comprend :

- des unités internes, représentées par les nappes du Piémontais, du Briançonnaiset du sub-briançonnais notamment (domaine en gris foncé sur la Figure 1).

- Un domaine externe constitué par :- les massifs cristallins externes du Pelvoux et du Mercantour ;- la couverture sédimentaire plissée des chaînes subalpines méridionales,

représentées par l’arc de Digne-Castellane et l’arc de Nice ;

- Le domaine provençal, constitué d’un socle hercynien (massif des Maures et del’Esterel) et d’une couverture secondaire et tertiaire affectée par la tectogénèsepyrénéenne éocène, par l’extension oligocène liée au rift Ouest-européen et par latectonique alpine depuis le Miocène ;

- Le domaine de la mer Ligure et du golfe du Lion, qui se prolonge à terre dans leLanguedoc et la partie la plus occidentale de la Provence, caractérisé par unestructure de marge passive d’un bassin océanique ouvert de la fin de l’Oligocène auMiocène.



Figure 1 - Schéma structural de la Provence et des Alpes du Sud (Baroux, 2000d’après Ritz, 1991).

Les zones gris-clair représentent les terrains moi-plio-quaternaires, la zone engris foncé représente les nappes des unités internes des Alpes, et les croix lesmassifs cristallins.

Ces trois domaines ont une couverture de données sismo-tectonique hétérogène, sachantpar exemple que les données de forage et de sismique pétrolière, sont concentrés dans leLanguedoc-Golfe du Lion et la Provence occidentale, alors que les données desismologie sont bien plus dense dans les Alpes, et notamment dans les Alpes internes.



3.2. TECTONIQUE ACTUELLE

La Sismo-tectonique correspond à l’analyse de la répartition de la sismicité(instrumentale et historique) et des caractéristiques des séismes, notamment desmécanismes au foyer, pour obtenir des informations sur la localisation des failles et lesmouvements sur celles-ci.

3.2.1. Sismicité instrumentale

A) Acquisition des données

a) Organismes

Le Bureau Central Sismologique Français (BCSF) est un bureau placé auprès del'Université Louis Pasteur (Strasbourg-1) qui centralise, analyse et diffuse l'ensembledes informations sur les séismes affectant le territoire national. Outres les donnéesmacrosismiques issues des enquêtes sur le terrain (cf. sismicité historique), les donnéesinstrumentales collectées par le BCSF proviennent des stations sismologiques associéesau RéNaSS (Réseau National de Surveillance Sismique, CNRS-INSU et Universités) etdu réseau sismologique du LDG (Laboratoire de Détection Géophysique associé auCEA : Commissariat à l'Energie Atomique) qui a son propre réseau national.L'information rapide sur les séismes est assurée via la logistique INSU/EOST duReNaSS, (serveur Web et base de données de sismogrammes).Dans la région PACA, les laboratoires gérant les réseaux régionaux du RéNaSS ainsique d’autres réseaux locaux, sont le Laboratoire de Géophysique Interne et deTectonophysique (LGIT) à Grenoble, auquel est associé un observatoire, et lelaboratoire Géosciences Azur à Nice. L’Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire(IPSN) a quant à lui installé un réseau local très dense autour de la faille de la moyenneDurance, appelé « réseau Durance ».

b) Types de réseaux

Pour étudier de façon aussi quantitative que possible la sismicité d'une régionparticulière et pour classer les séismes entre eux, on a cherché à définir une quantité,appelée magnitude, liée à l'énergie développée au foyer du séisme.L'échelle de magnitude (ou échelle de Richter), permet de comparer entre elles lesénergies libérées dans les différents séismes. La magnitude est calculée à partir de lamesure de l'amplitude du mouvement du sol déterminée d'après l'enregistrement obtenusur un sismographe standard à une distance donnée de l'épicentre. Les données de lasismicité instrumentale sont enregistrées par des sismographes ou sismomètres dedifférents types selon l’information recherchée. Il y a trois principaux types desismomètres qui sont utilisés dans la région :

- Sismomètres courte période (LDG, RéNASS): ils assurent la surveillance en tempsréel de l’activité sismique du territoire, et la meilleure localisation possible desépicentres. Ils permettent en effet de suivre l'activité microsismique de la régionavec une grande sensibilité et une bonne précision. Les données sont télétransmises



au laboratoire local et au centre national à l'Institut de Physique du Globe deStrasbourg pour une interprétation en temps quasi réel. Ils fournissent au BCSFdans un délai inférieur à une heure, les principaux paramètres des séismesimportants survenant en France ou dans les régions frontalières.

- Sismomètres large bande (TGRS, ROSALP): ces stations permettent d'enregistreren continu le mouvement du sol avec une grande sensibilité, une large bandefréquentielle et une grande dynamique. Les signaux des séismes proches permettentl'étude des mécanismes de rupture et de la réponse des sols à une excitation forte;quant aux signaux des séismes lointains, ils sont utilisés pour une meilleureconnaissance des structures profondes de la Terre sous la région.

- Accéléromètres (RAP) : ils permettent de comprendre les phénomènes relatifs auxmouvements du sol lors des séismes importants (de magnitude supérieure à 3). Ils nedoivent jamais saturer, contrairement aux sismomètres classiques. Ces donnéescontraignent les modélisations numériques de propagation et d’atténuation desondes et permettent la cartographie fine des effets de site et du risque sismique. C'estun élément fondamental des études dans le domaine de la prévention sismique et del'aménagement du territoire.

- Il faut rajouter à ces sismomètres terrestres les Sismomètres de fond de mer (OBS :« Ocean Bottom Seismometer »). Ces enregistreurs, sensibles aux mouvements dusol, sont similaires aux sismographes terrestres. Ils ont la particularité d'êtreenfermés dans un conteneur étanche (une sphère en verre hautement résistant) ce quipermet de les déployer par très grande profondeur, jusqu'à 8000 mètres, sur lesfonds océaniques. Les OBS sont utilisés soit en réseau temporaire pour des étudessismologiques locales, afin de localiser précisément les épicentres des séismes quiont lieu en mer, soit pour des travaux de sismique grand-angle conjointement avecla sismique multitrace. Ils sont parfois complétés ou remplacés par de simpleshydrophones mesurant les variations de pression dans l’eau, appelés « OceanBottom Hydrophones » ou OBH.

c) Les réseaux de surveillance sismiques dans la région PACA

Les sismomètres des différents réseaux présents en région PACA sont représentés sur laFigure 2.



Figure 2 – Carte des stations sismologiques des différents réseaux permanents enrégion PACA.

Réseaux RéNASS, CEA/LDG, Sismalp, IPSN/Durance. Les stations du « sismo desécoles », et les OBS en mer ne sont pas représentées sur cette figure.

les réseaux de sismomètres permanents à l’échelle nationale

Deux principaux réseaux existent à l’échelle de la France :

- Le réseau du LDG (CEA), qui comporte 44 stations courtes périodes en France dont5 en région PACA, installées progressivement entre 1963 et aujourd’hui. Lasismicité enregistrée par le réseau du LDG est représentée sur la Figure 4;

- Le réseau ReNaSS (Réseau National de Surveillance Sismique) est une fédération deréseaux régionaux de surveillance sismologique installés entre 1976 et 1993, financéet géré par l'INSU/CNRS et le département des Alpes Maritimes. La philosophie dece réseau est de concentrer les stations autour des zones actives du territoire demanière à avoir accès aux séismes de faible magnitude et à valoriser lesobservations par une recherche associée. Au contraire, le réseau du LDG a unecouverture plus ou moins homogène sur le territoire. Le laboratoire GéosciencesAzur a la charge de la maintenance de 2 sous-réseaux de stations courte période,« Provence » et « Arrière pays Niçois » et d’un réseau de stations large-bande, leTGRS (Très Grande Résolution Sismique). Le laboratoire LGIT à Grenoble gère unsous-réseau de stations courtes périodes « Alpes » à cheval sur la région PACA et leréseau ROSALP/RéNASS de stations large bande.



les réseaux de sismomètres permanents à l’échelle régionale

- Le réseau SISMALP est un réseau très dense de sismomètres courte période dansles Alpes, financé par le CNRS/INSU, le Ministère de l’Environnement, le Conseilgénéral de l’Isère et le Conseil Régional de Rhône-Alpes, géré par le laboratoire duLGIT à Grenoble et membre du RéNASS. Les buts de ce réseau sont de surveillerla sismicité régionale, de mieux estimer l’aléa sismique, de mieux connaître lastructure profonde de la lithosphère alpine et de constituer une banque de donnéeshomogène pour permettre des recherches fondamentales sur la source sismique.

- Les Réseaux ASTER (06 et 13) : « SISMO des écoles », géré par Géosciences Azurpour le réseau des Alpes Maritimes, et par le CEREGE pour le réseau des Bouchesdu Rhône : des élèves de collège et de lycée enregistrent, dans leur établissement,l'activité sismique régionale voire mondiale. Ces données sont mises à la dispositionde la communauté.

- RAP (Réseau Accélérométrique Permanent) est une opération de la Délégation auxrisques Majeurs financé principalement par le Ministère de l'environnement, leCNRS/INSU et des Universités, géré par le LGIT à Grenoble pour les stations dansles Alpes du Sud et par Géosciences Azur et le CETE pour les stations dans lesAlpes Maritimes. Le Service d’Aménagement et des Risques Naturels du BRGM deMarseille, gère également 3 stations accélérométriques en Provence (vallée duRhône et Baronnies).

- OBS observatoire, Villefranche sur Mer : stations d’observation en Mer, équipéesdepuis 1994, avec 5 stations depuis 1998.

les réseaux de sismomètres permanents à l’échelle d’une structure sismique

- Réseau Durance de l’IPSN : 17 stations courte période installées autour de la faillede la Moyenne Durance entre 1992 et 1996, dont la majorité sont doubléesd’accéléromètres afin d’éviter des problèmes de saturation en cas de séismeimportant (Figure 3). Le but de ce réseau est d’avoir une couverture complète de lazone de la Moyenne Durance, de localiser précisément la micro-sismicité,notamment la profondeur des hypocentres, et d’améliorer le calcul de mécanismesau foyer (Volant et al., 2000).



Figure 3 - Carte de localisation du réseau de surveillance sismique, accélerométriqueet géodésique installé par l’Institut de Sûreté et de Protection Nucléaire le long de laDurance (Figure IPSN).

les réseaux temporaires, installés lors de campagnes sismiques

Ces réseaux sont utilisés pour des opérations spécifiques, ponctuelles et limitées dans letemps, pour connaître la sismicité d’une région où l’on veut implanter un barrage ou unecentrale nucléaire, ou bien après un séisme majeur, pour enregistrer l’essaim de petitsséismes répliques, utiles pour mieux déterminer l’origine du séisme principal.

- Campagne GéoFrance3D-Alpes (LGIT): il s’agit d’une campagne d’acquisitionmicrosismique qui a permis de répartir 73 stations dans le Sud des Alpesoccidentales avec une densité d’environ 10 km pendant quelques mois fin 1996.Cette campagne a été dirigée par J. Fréchet du LGIT en collaboration avecGéosciences Azur et l’IGG (Fréchet et al., 1998), et a permis une localisation et lecalcul de mécanismes au foyer très fiables pour des séismes de faibles magnitudes(solutions focales pour des séismes jusqu’à la magnitude 1) (Sue, 1998).

- Campagnes OBS en Mer Ligure (Géosciences Azur):- SISBALIG 1 ( 11 stations temporaires en domaine Ligure juin-juillet 1990 : 7

stations terrestres et 4 stations sismologiques sous-marines (OBS) (Deverchèreet al., 1991).

- SISBALIG 2 : 9-12 stations OBS et OBH en septembre-novembre 1992.

Ces campagnes ont permis d’améliorer l’estimation des profondeurs focales et lessolutions focales des séismes locaux, mais également le rôle de la limite continent-océan dans la propagation de certaines ondes (Shapiro et al., 1996).



- Le projet SALAM (Geosciences Azur, CETE Nice) a consisté en une campagne demesure de la microsismicité de l’arrière-pays niçois entre Octobre 2000 et Mars2001 avec un réseau dense de 20 stations sismologiques. Les données sont en coursde traitement. Dans le cadre du pôle méditerranéen de recherche sur les risquesnaturels (MEDRINA), l’objectif principal de ce projet est d’évaluer le potentielsismogène de la région niçoise en effectuant un inventaire des failles les plus activesvisibles ou cachées des Alpes Maritimes, notamment celles de Peille-Laghet etMonaco-Sospel situées à proximité du séisme de Peille du 01/11/1999, et dedévelopper une base de données permettant d’établir une loi d’atténuation régionaledes séismes modérés.

Autres réseaux

Pour information, l’Unité d'Exploitation Provence des Houillères de Bassin du Centre etdu Midi (UEP-HBCM) a installé un réseau de sismomètres pour surveiller les « coupsde toit », phénomènes d’affaissement des galeries sous le bassin de Gardanne.

B) Exploitation des données en tectonique

• Les réseaux de sismomètres permettent d’enregistrer les mouvements du solrésultant des arrivées des différents trajet et types d’ondes qui sont créées par lesséismes. Dans un premier temps, les temps d’arrivée de ces ondes mesurés enplusieurs points du réseau permettent de localiser (en profondeur et dans le plancartographique) la source des séismes. Plus le réseau de sismomètres est dense etcouvre une portion de l’espace importante autour d’un séisme, meilleure est lalocalisation. Des catalogues recensant la localisation des séismes enregistrés enFrance et des cartes de sismicité sont disponibles notamment sur le site du RéNaSSou du BCSF (cf. tabl. 2, Figure 4). Selon la qualité des enregistrements, lalocalisation des foyers sismiques peut constituer un support fondamental pour lalocalisation des failles actives.



Figure 4 – Carte de la sismicité instrumentale enregistrée par le réseau du CEA/LDG,et de la sismicité historique (base SISFrance du BRGM).

• Dans un deuxième temps, un traitement plus poussé, nécessitant une très bonnecouverture du réseau, permet de caractériser la source du séisme, notamment decalculer une solution focale appelée également mécanisme au foyer : la distributiondes polarité des premiers mouvements enregistrés par les sismomètres qui entourentl’épicentre, est utilisé pour obtenir le sens et le type de déplacement qui se produitsur le plan de faille. On représente les mécanismes au foyer sous forme destéréogrammes sur lesquels sont projetés deux plans délimitant quatre quadrants del’espace dont deux sont en compression (quadrants blancs) et deux en extension(quadrants noirs). Un de ces deux plans est le plan de faille responsable du séisme.Les axes de compression et d’extension maximales sont au centre des quadrants.Ces mécanismes au foyer ne sont pas catalogués dans une base de données, maissont en général publiés dans des articles de revues scientifiques. Quelques articlesrécents synthétisent tous les mécanismes reportés dans la littérature et relatifs à larégion (cf. Tabl. 1 ; Baroux et al., 2001, Figure 6 ; Sue et al., 1999, Figure 5notamment).



Figure 5 – Mécanismes au foyercalculés dans les Alpes du Sud avecles données Sismalp (Sue, 1998).

Figure 6 – Mécanismes au foyeren Provence (Baroux et al., 2001).

Ceux collectés de la littératuresont en noir et les nouveauxmécanismes calculés par Barouxet al. (2001) en gris.

• Une autre application de l’enregistrement de la sismicité instrumentale, est lacaractérisation du milieu traversé par les ondes sismiques, qui donne desinformations sur la structure verticale et les hétérogénéités latérales de la couverturesédimentaire, de la croûte et de la lithosphère. Ce point sera abordé plus loin, au §3.4.2.

La sismicité instrumentale en région PACA (Calais et al., 1999 ; Sue et al., 1999 ;Baroux et al., 2001)

La sismicité est concentrée dans les parties internes des Alpes, localisée le long desarcs Briançonnais et Piémontais. La sismicité de l’arc Briançonnais est caractériséepar des solutions focales en extension jusqu’à une profondeur de 10 km. Les faillesactives majeures semblent être à pendage Est et se connecter au front Pennique en



profondeur. La sismicité de l’arc Piémontais a des caractéristiques similaires, avec desmécanismes au foyer principalement en extension et des profondeurs entre 5-20 km.Dans les zones externes et l’avant-pays, en revanche, la sismicité est plus dispersée, etles mécanismes au foyer indiquent un régime compressif dominant. Toutefois, la bassevallée du Rhône et la partie interne de la nappe de Digne sont caractérisées par desmécanismes au foyer en faille normale.

3.2.2. Sismicité historique

Les données macrosismiques récoltées par le BCSF sont issues des enquêtes sur leterrain, réalisées avec l'aide des Services Interministériels Départementaux deDéfense et de Protection Civile, pour tout événement sismique de magnitudesupérieure à 3.5. Ces enquêtes consistent à collecter des témoignages à l’aide deformulaires d’enquête sur les effets des séismes ressentis par les personnes et affectantles bâtiments ou ouvrages. Ces informations sur les dégâts sont interprétées en terme dedegré d’intensité sur l’échelle d’intensité macrosismique (de I à XII) pour chaquecommune. Il existe des lois empiriques entre l’intensité macrosismique et la magnitudeenregistrée des séismes. Des cartes d’intensité macrosismiques (ou cartes isoséistes)sont établies à l’aide des intensités estimées dans plusieurs communes, et permettent delocaliser grossièrement l'épicentre du séisme. Seules les enquêtes postérieures à 1993sont actuellement disponibles en ligne sur le site du BCSF. Le BCSF possède dans sesarchives l'ensemble des enquêtes effectuées en France depuis 1920.Les données macrosismisques collectées par le BCSF sont ensuite transmises auBRGM pour la base de données de sismicité historique SISFrance (cf. Tabl. 2). Cettebase contient également des informations sur des séismes antérieurs à 1920 récoltées àl’aide de l’étude critique et systématique des archives historiques permettant ainsid’accéder à un catalogue de près de 6000 séismes ressentis en France sur une période de1000 ans environ, plus étendue dans le temps que la sismicité instrumentale. Lesséismes historiques ressentis en région PACA et répertoriés dans la base SISFrance sontreprésentés sur la Figure 4.

3.2.3. Mesures de contraintes in-Situ

Le principe est de mesurer l’état de contraintes auxquelles sont soumises les roches dela croûte par des mesures directes. Il existe quatre principales méthodes de mesures decontraintes in-situ : la fracturation hydraulique provoquée, l’observation de l’ovalisationou déformation « naturelle » des trous de forage, le sur-carottage et la méthode au vérinplat. Les trois premières méthodes permettent d’obtenir des données à une certaineprofondeur (jusqu’à des profondeurs de l’ordre du km) (méthodologie dans Grellet etal., 1993).Très peu de mesures ont été faites, ou tout du moins publiées dans la région. Lasynthèse de Grellet et al. (1993) ne présente que deux sites dans la région (mesuresEDF), auquel il faut rajouter les mesures plus récentes de Gaviglio et al., 1996 dans lesmines des Houillères de Gardanne.



3.2.4. Géodésie

A) Principe

L’objet de la géodésie est la mesure directe des déplacements et des taux dedéformation. Le principe de base est de mesurer la position relative de plusieurs pointsde références à différentes dates afin de détecter d’éventuels mouvements de ces pointsles uns par rapport aux autres. Les mesures géodésiques se faisaient dans le passé parcomparaison de triangulation pour la mesure de mouvements dans le plancartographique, et par comparaison de nivellements le long de profils de cheminementpour la mesure de déplacements verticaux. Depuis quelques années, le développementdu GPS (Global Positioning System), permettant un positionnement de plus en plusprécis offre de nouvelles perspectives pour l’utilisation de la géodésie en sismo-tectonique. Le GPS est un système de positionnement par satellites permettant dedéterminer sa position à tout moment et en tout lieu et ainsi de mesurer directement lesmouvements du sol liés à des séismes (pour des très forts séismes) ou au déplacementlent des blocs tectoniques entre eux. La géodésie est donc une approche complémentaireà la sismologie, puisqu’elle permet d’appréhender la totalité du cycle sismique etd’intégrer les déplacements sur des blocs tectoniques.

Dans les Alpes occidentales et leur avant-pays, les taux de déformation et les vitesses dedéplacement sur les failles actives majeures sont faibles, probablement inférieurs à 3mm/an au travers de la chaîne (Calais et al., 1999). Leur mesure par GPS doit, de ce fait,reposer sur des stratégies adaptées pour fournir des résultats en un temps raisonnable etpour permettre de quantifier rigoureusement les erreurs associées aux opérations misesen œuvre. Diverses possibilités sont offertes par la technique du GPS : soit mesurer defaçon répétée (toutes les quelques années, ou décennies par exemple) lescaractéristiques d’un réseau de points géodésiques (§ b), soit mesurer en continuquelques points géodésiques instrumentés en permanence (§ c).

B) Campagnes de mesures géodésiques

a) comparaisons de nivellement

Un profil de nivellement est constitué par la mesure de l’altitude relative de repèrespositionnés le long du profil. La comparaison porte non pas directement sur les altitudesdes repères mais sur les différences d’altitude de deux repères consécutifs.L’interprétation des profils conduit à distinguer trois types de résultats :

- des grands mouvements d’ensemble (soulèvement ou affaissement de panneaux),- des points d’inflexion (mouvements le long de structures tectoniques),- des anomalies ponctuelles (mouvements bien localisés).

Ces résultats conduisent à l’élaboration de cartes isocines (cartes de vitesse demouvements verticaux) (Figure 7), et de cartes interprétées des déformations actuellesfaisant ressortir des compartiments à mouvement homogène séparés par desdiscontinuité de vitesse pouvant correspondre à des failles actives.



Les profils de nivellement en PACA ont principalement été acquis lors de deuxcampagnes de mesures en 1884-1900 (NGF) et 1964-1985 (IGN). Les comparaisons deprofils ont été effectuées par le BRGM. Une synthèse des études de comparaisons de 33profils de nivellement dans les Alpes et en Provence a été faite par Lenotre, 1990 oùl’on trouvera plus de détails sur la méthode et l’acquisition des données, utilisantnotamment des études plus locales en Provence, autour de la faille de la MoyenneDurance (Terrier et Lenotre, 1989 ;Terrier, 1991) (cf. Tabl. 1 pour des référencesd’autres études plus récentes reprenant ponctuellement certains de ces profils (Baroux,2000 ; Fromont, 1995)).Si le nivellement reste l’outil de choix pour la quantification des mouvements verticaux,son utilisation n’est toutefois pas sans obstacles méthodologiques, qui nécessitent unecollaboration entre géodésiens, géophysiciens et géologues. Les liens avec lamarégraphie et la gravimétrie pourraient également être développés (Bellier et Calais,1999).

Figure 7 – Carte isocine (vitesses de mouvements verticaux) obtenue parl’interpolation des données de comparaison de profils de nivellement (Lenotre, 1990)

Principaux résultats pour les nivellements comparés en région PACA :Les comparaisons de nivellement montrent un domaine alpin et provençal globalementen surrection, la surrection étant maximale dans les Alpes du Nord (v=2.5 mm/an). Enrevanche, la Camargue et le Bassin Marseille constituent des zones subsidentes alorsque la Moyenne Durance est un axe antiforme important.



b) Mesures GPS et/ou triangulation répétées

Le principe est de mesurer la position relative d’un certain nombre de points d’unréseau, répartis de façon homogène dans l’espace, avec un espacement plus ou moinsrégulier, et de comparer ces positions dans le temps. La stratégie “mesures répétées” al’avantage de la densité spatiale : elle permet la mesure d’un grand nombre de points.En revanche, l’échantillonnage temporel est réduit (en général 2 campagnes, voire 3 aumaximum, à quelques années d’intervalle), ce qui entraîne des barres d’erreur assezimportantes sur les mesures.

Les mesures par triangulation consistent à mesurer la position relative d’un point parrapport à au moins deux autres points par mesures au théodolite d’angles etéventuellement de distances. On constitue ainsi un réseau de point à maillestriangulaires. Classiquement, ce sont les mesures faites par l’IGN et reportées sur lesfiches monuments des points côtés (cf. Tabl. 2). Dans la région, les campagnes demesure de triangulation ont été faites par l’IGN dans les années 1950 (Alpes Maritimes,Provence et Alpes de Haute Provence), et dans les années 1970 dans le Briançonnais.Certains de ces points ont été remesurés plus récemment afin d’accéder auxmouvements tectoniques, soit par triangulation (Ferhat et al., 1998, cf. Tabl. 1) ou partélémétrie Laser par J. C. Ruegg (Institut de Physique du Globe de Paris) et M. Kasser(IGN) en 1986 avec 15 sites géodésiques dans la région de Manosque-Pertuis. Ceréseau, mesuré en 1986 avec une précision de l'ordre de 3 cm sur des lignes de base de20 km en moyenne (données non publiées), a été remesuré par GPS en 2001 par l’IGN(Nocquet, non publié) dans le cadre de projets d’étude d’élèves de l’ENSG.

Les campagnes de mesure GPS consistent en la mesure temporaire de chaque pointpendant des sessions de quelques heures, ces points étant en général reliés à des sitespermanents lors du traitement des données pour contrôler la dispersion sur le courtterme (quelques jours) qui peuvent affecter les estimations à long terme déduites descampagnes (dispersions deus aux effets troposphériques, de qualité d’orbite …).Ces campagnes de mesures répétées ont été mises en œuvre, notamment, dans le cadredu projet “GPS Alpes” (Chéry et al., 1995 ; Chery et al., sous presse), où un réseau de50 sites a été mesuré à deux reprises, en 1993 et 1998 dans les Alpes occidentales (laremesure de 1998 a été financée dans le cadre du programme GeoFrance 3D Alpes), etdevrait être remesurer dans le futur. La reprise par GPS des points stationnés lors decampagnes géodésiques anciennes de triangulation et/ou de trilatération, appliquée à desétudes plus locales, a été fait par Ferhat et al., 1998 ; Calais et al., 2000b ; Sue et al.,2000 ; Jouanne et al., 2001(cf. Tabl. 1).

Le traitement des données issues des comparaisons de mesures géodésiques consiste àcalculer et représenter un champ de déplacement représenté par un vecteur déplacement(ou vitesse) associé à chaque point du réseau (on considère alors arbitrairement un despoints du réseau et un des azimuts des vecteurs comme références fixes), et une ellipsede confiance à 95% associée à ce vecteur. Pour s’affranchir de ces paramètres noncontraints, les résultats provenant de comparaison avec des points mesurés partriangulation peuvent être traités par le calcul de tenseurs de taux de déformation à



l’intérieur de chaque triangle délimité par 3 points mesurés. On représente alors les axesprincipaux du tenseur de taux de déformation : direction et taux de raccourcissement etd’extension. Ces directions de raccourcissement et d’extension peuvent être comparésavec les directions de compression et d’étirement déduites des mécanismes au foyer desséismes. Un exemple de ce type de représentation est montré Figure 8.

Figure 8 – Taux de déformation calculés par comparaison de mesures GPS en 1998avec des mesures de triangulation de 1948 dans les Alpes Maritimes (Calais et al.,2000b).

Les barres noires indiquent les axes de raccourcissement (P) géodésiques, leurlongueur correspond à la valeur du taux de déformation. Les barres blanchessurimposées représentent l’incertitude 1s. Les lignes rouges représententl’incertitude sur l’azimut des ‘axes P géodésiques’. Les flèches noires montrentles axes P des mécanismes au foyer.

c) mesures GPS continues sur des sites permanents

Les mesures de GPS permanent consistent en un enregistrement continu sur des sitesqui restent fixes, ce qui permet, grâce à une haute fréquence d’échantillonnage,d’obtenir des précisions très importantes sur les mesures de position, ce qui permet dediminuer la durée nécessaire pour obtenir une incertitude suffisamment petite pourdétecter un signal tectonique dans les régions à faible taux de déformation. Lesrépétabilités à long terme des mesures sont de l’ordre de 2-3 mm pour les composantesen plan et 8-10 mm pour la composante verticale. Cependant l’infrastructure etl’investissement nécessaires à l’implantation de sites GPS permanents limitent ladensité spatiale des mesures.

Dans la région, le projet REGAL (Réseau GPS Permanent dans les Alpes) regroupeles 14 stations GPS permanentes actuellement opérationnelles et plusieurs autresstations prévues (Figure 9), et intègre les stations de Grasse et Turin du réseau de l’IGS(International GPS Service for Geodynamixs). Ce projet est issu d’une collaboration deplusieurs universités (Nice, Grenoble, Chambery, Montpellier), de l'IGN (qui gère leréseau RGP : Réseau GPS Permanent), de l'IPSN (stations près de la Durance) et



bénéficie du soutien financier du programme GEOFRANCE 3D-ALPES (BRGM), del'IPSN, des régions PACA et Rhône-Alpes et du Ministère de la Recherche (MST).

Figure 9 – Carte du réseau de GPSpermanents dans le SE de la France.(Figure site Regal)

Les données de chaque station sont traitées en même temps que 10 stations GPSpermanentes en Europe afin de déterminer les positions et vitesses des stations dans leréférentiel de vitesses ITRF97 (International Terrestrial Reference Frame 1997). Lerésultat des traitements est donc : un série temporelle de positions, une position et unevitesse par station dans le référentiel ITRF97. L’interprétation des vitesses passe par unchangement de référentiel afin, par exemple, de représenter des vitesses résiduelles parrapport à l’Eurasie stable, pour s’affranchir du déplacement d’ensemble du continentdans le référentiel mondial. On représente en général les résultats comme un vecteurvitesse résiduel par rapport à l’Eurasie, avec son ellipse de confiance à 95%. Enfin, lechamp de vitesse peut être réduit aux tenseurs des taux de déformation, comme pour leGPS temporaire, qui sont, par définition, indépendants du référentiel géodésique choisi.



Figure 10 – a. Vitesses résiduelles des sites GPS permanents REGAL par rapport àl’Eurasie stable à partir des sites ITRF 97 (Nocquet et al., 2000). b. Carte des tenseursdes taux de déformation.

Le fond des cartes est constitué par une carte sismotectonique des Alpesoccidentales et de leur avant-pays ; replacée dans le contexte de la convergenceAfrique-Eurasie (encadrés). Figures Calais et al., 2001.

Résultats de géodésie sur les Alpes occidentales (Calais et al., 2000a, 2001; Calais,1999 ; Chery et al., sous presse) :Les premiers résultats commencent à être publiés, montrant des mouvements résiduelsau travers de l’ensemble des Alpes occidentales et à l’intérieur de la chaîne nedépassant pas 3 mm/an, avec une condition cinématique aux limites en extension est-ouest sur le transect Lyon-Turin, et un cisaillement dextre sur la direction nord-sud. Onretrouve le régime extensif est-ouest dans les Alpes internes, alors que le régime dedéformation change dans le Sud des Alpes occidentales et en Provence (Provence,Moyenne Durance, nappe de Digne, arcs de Castellane et de Nice, marge Ligure) : ilmontre essentiellement du raccourcissement NW-SE à N-S de l’ordre de 1 mm/an,cohérent avec les études sismo-tectoniques et géodésiques locales. Il faut cependantnoter que sur le domaine provençal, les résultats géodésiques ne sont pas encore biencontraints et restent entachés de fortes marges d'erreur. Les résultats géodésiques sonttout à fait en accord avec les résultats des études sismo-tectoniques.

d) Mesures GPS semi-permanent

Une alternative aux deux précédentes stratégies (mesures temporaires répétées etmesures permanentes peu denses spatialement), mais qui réunit les avantages dechacune, consiste à réaliser des mesures semi-permanentes sur un réseau relativement



dense de sites géodésiques, mais à l'aide d'un seul récepteur GPS occupantsuccessivement, pendant des périodes d'une à deux semaines chaque fois, chacun dessites. Le coût de mise en place est en effet inférieur à l’observation continue sur tous lessites. Comparée à une stratégie de type campagne, la précision obtenue est bienmeilleure, proche de celle par observation continue, et nécessite une logistique réduite.Les données de ces stations semi-permanentes seront intégrées de manière transparenteau flux des données GPS permanentes existantes. Ces mesures semi-permanentess'appuient sur les stations GPS permanentes. Ce type de stratégie a déjà été mis enœuvre dans le Jura, et devrait l’être très bientôt en Provence.

En effet, plusieurs projets de mise en place de réseaux GPS semi-permanents enProvence ont été proposés :

- projet VENICE du LGTS (Montpellier) d’un réseau de 15 stations sur un profil N-Sdu Ventoux à l’Estaque ;

- projet financé par l’ACI Catastrophes naturelles (cf. § 4) autour de la faille de laTrévaresse ;

- projet de l’IPSN autour de la faille de la Durance ;- projet de l’IGN autour de Forcalquier (stages de formations étudiants).- Un groupe de réflexion a été réuni afin de coordonner et de rendre complémentaires lesactions des différents projets, qui entrent aujourd'hui dans une phase active deréalisation.

3.3. TECTONIQUE RECENTE

On considère en général le début du Miocène comme la limite inférieure de latectonique récente, qui correspond à l’établissement d’un régime cinématique lié à lapropagation de la déformation alpine dans le domaine externe de la chaîne et dans sonavant-pays. Ce régime cinématique a varié au cours de cette période, avec localement lasuccession de plusieurs phases tectoniques postérieures au Miocène.Ainsi, la néotectonique précise les effets directs ou indirects du cumul des déformationssismiques et asismiques sur la croûte superficielle, au cours des derniers millionsd’années. Une des approches de la neotectonique concerne la recherche d’indices dedéformation tectonique localisés, préludes à des études de paléosismicité (analyse del’effet de séismes passés). Une autre approche est l’analyse du champ de contraintePlio-Quaternaire par l’analyse microtectonique de la fracturation soit de terrains plio-quaternaires, soit de terrains plus anciens mais dont on a des arguments pour donner unâge récent à cette fracturation.

3.3.1. Néotectonique et paléosismicité

Les indices de déformation tectonique les plus récents (plio-quaternaires, et en généralplutôt quaternaires, i.e. depuis 2 Ma environ) publiés dans la littérature sont répertoriésdans la base NeoPAL (Néotectonique et Paléosismicité) du BRGM (rapport BRGM,1996), puis vérifiés et validés par contrôle sur le terrain et éventuellement réalisation de



tranchée pour une étude de paléosismicité (cf. Tabl. 2). La Figure 11 présente la cartedes indices néotectoniques répertoriés dans la base NeoPAL.

Figure 11 – Carte des indices néotectoniques répertoriés dans la base NeoPAL enrégion PACA.

Le terme « indice » utilisé dans la base NEOPAL est synonyme de l’observation localed’une déformation dont l’origine tectonique est une des hypothèses qui peut ne pas êtreétablie avec certitude.

Les indices de déformation récente s’expriment par (Grellet et al., 1993) :

- Des ruptures sur des failles généralement préexistantes, et affectant des formationsgéologiques superficielles ;

- Des plis, bombements ou flexures affectant des formations géologiquessuperficielles et témoignant de mouvements dans la couverture ou dans le socle et laprésence de failles cachées ;

- Des reliefs ou des bassins indiquant des mouvements verticaux ;- Des signes d’activité volcanique le long de fractures d’échelle crustale ;

Et plus indirectement par :

- des anomalies morphologiques des formes du relief ou du réseau hydrographique(anomalies morpho-structurales) ;

- des sources hydrothermales et minérales qui traduisent des remontées d’eauxprofondes le long de fractures.

Les indices ayant fait l’objet d’une étude de paléosismicité sont également répertoriésdans cette base. Dans la région, seuls deux sites ont fait l’objet d’études paléosismiquesapprofondies (Sébrier et al., 1997) : le site de Courthézon situé sur la faille de Nîmes



(Carbon et al., 1993 ; Combes et al., 1993), et le site du ravin de Valveranne entreManosque et Volx sur la faille de la Moyenne Durance (Ghafiri, 1993 ; Ghafiri et al.,1995).

En plus de ces indices répertoriés dans la base Néopal, un certain nombre depublications récentes concernant des études de néotectonique sont reportées dans leTabl. 1. Il s’agit d’études décrivant récente des déformations des formationsgéologiques superficielles, des anomalies morpho-structurales, et des déformations ouanomalies d’écoulement dans l’endokarst.

3.3.2. Cinématique des failles

A) Méthode

Afin de mieux connaître la tectonique active d’une région, et d’intégrer son champ decontrainte actuel dans un cadre régional, il est nécessaire de connaître les paléochampsde contraintes de la région. Les différents paléochamps de contrainte des épisodesgéodynamiques successifs sont enregistrés dans la fracturation des roches qui peuventavoir des ages variables. Leur reconstitution se fait à l’aide de mesuresmicrotectoniques. Il s’agit principalement, en domaine cassant, de la mesure, à l’échelled’un affleurement, de plans de failles striés, de taille centimétrique à décamétrique, lesstries témoignant du glissement sur ces failles. Il faut noter que la préservation de cesstries va être plus ou moins bonne selon la nature lithologique des terrains. L’inversionde ces données microtectoniques en tenseur de contrainte se fait en prenant commehypothèse que les failles jouent dans le sens de la force tangentielle qui leur estappliquée du fait du tenseur des contraintes. Pour cela, il faut traiter un nombresuffisamment important de plans striés pour avoir une bonne signification statistique, etsupposer que tous les plans striés d’un affleurement résultent d’un même épisodetectonique. Il est parfois possible de distinguer plusieurs épisodes tectoniques sur unmême site, et une chronologie relative selon des arguments géométriques. L’âge destenseurs de contraintes calculés est déduit d’arguments stratigraphiques (âge des terrainsfaillés) et de corrélation entre sites (cohérence avec la cinématique des principauxévénements tectoniques régionaux).

B) Cinématique Plio-quaternaire

Les principales études microtectoniques contenant des sites récents sont reportées dansle Tabl. 1. Il faut noter que les sites microtectoniques qui sont réellement situés dans desformations plio-quaternaires sont relativement rares, et concernent principalement lefront de la nappe de Digne, l’arc de Nice et la faille de la Moyenne Durance (Ritz,1991 ; Baroux, 2000 ; Guardia et al., 1996). Il s’agit généralement de galets striés dansdes alluvions ou des conglomérats peu consolidés dont l’interprétation tectonique restetrès délicate (possibilité de stries glaciaires et de stries dues aux roulements de galets lesuns sur les autres).



Figure 12 – Cinématique Plio-Quaternaire (depuis ~4 Ma) en Provence et au front dela nappe de Digne (Baroux, 2000).

Les flèches noires et blanches représentent la contrainte horizontale maximaleobtenue par les données antérieures et celles acquises par Baroux, 2000respectivement. Les flèches plus importantes représentent le champ moyen surchaque zone.

C) Cinématique Miocène et antérieure

Les études microtectoniques sont nombreuses dans la région, et celles n’intéressant quedes périodes antérieures au Pliocène ne sont pas référencées dans le Tabl. 1. Lesprincipales publications sont cependant référencées dans les listes bibliographiques à lafin de ce rapport. En Provence et dans les Alpes du Sud, on peut citer notamment lesétudes faites par Villeger (1984) ; Combes (1984) ; Bergerat (1985) ; Hyppolite et al.(1990, 1991) ; Ritz (1991) et la synthèse assez complète de Baroux (2000).

D) Paléomagnétisme

On peut également noter qu’un certain nombre de mesures paléomagnétiques ont étéeffectuées dans la région. Ces mesures de la direction du Pôle Nord magnétiqueenregistré dans les roches au moment de leur formation (ou lors d’événementsmétamorphiques, chimiques … ultérieurs), permettent de mettre en évidence desrotations de blocs dans le plan horizontal liés à des déformation et des déplacements



tectoniques. On peut notamment citer les travaux de Vigliotti et al. (1990, 1995) etGueguen et al. (1998) sur la rotation de la Corse et de la Sardaigne due à l’ouverture dubassin Ligure, les travaux de Chabert-Pelline (1996) et Thomas et al. (1999) sur lesAlpes et les quelques mesures en Provence de Nairn et al. (1967) et de Katz et al. (1998,2000).

3.3.3. Trajectoires de contraintes et champs de déformation

A partir des mesures ponctuelles des tenseurs des contraintes ou des déformations, dessynthèses tectoniques ou sismo-tectoniques peuvent être effectuées à différentesépoques selon deux types d’approches :

- soit on fait un zonage tectonique, avec un tenseur moyen ou caractéristique parzone. C’est notamment le cas de la synthèse de Baroux et al. (2001) (Figure 13) àpartir des mécanismes au foyer ; et du zonage établi dans Grellet et al. , 1993 à partirde l’ensemble des données sismo-tectoniques et néotectoniques.

- soit on extrapole des trajectoires de contraintes permettant de représenter un champde contrainte de façon continu. Ce sont notamment les synthèses régionales deCombes, 1984 et Ritz, 1991 (Figure 14)à partir des données microtectoniques et dequelques données de mécanismes au foyer et de contraintes in situ dans le Sud desAlpes et la Provence ; et les synthèses à l’échelle européenne (Rebaï et al., 1992 surle pourtour méditerranéen et Müller et al., 1997 sur toute l’Europe).

A partir de la synthèse des données sismotectoniques et géodésiques, on peut alorsélaborer des modèles cinématiques et dynamiques (Figure 15).

Figure 13 - Distributions des orientations des contraintes dans les différentes zonesde la Provence à partir des mécanismes au foyer (Baroux et al., 2001) .

Les flèches pleines et vides indiquent les directions des axes σ1 et σ3respectivement. Les points noirs correspondent à la localisation des mécanismesutilisés. Encadré en haut à gauche : I : région à régime tectonique extensif ; II :Zone d’influence de la convergence Afrique-Europe ; III : Zone d’influenceAlpine.



Figure 14 – Le champ de contrainte actuel dans les Alpes occidentales et le Bassinnord-liguro-provençal (Ritz et al., 1990).

Projection horizontale de la contrainte principale σ1 obtenu par interpolationlinéaire d’après les données microtectoniques, les mécanismes au foyers et lescontraintes in situ.



Figure 15 - Modèle cinématique de la Provence dans le cadre de l'arc alpinoccidental (Champion, 1999 modifié d’après Calais et al., 1999 pour la déformationactuelle dans les Alpes).

3.3.4. Coupes géologiques régionales

La synthèse et l’interprétation des données géologiques de surface (affleurements ettélédétection), des données géophysiques sur la structure du sous-sol (cf. § 2.4),permettent d’élaborer des coupes géologiques régionales :

- dans l’avant-pays sédimentaire, les informations sur l’épaisseur de la couverture,la profondeur des niveaux de décollements, l’enracinement des accidentstectoniques et la direction de transport (données microtectoniques) permettentd’établir des coupes équilibrées et de calculer ainsi le raccourcissement de lacouverture. Il faut notamment citer les coupes orientées globalement N-S deTempier (1987) pour le raccourcissement pyrénéen (Eocène) sur la Provenceorientale et occidentale, et celle de Champion et al. (2000) pour le raccourcissementalpin (Miocène) de la couverture sédimentaire de la Provence occidentale (Figure16). Dans les chaînes subalpines du Sud, les principaux travaux sont ceux de Ritz (1991), qui a effectué une coupe à travers chacune des branches de l’arc deCastellane (cf. par exemple Figure 17), et deux coupes dans l’arc de Nice et qui



propose ainsi un raccourcissement maximal de 24-25 km de la couverture deschaînes subalpines. A noter également les séries de coupes établies par Chabert-Pelline (1996) dans la branche occidentale (nappe de Digne) et par Laurent (1998)dans la branche méridionale de l’arc de Castellane leur permettent de proposer uneréévaluation légèrement à la baisse du raccourcissement à une valeur inférieure à 20km.

Figure 16 – Coupe de la couverture de la Provence occidentale et duraccourcissement Mio-pliocène (Champion et al., 2000).

Figure 17 – Coupe géologique à travers la branche occidentale de l’arc de Castellane(Ritz, 1991).

- A ces coupes équilibrées dans les zones ayant subies le raccourcissement alpin, ilfaut ajouter les coupes de la marge méditerranéenne et des bassins extensifstertiaires : Arthaud et al., 1980 ; Benedicto, 1996 pour le Languedoc et le golfe duLion ; Roure et al., 1992, 1996 pour les bassins tertiaires provençaux, et Burrus etal., 1985 pour la marge de la mer Ligure.

- dans le domaine cristallin de la chaîne des Alpes (Alpes internes et MassifsCristallins Externes du Pelvoux et du Mercantour), les données sismologiques,géophysiques profondes (cf. § 2.4), ainsi que l’apport des données pétrologiques etgéochimiques permet d’élaborer des coupes interprétatives sur la géométrie desdifférentes unités alpines (Figure 18). Il faut notamment citer les coupes récentes deSchwartz et al. (2000) et Stephan et al. (1998) qui correspondent aux deux transsectssud du programme GeoFrance 3D Alpes.



Figure 18 – Coupe interprétative des Alpes sud-occidentales. Contraintesgéophysiques et géologiques, avec la localisation des séismes (in Tardy et al., 1999,d’après Paul et al., 1999 et Schwartz et al., 1999).

3.4. STRUCTURE DE LA CROUTE

Les données sur la structure de la croûte proviennent d’une part des acquisitions par lescompagnies pétrolières de sondages et de profils réflexion dans les années 1970 et 80, etdes grands programmes de recherche tels que Géologie Profonde de la France dans lesannées 1970 et ECORS dans les années 1980, avec l’acquisition de données sismiquescrustales. Récemment, le programme de recherche GeoFrance 3D, et notamment sonvolet Alpes, a permis de réinterpréter l’infrastructure géologique de la région en révisantles données géologiques dans une optique de numérisation et de modélisation 3D, avecnotamment la production de cartes magnétiques et gravimétriques. Ce programme aégalement permis l’acquisition de nouvelles données tels que les levés de géophysiqueaéroportés (gravimétrie des Alpes) et des campagnes d’écoute sismique, afin de mieuxcontraindre la modélisation 3D de la structure de la chaîne.

3.4.1. Forages

Au titre du code minier depuis plus de 30 ans, tous les forages supérieurs à 10 m deprofondeur doivent être déclarés puis transmis aux Services Géologiques Régionaux duBRGM, où ils sont stockés dans la Banque de Données du Sous-Sol (BSS), sous formed’un dossier papier par forage. Chaque forage se voit attribuer un numéro identifiant quicorrespond à sa localisation dans 1/8ème de carte géologique au 50 000è et à un numéro



attribué chronologiquement. Les données fournies par les foreurs sont des descriptionsdes logs, assez hétérogènes selon l’opérateur et le type de forage.

La localisation et certaines caractéristiques des forages (année et organisme de forage,profondeur atteinte …) sont disponibles dans une base de donnée (oracle) interrogeablepar requêtes permettant ainsi d’extraire des tableaux contenant ces informations de base,et de sélectionner les dossiers à consulter ensuite sur place.

La BSS est également en cours de numérisation, après validation par un géologuerégional si la fiabilité de la localisation et de la stratigraphie est suffisante. Les donnéesnumérisées sont disponibles sur le serveur « Infoterre » du BRGM. Ces donnéesnumériques correspondent à des fiches signalétiques de forages, aux scans desdocuments originaux des sondeurs ou des opérateurs, aux logs géologiques bruts desforeurs et aux caractéristiques hydrodynamiques des puits.

Pour la région PACA, sur les 600 forages d’une profondeur supérieure à 200 m, et unecinquantaine de forages pétroliers ont pour l’instant été validés et numérisés par G.Gonzalès (Figure 19). Ce sont en général les forages les plus profonds et les plus fiablesen terme d’information sur la structure géologique.

S’il existe quelques forages dans les petits bassins varois, la plupart des grands foragesprofonds sont situés dans le bassin du SE qui couvre la partie occidentale de la régionPACA (25 forages profonds ont atteint le socle), et aucun dans les Alpes. Il y aégalement 11 forages pétroliers offshore dans le golfe du Lion, non représentés sur cettecarte. Les forages concernant la région de Gardanne, en général à vocation charbonnièresont en cours de numérisation, et devraient permettre de faire un modèle 3D du bassin.



Figure 19 – Carte des forages en région PACA enregistrés dans la Banque deDonnées du Sous-Sol.

3.4.2. Données sismiques et sismologiques

Pour étudier la structure de la croûte à l’aide de l’analyse de la propagation des ondessismiques en profondeur, on peut utiliser deux types de sources sismiques :

- Pour la sismique dite « active », la source sismique est artificielle : il s’agitd’explosions provoquées ;

- La sismologie « passive » utilise les temps d’arrivée des ondes produits par lestremblements de terre pour imager la structure du champ de vitesse des ondessismiques.

L’image de la structure de croûte en profondeur est ainsi obtenue soit par des méthodestomographiques à différentes échelles, soit par l’exploitation de profils sismiques grandangle, soit par des études sismologiques complémentaires (analyse de l’atténuation desondes sismiques, modélisation de la forme des sismogrammes).



A) Sismique active

a) Méthodologie

Les méthodes d'exploration sismique active consistent à observer en surface les ondesqui se propagent dans le sous-sol en réponse à des ébranlements artificiellementprovoqués. Les ondes ainsi engendrées donnent naissance à des phénomènes deréflexion et de transmission lorsqu'elles parviennent aux limites des couchesgéologiques. Si la source et le récepteur en surface sont voisins, la mesure des instantsd'arrivée des évènements réfléchis fournit une " image " du substratum : c'est le principede la sismique réflexion verticale. Pour arriver à une véritable coupe géologique àpartir de l'" image-temps " obtenue par sismique-réflexion, il faut connaître la vitesse depropagation des ondes sismiques. Or, seule la sismique réfraction offre la possibilitéd'avoir des informations sur la vitesse des milieux situés en profondeur. En effet, si lasource et le réflecteur sont éloignés l'un de l'autre, les ondes transmises peuvent sepropager horizontalement sur une certaine distance et donner des indications sur lesvitesses de propagation des milieux traversés et sur la position des interfaces à fortcontraste de vitesse sismique : c'est le principe de la sismique réfraction ainsi que dela sismique réflexion grand-angle. Bien que différentes du fait des outils mis enœuvre, la sismique réflexion et la sismique réfraction sont donc complémentaires etindissociables.

L’acquisition de profils sismiques, en général assez lourde et coûteuse, s’est fait soitdans des grands programmes de recherches nationaux, voire européens, soit par desindustriels, notamment les compagnies pétrolières.

b) Grands programmes de recherche :

Après les profils Nord-Sud et Est-Ouest qui furent enregistrés dans le Sud-Est de laFrance dans les années 70 (Weber et al., 1980 : Géologie Profonde de la France …), Lesgrands programmes de recherche sur la structure de la croûte sont notamment lesprogrammes EGT (European Geotraverse) et ECORS des années 1980 qui ontnotamment permis l’acquisition de profils de réflexion profonde :

- Profil ECORS-Alpes situé dans les Alpes du Nord, en 1986 (Roure et al., 1990) et- Profils ECORS-Golfe du Lion en 1988 : profils de sismique réflexion en écoute

longue situé au large du Languedoc et de la Camargue, ils imagent la marge passivedu bassin et le prolongement en mer de la faille de Nîmes, le graben de Vistrenque(Gorini et al., 1993 ; Benedicto Esteban, 1996).

Les profils de réflexion profonde associés à ces programmes ne sont pas situés enrégion PACA, mais ont permis d’améliorer la connaissance de la structure crustale dansles Alpes et dans la mer Ligure, pour une partie située en région PACA. De plus,associés à ces grands profils, des campagnes d’acquisition de profils de réfraction et desprofils grands angle ont permis d’améliorer les modèles de vitesse de propagationsismique dans la croûte et d’avoir d’autres données ponctuelles sur les principaux



réflecteurs. Des études et interprétations géologiques sont également associées à cesgrands profils.

Le programme GeoFrance 3D-Alpes, s’il ne contient pas de volet d’acquisitionsismique, contient en revanche trois transects géologiques, dont un, le transect Grasse-Cuneo, passe dans les Alpes du Sud (cf. 3.3.4).

En mer, l’acquisition sismique est moins coûteuse, et des campagnes sismiques à but derecherche scientifique, sont en général coordonnées soit par l’observatoireocéanologique de Villefranche sur Mer (http://www.obs-vlfr.fr ) soit par l’IFREMER(http://www.ifremer.fr) qui a une base de données importante de profils sismiques dansle golfe du Lion, sous forme de SIG. Ces données permettent d’imager la marge de lamer Ligure et la structure des sédiments superficiels :

- Structure crustale : profils ESP (Expanding Spread Profiles) ex. : CroisièreCROC II ; Croisières LISA, 1995 : ligne de réflexion sismique multitrace àpénétration profonde (Tabl. 1, Contrucci et al., 2001), campagne MALIS(Rollet, 1999);

- Structure des sédiments récents : campagne MALIGU 1992-93, Chaumillonet al., 1994 , campagne MARION (2000).

c) Profils de réflexion industriels

Au titre du code minier, tous les profils acquis (en général par les pétroliers) passentdans le domaine public après 10 ans, et sont alors stockés soit par l’opérateur s’il estresté en France, soit par le bureau d’exploration-production des hydrocarbures (BEPH,ancien SCGH) qui dépend du ministère de l’industrie, sous forme de bande magnétiquedes données brutes. La localisation des profils et les informations de base (année etorganisme d’acquisition …) sont stockées dans une base de données numériques etvendues par le BEPH. Les utilisateurs peuvent également demander au BRGM desprofils traités sous forme papier, au prix moyen d’environ 1500F/km. En effet, leBRGM fait faire le retraitement sismique à un sous-traitant, la section papier devientalors la propriété de l’utilisateur. Le BRGM ne dispose pour l’instant d’aucun profilretraité dans la région, mais prévoit d’en faire un certain nombre dans le Sud-Est en2003. Les traitements des pétroliers peuvent parfois être directement consultés ouacquis. C’est le cas par exemple des profils Elf et Total sur la Durance qui ont été acquispar l’IPSN et sont consultables sur place à l’IPSN.



Figure 20 – Plan de positionnement des profils sismique réflexion industriels réaliséssur la région.

Les campagnes d’acquisition de profils de réflexion sismique sur la région sont :- Nombreuses données de sismique pétrolière (1958 à 1963) dans le bassin du SE.- profils réalisés à l’Est du Rhône dans le cadre des programmes FSH (1981-84),- Nombreux profils sismiques pétroliers multitraces dans les années 80 (Cévennes,

dans le Var, b. Manosque …) ;

Ces profils sont localisés plus spécifiquement :

- Sur la bordure des Cévennes et dans la vallée du Rhône jusqu’en Camargue, et enmer dans le golfe du Lion les prolongeant (Tabl. 1 ; Benedicto Esteban, 1996).

- Failles de Nîmes : nouveaux tirs CEA/LDG.- Région de Manosque-Forcalquier-Valensole : permis Durance d’Elf de 1979 et

campagne Total, retraités par l’IPSN dans le cadre du projet Durance.- Bassin de Gardanne : Profils acquis par les Houillères de Provence.



Figure 21 – Plan de positionnement des profils de sismique réflexion retraités dans lecadre du projet Durance. Image IPSN.

B) Tomographie sismique « passive »

a) Méthodologie

A l’aide de l’enregistrement de la sismicité naturelle, on peut imager le milieu traversépar les ondes sismiques, en obtenant des informations sur la structure verticale ainsi quesur les hétérogénéités latérales de la couverture sédimentaire, de la croûte et de lalithosphère. La sismologie classique consiste à déterminer la structure verticale de lalithosphère, à l’aide de l’enregistrement des téléséismes (séisme dont la distanceépicentrale est supérieure à plus de 3000 km), permettant d’établir des lois de vitessesavec la profondeur.

Depuis quelques années, les méthodes de la tomographie sismique se sont développées.Il s’agit d’imager les hétérogénéités latérales des vitesses sismiques en analysant lesécarts par rapport aux lois de vitesses moyennes avec la profondeur, à l’aide del’enregistrement des séismes lointains pour la structure lithosphérique, ou locaux(séismes dont la distance épicentrale est inférieure à 1000 km environ) pour la structurecrustale. L’application de la tomographie locale nécessite un réseau de sismomètres trèsdense.

b) Données des la tomographie locale

Dans les Alpes, grâce au programme GeoFrance 3D et une campagne de mesuressismologiques temporaires qui a densifié le réseau sismique existant (cf. 3.2.1 Sismicitéinstrumentale), la méthode de tomographie locale (LEST) a permis non seulement deproposer un modèle 3D fiable de vitesse dans la croûte, mais aussi d’imager trèsprécisément le corps d’Ivrée (Paul et al., 1999, 2001).

De même, des campagnes d’enregistrement en mer ont permis d’établir un modèle devitesse en mer Ligure (Shapiro et al., 1996).



Figure 22 – Résultats de la tomographie locale dans les Alpes Sud-occidentales (Paulet al., 1999).

Carte des vitesses des ondes P à une profondeur de 8 km, et deux coupes E-W etN-S. Les cercles correspondent aux hypocentres des séismes utilisés Leur couleurvarie avec la profondeur. Les lignes blanches délimitent les zones où la résolutionest bonne.

3.4.3. Gravimétrie et magnétisme

Les données gravimétriques brutes consistent en des mesures de la valeur de lapesanteur par lever de terrain avec un gravimètre, soit au sol, soit par levé aéroporté.Ces mesures sont ensuite corrigées pour produire des valeurs d’anomalie à l’air libre, etsurtout d’anomalie de Bouguer. Elles sont collectées et gérées par le BRGM dans laBase de donnée Gravimétrique de France (GRAVI).

En Magnétisme, les données acquises les plus récentes sont issues du Levé Général dela France survolée en 1964-65. Ces données sont gérées et compilées par le BRGM.Les traitements de ces données ont été effectués par l’IPG, d’une part et la CGG d’autrepart. Des cartes magnétiques de la France au pas de 5 km ont ainsi été élaborées,notamment la carte d’anomalie du champ total. Celle-ci est disponible sous formenumérique dans le CD Gravi-mag (cf. Tabl. 2).

Une réinterprétation des données géophysiques en France a été réalisée à la demande del’IPSN par le BRGM à la fin des années 80 (Corpel et Debeglia, 1988). Il s’agitnotamment :

- de l’interprétation des contrastes de susceptibilités et du magnétisme rémanent(cartes magnétiques) ;



- de l’interprétation des contrastes de densité (cartes gravimétriques) surtout liés auxroches ignées du socles (Grellet et al., 93) ;

- de l’interprétation fines des anomalies (résiduelles) pour imager des structures et desunités géologiques et tectoniques en profondeur.

Dans le cadre du projet GeoFrance 3D, une nouvelle campagne d’acquisitiongravimétrique a été effectuée sur les Alpes occidentales en 1997 et 1998, menant à unretraitement des données existantes et à la réinterpolation de grilles d’anomalies deBouguer sur la France et sur les Alpes (Figure 23a, Tabl. 1 et 2). Une carte corrigée des effets du Moho permet uneinterprétation de la structure profonde des différents éléments structuraux des Alpes (Figure 23b, Masson et al., 1999).

a. b.

Figure 23 – Carte gravimétrique des Alpes occidentales et des régions avoisinantes(Masson et al., 1999).

a. Carte de l’anomalie de Bouguer obtenue par krigeage (grille de pas 0,025).77648 points ont été utilisés. b. Carte de l’anomalie Bouguer résiduelle. Pour lescourtes longueurs d’ondes, elle est principalement due aux hétérogénéitéscrustales.



3.4.4. Synthèse des données sur la croûte en région PACA

A) Données sur le Moho et sur les structures d’échelle crustale

Les cartes de profondeur du Moho ou des discontinuités qui l’affectent proviennent desdonnées sismiques (Figure 24) et de modélisations gravimétriques. Ces deux types dedonnées sont complémentaires car les profils sismiques permettent d’avoir des valeursponctuelles de l’épaisseur de la croûte alors que les modélisations gravimétriquesdonnent une image continue, mais nécessitent, pour être calées quelques donnéesponctuelles. Les méthodes de tomographie sismique permettent également d’obtenir desimages de la structure de la croûte.

En ce qui concerne les références anciennes, on pourra se reporter à l’atlas de Grellet etal., 1993. Quand aux données récentes, elles proviennent presque exclusivement descampagnes de mesure gravimétriques de GeoFrance 3D et de réinterprétations dedonnées plus anciennes.

Figure 24 – Extrait de la carte de la profondeur du Moho sismique de la France(d’après Truffert et al., 1999).

La profondeur du Moho est normale sous le continent européen « stable », de l’ordre de30-32 km dans la vallée du Rhône et en Provence, et descend à 55-60 km sous les Alpeset remonte à 15 km en moyenne dans le bassin Liguro-Provençal, où la croûteocéanique est fine et d’âge Miocène (Figure 24).



a) Alpes et Provence

Dans les Alpes, les données de la sismologie expérimentale (Sources SismologiquesContrôlées (CSS) correspondant à 150 profils de sismique réflexion verticale, desismique grand-angle et de sismique réfraction provenant des programmes ECORS etEGT) permettent d’obtenir 250 éléments de réflecteurs sur le Moho avec des précisions∆z entre ± 2km et ± 6 km, à partir desquels une carte de profondeur du Moho estinterpolée (Figure 25, Waldhauser et al., 1998 ; Kissling, 1993, 1999). La méthode detomographie locale (LEST) permet d’établir des modèles 3D de vitesse dans la croûteindépendamment des données sismiques (Figure 22, Paul et al., 2001).En Provence, en revanche, il existe peu de données sismiques sur la profondeur duMoho, on doit se contenter des inversions des données gravimétriques.

Figure 25 – Carte de la profondeur du Moho contouré en intervalles de 2 km, établieà partir d’une interpolation lissée des données de Source Sismique Contrôlées (CSS)migrées en 3D (Waldhauser et al., 1998).

Les couleurs des données utilisées indiquent le poids qui leur est attribué enfonction de leur qualité.

Les 2 méthodes, Sources Sismologiques Contrôlées (CSS) et tomographie locale (LEST)permettent d’obtenir des modèles des vitesses crustaux qui cohérents entre-eux là où lesdonnées se superposent. Cependant, la méthode LEST permet d’imager le corps d’Ivrée(grande vitesse), alors que les CSS n’arrivent pas à le délimiter précisément. Lacombinaison des deux méthodes permet ainsi d’imager 90% de l’interface du Mohodans les Alpes, à des résolutions diverses, et d’obtenir un modèle crustal fiable



permettant de définir la géométrie des 3 blocs crustaux européen, adriatique et ligure(Kissling, 1999).

b) Golfe du Lion, Mer Ligure

Les connaissances sur la structure de la marge de la mer Ligure proviennent des foragesd’exploration profonds, des nombreux profils sismiques pétroliers et ECORS dans legolfe du Lion, et des profils ESP et de la campagne MALIS pour le reste de la merLigure (Benedicto Esteban, 1996 ; Rollet, 1999). Une carte de la profondeur du Mohodans le bassin liguro-provençal a ainsi été élaborée à partir de l’inversion des donnéesgravitaires et un contrôle par des données sismiques assez éparses (provenantprincipalement des profils ESP) (Chamot-Rooke et al., 1997).

B) Profondeur du socle

Les données sur la profondeur du socle dans la région (Provence et avant-pays desAlpes du Sud), sont assez anciennes, consistant en des forages pétroliers, des donnéesde sismique réfraction, et des données magnétiques et gravimétriques.

Deux types de cartes de la base du socle ont été élaborées dans la région :

- celle élaborée par Ménard, 1980, à partir des données des profils de réfraction et dessondages profonds, et qui couvre toute les Alpes occidentales et son avant-pays ;

- celle élaborée à partir des forages et de l’interprétation des donnéesgravimétriques et magnétiques par Arthaud et al., 1980 et qui couvre le Languedoc,la Provence occidentale et le golfe du Lion.

Depuis les années 1980, il n’y a pas eu de nouvelle interprétation régionale sur laprofondeur base du socle.





4. Programmes de recherche en coursDans cette partie, on décrira les principaux programmes de recherche en coursimpliquant l’acquisition de données pluridisciplinaires dans la région PACA. Certainsprojets plus spécifiques sont décrits au chapitre 3 dans leur thème respectif (c’estnotamment le cas des projets concernant les mesures de GPS semi-permanent (§3.2.4.d) ou du projet SALAM (§ 3.2.1.c) pour la sismicité locale. Les deux principauxprojets dans la région sont l’ACI « Séisme Provençal » et le programme SAFE. Levolet provençal du programme SAFE se déroule en étroite collaboration avec l’ACILambesc.

« l’ACI Séisme Provençal »

Il s’agit du thème « Séisme provençal » de l’Action Concertée Incitative ‘Préventiondes Catastrophes Naturelles’, du Ministère de la Recherche, intitulée « Quantification3D de la déformation multi-échelle en région à sismicité modérée : étudepluridisciplinaire de la région du séisme provençal du 11 juin 1909 ». Ce projet est sousla responsabilité scientifique de Dominique CHARDON (UMR CNRS 6635 : CentreEuropéen de Recherche et d’Enseignement de Géosciences de l’Environnement -Université Aix-Marseille 3).

a) Problématique L’un des enjeux actuels des recherches en Géosciences est de définir un protocole ded’évaluation de l’aléa sismique en région à faible taux de déformation et à sismicitémodérée. L’exemple français le plus pertinent est le séisme de Lambesc dans lesBouches du Rhône (11 juin 1909, Intensité VIII-IX), qui fait de la Provence une régionà risque sismique. L’objectif du projet est de croiser les approches de la géophysique etde la géologie dans le but de contraindre les modalités de l’activité tectonique dans larégion du séisme provençal du 11 juin 1909.Le programme ACI Lambesc a pour objectif d’évaluer les mécanismes du séisme et decaractériser le comportement de la structure à laquelle cette événement est associé.Parallèlement, la quantification de la déformation active du panneau crustal affecté parle séisme devrait aider à identifier et caractériser les structures potentiellementsismogéniques de ce domaine sismotectonique.

b) Recherches programméesDeux propositions complémentaires constituent le projet.

- La première, coordonnée par le CEREGE, met l’accent sur la combinaison de lagéophysique et des méthodes géomorphostructurales. Les principales données quisont en cours d’acquisition sont :- d’une part, l’imagerie géophysique en subsurface avec plusieurs profils

perpendiculaires à la structure supposée responsable du séisme de Lambesc :imagerie géoélectrique, imagerie RADAR (ou GPR pour “ground penetrationradar”) et sismique haute résolution, réfraction puis réflexion, et



- d’autre part, l’acquisition et le traitement d’un Modèle Numérique de Terrainavec une résolution très fine à partir de couples stéréographiques de photosaériennes, et la datation d’objets géomorphologiques (cosmologiques, U/Th).

Les nouvelles mesures de profils de nivellement le long du canal de Marseille,initialement prévue dans le projet, ne semble pas donner les résultats escomptés etdevrait être abandonnée.

La mesure de contraintes in situ par ovalisation de trou de forage au niveau de la faillede la Trévaresse ne devrait pas se faire dans un premier temps, mais pourra êtreenvisagée dans une seconde phase du projet.

- La seconde proposition, coordonnée par l’IPG, met l’accent sur l’accident de laTrévaresse et sa caractérisation paléosismologique (creusement d’une tranchée).

Le programme européen SAFE (Slow Active Fault in Europe)

Il s’agit d’un programme européen sur la caractérisation des failles actives en milieu àvitesse de déformation lente en Europe. L’objectif principal de SAFE est de développerdes méthodologies de recherche permettant de fournir des données de base pour ladétermination de l’aléa sismique en Europe. Le projet est coordonné par Michel Sébrier,du laboratoire OrsayTerre : [email protected] volet de ce programme concerne la Provence, et plus particulièrement la relationentre la déformation active des chaînons E-W et celle des décrochements N-S à NNE-SSW. Il se focalisera ainsi sur les structures de la Trévaresse, des Costes et des Alpilles,dans le cadre d’une collaboration avec l’ACI Lambesc (cf. paragraphe précédent) ; ainsique la structure de la Moyenne Durance, sur laquelle vont se poursuivre l’acquisition dedonnées géophysique de sub-surface initiées dans le projet Durance de l’IPSN.

Le projet sismologique « Rustrel »

Il a déjà fait l’objet d’une demande de financement à l’ACI « Prévention desCatastrophes Naturelles ». L’expertise sismologique du site de Rustrel (situé au Nord dela Trévaresse et du Luberon, et à l’Ouest de la Moyenne Durance), effectuée au cours del’année 2000 a permis de mettre en évidence le très fort potentiel expérimental qu’ilrecèle. Le seuil de bruit de fond est excellent et permet d’envisager l’installation dedifférents types de capteurs couvrant une très large gamme de périodes, allant dequelques milliers de secondes par interférométrie laser, jusqu’au millième de secondepar antenne sismomètrique ultra-sensible, en passant les mesures large bandesismométriques entre 100s et 0.01s. Des stations large bande sont déjà installées enplusieurs points des galeries souterraines et la sismicité est enregistrée en continu. Pourplus d’information, on peut consulter le site WEB de Stephane Gaffet (chercheur CNRSGéosciences Azur de Nice : http://www-geoazur.unice.fr/PERSO/gaffet/rustrel-html/rustrel-a1-intro.htm .



Le Projet Durance de l’IPSN

Il s’agit d’un programme de L'Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire et dulaboratoire de l’Université d’Orsay, qui est quasiment terminé et qui s'intéresse plusparticulièrement aux risques sismiques liés à la faille de la Moyenne Durance, près delaquelle sont installés des laboratoires du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) àCadarache. Dans ce cadre, l'IPSN mène deux activités :

- une surveillance de la déformation actuelle, avec l'installation d'un réseau desurveillance sismique à haute résolution (cf. § 3.2.1.c) et d’un réseau de surveillancegéodésique (cf. § 3.2.4.c) (Volant et al., 2000) ;

- la détermination de la position de la faille en surface et sa géométrie en profondeurgrâce à :- la réinterprété des lignes sismiques pétrolières du domaine public (cf. § 3.4.2.c)

(Volant et al, 2000);- l'acquisition de données d’imagerie géophysiques de subsurface afin d’imager la

trace de la faille de la Durance dans les sédiments récents (Radar GPR, sismiquehaute résolution), dont une partie sont déjà acquises et traitées (cf. Baroux,2000), et une partie en cours d’acquisition et de traitement ;

- une étude géomorphologique complétée par la datation de surfacesgéomorphologiques utilisant les cosmonucléides produits in-situ (Siame etBellier, 2001).

- Les données collectées peuvent être consultées à l'IPSN (centre BERSSIN).

Le programme MARGES

Il s’agit d’un Groupement de Recherche (GDR) sur les marges continentales passives etactives, qui contient un volet sur le Golfe du Lion. Ce programme, coordonné par SergeBerné ([email protected]) de l’ifremer, regroupe également plusieurs unités du CNRS,du CEA et est principalement financé par la compagnie pétrolière Elf Total Fina.Le volet Golfe du Lion, qui a la spécificité de mettre en œuvre une approche mixteTerre-Mer, contient notamment deux aspects :

- Structure profonde de la marge, avec l’acquisition de sismique profonde (réfractionet OBS) grâce à des campagnes marines ;

- Processus et enregistrements sédimentaires sur la marge :- un atelier sur la caractérisation du prolongement de la surface de base des

canyons messiniens en mer et à terre dans la vallée du Rhône, avec l’exploitationde profils sismique réflexion existants (qui implique G. Clauzon, du CEREGEnotamment);

- un atelier sur les sédiments quaternaires en Mer, et à Terre (avec notamment lacaractérisation du Delta du Rhône Holocène à actuel : cf. l’équipe de MireilleProvençal du CEREGE).





5. Conclusions

Dans le cadre de cette étude, un inventaire des connaissances néotectoniques etsismotectoniques relatif à la Région Provence-Alpes-Côte d’Azur a été réalisé. Ilconstitue la base pour l’analyse du contexte géodynamique et sismotectonique de laRégion PACA dans la première phase du projet d’établissement du cadresismotectonique régional.

Dans la suite du projet, au cours de la phase 2, on réalisera des travaux complémentaires(analyses géologiques et tectoniques des affleurements, études morphostructuraleslocales, exploitation de l’imagerie aérienne et satellitaire, etc.) nécessaires àl’acquisition d’un schéma le plus cohérent et précis possible sur les déformationstectoniques actuelles de la région. L’étape de hiérarchisation et de cartographie au1/250 000 des failles actives et du niveau d’incertitude associé, correspond à latroisième phase du projet.



Références bibliographiquesTectonique actuelle

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