1

Méditerranée occidentaleProblématiques

scientifiques

1. Nature géologique de la Méditerranée occidentale: variabilité spatiale, histoire

2. Naissance et disparition des océans: chronologie, importance des mouvements, forces en jeu

3. Rhéologie continentale et océanique: quelles conséquences sur le mode de déformation et sur

l’évolution des limites de plaques et des zones de déformation diffuse?

4. Relations surface-profondeur

5. Relations terre-mer

Jacques Déverchère - 2011

PLAN

• 1. Introduction: faits géologiques et géophysiques marquants– Déformations actuelles: séismes, GPS

– Chaînes, roches volcaniques et HP

• 2. Reconstructions cinématiques– Visions conceptuelles : origine des bassins récents

– Reconstructions semi-quantitatives

– Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

– Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran

• 3. Analyses terre-mer régionales– Zooms sur la côte du Maghreb: Ouest, centre, est Marge Algérienne

– Zoom sur le bassin Ligure et ses bordures

– Evocation du Nord de la mer Tyrrhénienne

• 4. Réflexions finales sur le « roll-back »

2

Serpelloni et al., 2007

Eurasie

Afrique

Sismicité 1901-2004

Suture Zone Interne-Zone Externe

PROBLEMATIQUE TERRE-MERDomzig et al., 2006

Séismes: une limite diffuse, des séismes majeurs à

terre et en mer

(Stich et al., 2003)

1962-2004(Maouche et al., 2009)

« Tsunami earthquakes »

3

(Biggs et al., 2006)

1962-2004Mécanismes au foyer et tenseurs: un « serrage »

(Stich et al., 2003)

(Serpelloni et al., 2007)

Sommation des tenseurs de moment: orientation des axes P et T

4

Shmax

(Fernandez-Ibanez et al., 2007)

Régimes de contrainte locaux

(Fernandez-Ibanez et al., 2007)

5

Schéma tectonique et de partage de déformation en Alboran

Rotations de contrainte par rapport au champ de contrainte régional

(Fernandez-Ibanez et al., 2007)

Interférences entre

différentes sources de

contraintes (différentes

épaisseurs de la croûte

et de sédiments,

présence de la TASZ =

Trans-Alboran Shear

Zone, NE-SW(Fernandez-Ibanez et al.,

2007)

TASZ

Données magmatiques et géochimiques

Réhault et al. (1984)

Lonergan & White

(1997)

Savelli (2002)

1: Tholéïtes

2-3: calco-alcalin

4: shoshonites

Suggère l’influence d’une subduction au Miocène-PQ Méditerranée occidentale

6

Eurasie

Afrique

GPS: confirmation – une part « offshore »?

E. Calais

Pers. Comm.

2004

Les limites du modèle Nubie/Europe

• Prédictions géologiques et géodésiques:

• Un changement de direction et de vitesse depuis 3 Ma? Rotation anti-horaire de 20°, décroissance de vitesse de 20% (Calais et al., 2003)

(Serpelloni et al., 2007)

7

(Serpelloni et al.,

2007)

2 transects

indicateurs

d’une

déformation

significative

en mer

1.6±0.6 3.9 ±0.9

Serpelloni et al., 2007

Eurasie

Afrique

1901-2004

Suture Zone Interne-Zone Externe

GPS: un part offshore?

mm/an

2.7±0.62.7±0.9

0.0 ±0.3

Réponse: oui: peut-être 1/3 à ½ du racourcissement horizontal Afrique-Europe

8

2. Reconstructions cinématiques de

l’Ouest Méditerranéen

• A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents

• B. Reconstructions semi-quantitatives

• C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

• D. Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran

• E. Conclusions

Jacques Déverchère - 2009

1924-1974

Visions avant

l’ouverture des

bassins au

Cénozoïque

(d’après

Rosenbaum et al.,

2002)-> un océan

Téthys

-> une

« lanière »

continentale qui

sera dispersée

1A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents Situation précédant la formation des bassins récents

CONCEPTS:

- Dérive continentale

- Rotation de

microplaques

- Migration de subduction

9

Le concept du « roll back » appliqué à la

Méditerranée occidentale

2A. Visions conceptuelles : origine des bassins récents

Lonergan & White (1997)

Le « roll-back » du slab téthysien

Réhault et al. (1984)

35 Ma

18 Ma

15 Ma

11 Ma

4 Ma

0 Ma

Océan néogène

10

Un bloc

(« terrane ») :

ALKAPECA

entouré de 2

branches

océaniques (océan

bétique-pennique

et océan magrébin)

-> subduction

diachrone à double

vergence autour

d’Alboran

-> Plaque Alboran

quasi « en place »

-> Compatible

avec le roll back

-> Rôle limité d’une

subduction

« atlantique »

2B. Reconstructions semi-quantitatives

Subduction de la lithosphère océanique de la plaque Ibérie (océan bétique-Pennique) sous le « Terrane »: Subduction « alpine »

Collision Ibérie/Terrane et subduction de la lithosphère océanique africaine sous le Terrane: subduction « apenninique-maghrébine »

Collage de l’ALKAPECA sud sur les deux continents – Rifting et effondrement du Terrane Alboran : formation du bassin d ’Alboran

Michard et al., 2002Gelabert et al., 2002, Gueguen et al., 1998

Q: Modalités du « collapse » Alboran? Remontée des roches HP?

ALKAPECA = avant-arc unique reculant

d’abord vers le SE puis déplacement tardif

du bloc Alboran

-> Plaque Alboran :

D’abord en position septentrionale, lente

migration avec le slab vers le sud

Puis déplacée de près de 600 km vers

l’ouest après 16 Ma

-> Compatible avec le roll-back

-> Rôle majeur du roll-back atlantique

2B. Reconstructions semi-quantitativesMauffret et al., 2004 :

Q: Signature du déplacement de la plaque Alboran? Nature des marges?

Volumes? Compatibilités cinématiques?16 Ma

23 Ma

11

2B. Reconstructions semi-quantitativesMauffret et al., 2004

Q: Signature du déplacement de la plaque Alboran? Implications sur la nature des marges? Volumes respectés? Magmatisme d’Alboran? Croûte Alboran Est? Compatibilités cinématiques?

8 Ma

Ce modèle suppose une bande de 600 km de

croûte océanique formée entre 16 et 8 Ma: 10 cm/an

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

« Black circles are control points

along identified transform faults

(thin small circle arcs ) »

Nouvelle interprétation des

anomalies magnétiques:

Chrones C13n à C6n

12

16 Ma

23 Ma

30 Ma Données ESP, intégration géologiqueCalcul par coupes équilibrés -> angles de fermeture et de rotation pré-

rift associés aux pôles d’Euler, 11 plaques

33.1 Ma

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

30 Ma Chrone C13n à C6n. Nouvelle interprétation des anomalies mag.Données ESP, intégration géologique

Calcul par coupes équilibrés -> angles de fermeture et de rotation pré-

rift associés aux pôles d’Euler

13

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

26 Ma

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

21 Ma

14

2C. Reconstruction quantitative (Schettino & Turco, 2006)

16 Ma

23 Ma

19 Ma

-> Ouverture bassin algérien: pendant la dernière phase de rotation corso-sarde - Q: Et Alboran?

« In contrast with models that assume a late opening of the

Algerian Sea we propose that this basin formed during the

last phase of the rotation of Sardinia and Corsica »

?

2D. Modèles géodynamiques pour la mer d’Alboran

16 Ma

23 Ma

-> Variété des modèles pour expliquer la structure profonde de la mer d’Alboran

Torné et al., 2000

Calvert et al. (2000)

Slab break-off Bétique

15

2D. Modèles géodynamiques pour la mer

d’Alboran

16 Ma

23 Ma

-> Modèle du Slab Roll-back (Duggen et al., 2004)

Limite Oligocène-Miocène (24 Ma) : Collision du Microcontinent Alborandans les chaînes Bétiques et Rif.

� provoquerait de l’anatexie crustale

Cause: « Collapse »?Fin Miocène :

Fixation du bloc d’Alboran entre l’Ibérie et l’AfriqueArrêt/ Ralentissement du Roll Back

Evolution géodynamique de la zone Alboran

2D. Modèles géodynamiques pour la

mer d’Alboran

16 Ma

23 Ma

Fin Miocène – Quaternaire: * Réouverture du détroit de Gibraltar

* Reprise du Rollback vers l’Ouest

�Volcanisme alcalin basaltique de type intraplaque

Modèle compatible avec la délamination

Miocène Moyen: séries tholéïtiques à calco-alcalines par relâchement de fluides

provenant du slab (coin mantellique)

Gutscher (2004)

Subduction-Transform Edge Propagator

(STEP): Govers et al., 2004

16

Faccenna et al.

(2004)

Détachements latéraux de

slab contre la marge

africaine

Corollaire: le détachement (par déchirure)

du slab téthysien: le « moteur profond? »

Carminati et al.

(1998)

Reliques de slab détaché?

- Le slab roll back vers le SE est le phénomène dominant entre 23 et 16 Ma

- La collision entre blocs Kabyle et l’Afrique intervient vers 21-19 Ma, de manière oblique

- Les modèles convergent qualitativement pour indiquer un roll back précoce vers le SE suivi

d’un roll back Alboran vers l’Ouest (les « courants asthénosphériques » de Mattauer 2007)

- Les modèles divergent quant à l’ampleur du mouvement vers l’ouest d’Alboran : ~600 ou ~200

km? Et donc sur l’âge, l’origine et la structure du plancher océanique et des marges

2E. Conclusions

Camerlenghi et al., 2009

- Modèle combinant Schettino-

Duggen-Michard-Gueguen: à

confirmer?

- Modèle avec 2 générations

distinctes de marges (passives puis

en STEP) de part et d’autre du

bassin profond algéro-provençal ?

- Les détachements latéraux de slab

sont probables mais restent mal

connus en position et chronologie

17

Recul de la subduction: Apports de la tomographie et des

datations – Conséquences

• Vitesse rifting, drifting: 1 à 6 cm/an!

• Amincissement en « boudins »: causes?

• Largeur des marges: contrôle? (Taux-Rhéologie)

• « Pause » de 5 Ma (Ligure - Tyrrhénienne): Pourquoi?

Faccenna et al., 2001

Reconstitution du rollback

• Migration par

sauts

• Détachement

progressif:

– 30 Ma: Alpes

– 21-18 Ma:

Afrique W-E

30

211815

Carminati et al., 1998

4. Réflexions sur le rollback

18

Synthèse: Limites de plaques – Age du début de

l’extension – directions d’extension et de transport

Jolivet et Faccenna, 2001

Q – quels observations pour contraindre cette carte?

Age de la première extension (Jolivet & Faccenna, 2000)

19

Les deux types de subduction dans la Nature, observés par tomographie sismique

MODE 1La fosse recule

en direction de l’océan

MODE 2La fosse avancevers le continent

Méditerranée occidentale :Subduction de mode 1

(Faccenna et al., 2003; Bellahsen et al., 2005)

L’Himalaya :Subduction de mode 2

(van der Voo et al., 1999)

Bilan• Forces en présence: 2 dominent et entrent en compétition:

– Origine cinématique: Convergence Afrique-Eurasie– lente

– Reconstructions paléotectoniques de la Méditerranée

– Reconstructions géodynamiques du domaine méditerranéen occidental

– Origine gravitaire: Rollback du panneau plongeant– Mise en évidence par arguments tectoniques, minéralogiques,

métamorphiques, structuraux, paléomagnétiques, etc…

– Hypothèses: Ralentissement de convergence – changement de forme du slab par contact sur la discontinuité à 660 km

– Conséquences sur la mécanique de l’extension: boudinage, à-coups du recul, variations de la succion et du couplage interplaque

– Autres phénomènes dynamiques associés: détachement, délamination lithosphérique, effondrement gravitaire des chaînes, collision de blocs provenant des arcs ou de l’avant-arc, volcanisme bimodal et diachrone

• Structures lithosphériques: forts contrastes observés résultant de cette évolution

20

• Cycle de Wilson et cycle alpin

• Phases d’accrétion dominante

• Phases de subduction dominante

• Phases de collision: fin de cycle

5. Remarques conclusives

Coleman, 1971

21

Obduction synthétique de la

subduction

Obduction antithétique de la

subduction

Le plus fréquent

Ribeiro, 2002

Note: la subduction est intra-océanique – Parfois:

non classé dans obduction s.s.

Sud-Chili, Alaska, Nouvelle-Zélande…

22

I.P (pression interplaque).:

Force de succion/poussée

reliée au mouvement

absolu de la plaque

supérieure

« Anchoring »: résistance

visqueuse de

l’asthénosphère au

déplacement latéral du

slab

I. Introduction (3)

Problème plus général:

Comportement du « slab » et du manteau environnant…

Lallemand et al., 2005