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Alpes - tectonique actuelle : rôle de l'extension

Page réalisée sur la base de ma thèse de doctorat, effectuée à l'Université de Neuchâtel (Suisse), en collaboration avec la thèse de J.D.Champagnac et sous la direction de C.Sue et M. Burkhard.
   
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    Dans une chaîne où la déformation est particulièrement lente (vitesses de surface de l’ordre de 1 à 2 mm/an au maximum) et la couverture végétale particulièrement abondante (tout du moins dans ses parties basses, situées en dessous de 2000-2500m.), toute la difficulté réside dans l’observation d’indices tectoniques avérés actifs. En effet, si l’évolution tectonique associée à la formation des nappes de charriage en interne (à l’Eocène-Oligocène), et à la propagation du front de déformation vers l’externe (au Miocène-Pliocène) sont bien caractérisés (e.g. Tricart, 1980; Burkhard, 1990; Schmid & Kissling, 2000), les observations de terrain concernant la déformation active sont rares et souvent controversées, ne permettant pas d’aboutir à une image homogène du champ de déformation active.


    1- Analyse de la sismicité : sismotectonique

    Dans ce contexte, l’analyse de la sismicité fournit des informations capitales sur le régime tectonique actuel de la chaîne.
Dans un premier temps, avec l’installation des premiers sismographes dans les années 1940, cette analyse a consisté à établir des catalogues qualitatifs de la sismicité, dans lesquels la localisation des séismes permettait d’avoir uniquement une image de la répartition de la sismicité (e.g. Rothé, 1941; Pavoni, 1961; Ahorner et al., 1972). Cependant, le mode de déformation associé à cette sismicité n’était alors pas encore identifié et les interprétations tectoniques ont consisté à appliquer les concepts de la formation d’une chaîne de collision à la répartition de la sismicité. Dans les années 1970, avec le développement de réseaux sismologiques plus denses, la construction de mécanismes au foyer a été rendue possible, permettant de définir le régime (compressif/extensif/décrochant) ainsi que les directions (axes P : pression ; axes T : tension) de la déformation associée à la sismicité.


    Une synthèse des mécanismes au foyer permet d’aboutir à une base de données comportant 389 mécanismes au foyer, répartis dans l’ensemble de la chaîne et de son avant-pays (Delacou et al., 2004).
L’analyse de cette base de données, réalisée grâce à une méthode originale de régionalisation de la déformation, permet d’obtenir une image fiable et homogène du régime de déformation actuel, complétée par le calcul d’inversion de contraintes des régions considérées.
La caractéristique principale du champ de déformation/contraintes obtenu est l’occurrence d’un régime extensif généralisé à l’ensemble des zones internes des Alpes centrales/occidentales depuis le sud Valais jusqu’à l’arrière du massif de l’Argentera. Caractérisant les zones ‘hautes’ de la chaîne, cette extension présente des directions perpendiculaires à l’axe d’allongement structural de l’arc. Au niveau des zones externes, le régime de déformation sismotectonique est dominé par les décrochements, avec des tendances locales/régionales à l’extension (plateau molassique Suisse, nord Valais) ou à la compression (nord-est de l’Helvétique, front de Belledonne, front de la nappe de Digne, bordure de la plaine du Pô). Ce régime de déformation contrasté présente toutefois une stabilité des axes de déformation, avec des directions de compression s’organisant de manière radiale, perpendiculairement à l’axe de la chaîne, formant un éventail centré sur la plaine du Pô.

   

    2- Analyse des mesures géodésiques : GPS et nivellement

    Les taux de déformation géodésiques calculés sur la base de mesures GPS montrent une bonne correspondance qualitative avec le régime sismotectonique.
En effet, l’extension sismotectonique caractérisant les zones internes est bien documentée, avec une répartition géographique comparable et des directions d’extension globalement similaires (perpendiculaires à l’axe d’allongement de la chaîne). En externe, les zones sismotectoniques compressives sont elles aussi bien imagées par les calculs de déformation géodésiques, caractérisant le front nord de Belledonne (extrémité sud du Jura), la Provence (front de la nappe de Digne), ainsi que la bordure de la plaine du Pô.

    Cette étude conforte donc les résultats sismotectoniques, tout en donnant un ordre de grandeur des taux de déformation, de l’ordre de 4 à 6e-08 an-1 pour les zones extensives (au maximum) et de l’ordre de -2 à -6e-08 an-1 pour les zones compressives (maxima locaux). Ces résultats, correspondant à des vitesses de déformation de 1 à 3 mm/an (en considérant une ligne de base caractéristique de 50 km), fournissent une image homogène à l’échelle de la chaîne occidentale.



    Les taux de rotation calculés eux aussi à partir des mesures GPS fournissent des informations nouvelles, avec un arc de rotations horaires suivant l’arc alpin, localisé sur sa bordure externe, couplé avec une zone ‘centrale’ caractérisée par des rotations antihoraires (en bordure de la plaine du Pô). Nous proposons un modèle tectonique permettant d’expliquer ces caractéristiques, dans lequel la rotation antihoraire de la plaque Apulienne induirait la rotation anti-horaire du coeur de la chaîne et de sa bordure orientale, ainsi que la rotation horaire de blocs situés le long des grands décrochements dextres des zones externes de la bordure occidentale de l’arc alpin.

   

    Les études de nivellement, réalisés sur le territoire Suisse dans son ensemble (Gubler et al., 1981), montrent des soulèvements différentiels, atteignant 1.5 mm/an au niveau des zones ‘hautes’ comparativement à un point fixe situé au niveau de Aarberg (au nord-est du plateau molassique).



    3- Origine des déformations : régime géodynamique actuel

    La comparaison avec la géométrie tridimensionnelle de la chaîne montre que le régime extensif est corrélé aux zones de croûte surépaissies présentent au coeur de l’arc, tandis que les zones compressives locales observées en domaine externe se placent en bordure de ces zones d’épaisseur crustales ‘anormales’. Cette corrélation permet de proposer un modèle de rééquilibrage gravitaire permettant d’aboutir au régime tectonique contrasté observé (avec l’occurrence d’extension et de compression), dans lequel la convergence aux limites de la chaîne semble stoppée, et interprété comme un régime post-collisionnel. Le rôle de conditions aux limites en rotation (rotation antihoraire de la plaque Apulienne), plus difficile à appréhender, pourrait permettre d’expliquer une partie du régime décrochant observé au niveau des zones externes.

 

   
Ces hypothèses, testées par des techniques de modélisation numérique en éléments finis, apparaissent convaincantes. En effet, dans les modèles réalisés en 3D (simplification 2.5D) ou en 2D (coupe), l'équilibre entre extension et compression est reproduit lorsque les conditions aux limites sont fixes (ou rotationnelles), tandis que l'introduction de convergence (ou divergence) aux limites, fait rapidement diverger les modèles vers des régimes tectoniques totalement compressif (respectivement extensif).


   

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