Shallow marine sediment record of tsunamis : analysis of the sediment-fill of the bays of Tutuila (American Samoa) and backwash deposits of the 2009 South Pacific Tsunami

par Brieuc Riou

Thèse de doctorat en Terre solide et enveloppes superficielles

Sous la direction de Eric Chaumillon et de Jean-Luc Schneider.

Soutenue le 08-11-2019

à La Rochelle , dans le cadre de École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....) , en partenariat avec Littoral, Environnement et Sociétés (La Rochelle) (laboratoire) .

Le président du jury était Xavier Bertin.

Le jury était composé de Eric Chaumillon, Xavier Bertin, Raphaël Paris, Laurent Dezileau, Pedro Costa, Max Engel.

Les rapporteurs étaient Raphaël Paris, Laurent Dezileau.

  • Titre traduit

    Enregistrement sédimentaire en mer des tsunamis : analyse du comblement sédimentaire des baies de Tutuila (Samoa américaines) et des dépôts de backwash du Tsunami du Pacifique Sud en 2009


  • Résumé

    Suite aux nombreux tsunamis dévastateurs récents, et plus particulièrement le Tsunami de l'Océan Indien en 2004 et le Tsunami de Tohoku-Oki en 2011, ainsi qu’à leur portée à l’échelle mondiale, l’intérêt pour la recherche sur les tsunamis au sein de la communauté scientifique n’a cessé de croître. Cependant, la plupart des études axées sur les signatures géologiques des tsunamis passés se concentrent sur les dépôt terrestres, laissant de côté les dépôts sous-marins malgré leur potentiel pour l’enregistrement de la phase dite de backwash. De plus, le peu d’études sur les dépôts sous-marins de tsunamis ont été réalisées dans des environnements sous-marins peu profonds ouverts et donc dynamiques, qui ne sont pas propices à la préservation à long terme des dépôts. Au cours de cette étude, nous nous sommes focalisés sur les baies abritées de l’île de Tutuila (Samoa Américaines) fréquemment touchées par les tsunamis, censées offrir un potentiel de préservation des dépôts sous-marins idéal, afin d’améliorer les connaissances sur les dépôts de backwash de tsunami. Le comblement sédimentaire de la baie de Pago Pago a d’abord été étudié. L’architecture interne et les facies sédimentaires montrent que le comblement s’est effectué au cours des 12000 dernières années, pendant la dernière remontée du niveau marin et période de haut niveau marin. La partie supérieure du comblement est composée d’une alternance entre des unités sédimentaires de basse énergie et des unités de haute énergie interprétées comme un empilement de dépôts de backwash de tsunami mis en place au cours des derniers millénaires. Au sein de l’unité sommitale silteuse, les dépôts de backwash associés au Tsunami du Pacifique Sud en 2009 et au Tsunami du Chili en 1960 ont été identifiés grâce à des critères géochimiques, minéralogiques et microstructuraux. Les microdéformations basales observées prouvent que les courants de backwash de tsunamis se comportent comme des courants hyperpycnaux. Finalement, les dépôts de backwash de quatre tsunamis récents ont été identifiés dans les baies du nord de Tutuila, le Tsunami du Pacifique Sud en 2009, le Tsunami du Chili en 1960 ou le Tsunami des Îles Aléoutiennes en 1957, le Tsunami de la Fosse des Tonga en 1917 et très propablement le Tsunami d'Amérique du Sud en 1868. Si ces derniers s’avèrent bien être les dépôts de backwash du Tsunami d'Amérique du Sud en 1868, il s’agirait des premières preuves géologiques sous-marines de ce tsunami. Dans leur ensemble, ces travaux montrent le fort potentiel des environnements marins protégés pour l’archivage sédimentaire de tsunamis, avec au moins quatre dépôts de backwash de tsunami identifiés au cours des 150 dernières années dans les baies de Tutuila. De plus cette études apporte de nouveaux critères d’identification concernant les dépôts de backwash de tsunami, et plus particulièrement en comparaison avec les dépôts de crues flashs.


  • Résumé

    Following recent destructive tsunamis, especially the 2004 Indian Ocean Tsunami and the 2011 Tohoku-Oki Tsunami, and their worldwide coverage, there has been a growing interest in tsunami research amongst the scientific community. However, most of the studies dealing with geological evidence of past tsunamis focus on onshore deposits, leaving aside marine deposits despite their potential for recording of the backwash phase. Moreover, the few studies on tsunami marine deposits were carried out in open and dynamic shallow marine environments, which are not favorable for long-time preservation. In this study, we focus on sheltered bays of Tutuila (American Samoa) frequently impacted by tsunamis, supposed to offer ideal preservation potential, to gain knowledge on tsunami backwash deposits. The sediment-fill of Pago Pago Bay was first examined. The internal architecture and sediment facies show that the bay infilling was emplaced during the last 12 000 years through the last sea-level rise and highstand. The upper bay-fill consists of alternations between low-energy and high-energy sediment units, interpreted as stacked tsunami backwash deposits, emplaced during the last millenaries. Within the uppermost meter-thick silty unit, backwash deposits emplaced following the 2009 South Pacific Tsunami and the 1960 Great Chilean Earthquake Tsunami were identified based on geochemical, mineralogical and microstructural signatures. Basal microstructural features give evidence that those tsunami backflows behave as hyperpycnal currents. Finally, backwash deposits of four recent tsunamis were identified in bays located along the north shore of Tutuila, including the 2009 South Pacific Tsunami, the 1960 Great Chilean Earthquake Tsunami or the 1957 Aleutian Islands Tsunami, the 1917 Tonga Trench Tsunami and an older tsunami never reported in American Samoa, most likely the 1868 South American Tsunami. Backwash deposits emplaced by the 1868 South American Tsunami would represent the first marine geological evidence of this tsunami. As a whole, this study shows the great potential of sheltered shallow marine environments for tsunami backwash archiving, with at least four tsunami backwash deposits identified for the last 150 years in the bays of Tutuila. In addition, this work provides new identification criteria for tsunami backwash deposits, particularly in comparison with flash-flood deposits.


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