Déformation de la marge Est-Sicile et de l'arc calabrais : étude paléosismologique à travers l'enregistrement sédimentaire des turbidites

Eastern Sicilian margin and Calabrian arc deformation : paleoseismology study through the sedimentary recording of turbidites

• Auteur / Autrice : Laurine San Pedro
• Direction : Marc-André Gutscher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de la Terre- Sédimentologie Marine
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Domaines océaniques (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Déverchère
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc-André Gutscher, Jacques Déverchère, Christian Beck, Jean-Noël Proust, Nathalie Babonneau, Gueorgui Ratzov
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Beck, Jean-Noël Proust

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléosismologie

Ionienne (mer)

Turbidites

Sédimentologie

Mots clés libres

Sédimentologie marine

Paléosismologie sous-marine

Mer Ionienne

Mégaturbidite

Homogénite

Turbidites

Marine sedimentology

Marine paleoseismology

Ionian Sea

Megaturbidite

Homogenite

Turbidite

Résumé

La paléosismologie sous-marine est une discipline basée sur la reconnaissance et l’étude des séismes passés à partir d’archives sous-marines tels que les dépôts turbiditiques. Cette discipline, mise en place à partir des années 1990 au niveau de la zone des Cascades (côte Nord-Ouest des Etats-Unis) a, par la suite, été développée dans d’autres mers, océans et lacs.La mer Ionienne est un petit bassin étroit et profond localisé au centre de la mer Méditerranée bordé par deux prismes d’accrétions, la ride Méditerranéenne à l’Est et le prisme Calabrais à l’Ouest. L’Est de la Sicile et la région Calabre ont été soumises à plusieurs reprises, à des séismes historiques destructeurs, parfois suivit de tsunamis, comme par exemple le séisme de 1693 AD à Catane (magnitude 7,4) ou celui de 1908 à Messine (de magnitude 7,1). Ce dernier séisme a déclenché des glissements sous-marins et des courants de turbidités qui sont à l’origine de rupture de câbles sous-marins. Au niveau de la plaine abyssale Ionienne, un autre type de dépôt est décrit à partir des données sismiques, caractérisées par une couche transparente. Ces méga-dépôts de plusieurs mètres d'épaisseur, sont associés à de grands évènements extrêmes (séismes, tsunamis, éruptions volcaniques) et sont appelés mégaturbidites ou homogénites.Les études réalisées durant cette thèse, se focalisent sur l’interprétation des turbidites et des méga-dépôts observés grâce à un nouveau jeu de données localisé dans la partie Ouest du prisme Calabrais et récolté durant la mission CIRCEE en octobre 2013. La compréhension des sources et des origines de ces dépôts est primordiale pour l’interprétation de l’enregistrement paléosismologique de la région. L’objectif général étant d'améliorer notre compréhension de la chronologie et l'origine des grands événements catastrophiques qui ont affecté la région.Ces nouvelles données, qui incluent des carottes sédimentaires, de la bathymétrie et des profils sismiques (Chirp et HR), ont permis dans un premier temps de revisiter l’interprétation des processus sédimentaires et l’origine des mégadépôts et en particulier, du dépôt le plus récent appelé « dépôt d’Augias ». Ce dernier, dont l’épaisseur atteint les douze mètres en plaine abyssale Ionienne, serait lié au séisme et tsunami de Crête en 365 AD. A partir de sa description sédimentologique et des diverses mesures réalisées, trois types de faciès ont été identifiés (faciès « mégaturbidite », « homogénite » et « turbidite sableuse épaisse ») et qui sont les résultats de différents processus sédimentaires. La deuxième partie de cette thèse représente une étude paléosismologique des derniers 25 ka en mer Ionienne basée sur des modèles d’âges. La période de temps recouverte par les carottes englobe la fin de la dernière période glaciaire, la remontée du niveau marin et la période historique. Cela a permis de différencier les dépôts de la période historique où l’évènement déclencheur principal des courants de turbidités est le séisme. Par contre pour les dépôts antérieurs il a pu être démontré que les variations eustatiques et climatiques ont un fort impact sur la fréquence de turbidites.

Submarine paleoseismology is a discipline based on the recognition and study of past earthquakes from submarine records such as turbidite deposits. This discipline was initially developed in the 1990’s in the Cascadia region (north-west coast of the USA), and was subsequently, applied to other seas, oceans and lakes. The Ionian Sea is a small, narrow and deep basin located in the central Mediterranean Sea and bounded by two accretionary wedges, the Mediterranean Ridge to the east and the Calabrian wedge to the west. Eastern Sicily and Calabria region have been repeatedly struck by destructive historical earthquakes, sometime followed by tsunamis, such as the 1693 AD earthquake in Catania (magnitude to 7.4) or the 1908 AD earthquake in Messina (magnitude to 7.1).This latter earthquake triggered a submarine landslide and turbidity currents that ruptured submarine cables. In the Ionian abyssal plain, another type of deposit is observed in seismic data, expressed as successive transparent layers. These mega-deposits, several meters in thickness, are associated with large extreme events (earthquakes, volcanic eruptions, tsunamis) and are named megaturbidites or homogenites.The research conducted during this thesis focuses on the interpretation of turbidites and mega-deposits, observed by a new data set located in the western part of the Calabrian prism and acquired during the CIRCEE cruise, in October 2013. The understanding of the sources and the origin of these deposits is essential for the interpretation of paleoseismological record in the region. The general objective is to improve our understanding of the chronology and origin of major catastrophic events that have affected the region. These new data, include piston cores, bathymetry and seismic profiles (Chirp and HR), and allow us, for first time, to revisit the interpretation of sedimentary processes and origin of mega deposits and in particular the most recent deposit named "Augias deposit" This deposit, whose thickness reaches 12 meters in Ionian abyssal plain, can be linked to the 365 AD Crete earthquake and associated tsunami. Based on the sedimentological description and different measurements that were conducted, three type facies could be identified ("megaturbidite", "homogenite" and "thick sandy turbidite") that are the expressions of different sedimentary processes.The second part of this thesis represents a paleoseismological study of the last 25 ka in Ionian Sea based on age models. The time period covered by the cores includes the end of the last glacial period, the sea level rise and the historical period. This allowed identification of deposits from the historical period whose main trigger of turbidity currents are earthquakes. On the other hand for earlier deposits, eustatic and climatic variations are shown to have a stong effect on the frequency of turbidites.