Tectonique du Nord-Ouest Cotentin par approche Terre-Mer et implications sismo-tectoniques

North-West Cotentin tectonics, using offshore-onshore analysis and seismo-tectonic implications

• Auteur / Autrice : Tassadit Kaci
• Direction : Anne Duperret, Yann Mear
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 26/09/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement co-accrédité : Université du Havre (1984-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Gorini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Menier, Sara Vandycke, Stéphane Baize, Olivier Dugué, David Graindorge
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Menier, Sara Vandycke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cotentin (Manche)

Sismologie

Failles (géologie)

Bathymétrie

Mots clés libres

Failles potentiellement actives

Sismicité

Inversion

Héritage structural

Golfe Normand-Breton

Potentially Active Faults

Seismicity

Structural inheritance

Bathymetry

Résumé

La Péninsule du Cotentin (CP) est située à l'interface terre-mer de la partie septentrionale du Domaine Nord-Armoricain (DNA). Elle présente une évolution géodynamique complexe dans un contexte intraplaque, associée à une sismicité modérée et diffuse. Cette thèse vise à analyser les processus de déformation ductile et cassante dans la région du Cotentin et du Golfe Normand-Breton (CP-GNB). L'objectif est de distinguer les déformations des différentes phases orogéniques et d'étudier la déformation récente du Cénozoïque à nos jours. De plus, elle cherche à comprendre les causes de la sismicité et si celle-ci découle de la persistance du contexte d’inversion, réactivant des structures par héritage tectonique.La cartographie géologique terre-mer repose sur la compilation de données topo-bathymétriques à haute résolution couvrant la partie nord-ouest du Cotentin issues de sources variées, calibrées par des observations sur le terrain et complétées par de nouveaux profils de sismique réflexion haute résolution. L'analyse structurale montre au nord de La Hague (NW Cotentin) un socle cadomien recouvert par des unités paléozoïques, sur lesquelles reposent en discordance des unités méso-cénozoïques. Cette analyse met en évidence un réseau de failles héritées orientées N100°-110°E (LHDF1-2) et N150°-160°E (LHOF et MF) qui a guidé l'histoire structurale de la région. Une chronologie des événements géologiques ayant marqué la zone et les mouvements structuraux cénozoïques en contexte offshore ont été abordé dans cette thèse. Les différentes phases se manifestent par (i) le développement des bassins sédimentaires jurassiques (N110°E) et Crétacé supérieur à Éocène (N160°E et N060°E) et (ii) leur inversion ultérieure post-Éocène. Une faille majeure orientée N160°E (la faille offshore de la Hague) joue un rôle lors de l'extension du Crétacé supérieur, tandis que la compression post-Éocène provoque le plissement redressé des séries jurassiques et la réactivation en décrochement dextre de deux failles orientées N100°E. Les séries déformées ont été profondément incisées et recouvertes de manière discordante par des dépôts fluvio-glaciaires plio-quaternaires.Le deuxième volet abordé dans cette thèse est l'analyse de la sismicité de la région CP-GNB dans le but de comprendre comment le réseau de fractures fonctionne dans le champ de contrainte actuel. L’analyse a en premier lieu consisté en l’établissement d’un catalogue sismologique à jour pour ce secteur. La CP et le GNB montrent une sismicité diffuse qui semble se concentrer en essaims de type « clusters » au sein du GNB. Elle met en évidence l'existence d'une crise sismique près de Jersey au Sud de la CP (au sud des îles anglo-normandes). Certains séismes situés dans cette zone, datant de 2014-2015 et le séisme de Coutances en 2020, ont été analysés en détail pour améliorer leur localisation, profondeur et mécanisme au foyer. Les relocalisations suggèrent une concentration des épicentres près des zones de cisaillement cadomiennes reconnues régionalement, telles que la faille de Coutances (CoF) et la discontinuité de Saint-Germain-sur-Ay (SGD). La nouvelle analyse des solutions des mécanismes au foyer met en évidence une crise sismique importante à Jersey, avec un séisme principal qui réactive en inverse les zones de cisaillement cadomiennes N060°-N070° (CoF ou SGD) situées à proximité. Cela est suivi par une réactivation d'autres failles annexes correspondant aux failles varisques réactivées N150°E-N170°E. Le mécanisme au foyer de Coutances confirme la remobilisation de la CoF avec, en plus, une composante décrochante. Ces résultats sont cohérents avec l'état de contraintes actuel connu pour la région, avec un axe de compression maximale σ1 orienté NW-SE à NNW-SSE.

The Cotentin Peninsula (CP) is located in the northeastern part of the North Armorican Domain (NAD). It exhibits a complex geodynamic evolution within an intraplate context, associated with moderate and diffuse seismicity. This thesis aims to analyze and describe precisely the contact between the basement and post-orogenic series and to discuss how basement rocks and structures may control and guide sedimentary basin infill and ductile/brittle deformation. A further step aims to assess how major faults of this polyphased structural setting may be reactivated in the present-day state of stress.The purpose is to describe and analyse in details the offshore structural pattern around the CP (La Hague cape) with emphasis on the offshore fault network and how it can be reactivated during Meso-Cenozoic period. Newly-acquired high-resolution bathymetric data, calibrated by field structural observations and completed by new high-resolution seismic reflection profiles, have led to the elaboration of a land-sea DEM and related geological sections, which provides a new offshore-onshore geological model of the La Hague area. Combining our newly obtained findings serves to highlight the significance of fault patterns exhibiting various trends, likely inherited, during the post-orogenic phases. These fault patterns coincide with two main aspects: Firstly, the creation of sedimentary basins in the Jurassic (oriented approximately N110°E) and in the Upper Cretaceous/Eocene (oriented approximately N160°E and N50°E). Secondly, the subsequent reversal of these basins during the period after the Eocene period. Of particular importance is a significant fault with a N160°E orientation known as the La Hague offshore fault. This fault is well-documented in relation to the extensional event that occurred during the Upper Cretaceous period. In contrast, the compressional forces following the Eocene period are evidenced through two occurrences: (i) the formation of upright folds within the Jurassic series. Second, the right-lateral movement along two faults oriented roughly N100°E, which cut across the Eocene series. This movement took place within a transpressional context. (ii) the layers that had undergone deformation were deeply carved into and subsequently covered unconformably by Plio-Quaternary fluvio-glacial deposits. Subsequently, a discussion is held about the primary structural events that have influenced the Cotentin area onshore and offshore from the late Variscan period and onwards. These events are examined within the broader geodynamic framework of the English Channel region.The second aspect addressed in this thesis is the analysis of seismicity in the CP-GNB region to understand how the fracture network operates under current stress fields. First of all, we have compiled a homogeneous and unified instrumental catalog for the period (1962-2023) provided with moment magnitude. The seismicity is characterized by a diffuse spatial distribution in the CP and NBG with a clustering in the south of Jersey island and east of Barfleur (NE Cotentin Peninsula). The main earthquake recorded offshore Jersey (2014-2015) and 2020 near Coutances reached a moment magnitude of Mw 4. The new relocation suggests an epicenter concentration near recognized Cadomian shear zones, such as the Coutances Fault (CoF) and the Saint-Germain-sur-Ay Discontinuity (SGD). The new focal mechanism solutions highlight nodal planes related to the NW-SE and ENE-SSW fault system corresponding to the reactivated Variscan faults N150°E-N170°E and the Cadomian shear zone N060°-N070° (LCSZ and SGD). The focal mechanisms are consistent with the current state of stress with a compressional and tensional axes-oriented NW-SE and NE-SW, respectively.