Dynamique actuelle et récente des Alpes occidentales internes. Approche structurale et ...

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by  Christian Sue

Dynamique actuelle et récente des Alpes occidentales
internes. Approche structurale et sismologique
Christian Sue
To cite this version:
Christian Sue. Dynamique actuelle et récente des Alpes occidentales internes. Approche structurale
et sismologique. Tectonique. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 1998. Français. ￿NNT: ￿. ￿tel-
00463852￿
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https://theses.hal.science/tel-00463852
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OBSERVATOIRE DE GRENOBLE
LABORATOIRE DE GEOPHYSIQUE INTERNE ET TECTONOPHYSIQUE
LABORATOIRE DE GEODYNAMIQUE DES CHAINES ALPINES
THESE
Présentée par
Christian SUE
Pour obtenir le titre de DOCTEUR de
L’UNIVERSITE JOSEPH FOURIER – GRENOBLE I
(Arrêtés ministériels du 5 juillet 1984 et du 30 mars 1992)
Spécialité : Géophysique – Géochimie - Géomécanique

Dynamique actuelle et récente
des Alpes occidentales internes

Approche structurale et sismologique

Soutenue le 5 novembre 1998 devant la commission d'examen
M. M. CAMPILLO Président
M. P. LEDRU Rapporteur
M. P. MOLNAR Rapporteur
M. M. CATTANEO Examinateur
M. N. DEICHMANN Examinateur
M. F. THOUVENOT Directeur de thèse
M. P. TRICART Directeur de thèse
Quelle étrange lueur envahit les vallons
Comme un pâle reflet d’aurore !
Elle se niche aux creux les plus profonds,
Jusqu’au fond de l’abîme on l’aperçoit encore.
Un brouillard monte ici, là courent des vapeurs,
Une nuée ardente émane de la terre,
Se dispersant là-bas, se rejoignant ailleurs
En capricieuse rivière.
Elle serpente un long moment
En cent ruisseaux par la vallée,
Puis, dans cette combe étranglée,
Soudain se morcelle à présent.
Je vois voler des étincelles
En sable d’or autour de moi
Et, regarde, du haut en bas, splendeurs nouvelles,
S’embraser toute la paroi !
Johann Wolfgang von Goethe – Faust
A mes parents, A Marie
Avant-propos

Au terme de cette aventure, je mesure combien ce mémoire serait loin de sa forme actuelle
sans la participation de nombreuses personnes. Tout au long des trois années passées, j’ai eu
l’opportunité de travailler dans différents domaines des sciences de la terre, avec, à chaque fois, de
nouveaux interlocuteurs plus passionnés et passionnants les uns que les autres. Que tous ceux qui
ont participé et entretenu les discussions sur les différents aspects de ce mémoire soient ici
chaleureusement remerciés.
Je tiens en premier lieu à exprimer toute ma gratitude à Michel Campillo, Marco Cattaneo,
Nicolas Deichmann, Patrick Ledru et Peter Molnar, qui me font l’honneur de juger ce travail.
Je remercie M. Tardy, G. Poupinet et M. Campillo de m’avoir accueilli dans leurs
laboratoires. Ce travail est intégré au programme de recherche GéoFrance3D-Alpes qui a permis
de financer les campagnes de terrain. Je tiens à souligner que ce programme a surtout fourni un
cadre scientifique particulièrement motivant pour cette étude lors de nombreux congrès et réunions
scientifiques. Je sais gré à son responsable, P. Ledru, de m’avoir accordé sa confiance.
Je suis très reconnaissant à mes directeurs de thèse François Thouvenot et Pierre Tricart de
m’avoir laissé une grande liberté de choix quant aux orientations à donner à ma thèse. Je remercie
François Thouvenot de m’avoir enseigné avec patience le traitement des données sismologiques, et
surtout la minutie indispensable à ce travail. Je dois beaucoup à l’enthousiasme de Pierre Tricart,
à ses enseignements sur la tectonique de terrain, et aux nombreuses discussions fructueuses que
nous avons eues. Je souhaite que cette thèse leur fasse honneur.
Cette étude présente l’avantage (et l’inconvénient…) d’être pluridisciplinaire. J’ai donc eu
l’occasion de travailler avec de nombreux chercheurs. Je tiens à remercier chaleureusement Nicole
Bethoux, Julien Fréchet, Jean-Robert Grasso, Joseph Martinod, Anne Paul, Jean-Charles Thomas,
Gérard Vidal, que j’ai dérangés plus souvent qu’à leur tour ! Une mention spéciale va à Gilles
Ménard, « génialpin » passionnant et insatiable, qui, je l’espère, trouvera ici quelques pierres de
plus pour son ciment. Je remercie aussi tous ceux qui m’ont accueilli dans leurs laboratoires pour
des sessions de travail : M. Cattaneo (IGG, Gênes), J. Chorowicz (LGS, Paris VI), P. Choukroune
et B. Simon (CEREGE, Aix en Provence), G. Vidal (ENS, Lyon) et T. Villemin (LGCA, Chambéry).
Je remercie également M. Cattaneo, N. Deichmann et M. Burkhard pour leurs apports sur la
tectonique des Alpes suisses et italiennes et pour les documents qu’ils m’ont communiqués.
Une partie de ce travail est basée sur une analyse de terrain. Je suis reconnaissant à tous
ceux avec qui j’ai pu discuter « devant l’affleurement ». Je pense tout particulièrement à Pierre qui
- i -
m’a accompagné de nombreuses fois et m’a fait découvrir le Queyras et le Briançonnais (tout
autant que la tectonique cassante !), mais aussi, entre autres, à J.P. Bouillin, M. Fort, J.M.
Lardeaux, P. Ledru, et à celles et ceux qui ont suivit les excursions que j’ai encadrées dans le
briançonnais.
Je sais gré à A. Pêcher (en plus des sorties en montagne…) et à T. Villemin de m’avoir
fourni leurs programmes de traitement de données structurales. La qualité des données
sismologiques sur lesquelles j’ai pu travailler résulte de plusieurs années de travail de toute
« l’équipe Sismalp » (J. Fréchet, R. Guiguet, L. Jenatton, F. Thouvenot). Je les en remercie
vivement. Merci aussi à C. Pequegna qui assure en permanence un réseau informatique
irréprochable au LGIT et à l’ensemble des ingénieurs, techniciens et secrétaires du LGCA et du
LGIT. Je souhaite également témoigner de mon amitié envers celles et ceux, thésard ou DEA, qui
ont contribué à faire de ces trois années une expérience enrichissante et unique. Je les en remercie
collectivement.
Mes différents séjours dans le Briançonnais et le Queyras n’auraient pas eu la même
quiétude sans l’hospitalité de la famille Thillet, à Villard St. Pancrace. Je suis aussi très
reconnaissant à Pierre de m’avoir hébergé de nombreuses semaines à L’Argentière - la Bessée,
ainsi qu’à S. Schwartz de m’avoir accueilli à Aiguilles.
Un grand merci, au vol, à C. Kerckhove, à qui je dois d’avoir découvert une autre facette de
mon terrain de thèse, la plus impressionnante sans nul doute, vu « d’en haut » ; ou comment étudier
un MNT grandeur nature !
Je tiens à exprimer ici ma profonde gratitude à Jean-Luc Bouchardon, dont la passion
communicative m’a donné l’envie, il y a quelques années, de suivre le sentier escarpé qui passe par
une thèse…
Je pense enfin à ma famille qui m’a soutenu et encouragé tout au long de mes études, et à
Marie qui m’accompagne sur ce sentier et sur d’autres chemins de lumières.
∼∼∼∼
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Table des matières

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Liste des figures x
Liste des tableaux xiii
Résumé xiv
Abstract xv

PREMIERE PARTIE
Objets et méthodes……….1

Chapitre I.1 – Le problème posé et les méthodes utilisées :
Intérêts d’une approche pluridisciplinaire……….4

1. Objectifs et évolution du sujet 4
2. Méthodologie 7
3. Plan de l’ouvrage 7
Chapitre I.2 – Introduction sur l’histoire tectonique des Alpes occidentales……….9

1. Généralités 9
2. L’empreinte hercynienne dans la tectonique alpine 10
3. De l’ouverture océanique à la collision continentale 10
4. Une collision polyphasée complexe 11
5. Tectonique oligo-miocène versus tectonique plioquaternaire 13

DEUXIEME PARTIE
La déformation cassante : ultime épisode tectonique entre Pelvoux,
Argentera et Viso……….15

Chapitre II.1 – Analyses géométrique et cinématique de la fracturation……….18

1. Analyse de terrain et schéma structural 18
1.1. Les travaux antérieurs 18
1.2. L’outil cartographique 19
1.3. Exemple d’étude de terrain : le site du Mélezin 22
1.4. Caractères généraux de la fracturation tardi-alpine 23
1.4.1. La fracturation comme dernière phase de déformation alpine 23
1.4.2. Une déformation cassante polyphasée ? 27
1.4.3. Un épisode tectonique cassant anté-extension ? 29
- v -
2. L’approche morphotectonique 31
2.1. Photographie aérienne 31
2.2. Télédétection satellitaire 31
2.2.1. Images SPOT 31
2.2.2. Imagerie radar 35
2.3. L’apport des MNT 37
3. Cartographie du réseau de failles 43
4. Le problème de la datation : un régime tectonique plio-quaternaire ? 46
4.1. Arguments indirects 46
4.2. Indices néotectoniques sensu stricto 46
4.3. Un indice sédimentaire 47
4.4. Analyse de profils en long dans le bassin de la Haute Durance 49
4.5. Analyse d’une zone active : le site entre la Mortice et la Font Sancte 51
4.6. Conclusions dur la datation déformation cassante tardi-alpine 60
5. Conclusions sur l’analyse cinématique du réseau de failles tardives 61
Chapitre II.2 - Analyse micro-structurale……….63

1. Rappels méthodologiques 63
1.1 Conventions, définitions 63
1.2 Hypothèses de base 64
1.3 Développement des méthodes d’inversion 64
1.4 Procédures utilisées 65
2. Analyses de sites caractéristiques 65
2.1 Les différents types de tenseurs calculés 65
2.2 Relations macro/micro-tectonique : quelques illustrations 67
3. Analyse des champs de contraintes 71
3.1 La base de données 71
3.2 Cartes synthétiques 74
3.2.1 Présentation et conventions 74
3.2.2 Jeu normal 74
3.2.3 Jeux décrochants 75
3.2.4 Un régime tectonique global ? 79
3.3 Caractéristiques statistiques de la population de tenseurs 79
4. Conclusions sur l’analyse micro-structurale 83
Chapitre II.3 – Synthèse et interprétations sur la déformation cassante tardi-alpine……….83

1. Le front pennique crustal : un rejeu tardif en extension ? 84
Late brittle extension in the Briançonnais nappes above the Frontal Pnnine Thrust, SE of the
Pelvoux massif (Western Alps): structural field data and paleostress inversion
Article accepté aux Eclogae Geologicae Helvetiae………85
2. Essai interprétatif sur la place du régime tectonique transtensif dans la tectonique alpine 109
2.1. Elargissements régionaux 109
2.1.1. Vers l’Est 109
2.1.2. Vers le Nord 109
2.1.3. Vers le Sud 110
2.1.4. Vers l’Ouest 111
2.2. Interprétations mécaniques 111
- vi -
TROISIEME PARTIE
Cinématique et champ de contraintes actuels de l’arc alpin occidental :
approche sismotectonique……….115

Chapitre III.1 – Introduction sur la sismotectonique de l’arc alpin occidental………..117

1. Les travaux antérieurs 117
1.1. Sismicité historique 117
1.2. Sismicité instrumentale 119
2. Présentation de la base de donnée 123
2.1. Le réseau Sismalp 123
2.2. L’apport des données italiennes 125
2.3. Les données de la campagne d’acquisition GéoFrance3D 126
2.4. Exemples de signaux sismiques 127
2.5. Le problème de la sismicité artificielle 131
Chapitre III.2 - Sismotectonique de la zone cible : quelles relations avec la tectonique tardi-alpine ?……….133

1. Localisation des séismes 133
1.1. Localisation de routine 133
1.1.1. Présentation générale 133
1.1.2. Contrôle de la qualité des localisations 136
1.2. Modèle de vitesse 1D amélioré 138
1.3. Modèle de vitesse 3D 142
1.3.1. Présentation du modèle de vitesse 142
1.3.2. Comparaison des modèles MIN1D et 3D 145
1.4. Conclusions sur les différentes localisations 147
2. Calcul des solutions focales 149
2.1. Présentation générale 149
2.2. Elaboration de la base de donnée des solutions focales : modèle de vitesse 1D 150
2.3. Modèle de vitesse 3D 155
2.4. Comparaisons 158
3. Une synthèse régionale sismotectonique - géologie structurale 160
3.1. Analyse sismotectonique régionale 160
3.1.1. Sismotectonique et failles actives 160
3.1.2. Analyse régionale des solutions focales 163
3.1.3. Coupes sismotectoniques 168
3.2. Analyses sismotectoniques locales 168
3.2.1. La région de Briançon : faille de la Durance 168
3.2.2. L’Ubaye : faille de Serenne 170
3.3. Tectonique tardi-alpine et tectonique active : comparaison 174
Chapitre III.3 - Sismotectonique des zones internes de l’arc alpin occidental……….177

1. Le nord de l’« arc sismique » briançonnais 177
1.1. Solutions focales 177
1.2. Analyse sismotectonique 179
2. L’« arc sismique » piémontais 181
2.1. Amélioration des localisations 181
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