Cinématique d’un segment de faille décrochante à différentes échelles de temps: la faille de Wadi Araba, segment sud de la faille transformante du Levant

LEBEON devant le jury: Didier BOURLES ................ Rapporteur Yann KLINGER .................. Directeur de thèse Schmuel MARCO ................. Examinateur Frédéric MASSON ............... Rapporteur Jean-François RITZ ............ Examinateur Paul TAPPONNIER ............... Examinateur Résumé: La faille du Levant constitue la limite entre les plaques Arabie et Sinaï. C'est une faille décrochante sénestre. Ce travail se concentre sur le segment de faille du Wadi Araba, situé entre le bassin de la Mer Morte et le Golfe d'Aqaba. Nous nous intéressons à sa vitesse de glissement à différentes échelles de temps, afin de préciser cette vitesse, jusqu'à présent estimée entre 2 et 10 mm/an selon les auteurs, et de comprendre son comportement sismique. À partir de données GPS de campagne réparties selon trois profils perpendiculaires à la faille, nous déterminons un taux de glissement actuel de 4,9 +/- 1,4 mm/an à l'échelle de 6 ans, mieux contraint que les études précédentes. La projection des données GPS dans le référentiel ITRF2000 nous permet de reconsidérer la cinématique des plaques Arabie, Sinaï et Afrique (Nubie). L'étude géomorphologique et la datation par l'isotope cosmogénique 10Be de surfaces alluviales décalées par la faille infirment certains travaux précédents et conduisent à un taux de glissement de 4,6 +/- 2 mm/an en moyenne depuis ~12 ka, à un minimum de 2,3 mm/an depuis ~50 ka et à un taux de glissement de 7,4 +/- 3,0 mm/an depuis ~94 ka. L'analyse géomorphologique étendue à l'échelle de la vallée du Wadi Araba, couplée à des âges d'exposition 10Be, aboutit à une nouvelle carte morpho-tectonique. Le décalage des grandes surfaces alluviales abandonnées au centre de la vallée s'avère n'être pas suffisamment précis pour apporter de nouvelles contraintes sur le taux de glissement à l'échelle de 100-300 ka. Certains sites mériteraient cependant une étude plus approfondie. Si nos résultats complétés par les études précédentes n'excluent pas des variations de vitesse à l'échelle de quelques dizaines de milliers d'années, ils convergent néanmoins vers un taux de glissement constant de 5 +/- 2 mm/an et suggèrent que la faille du Wadi Araba produit de grands séismes (M > 6,5) de façon quasi-périodique. La combinaison de tous les âges obtenus suggère une distribution en groupements d'âges qui correspondraient à des périodes humides enregistrées par des marqueurs paléoclimatiques variés à l'échelle locale, voire régionale. Abstract: The Dead Sea fault is the transform plate boundary between the Arabia plate and the Sinai sub-plate. This manuscript focuses on the Wadi Araba fault segment, located between the Dead Sea basin and the Gulf of Aqaba. We aim at studying the slip rate of this fault segment at different time scales, in order to better constrain the slip rate, which has been estimated between 2 and 10 mm/yr depending on the authors, and to understand its seismic behavior. Based on GPS campaign data distributed along three profiles perpendicular to the fault, we provide a present-day slip rate of 4.9 +/- 1.4 mm/yr since the last 6 years, better constrained than previous studies. Data processing in the ITRF2000 reference frame allows investigating the relative kinematics between Arabia, Sinai and Africa (Nubia). The geomorphologic analysis and 10Be cosmogenic dating of alluvial surfaces offset by the fault invalidate previous studies and yield a slip rate of 4.6 +/- 2 mm/yr since ~12 ka, a minimum slip rate of 2.3 mm/yr since ~50 ka and a slip rate of 7.4 +/- 3 mm/yr since ~94 ka. The geomorphologic analysis at the scale of the Wadi Araba Valley, associated to 10Be exposure ages, leads to a new morpho-tectonic map. The offset of large (~10 km long) abandoned alluvial surfaces at the centre of the valley is turned out not to be precise enough to bring new constraints on the slip rate since the last 100-300 ka. Some sites however worth further investigation. Although our results complemented by previous studies do not exclude variations in fault slip rate at the time scale of a few ten thousands years, they agree on a constant slip rate of 5 +/- 2 mm/yr and suggest that the Wadi Araba fault produces large earthquakes (M > 6.5) quasi-periodically. Combining all the ages obtained in the Wadi Araba suggests a clustered distribution of ages that could correspond to periods characterized by a humid climate, as recorded by various paleoclimatic proxies at the local, and possibly, regional scales.