Le chevauchement de Tripoli-Saida: Croissance du Mont-Liban et risque sismique

devant le jury composé de: Jacques MALAVIEILLE ..... rapporteur Bertrand MEYER .......... rapporteur Jean MARCOUX ............ examinateur Olivier DAUTEUIL ........ examinateur Iskandar SURSOCK ........ Invité Paul TAPPONNIER ......... directeur de thèse Résumé: Le coude transpressif du Liban est la plus grande irrégularité géométrique de la faille transformante sénestre du levant, frontière de plaque entre l'Arabie et la Nubie (Sinai). Il lui correspond les reliefs les plus élevés de la côte Levantine: les Mont-Liban et Anti-Liban. repectivement à l'Ouest et à l'Est de la plaine de la Békaa. Le Mont-Liban, délimité à l'Est par la Faille de Yammouneh - principale branche locale de cette transformante - en est le relief le plus élevé (3100m). Les études précédentes abordaient secondairement la question de l'âge de cette chaîne et sa croissance, mais nos travaux à terre et en mer permirent l'identification des structures tectoniques impliquées et la datation de la surrection. Les observations géologiques, effectuées sur les flancs du Mont-Liban, montrent l'existence de plis et chevauchements affectant toute la série sédimentaire Mésozoique et Cénozoique. La Flexure du Liban, structure majeure et continue bordant le massif du Mont-Liban à l'Ouest est intéprétée comme l'expression en surface d'une rampe aveugle de faille inverse profonde à pendage vers l'Est - le chevauchement du Mont-Liban - accomodant le racourcissement induit localement par la géométrie du coude transpressif. Ce système de failles inverses que nous avons identifié est en grande partie sous-marin, coupant le plancher marin entre Tripoli et Saida. Au Nord de tripoli, un arc d'avant-pays plissé et faillé se prolonge jusqu'à Koubayat où il rejoint la faille décrochante et Yammouneh, offrant l'occasion d'observer ce système à terre. La croissance de ces plis et failles est enregistrée dans les séries sédimentaires Néogène, principalement post-Miocène, permettant ainsi de dater leur formation et par la suite la croissance du Mont-Liban. Le plissement du Mont-Liban semble débuter au Miocène Moyen (~16 Ma) et s'accélérer significativement au Pliocène. Pour la première fois, des coupes géologiques équilibrées du Mont-Liban sont proposées, qui identifient des failles inverses responsables de la croissance de cette structure, et suggèrent un raccourcissement de 10-15 Km et des taux de 1-3 mm/an. Les résultats de la campagne marine SHALIMAR confirment l'existence de ce chevauchement en mer et dévoilent pour la première fois la structure de cette partie de la marge Levantine encore complètement inconnue. Un système spectaculaire de plis sous-marins d'avant-pays est ainsi mis en évidence. Les données de sismique rapide et/ou de haute résolution montrent des séries Miocène et Plio-Quaternaire déformées. Les déformation tectoniques sont compliquées par la présence du sel Messinien. Des relations géométriques et cinématiques particulières sont observées entre failles inverses profondes et failles normales superficielles. Des traces de rupture "fraiches" du plancher marin sont imagées au dessus de ces failles indiquant leur activité. Le sel Messinien représente un niveau de décollement de prédilection et les duplexes y sont observés aussi loin que 60 Km au large du Mont-Liban. Les structures compressives sont les plus développées en face du relief le plus élevé à terre. Le raccourcissement total au large de la chaîne - entre Beyrouth et Batroun - est de 20-25 Km mais pas plus de 10 Km au Sud - entre Saida et Tyr - alors qu'au Nord de Tripoli la marge passive ne semble pas afféctée par le raccourcissement. La continuité des structures terre-mer est enfin établie, et une nouvelle carte tectonique du Mont-Liban est produite. La structure de la marge Levantine centrale ainsi révélée contredit tous les modèles précédents qui postulaient l'existence d'une frontière de plaque Arabie/Sinaii - actuelle ou fossile - entre le Liban et Chypre. L'identification de ce système de failles inverses permet enfin d'établir une relation entre le soulèvement de la côte libanaise et l'activité sismique de ces failles. La combinaison de la sismicité et des récits historiques, avec des observations géomorphologiques et des données disponibles sur les âges des trottoirs à Vermets le long de la côte, permettent d'identifier de chevauchement du Mont-Liban comme étant la faille responsable du séisme destructeur de 551AD et une source potentielle de séismes destructeurs à prendre en compte dans les estimations de l'aléa sismique. Sur la base des données terre-mer, l'hypothèse d'une inversion locale de la marge Levantine entre Saida et Tripoli induite par la propagation vers le Nord de la faille du Levant à proximité d'une croûte amincie est ainsi proposée. Ceci aurait induit la déviation de 25-30 degrés vers l'Est du tracé de la faille décrochante. L'entretien de ce système chevauchant pendant une période assez longue pourra aboutir à l'initiation d'une zone de subduction le long de toute la marge.