Discussion des résultats

4.1 Introduction

Le Nord-Est du Rif et la région d’Al-Hoceima en particulier est une zone qui a été étudiée dans le cadre de ce travail de thèse pour plusieurs raisons. La première raison est d’ordre géologique : les terrains récents Plio-Quaternaires à Quaternaires sont surtout localisés à la périphérie de la chaine sous forme de bassins sédimentaires marins et/ou continentaux (bassin de Rharb au Sud-Ouest, de Saiss au Sud, de Boudinar au Nord-Est, du Bas-Nekor au Nord-Est) et sont particulièrement représentés dans la région Nord-Est du Rif.

D’autre part, la tectonique dans la région est relativement récente comme l’attestent ces bassins déformés.

De plus, la région d’Al-Hoceima est considérée comme la zone sismique la plus active de la Méditerranée Occidentale. En effet cette région, à forte densité de population, a été récemment touchée par deux séismes destructeurs, les séismes du 26 Mai 1994 (Mw∼6) et du 24 Février 2004 (Mw∼6.4) (Bezzeghoud and Buforn, 1999 ; Calvert et al., 1997 ; Stich et al., 2005 ; Tahayt et al., 2009), dont les caractéristiques restent encore mal comprises, ce qui en fait une zone à haut risque sismique.

Enfin, aucune étude de déformation active sur le moyen-terme n’a été réalisée dans cette région, il apparait donc nécessaire de s’y intéresser.

Dans ce chapitre, je présente en premier lieu le contexte géologique, structural et sismo-logique de la baie d’Al-Hoceima et des massifs proches. Je présente ensuite les observations morphotectoniques en suivant la logique utilisée lors de mon travail de recherche, à savoir :

•Identification de marqueurs morphologiques par l’utilisation des méthodes de télédétection,

• Reconnaissance sur le terrain et quantification géométrique, cinématique et temporelle de ces marqueurs et enfin,

• Interprétation locale et régionale des résultats obtenus.

L’étude de la sismicité instrumentale et historique habituellement détaillée dans l’ensemble des chapitres est commune pour les deux chapitres qui concernent la région Nord-Est du Rif (chapitres4 et5).

En résumé, l’analyse morphotectonique réalisée dans la région d’Al-Hoceima a permis de mettre en évidence la présence de plusieurs failles actives normales et transtensives, fonction-nant en horst et graben, situées à moins de 20 km de la ville d’Al-Hoceima. Cette déformation

extensive observée dans le Nord-Est du Rif est oblique de ∼30˚ à la direction de convergence des plaques.

La reconnaissance et la datation de marqueurs morphologiques sur trois failles majeures de la région ont permis d’estimer des vitesses de glissement sur ces failles et pour certaines des temps de récurrence. La cinématique de ces failles semble cohérente avec le champ de vitesse déduit des mesures GPS, bien qu’elles ne suffisent pas à absorber toute la déformation.

Je confirme également une réorientation ∼N-S des structures actives comme le suggère la connexion de la faille majeure de Nekor (ancienne rampe latérale de mise en place des nappes de la chaine), orientée NE-SW, à l’ensemble de horst-grabens de direction ∼N-S.

Enfin, j’étudie pour la première fois, à ma connaissance, les phases d’exposition d’un escar-pement de faille normale-décrochante dûes au cycle sismique en utilisant la méthode de datation de l’3

He cosmogénique produit in-situ sur une faille majeure limitant la bordure d’un massif volcanique et appartenant à un ensemble de horsts et grabens.

Une partie de ces résultats ont fait le sujet d’un article publié dans Journal of Geodynamics en 2014 (voir Annexe A).

4.2 Contexte géologique et structurale de la zone

nord-est du Rif : le massif des Bokoyas, Al-Hoceima et la

plaine du Bas-Nekor

4.2.1 Le massif de Bokoya : contexte géologique et structural

Le massif de Bokkoya est un édifice montagneux qui se situe sur la côte méditerranéenne dans la partie centrale nord du Rif. Il s’étale sur ∼40 km entre les localités de Torres et Bades à l’Ouest et se poursuit à l’Est jusqu’à la ville d’Al-Hoceima (Figure 4.1a).

Le massif fait partie des zones Internes du Rif et est constitué par des écailles de Dorsale calcaro-dolomitique dans lesquelles apparaissent quelques klippes des unités des Sebtides et des Ghomarides (Chalouan et al., 1995 ; Michard et al., 2002). Ces écailles chevauchent sur la série de Flyschs gréseux de Tisirène, par l’intermédiaire d’une couche marneuse (le Prédorsalien) utilisée comme niveau de décollement des nappes, elle-même charriée sur les unités du Rif externe au Sud.

Le massif de Bokkoya, découpé en plusieurs micro-blocs plus ou moins basculés, est ultra-fracturé (Fiure 4.1b) et semble indiquer une histoire tectonique polyphasée complexe résultant de la superposition de plusieurs phases compressives et distensives successives depuis l’Eocène jusqu’à l’actuel.

Elle commence par la phase de serrage oligocène orientée N-S, puis elle se poursuit avec une phase distensive oligo-miocène également N-S liée à l’ouverture d’Alboran, et elle se termine par la phase de mise en place des nappes et le chevauchement du massif de Bokkoya sur le domaine de Flysch au SSE. Enfin, une phase tardive compressive NNE-SSW tortonienne permet la structuration définitive du massif des Bokkoyas (Andrieux et al., 1971 ; Azzouz, 1992).

Depuis le Miocène terminal, la déformation crustale superficielle dans la région se traduit par des plis de tailles kilométriques et de la déformation cassante, associée au développement de grandes failles décrochantes (i.e., la faille de Nekor, cf chapitre6).

Ait Brahim (1991) et Medina (1995) suggèrent que le réseau dense de structures qui recoupent le massif de Bokkoya et l’ensemble de la région d’Al-Hoceima est le résultat d’une réorientation progressive de la contrainte principale depuis une direction NE-SW au Tortonien, à ∼N-S du-rant la transition Tortonien-Messinien et enfin NNW-SSE au Plio-Quaternaire. Cela pourrait expliquer les nombreuses failles du massif qui affectent l’ensemble des terrains dans toutes les directions. Ces failles peuvent être cataloguées en trois familles dont deux sont quasiment ortho-gonales : l’une de direction NNE-SSW, une autre de direction N-S perpendiculaire au trait de côte et enfin une autre NW-SE (Ait Brahim et al., 2004 ; Azzouz, 1992 ; Chalouan et al., 1995 ;

Jabour et al., 2004) (Figure 4.1b).

Figure 4.1: (a) Carte géologique et structurale des failles considérées actives et stéréogrammes associés de la région d’Al-Hoceima reportés sur le MNT SPOT5 (les failles sont reportées d’après Aıt Brahim et al. (1990), El Alami et al. (1998) et Poujol et al. (2014)). Le rectangle noir localise la figure b, le trait rouge localise le profil gravimétrique en figure c. (b) Carte géologique et structurale montrant la structuration « en damier » du horst d’Al-Hoceima (d’après Azzouz et al. (2002)). (c) Profil gravimétrique réalisé à travers la baie de Souani (localisation en figure a) et interprétation des structures et couches observées (d’après Galindo-Zaldivar et al. (2009)).

Globalement, mise à part les failles de chevauchement qui limitent les différentes unités, la plupart des failles affectant le massif présentent des pendages subverticaux et ont un jeu principalement normal ou/et décrochant. C’est le cas des failles majeures de Rouadi (une faille normale orientée NNE-SSW), de Boussekour-Aghbal (une faille décrochante orientée NE-SW) et de Boujibar (une faille orientée NW-SE) (Figure4.1a).

Actuellement, il est difficile de différencier les failles anciennes qui datent de la mise en place des nappes (ou qui sont antérieures), des failles réellement actives.

Les différentes unités structurales qui composent le massif et l’orientation orthogonale des failles qui l’affectent présentent une structuration en damier composée de horst et grabens d’échelle plurimétrique à kilométrique (Figure 4.1b). Cette structuration lui confère une mor-phologie de plateau légèrement ondulée, culminant entre 500 et 700 m d’altitude, bien visible dans la topographie. La ville d’Al-Hoceima est construite sur des replats de forme losangique légèrement affaissés correspondant à cet ensemble de structures en grabens délimitées par des failles normales ∼N-S à NE-SW.

Le massif de Bokkoya, de par sa nature lithologique et structurale, présente un littoral très escarpé formé principalement de falaises raides taillées dans les calcaires de la Dorsale, dont les plus hautes dépassent par endroits la centaine de mètres. Cette topographie accidentée est visible sur l’ensemble du littoral méditerranéen rifain et semble être associée à des failles normales de type gravitaires liées à l’effondrement de la mer d’Alboran (Chalouan et al., 1995 ; Maldonado and Comas, 1992 ; Meghraoui et al., 1996 ; Morel, 1987). Azzouz et al. (2002) montre que la structuration complexe et la lithologie du massif de Bokkoya le rendent sujet à de nombreux glissements de terrain et semblent contrôler le réseau hydrographique qui entaille profondément le massif calcaire.

4.2.2 La baie d’Al-Hoceima : contexte géologique et structural

La baie d’Al-Hoceima, ou baie de Souani (Figure4.1a), est située dans la partie Nord-Est du Rif entre les villes de Melilla, Nador à l’Est et Tétouan, Oued Laou à l’Ouest. La baie ressemble à une profonde encoche, de ∼14 km de largeur et encaissée de ∼10 km à l’intérieur des terres. Cette encoche taillée dans le trait de côte est marquée par une plaine de remplissage, dont l’altitude moyenne est de ∼20m, correspondant à l’embouchure de l’oued Nekor (Figure4.1a).

La baie est encadrée à l’Est par le massif du Ras Tarf culminant à plus de 600m d’altitude et à l’Ouest par le massif des Bokkoyas culminant à ∼400m d’altitude et sur lequel est construit la ville d’Al-Hoceima.

Figure 4.2: (a) Zones de déformation récente, structures actives et modèle explicatif pour la formation du réseau de failles décrochantes observées dans la région d’Al-Hoceima (d’après Calvert et al., 1997). Les auteurs suggèrent que le mouvement décrochant des deux failles majeures (Jebha, à terre, et la ride d’Alboran, en mer) est responsable de la mise en place du réseau de failles décrochantes conjuguées d’Al-Hoceima, en relation avec la sismicité. Les mécanismes au foyer de grands séismes et les directions des contraintes principales sont reportés le long de la marge africaine. Les carrés noirs localisent les cartes bathymétriques présentées au-dessous. (b) Carte bathymétrique de la zone située au large de la faille de Trougout. (c) Carte bathymétrique de la zone située au large de la péninsule d’Al-Hoceima faisant apparaitre l’escarpement de la faille de Bokkoya. (d) Carte bathymétrique de la zone située au large de la faille de Bousekkour-Aghbal. (e) Carte structurale des failles actives à terre et en mer dans la région d’Al-Hoceima. La flèche rouge indique le mouvement vers le SSW du bloc Rif d’après les données GPS. Le champ de contrainte est également reporté sur la carte (flèches noires et blanches). (f) Coupe structurale interprétative de la baie d’Al-Hoceima montrant une structure « en fleur ». Les figures b, c, d, e, f sont tirées de d’ Acremont et al, (2014).

La géomorphologie générale de la zone, montrant des variations brutales en altitudes sur de courtes distances entre des plaines ou vallées profondes et des massifs prononcés, est gouvernée d’une part par l’héritage structural en chevauchement dont témoigne la présence des forts reliefs et d’autre part par une tectonique plus récente en horsts et grabens orientés ∼N-S (Aıt Brahim et al., 1990 ; Meghraoui et al., 1996 ; Rampnoux et al., 1977) dont témoigne la topographie « en escalier » entre des zones relativement soulevées et affaissées.

En effet, la plaine alluviale du Bas-Nekor est délimitée à l’Est et à l’Ouest par des failles rectilignes d’orientation ∼N-S qui semblent se rejoindre plus au Sud pour former un graben triangulaire (les failles d’Ajdir, d’Imzouren, de Boujibar et de Trougout) (Aıt Brahim et al., 1990 ; Galindo-Zaldivar et al., 2009 ; Meghraoui et al., 1996) (Figure 4.1a). L’ensemble de la zone d’Al-Hoceima est découpée par ces failles normales remarquables de plusieurs dizaines de kilomètres et par des failles secondaires de petites dimensions avec des orientations similaires globalement ∼N-S.

Cherkaoui (1991) et Cherkaoui et al. (1990) pensent que ces failles de direction ∼N-S pour-raient être contrôlées par l’accident majeur de la région d’Al-Hoceima : la zone de faille de Nekor (cf chapitre6), et ce, malgré son activité sismique faible (Figure4.6). Ils étayent leur hypothèse en indiquant que la sismicité dans la région d’Al-Hoceima est alignée selon une direction NE-SW identique à la direction de la faille de Nekor située plus au Sud.

Le découpage tectonique observé à terre est particulièrement bien marqué le long de la côte méditerranéenne comme en témoigne l’irrégularité du trait de côte dentelé, ce qui semble suggérer une continuité des structures en mer.

D’un point de vue géologique, la région d’Al-Hoceima est située sur le contact entre les zones internes (massif de Bokkoya) et les zones externes du Rif, séparées par l’unité de Flyschs (Figure

4.1a). L’ensemble de la zone est construit par un empilement de ces trois unités d’épaisseur et de nature géologique différentes. La baie d’Al-Hoceima marque la limite franche entre deux massifs géologiquement très différents : le massif volcanique miocène du Ras Tarf à l’Ouest (cf chapitre

5) et le massif calcaro-dolomitique des Bokkoyas à l’Est.

Morphologiquement, la baie d’Al-Hoceima apparait comme un bassin alluvial contrôlé par les failles normales bordières du graben du Nekor (Figure 4.1a). Rempli principalement par les dépôts sédimentaires continentaux amenés en grande partie de l’oued Nekor et des oueds pro-venant des massifs alentours, le bassin semble subir une subsidence depuis au moins le Pliocène comme le suggère la forte épaisseur de dépôts Plio-Quaternaires observée à terre et en mer par forages (1000 m, d’après (Guillemin and Houzay, 1982 ; Morel, 1987 ; Thauvin, 1971)).

Galindo-Zaldivar et al. (2009) montrent, à travers une étude de terrain détaillée et des mesures gravimétriques (Figure 4.1c), un remplissage asymétrique du bassin du Bas-Nekor composé de

∼500 m de sédiments quaternaires avec un basculement du bassin vers l’Est au niveau de la faille de Trougout, associé à un remplissage sédimentaire plus important. Ils montrent également, dans la partie Ouest, la présence en surface et en profondeur des failles bordières de graben d’Ajdir et d’Imzouren, considérées comme les failles conjuguées de la faille de Trougout, et en profondeur d’une faille aveugle s’amortissant dans les dépôts détritiques Plio-Quaternaires (Figure 4.1c).

En mer

Plusieurs études de bathymétrie ont été effectuées en mer le long des structures majeures de la mer d’Alboran (Bourgois et al., 1992 ; Comas et al., 1992 ; d’ Acremont et al., 2013 ; Maldonado and Comas, 1992) et montrent une morphologie sous-marine complexe résultant d’une part de structures distensives liées au retrait vers l’Ouest d’un slab océanique depuis l’Oligocène (Gutscher et al., 2002 ; Mauffret et al., 2007) et d’autre part d’un maillage structural composé de grandes failles décrochantes conjuguées NE-SW et NW-SE. Ces failles décrochantes se poursuivent à terre et semblent liées à la convergence Afrique/Eurasie (la « Trans-Alboran-Shear-Zone », cf chapitre2)(Ammar et al., 2007 ; Chalouan et al., 2008 ; Martínez-García et al., 2011).

Les études de Gensous et al. (1986), Calvert et al. (1997) et d’ Acremont et al. (2014) se sont focalisées sur les structures sous-marines situées immédiatement au large de la baie d’Al-Hoceima. Ils montrent une continuité nette vers le Nord des structures observées à terre (Figure

4.2a).

Ainsi, la faille de Trougout se poursuit en mer sur au moins 7 km avec une direction ∼N175˚E et apparait comme un escarpement topographique de ∼5m (Figure 4.2b). En profils sismiques, la faille de Trougout décale verticalement le substrat acoustique (Pliocène ?) de ∼50m.

Une structure à vergence opposée, observée 2km à l’Ouest sur les cartes bathymétriques, semble se conjuguer avec la faille de Trougout : la faille de Boussekkour-Aghbal. Cette faille se poursuit en mer avec une orientation N20˚E et apparait comme un escarpement topographique clairement marqué sur les cartes bathymétriques sur une distance de ∼4 km (Figure 4.2d). Elle semble fonctionner avec un jeu senestre comme le suggère la présence d’un bassin compressif entre les deux segments de faille situés au Nord et un jeu normal comme le suggère le décalage vertical du substrat acoustique de ∼60m visible en profil sismique.

Enfin, à 10 km au Nord de la péninsule d’Al-Hoceima, et bien qu’elles ne soient pas visibles à terre, deux failles ont été observées : la faille dite de Bokkoya avec une direction N30˚E sur une distance de ∼4 km et une faille secondaire orientée ∼N130˚E avec une longueur de ∼2 km (Figure 4.2c). La faille de Bokkoya apparait comme une faille en échelon avec un jeu

normal-décrochant senestre et semble décaler verticalement le substrat acoustique de ∼50m. La présence de séquences superposées de dépôts alluviaux visibles sur les profils sismiques indique une sédimentation syn-tectonique active. Une structure d’antiforme très érodée orientée ∼E-W est observée au Sud-Est de la faille de Bokkoya et semble appartenir à l’héritage structurale en compression de la zone (Figure4.2c).

L’ensemble de ces observations en mer semblent indiquer l’existence d’un système de failles transtensives se poursuivant également à terre en limitant les bordures du bassin du Bas-Nekor. Ce système de failles considérées actives est interprété comme une structure « en fleur » trans-tensive large de plusieurs dizaines de kilomètres (d’Acremont et al., 2014) englobant les failles bordières de la baie d’Al-Hoceima, se prolongeant jusqu’à la faille senestre de Nekor au Sud et les failles normales du Jebel Hammam au Sud-Ouest (Figure 4.2e, f). Les auteurs, en accord avec les observations de Galindo-Zaldivar et al. (2009), font intervenir un niveau de décollement situé à 9-12 km de profondeur sous les nappes, orienté N-S avec un faible pendage vers l’Ouest et connecté en surface à la faille de Trougout. Ce niveau de décollement limiterait le domaine interne de la zone des Flyschs et correspondrait à une faille de détachement d’échelle crustale héritée de la phase de mise en place des nappes de chevauchement dans la chaine du Rif.

4.2.3 La région d’Al-Hoceima : contexte sismologique,

sismotecto-nique et de tectosismotecto-nique active

Les premières données sismologiques dans la région d’Al-Hoceima, basées sur des enregistre-ments locaux de microsismicité pendant une période de 5 semaines (Hatzfeld, 1978 ; Hatzfeld et al., 1993), montrent une activité sismique localisée sur des plans N-S décrochants sénestres et à des profondeurs comprises entre 5 et 13 km et sont interprétées comme étant en relation étroite avec la faille de Nekor. Van Der Woerd et al. (2014) supposent, en se basant sur la présence de cette alignement de microsismicité juste à l’Ouest de la faille de Trougout et son orientation parallèle à la faille, l’existence d’un lien entre l’activité microsismique et l’activité de la faille en profondeur. Cela suggèrerait donc une profondeur de 5-13 km pour la faille de Trougout et une géométrie listrique de la faille en profondeur.

Les mécanismes au foyer de la région d’Al-Hoceima montrent principalement des solutions en failles décrochantes avec un axe P orienté NNW-SSE et des profondeurs de nucléation faibles (Buforn et al., 1995 ; Stich et al., 2005 ; van der Woerd et al., n.d.)(Figure4.3a, b). Cela semble cohérent avec la direction ∼NW-SE de convergence des plaques Afrique et Eurasie obtenue par les mesures géodésiques (Vernant et al., 2010).

qu’aucune rupture de surface n’ait été observée, les études sismologiques couplées aux analyses InSAR suggèrent l’activité d’une faille aveugle orientée NNE-SSW située à ∼10 km à l’Ouest de la ville d’Al-Hoceima, en mer ou à terre avec un jeu décrochant sénestre (Akoglu et al., 2006 ; Biggs et al., 2006 ; El Alami et al., 1998)(Figure4.3b, Figure4.4c). La carte des isoséistes (Figure

4.3c) et les mouvements du sol établis par InSAR, ainsi que les inversions géophysiques indiquent une zone de dégâts maximums le long de la faille de Boussekkour-Aghbal laissant supposer son activité lors de la crise sismique de 1994.

D’Acremont et al. (2014) identifient un escarpement topographique orienté ∼NE-SW en mer au large d’Al-Hoceima (Figure 4.2d) et l’interprètent comme une faille active pouvant avoir été réactivée lors du séisme. Cet escarpement de ∼5m, qui n’avait pas était mis en évidence par la mission bathymétrique de Calvert et al. (1997), se suit sur quelques kilomètres en mer, mais sa continuité à terre reste à démontrer, et on peut se demander s’il correspond réellement à un escarpement de faille.

Pour le séisme de 2004, les études sur les sources sismiques et les inversions d’ondes sismiques suggèrent l’activité d’une faille située à terre au Sud d’Al-Hoceima présentant un jeu soit sénestre orientée NNE-SSW (Stich et al., 2005 ; van der Woerd et al., 2014), soit dextre avec un orientation WNW-ESE (van der Woerd et al., 2014)(Figure 4.4c) et à une profondeur estimée entre 10 et