Le Nord Egée

La partie nord de la Mer Egée, du nord des Cyclades jusqu’au Rhodope, est une région particulièrement importante dans la compréhension de l’histoire extensive égéenne. La phase récente d’extrusion de l’Anatolie et la propagation de la faille Nord-Anatolienne dans le domaine égéen constitue un phénomène majeur modifiant le régime de déformation auparavant dirigé par l’étalement gravitaire.

Le fossé Nord-Egéen est la continuation vers l’ouest de la faille Nord-Anatolienne (NAF) qui dans l’ouest de la Turquie, avant même de rentrer dans le domaine égéen, se divisent en trois branches principales (Taymaz et al., 1991) (Figure 5-19). La branche Nord représentant la continuité directe de la NAF, s’achève dans les Sporades (Pliocène supérieur d’après Dinter & Royden (1993)) avec une vitesse de déplacement de 25-30 mm/an suggérée par les études GPS (Le Pichon et al., 1995 ; Reilinger et al., 1997 ; McClusky et al., 2000). Ces grandes structures forment des fosses soulignées par la bathymétrie (du nord au sud : Fossé Nord-Egéen, Fossé d’Edremit et Fossé Lesbos-Psara). Le fossé Nord Egéen se caractérise par une profondeur de 1500 m maximum et des bassins profonds soulignant la trace de la NAF. Ces bassins, notamment ceux des Sporades, du Golfe d’Orfanou et de Saros, peuvent atteindre des épaisseurs de 6 km (Le Pichon et al., 1984).

Figure 5-19 : Failles majeures et mécanisme au foyer des séismes associés dans le Nord Egée (Goldsworthy et

al., 2002).

Les modèles de déformation active calculés par Kahle et al. (1998) montrent que les failles décrochantes du Nord Egée sont associées à des contraintes extensives, compressives et cisaillantes (Figure 5-20a et b). Le SW de la NAF est caractérisé par de la déformation compressive et les segments NE de la NAF par de la déformation extensive (Figure 5-20a). De manière globale, la région est fortement marquée par des taux de déformation extensive très importants orientés NNW-SSE dans le sud et NNE-SSW dans le nord. D’autre part, la sismicité enregistrée montre que les séismes régionaux de forte magnitude sont associés à un mouvement en faille normale (hypocentres proche de la faille en question) alors que la plupart des séismes sont attribués à la faille décrochante Nord- Anatolienne (Laigle et al., 2000). Ces résultats montrent que les failles actives décrochantes de la région nord de l’Egée due à l’extrusion de l’Anatolie sont également associées à de l’extension N-S, probablement liée au recul de la zone de subduction sud-hellénique.

a)

b)

Figure 5-20 : a) Taux de déformation projeté sur les failles majeures du domaine

égéen (Kahle et al., 1998). b) Taux de déformation cisaillante projeté sur les failles majeures du domaine égéen (Kahle et al., 1998).

Les analyses des mécanismes au foyer montrent, dans le domaine Nord Egéen, que les mouvements principaux se réalisent à la faveur des déplacements sur ces grandes failles décrochantes NE-SW. Hatzfeld et al. (1999) suggèrent qu’elles se prolongent dans le domaine continental avec une orientation E-W. Le déplacement décrochant est transféré en faille normale en Grèce continentale avec une direction d’extension principale N-S, qui reste constante. La compilation des données géomorphologiques, géodésiques et sismologiques réalisée par Goldsworthy et al. (2002) montre également cette continuité entre failles décrochantes dextres et failles normales présentes en Grèce continentale. Les grabens identifiés en Chalcidique, au sud de Thessalonique et au nord d’Evvia semblent donc être connectés à différentes zones de failles décrochantes à l’Est en Mer Egée : Faille de Xanthi dans le nord de la Grèce, la NAF et le système de failles décrochantes d’Edremit plus au sud (Figure 5-21). Ces grabens disparaissent vers l’ouest à l’intérieur du continent. Seul le golfe de Corinthe semble échapper à ce schéma. En effet, les grabens cités auparavant s’ouvrent vers l’est, tandis que les vitesses enregistrées par la géodésie montrent clairement une ouverture du golfe de Corinthe vers l’ouest (Clarke et al., 1997 ; Briole et al., 2000).

Dans la partie est du fossé Nord Egéen, une reconstitution, incluant les déformations de la Mer de Marmara, donne un déplacement de 85 km de l’Anatolie en référence à l’Eurasie (Armijo et al., 1999). Des modèles réalisés en utilisant une hypothèse de mécanique des fractures élastiques (Hubert-Ferrari et al., 2003 ; Armijo et al., 2003) montrent les conséquences de la propagation de la faille Nord-Anatolienne sur le système égéen. La Figure 5-22 illustre le régime de déformation, associé au déplacement sur la NAF, par deux zones principales distinctes. La zone située au NW de la faille représente un champ de contrainte favorable à l’extension avec formation de failles normales, provoquant la réactivation de certains grabens déjà présents comme le golfe de Corinthe ou le golfe d’Eubée. La zone située sous la NAF représente, au contraire, un champ de contrainte favorable à la suppression de l’activité des failles. Cette théorie permet d’expliquer l’arrêt de la déformation extensive dans les Cyclades (évoqué plus haut) ainsi que l’activité intense des grabens localisant l’extension en Grèce continentale.

Figure 5-22 : Modélisation élastique de l’effet de la propagation de la NAF (Hubert-

L’évolution 3D du Nord Egée (Kreemer et al., 2004b) montre une incohérence de la déformation entre le taux de déformation actuel en surface et la déformation finie en profondeur. En contrepartie, les résultats montrent une forte cohérence entre les orientations des déformations finies, enregistrées dans la croûte moyenne et inférieure des dômes métamorphiques (linéation d’étirement), et les orientations d’anisotropie dans le manteau lithosphérique. De plus, Kreemer et al. (2004b) observent que les orientations principales de la déformation finie sont quasiment parallèles avec le gradient d’épaisseur de la croûte (perpendiculaire aux isopaques d’épaisseur de croûte présentées par Makris (1978)). Les auteurs sont amenés à corréler ces résultats d’anisotropie du manteau avec une longue période d’extension au Miocène, à l’origine de la formation des dômes métamorphiques des Cyclades (Gautier & Brun 1994a ; Gautier et al., 1999) et du Rhodope (Sokoutis et al., 1993). Les orientations de la déformation actuelle, dominées par le décrochement dans le Nord Egée, ne sont pas en accord avec ces orientations calculées en profondeur. Kreemer et al. (2004b) suggèrent alors que les déformations actuelles sont dues au changement de régime de déformation induit depuis environ 4 Ma par la propagation de la faille Nord-Anatolienne dans le domaine égéen.

Ces modèles confirment l’histoire en deux étapes de l’extension égéenne : i) l’extension Miocène, due au retrait de la zone de subduction sud-hellénique et conduisant à la formation des dômes métamorphiques égéens et .ii) l’extension débutant fin Miocène - début Pliocène, due à l’effet conjoint du retrait de la zone de subduction, toujours actif, et de l’extrusion vers l’ouest de l’Anatolie. Le changement de régime de cette seconde étape modifie le style de déformation propre à la première étape. Différentes zones de déformation active sont clairement identifiées : le Nord Egée, les Cyclades, la Mer de Crête, le golfe de Corinthe. Cependant, la complexité de ce système suscite des questions: Pourquoi les Cyclades et la Mer de Crête ne semblent plus se déformer aujourd’hui ? Quel rôle joue vraiment la NAF sur le système égéen ? Le champ actuel de déformation est-il dominé par l’extrusion de l’Anatolie ou par le recul de la zone de subduction sud-hellénique ?

Chapitre 6

Epaisseur de la croûte égéenne par

inversion gravimétrique.

Implications géodynamiques

RÉSUMÉ...173

AEGEAN CRUSTAL THICKNESS INFERRED FROM GRAVITY INVERSION. GEODYNAMICAL IMPLICATIONS. ...175 ABSTRACT...176 6.1.INTRODUCTION...177 6.2.GRAVITY INVERSION...182 6.2.1. Data processing ... 182 6.2.2. Inversion procedure ... 188