Évolution conjointe des bassins pull-apart et des reliefs en push-up dans un régime de cisaillement de type Riedel

Formation de bassins pull-apart dans un cisaillement dextre régional selon le modèle d'Atmaoui

Dans une première phase, la déformation se met en place par la formation de cisaillements de Riedel synthétiques (R) et de cisaillements antithétiques (R’), organisés en échelons au sein de la zone de cisaillement régionale. Ces structures précoces accommodent l’essentiel du déplacement horizontal initial et définissent une architecture fortement anisotrope de la couverture fragile.

Dans un second temps, une phase de distension localisée se développe de manière préférentielle le long des cisaillements antithétiques R’, avec l’ouverture de bassins pull-apart. Cette étape, mise en évidence par les expériences analogiques d’Atmaoui, est contre-intuitive au regard des modèles cinématiques classiques. En effet, dans un régime de cisaillement régional dextre, les relais à pas gauche — généralement associés aux structures R’ et à un cisaillement sénestre local — sont classiquement interprétés comme des domaines transpressifs, favorables au raccourcissement et à la surrection plutôt qu’à l’extension.

Ce comportement paradoxal s’explique toutefois par la géométrie et la cinématique transitoire des cisaillements de R’. Dans le modèle d’Atmaoui, ces structures ne fonctionnent pas comme des failles décrochantes matures, mais comme des fractures obliques faiblement connectées, soumises à une rotation horaire progressive induite par le cisaillement basal. Cette rotation réduit temporairement la composante compressive attendue et génère localement une composante dilatante, en particulier aux extrémités et aux zones de recouvrement des segments R’. La distension observée n’est donc pas liée à un véritable régime transtentif régional, mais à une incompatibilité géométrique et cinématique entre des fractures en rotation et le champ de déplacement imposé.

Dans une dernière étape, la poursuite du cisaillement régional dextre entraîne l’ensemble des bassins initialement ouverts le long des failles R’ dans une rotation horaire de l’ordre d’une vingtaine de degrés. Cette rotation progressive conduit à la transformation des bassins initiaux en structures de forme rhomboédrique, caractéristiques d’un stade plus avancé de la déformation. Parallèlement, une distension s’exprime également le long des cisaillements synthétiques R, où se développent des bassins allongés, étroits et peu profonds. Ces bassins linéaires jouent un rôle de zones de transfert, assurant la connexion structurale et cinématique entre les bassins rhomboédriques formés sur les R’.

La principale limite du modèle d’Atmaoui réside ainsi dans le fait qu’il attribue un rôle extensif à des relais structuraux qui, dans une lecture cinématique classique, devraient se comporter comme des domaines transpressifs ou à dominante sénestre. Cette apparente contradiction souligne que le modèle décrit un stade transitoire et géométriquement contrôlé de la déformation, où la rotation des fractures et le retard dans la localisation du cisaillement sur les failles Y modifient temporairement la répartition des contraintes. Il en résulte un comportement mécanique local qui s’écarte des schémas idéalisés de décrochement mature, mais qui peut néanmoins rendre compte de certaines architectures complexes observées dans les zones de cisaillement naturelles.

Une même mécanique à l’origine des structures extensives et compressives

La figure 31 illustre un point fondamental mis en évidence par les expériences analogiques d’Atmaoui : les bassins pull-apart et les reliefs compressifs de type push-up (ou pop-up) ne résultent pas de régimes tectoniques distincts, mais peuvent se former simultanément au sein d’une même zone de cisaillement décrochante. Ils constituent deux expressions complémentaires d’un unique mécanisme de déformation, contrôlé par l’organisation géométrique et l’évolution cinématique des cisaillements de Riedel.

Ce constat rejoint de nombreuses observations réalisées le long de grandes failles décrochantes actives, comme dans la mer de Marmara, où des structures extensives et compressives coexistent à différentes échelles spatiales. Il remet en cause une lecture trop simpliste opposant extension locale et compression locale, et souligne au contraire le rôle clé des surdécrochements, des pas de faille et des rotations internes dans la genèse des reliefs et des bassins.

Stade initial – Mise en place des cisaillements de Riedel et de Riedel conjugués

Au stade initial de la déformation (Fig. 31A), le cisaillement basal induit la formation de fractures de Riedel (R) et de Riedel conjuguées (R’), organisées en échelons. La géométrie de ces échelons est déterminante : dans le cas illustré, leur disposition en pas à gauche (left-stepping) dans un régime de décrochement dextre engendre localement des zones de recouvrement compressif.

Dans ces zones de surdécrochement, les cisaillements conjugués dominent et favorisent un raccourcissement local, tandis que les cisaillements de Riedel synthétiques accommodent préférentiellement le déplacement horizontal. Dès ce stade précoce, la future partition entre domaines extensifs et compressifs est donc inscrite dans l’architecture même du réseau de fractures.

Stade intermédiaire – Rotation des fractures et différenciation des domaines extensifs et compressifs

Avec la poursuite du cisaillement basal (Fig. 31B), l’ensemble des fractures subit une rotation horaire progressive. Cette rotation n’est pas homogène : les cisaillements de Riedel synthétiques continuent à absorber une part importante du déplacement horizontal, tandis que les fractures conjuguées sont principalement entraînées en rotation.

Dans les zones de surdécrochement, cette cinématique induit une concentration de la déformation compressive. Il s’y développe des plis de petite longueur d’onde, de type antiformes, ainsi que des failles inverses et des chevauchements à faible rejet. Ces structures marquent l’initiation des reliefs de type push-up, qui correspondent à un épaississement local de la couverture au sein de la zone de cisaillement.

À l’inverse, le long des cisaillements de Riedel synthétiques, la rotation et la composante de cisaillement favorisent l’ouverture de zones dilatantes. Ces secteurs constituent les sites privilégiés pour le développement ultérieur des bassins pull-apart.

Stade avancé – Apparition des cisaillements Y et P et structuration finale des bassins et des push-up

À un stade plus avancé de la déformation (Fig. 31C), de nouveaux systèmes de fractures apparaissent : les cisaillements de type P et surtout Y, subparallèles à la zone de déplacement principal. Leur développement marque une phase de localisation accrue de la déformation, au cours de laquelle le cisaillement est progressivement transféré des fractures de Riedel vers ces structures plus continues.

Les bassins pull-apart se forment alors pleinement le long des cisaillements de Riedel, par écartement des segments de failles et ouverture transtensive. Simultanément, les reliefs en push-up continuent à se développer par raccourcissement, plis et failles inverses, tant que la connexion complète des cisaillements Y n’est pas réalisée.

La figure montre que le degré de maturité des push-up dépend fortement du calendrier de formation des cisaillements Y et P. Lorsque ces derniers se connectent très rapidement après l’initiation des cisaillements de Riedel, la déformation se localise préférentiellement le long de la zone principale, ce qui inhibe le développement complet des structures compressives aux surdécrochements. À l’inverse, un retard dans cette connexion permet aux push-up de s’exprimer pleinement, avec une architecture compressive bien développée.

Implications tectoniques majeures

Les modèles analogiques d’Atmaoui démontrent ainsi que les structures extensives et compressives observées le long des grandes failles décrochantes ne traduisent pas nécessairement des changements de régime tectonique. Elles résultent plutôt d’une partition spatiale et temporelle de la déformation au sein d’un même champ de contraintes, contrôlée par la géométrie des cisaillements de Riedel, leur rotation et leur interaction progressive avec les cisaillements Y et P.

Cette approche permet de mieux comprendre l’association fréquente, dans les zones de cisaillement actives, de bassins allongés, de seuils structuraux et de reliefs compressifs, ainsi que leur influence majeure sur la topographie, la sédimentation et le tracé des réseaux hydrographiques. Elle fournit également un cadre conceptuel robuste pour interpréter les bassins transtensifs complexes et les zones de surrection localisées observés dans de nombreux contextes tectoniques actuels et fossiles.