Formation simultanée de bassins pull-apart et de reliefs compressifs (push-up ridges)

Introduction

L’un des résultats majeurs des expériences analogiques de type Riedel menées par Atmaoui est la mise en évidence d’une coexistence temporelle entre structures extensives (bassins pull-apart) et structures compressives (push-up ridges) au sein d’une même zone de décrochement. Ce point est fondamental, car il remet en cause une vision trop simplifiée des zones de cisaillement décrochantes, souvent interprétées comme alternativement transtentives ou transpressives, mais rarement comme les deux à la fois.

Les expériences montrent que, dès les premiers stades de la déformation, la fragmentation de la couverture fragile en cisaillements de Riedel (R et R’) engendre une partition spatiale hétérogène des contraintes. Selon la géométrie locale des relais, des zones d’ouverture et de raccourcissement peuvent se développer simultanément.

Cette dynamique explique la formation conjointe de bassins pull-apart et de rides compressives, sans changement majeur du régime tectonique régional.

Le bassin de la mer de Marmara : un analogue naturel de premier ordre

La mer de Marmara constitue un exemple naturel particulièrement convaincant de ce comportement tectonique complexe. Elle est située le long du segment nord de la Faille Nord-Anatolienne (NAFZ), une grande faille décrochante dextre quasi E–W marquant la limite entre le bloc anatolien (en extrusion vers l’ouest) et la plaque eurasienne. Cette faille est l’une des structures actives les mieux étudiées au monde, notamment depuis les séismes majeurs de 1999, qui ont suscité un effort considérable de recherche géologique, géophysique et géodésique.

Avant la localisation de la déformation sur la NAFZ actuelle, le cisaillement était distribué sur une large bande crustale, la North Anatolian Shear Zone (NASZ). La NAFZ s’est individualisée progressivement à partir du Miocène supérieur et s’est propagée vers l’ouest, atteignant la région de la mer de Marmara seulement au cours des derniers 200 000 ans. Cette jeunesse tectonique explique en partie le caractère encore incomplet et segmenté de la structure dans la mer de Marmara, où les segments continentaux de Ganos (à l’ouest) et de Yalova (à l’est) ne sont pas encore pleinement connectés par une faille décrochante continue.

Architecture structurale du bassin de la mer de Marmara

Sous la mer de Marmara, la déformation s’exprime dans une zone allongée d’environ 150 km de long et 35 km de large, orientée globalement E–W et bordée par des failles raides plongeant vers l’axe du bassin. Cette zone est constituée de trois bassins profonds (Tekirdağ à l’ouest, Central Basin, Çınarcık à l’est), séparés par deux hauts structuraux compressifs (Western High et Central High).

Ces bassins atteignent des profondeurs supérieures à 1200 m et sont remplis de plus de 2 km de sédiments miocènes supérieurs à actuels, essentiellement des dépôts turbiditiques fins. Les hauts structuraux, au contraire, correspondent à des zones de raccourcissement où les structures compressives dominent. L’ensemble forme une succession de blocs rhomboédriques disposés en échelon, avec des rapports longueur/largeur de l’ordre de 2,3:1, caractéristiques des systèmes décrochants segmentés.

Trois grandes familles de failles structurent la région :

• des failles décrochantes dextres WNW–ESE à E–W, correspondant aux segments majeurs de la NAFZ ;
• des failles obliques NE–SW à ENE–WSW, jouant un rôle essentiel dans la segmentation et la formation des bassins ;
• des structures compressives (chevauchements et plis) associées aux push-up ridges.

Push-up ridges et bassins pull-apart : deux expressions d’un même mécanisme

Les rides compressives de la mer de Marmara sont formées par des chevauchements et des plis orientés NE, dont la géométrie incurvée vers les failles bordières est cohérente avec un cisaillement dextre régional. Le Central High, par exemple, correspond à une large antiforme encadrée par deux failles inverses majeures. Les profils sismiques montrent que cette structure compressive est surmontée de failles normales superficielles, interprétées comme des structures gravitaires développées sur un bombement tectonique actif.

Ce point est essentiel : extension et compression ne sont pas successives mais concomitantes. Elles résultent d’un même champ de déplacement décrochante, modulé par la géométrie des relais de failles, leur degré de connexion et leur rotation progressive. Cette observation rejoint directement les résultats expérimentaux d’Atmaoui, qui montrent que les zones de pull-apart se développent sur certains cisaillements de Riedel, tandis que les zones de recouvrement ou de pas inverse favorisent la formation de push-up ridges.

Apport conceptuel des expériences d’Atmaoui

L’exemple de la mer de Marmara illustre parfaitement l’idée centrale défendue par Atmaoui : les bassins pull-apart et les structures compressives associées peuvent être générés simultanément par un mécanisme unique de type Riedel, sans nécessiter d’alternance entre phases transtentives et transpressives à l’échelle régionale.

Dans ce cadre, la géométrie locale de la zone de cisaillement — orientation des fractures, rotation des segments, retard ou précocité de la connexion des failles Y — contrôle la distribution spatiale des domaines extensifs et compressifs. Cette approche permet de mieux comprendre la complexité structurale des grands systèmes décrochants actifs, comme la NAFZ, mais aussi d’interpréter des architectures fossiles comparables dans d’autres contextes tectoniques.