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Le projet METYSS (Messinian Event in the Tyrrhenian from Seismic Study) concerne le bassin tyrrhénien occidental le long de la côte est-sarde et s'intègre dans le cadre d'une étude comparative des marqueurs sismiques de la Crise de Salinité Messinienne (CSM) à l'échelle du bassin méditerranéen. La mer tyrrhénienne est un bassin arrière-arc néogène lié à la subduction calabraise. Le rifting débute sur la marge est-sarde au cours du Tortonien et du Messinien, impliquant au moins localement une contemporanéité des dépôts de la CSM avec les processus de rifting qui segmente la marge en plusieurs sous-bassins. Cette région est donc particulièrement adaptée à la caractérisation et à l'organisation des dépôts messiniens en contexte de tectonique active. L'identification des marqueurs de la CSM et la détermination de leurs caractéristiques spatio-temporelles (faciès, géométrie, distribution et relations) ont été effectuées à partir de l'interprétation de 1200 km de profils sismiques multitraces HR acquis en 2009 lors de la campagne METYSS-1 sur le N/O "Téthys II". L'un des premiers résultats est que l'on retrouve dans cette zone les marqueurs caractéristiques de la CSM, comparables à ceux déjà observés dans le bassin méditerranéen occidental : surfaces d'érosion (MES, TES, BES) et unités messiniennes typiques (UU: Upper Unit; MU: Mobile Unit). La réalisation des cartes de répartition de ces unités sismiques permet d'en déterminer la variabilité spatiale, et notamment d'affiner celle de la couche de sel (MU), par rapport aux données pré-existantes. Ainsi, le long de la partie haute de la marge est-sarde, la rareté de l'unité MU et la présence des UU semblent indiquer que cette zone se situait à une profondeur intermédiaire pendant la crise. Inversement, plus profondément dans le bassin, l'épaisseur importante de la couche de sel sous les UU, témoigne d'une profondeur déjà conséquente de cette zone durant la CSM. On remarque également que dans le secteur nord de la zone d'étude, la répartition de MU est contrainte par les blocs basculés, le sel étant confiné dans les sous-bassins qui segmentent la marge. Dans le secteur sud, la répartition de la couche de sel est plus homogène dans le bassin profond, et est déformée par une tectonique salifère active. A terme, nous souhaitons utiliser les marqueurs de la CSM pour reconstituer les paléo-connexions et paléo-profondeurs des différents bassins de la zone, mais également comprendre les interactions entre tectonique crustale, tectonique salifère, et sédimentation. L'objectif est aussi de restituer l'évolution tectono-sédimentaire de la marge est-sarde depuis 6Ma.

Le projet terre-mer METYSS a pour objectif de comprendre les effets immédiats et différés de la Crise de Salinité Messinienne (CSM) ainsi que les relations tectonique et sédimentation sur la marge est-sarde. Cette marge résulte de l'ouverture de la Mer Tyrrhénienne à partir du Tortonien et jusqu'au Messinien (c. 9 à 5 Ma). Des bassins profonds existaient déjà au Messinien dans le domaine tyrrhénien, comme l'atteste l'identification, à partir des données sismiques, d'épaisses séries évaporitiques messiniennes (Gaullier et al., 2009). Le principal canyon creusé dans la marge est connecté en amont avec le golfe d'Orosei, où affleurent à terre les seuls dépôts pliocènes connus. Dans la région d'Orosei, ces dépôts correspondraient donc potentiellement au remplissage de la partie amont des incisions liées à la CSM, lors de la remise en eau de la Méditerranée, comme c'est le cas en de nombreux endroits du pourtour méditerranéen (Clauzon, 1982). Les investigations de terrain MeTySar-2010 montrent que le principal fleuve actuel, le Cedrino, suit le cours d'une paléovallée qui incise le soubassement granitique et ses altérites. Ces dépôts ont été érodés (au Messinien ?) puis remaniés lors d'une transgression marine. Les microfaunes, présentes dans les faciès marins fins, indiquent un âge Pliocène supérieur (Giresse et al., ce congrès). Cette série marine présente des pendages de l'ordre de 20 à 30 ° qui s'organisent selon une direction NNE-SSW, subparallèle aux structures tectoniques majeures associées au rifting de la marge est-sarde. Le basculement des séries pliocènes est scellé par un ensemble de coulées volcaniques dont les plus anciennes sont datées du Quaternaire ancien. La cartographie et la caractérisation des dépôts mettent en évidence un paléo-relief orienté NNE-SSW qui contrôle la répartition des unités sédimentaires. Ces résultats suggèrent que l'activité tectonique post-messinienne participe au contrôle de l'architecture et de la paléogéographie des séries pliocènes dans ce secteur. Aucune trace de dépôts marins du Pliocène Inférieur, ni de Gilbert deltas s.s. n'a été relevée à terre. La transgression observée au Pliocène supérieur sur cette bordure du bassin implique 1) une position haute de la marge au Pliocène inférieur, et 2) une forte subsidence de ce secteur de la marge au Pliocène moyen. Cette subsidence serait la conséquence de l'activité tectonique post-rift, par ailleurs mise en évidence en mer grâce à deux campagnes récentes (METYSS 1 et 3, Gaullier et al., ce congrès).

Cette étude se situe dans la perspective de l'analyse de l'évolution post-messinienne de la marge ouest-tyrrhénienne (programme Metyss). Les pentes accidentées des reliefs granitiques au dessus de la vallée du Cedrino sont couvertes de l'amont vers l'aval par des blocs chaotiques, des accumulations de poudingues et brèches polygéniques ou monogéniques qui sont irrégulièrement cimentées et, plus localement, par des séquences gravelo-sableuses granoclassées de crues torrentielles dessinant des structures en auge. Plus bas, d'autres séquences plutôt sablo-silteuses correspondent à des éventails de chenaux anastomosés de plaine alluviale. En transgression sur ces dépôts de piedmont ou plus ou moins directement sur un socle granitique ou encore schisteux, plusieurs faciès marins composés aussi de sables granitiques relativement bien triés sont observés en bordure d'un golfe. L'ensemble des dépôts ont livré une microfaune permettant de leur attribuer un âge Pliocène supérieur et parfois proche de la limite Pliocène-Pléistocène. Ils correspondent à des environnements bathymétriques variés (littoral côtier, pro-delta, plateforme ou haut de pente) qui se succèdent verticalement sur seulement quelques dizaines de mètres. Les successions observées ne correspondent pas à des séquences transgressives classiques: en plusieurs cas, la séquence débute par un dépôt relativement profond, puis montre des oscillations variables avec des tendances très littorales, avant l'émersion finale, ailleurs la séquence marine est réduite à un seul dépôt littoral. Ces séquences dont les termes sont variables dans l'espace impliquent une activité tectonique synsédimentaire qui est attestée par plusieurs accidents et par des éboulements de falaise. Enfin, tous ces dépôts marins et continentaux sont cachetés par un ensemble de coulées basaltiques d'âge pléistocène. Les accumulations détritiques marines évoquent des corps sableux de type " Gilbert delta ". Cette étude montre que de tels édifices n'existent pas tout au moins à l'échelle de cette zone périlittorale. En effet, la géométrie des corps sableux n'est pas orientée vers la mer, mais présente des directions variables dictées par les axes gravitaires de plus grande pente, puis par des basculements post-sédimentaires d'origine tectonique. Par ailleurs, des lambeaux résiduels d'une surface d'érosion renfermant des blocs, des galets ou des nummulites oxydées de l'Éocène, ou encore des microfaunes allant de l'Oligocène jusqu'au Miocène moyen pourraient correspondre à la surface d'érosion messinienne. Cette marge est-sarde est cependant atypique dans la mesure où les premiers témoins d'une transgression n'apparaissent qu'à partir du Pliocène supérieur.

Deux carottes KS02 et KS07 ont été prélevées à des profondeurs assez proches (1602 m et 1648 m) sur les versants du canyon d'Orosei, le long de la marge est-sarde, lors de la campagne "METYSS 2" (avril 2010, N/O " Téthys II "). Elles présentent des logs lithologiques assez comparables. Sur la base de 8 premières datations AMS du 14C, on constate des rythmes d'accumulation particulièrement faibles puisque les deux verticales de 2,50 m de longueur permettent d'enregistrer environ les 52 derniers milliers d'années, c'est-à-dire une vitesse à peu près trois fois plus faible que celle la plus lente enregistrée sur la marge algérienne. Les rythmes d'accumulation des deux carottes sont compris entre 6 à 21 cm /103 ans entre 50 et 30 000 BP, puis s'affaiblissent fortement après (1,5 à 3 cm /103 ans). Ces faibles accumulations sont attestées par l'épaisseur des couches oxydées au sommet de chaque colonne sédimentaire (15 cm en KS07 et 7 cm en KS02). Elles correspondent à une sédimentation hémipélagique où la faible fraction sableuse (4 à 12 % du sédiment entier) est principalement constituée par les tests de la microfaune surtout pélagique. Si les minima des teneurs en CaCO3 sont, dans les deux cas, de l'ordre de 15 %, les maxima s'approchent de 50 % dans le cas de KS02, mais ne dépassent pas 40 % dans le cas de KS07, différence pouvant être analysée en fonction de fluctuation des flux silicoclastiques. Il est à souligner que ces teneurs en CaCO3 de l'ordre de 50 % se situent parmi les concentrations les plus élevées enregistrées à ce jour, dans les sédiments hémipélagiques des pentes méditerranéennes. Si les rythmes de l'accumulation s'avèrent comparables à l'échelle globale des 52 derniers millénaires, il n'en est de pas de même à l'échelle des épisodes paléoclimatiques successifs. Ainsi en KS07, la sédimentation holocène (stade 1) se limite aux 15 cm supérieurs (en fait, les niveaux ocre au-dessus de la rédoxcline) alors qu'en KS02, ces dépôts holocènes atteignent 35 cm. Un constat inverse serait fait à hauteur de l'épaisseur du stade 2. Enfin, pour le stade 3, les rythmes seraient à peu près équivalents dans les deux carottes. Ces différences laissent supposer que les deux sites, malgré leur proximité, réceptionnent des flux terrigènes légèrement différents en fonction du temps et de l'espace. La distribution verticale de plusieurs bio et géo-marqueurs souligne ces différences. Aujourd'hui, la modestie des flux terrigènes sur la plateforme se traduit par la transparence des eaux et une forte accumulation photosynthétique (notamment posidonies et lithotamniées).