Le bassin de Levant, localisé à l’extrémité la plus orientale de la Méditerranée, se situe à jonction de trois plaques tectoniques majeures (Afrique, Arabie, Eurasie ainsi que la microplaque Anatolienne). Il est bordé à l’Est par la faille du Levant (frontière Arabie/Afrique), qui représente un système transformant de 1000 km de long, reliant le rift dans la Mer Rouge au sud avec la zone de convergence le long du Taurus au nord (frontière Arabie/Eurasie). Son extrémité nord est marquée par la frontière convergente Afrique/Anatolie soulignée par l’arc de Chypre. Le bassin Levantin a enregistré l’interaction entre ces différentes plaques au cours du Cénozoïque et sa bordure Est a été en particulier déformée par la mise en place de la faille du Levant. Cette limite de plaque majeure est marquée au Liban par un relais compressif qui a été actif depuis la fin du Miocène. Jusque récemment, l’absence de données sismiques dans la partie centrale du bassin levantin (offshore Liban) a constitué un handicap important dans la caractérisation de ce basin. Dans ce secteur, la géométrie, cinématique, l’âge des structures tectoniques ne sont pas connus. Plusieurs questions en découlent. Quel est impact de la frontière transformante du Levant sur la structure du bassin? Le bassin a-t-il enregistré d’autres déformations au cours du Cénozoïque ? Quel est l’effet de la structuration ancienne et profonde de la marge sur la déformation actuelle ? Ce travail s’est appuyé sur l’interprétation des données sismiques 2D et 3D de haute qualité dont deux cubes 3D de 4290 m3 et sept lignes 2D de 830 km de long. Cette étude a permis d’identifier les structures tectoniques affectant le secteur offshore Libanais et de caractériser leurs origines. Plusieurs familles de failles tout au long de la marge Est du bassin ont été identifiées et témoigne d’une histoire tectonique méso-cénozoïque longue et complexe. Les structures reconnues sont tout d’abord (1) des failles chevauchantes NNE-SSW actives depuis le début du Tertiaire jusqu’à la fin Miocène, (2) des anticlinaux NNE-SSW formés durant le Miocène supérieur et se localisant sur des structures préexistantes et (3) des failles décrochantes dextres, héritées des structures mésozoïques et réactivées durant le Miocène supérieur. Seules les failles décrochantes dextres montrent des preuves d’une activité actuelle, liée à la transpression au long de la faille du Levant. Ces structures constituent le prolongement vers l’ouest de la frontière de plaque du Levant sous un régime transpressif et une compression NW-SE. Nous mettons en évidence que cette frontière de plaque montre une évolution au cours du Néogène avec une forte décroissance de la composante de raccourcissement à partir du Pliocène. La mise en évidence de jeux plus anciens témoigne d’une structuration profonde E-W de la marge, vraisemblablement héritée des tectoniques mésozoïques. L’impact de cette structuration a été évalué à travers une modélisation analogique. Les résultats démontrent le rôle considérable de cet héritage sur l’évolution du relais compressif de la faille du Levant au Liban, entre autre en localisant la déformation le long de couloirs E-W et en segmentant les structures transpressives NNE-SSW. Ces résultats nous conduisent à interpréter les structures E-W comme majeures et traduisant la prolongation vers l’ouest du bassin mésozoïque des Palmyrides. Nous mettons ici en évidence le rôle majeure d’une marge sur la structure d’une frontière de plaques transformante. Le développement de failles antithétiques (failles dextres dans une frontière transformante senestre), connus dans d’autres frontières de ce type, est ici clairement associé à une anisotropie profonde forçant la localisation de la déformation. / The Levant Basin is located at the easternmost Mediterranean at the intersection of three major tectonic plates (Africa, Arabia, Eurasia and the smaller Anatolian microplate). The Levant Fracture System (Arabia-Africa plate boundary) borders the basin to its east and represents a 1000 km long left-lateral transform system linking rifting in the Red Sea with plate convergence along the Taurus Mountains (Arabia-Eurasia plate boundary). The Levant Basin is bordered to the north by the Cyprus Arc (Africa-Eurasia plate boundary). The interaction between these tectonic plates had important consequences on the evolution of the Levant Basin whereby its eastern boundary has been affected by deformation along the Levant Fracture System. This major plate boundary is associated with a restraining bend in Lebanon and has been active since the Late Miocene. Until recent days, the absence of seismic data in the central Levant Basin was an obstacle against characterizing the tectonic setting of the basin. In this area, the geometry, kinematics and the age of the tectonic structures are poorly understood. A focal question thus remains on how the Levant Basin was affected by this adjacent plate boundary. Therefore, what is the impact of the deformation along the Levant Fracture System since the Late Miocene on this basin and how can we assess it? Has the latter been affected by other tectonic regimes prior to the onset of transpression? If so, how would the existing structures influence the style of modern deformation? In this study, high quality 2D and 3D seismic reflection data (with two 4290 m3 3D seismic cubes and seven 830 km long 2D seismic lines) were interpreted allowing identification and timing of the structures in the Levant Basin offshore Lebanon. Several fault families, mapped along the margin, are remnants of a lasting and complex tectonic history since Mesozoic times. These include NNE-SSW striking thrust faults active during the early Tertiary and inactive since the Pliocene; NNE-SSW striking anticlines folded during the Late Miocene and overlying pre-existing structuresd; and ENE-WSW striking dextral strike-slip faults inherited from Mesozoic times and reactivated during the Late Miocene. Only the dextral strike-slip faults show evidence of current activity and are interpreted to be linked to transpression along the Levant Fracture System. They constitute the westward extension of the plate boundary, formed under a transpressif regime and a NW-SE compression. We have showed how this plate boundary has evolved through the Neogene with a decrease in the shortening component during the Pliocene.The identification of pre-existing structures along the eastern Levant margin shed the light on the deep structuration affecting this area, inherited from Mesozoic tectonic events. The impact of these structures was tested through analogue modeling. Results indicated a considerable impact of pre-existing structures on the development of the restraining bend, localizing deformation at the onset of transpression and responsible of segmenting the restraining bend along an ENE direction. These ENE-WSW faults are thus major and are most likely associated with the deformation affecting the Palmyra basin since the Mesozoic, which is thus extending westward to Lebanon. This study has shown the important role of a margin on a strike-slip plate boundary. Namely, the development of antithetic faults (local dextral strike-slip faults in a regional sinistral strike-slip plate boundary) known in other similar plate boundaries is associated with a deep crustal anisotropy localizing the subsequent deformation.

La marge de Nankai dans la zone Tokai n'a pas subi de rupture lors du dernier épisode sismique de 1944-1946, qui a affectée tout le reste de la marge. Un fort séisme est donc à attendre à cet endroit au cours des prochaines années. Afin de mieux contraindre l'étendue de la zone sismogène, une campagne sismique 3D a été menée en 2000 sur le prisme de Nankai. Cette thèse s'inscrit dans la double thématique méthodologique et géologique de cette campagne. L'aspect méthodologique comprend la prise en compte des specificités de l'imagerie 3D par rapport à l'imagerie 2D classique. Lors de l'acquisition, la géométrie du dispositif source-récepteurs doit être parfaitement connue. Grâce à une méthode mise au point à cet effet, la géométrie a pu être reconstruite avec une excellente précision. Le traitement a également amélioré sensiblement les images obtenues, même si certains objets n'apparaissent pas de manière évidente dans les données. Les images 3D ont cependant permis de beaucoup mieux contraindre la position des failles majeures du prisme (Tokai, Kodaiba) en profondeur, et donc de mieux comprendre la cinématique du prisme. L'aspect géologique a révélé que la déformation de la marge est dominée par les événements Quaternaires, qui ont affecté une couverture du bassin d'avant-arc très calme auparavant. Plusieurs phases de plissement sont visibles, dont une en avant du bassin qui peut chronologiquement être reliée à l'arrivée en subduction d'une ride océanique. L'étude du BSR a également permis indirectement de donner un ordre de grandeur des processus d'érosion et de sédimentation sur la marge. Les larges glissements de terrains observés peuvent être simplement liés à l'activité sismique de la marge, sans intervention de surpression de fluides dans les pores. Enfin, un volcan observé en subduction est peut-être à l'origine de l'inactivation de la faille de Tokai, qui ne présente aucun signe d'activité récente.

Depuis le début des années 80, les progrès technologiques de l'imagerie des fonds marins et l'exploration des marges continentales ont permis de découvrir et d'étudier de nombreuses morphologies du fond marin témoignant de la circulation des fluides dans la colonne sédimentaire et de leur expulsion. Dans cette étude des volcans de boue, nous proposons une méthode d'analyse innovante combinant une approche statistique automatisée incluant la détection et l'analyse de paramètres morphométriques avec une étude géologique classique. Nous avons utilisé un vaste jeu de données de géophysiques marines et géologiques, d’origines académiques et industrielles, à l’échelle du bassin oriental de la mer Méditerranée.Il ressort de cette analyse que le mécanisme de formation des volcans de boue est directement lié à une contrainte locale ou régionale pouvant avoir une origine tectonique ou gravitaire.Différents paramètres géologiques conditionnant les dimensions et formes des volcans de boue ont été étudiés permettant de proposer un modèle original de leur formation. La conception de ce modèle, qui se veut générique, permet de regrouper les paramètres constitutifs d’un système de volcan de boue en trois étapes spatiales, depuis la couche source jusqu’à l’expression superficielle. / Since the early 80s, technological advances of seabed imagery and exploration of continental margins allowed to discover and study numerous seabed features recording fluid circulation within the sediment column.In this study of mud volcanoes, we propose an innovative method of analysis combining an automated statistical approach including detection and analysis of morphometric parameters together with a classical geological study. We used broad homogenous academic and industrial marine geophysical and geological dataset, at the scale of Eastern Mediterranean sea.The analysis of these parameters shows that the mechanism of formation of the mud volcanoes is directly related to a local or regional constrain that may have a tectonic or gravitational origin.Various geological parameters conditioning the size and shape of mud volcanoes have been studied and lead to propose an original model for the formation of mud volcanoes. The design of this model, which is intended to be generic, makes it possible to group the constituent parameters of a mud volcano system in three spatial stages, from the source layer to the superficial expression.

Les structures géologiques sont le plus souvent dessinées par interpolations de données dispersées. Un problème est de pouvoir contraindre ces interpolations par des règles géométriques et cinématiques. La méthode dite de l'équilibrage des structures en coupe illustre ce principe. Pour tester la compatibilité de structures à déformation hétérogène, on peut les diviser en éléments dont on considère la déformation comme homogène, mais cette technique est limitée. Une autre méthode, pour s'assurer de la compatibilité géométrique de zones plissées-faillées, consiste à tester la possibilité de restaurer de telles surfaces à leur état initial. Le principe de la méthode est de décrire ces surfaces par des éléments rigides plans et de les rabattre dans le plan horizontal par un programme de calcul (minimisation automatique de vides et de recouvrements). En dépliant différents blocs et en ajustant ces blocs le long de failles, il est possible de retrouver l'état antérieur à la déformation (continue et discontinue). Le programme (UNIX, FORTRAN, station de travail), a été initialement testé sur des exemples théoriques et expérimentaux, puis appliqué à des structures naturelles (gisements pétroliers) avec les applications suivantes: (1) en zone pétrolifère (ou minéralisée), le but est de dessiner au mieux les structures associées aux failles qui peuvent faire office de piège, ce qui permet de mieux contraindre les capacités du gisement et sa géométrie; (2) en l'utilisation plus géodynamique, le champ de déplacement fini associé à la déformation, traduite par les plis et les failles, peut être étudié.