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 volcans de boue, résultant de l'extrusion en surface de coulées boueuses riches en fluides, sont depuis longtemps étudiés à terre et en mer, principalement au sein des marges actives mais également sur les marges passives fortement sédimentées. L'intérêt de la communauté scientifique pour les volcans de boue sous-marins s'est développé du fait de leur importance potentielle dans de nombreux domaines, parmi lesquels : la stabilité des marges continentales (déstabilisations sédimentaires, risques sismique), les variations climatiques à plus ou moins long terme (dégagement de gaz à effet de serre dans l'hydrosphère et l'atmosphère), l'évolution des communautés biologiques profondes. L'analyse et la compréhension de ces structures présente enfin un fort intérêt économique notamment comme indicateurs de la présence et du comportement des hydrocarbures en offshore profond, ainsi qu'à travers le stockage d'une quantité de méthane importante sous forme d'hydrates de gaz, pouvant représenter une source énergétique potentielle.<br />Cette thèse fait partie des programmes internationaux et nationaux MEDINAUT et MEDINETH, dédiés à l'étude pluridisciplinaire du volcanisme boueux et des émissions de fluides en Méditerranée Orientale. En effet, une approche multidisciplinaire est requise pour comprendre les processus physico-chimiques d'interaction entre argilocinèse et phénomènes tels que : émissions de gaz, bactéries et communautés benthiques, stabilité des sédiments (débris flow) et tectonique récente ou active. <br />Le principal objectif de ce travail a été de déterminer les contrôles géologiques du volcanisme boueux dans cette région et les origines de la signature acoustique des produits de l'argilocinèse à travers l'acquisition, le traitement et l'interprétation de données géophysiques et géologiques aussi diverses que bathymétrie multifaisceaux, imagerie acoustique, sismique réflexion, gravimétrie, enregistrements de sonar tracté, ou encore vidéos et prélèvements “in situ” issus de plongées profondes. Ces données qui furent collectées durant diverses campagnes marines (ANAXIPROBE, PRISMED II, MEDINAUT, MEDINETH) sont détaillées au Chapitre 2. Cette thèse est divisée en deux parties: la première (Chapitres 3 et 4) examine la géologie et sédimentologie des dépôts argilocinétiques en Méditerranée Orientale, tandis que la seconde (Chapitre 5 et 6) est plus spécifiquement axée sur la déformation actuelle dans la région des Monts Anaximandre (à la jonction de l'Arc Héllenique et de l'Arc de Chypre) et ses relations avec la mise en place et l'évolution du volcanisme boueux.<br />Sédimentologie et géologie des dépôts d'argilocinèse en Méditerranée Orientale - Au Chapitre 3, les observations “in situ” de la surface des volcans de boue (analysées au travers des enregistrements vidéo acquis par caméra tractée ou submersible) ont révélé des caractéristiques communes aux suintements de fluides froids, tels qu'encroûtements carbonatées et faunes spécifiques. Les variations de rétrodiffusion du fond, observées sur les données acoustiques, ont pu être corrélées, grâce aux observations directes, à des variations d'activité des volcans de boue, exprimées par des changements lithologiques et des variations du degré de colonisation par la faune benthique. L'activité du volcanisme boueux présente en effet une grande variabilité liée à l'intensité des flux de fluides et, probablement, à l'âge des coulées boueuses et des suintements. La signature géophysique peut donc être directement attribuée aux variations d'activité du volcanisme boueux, mises en évidence à travers un certain nombre de paramètres principaux tels qu'émanations de fluides, éruptions de boue et peuplements biologiques, contrôlés par des dynamiques spatio-temporelles à différentes échelles.<br />Le Chapitre 4 discute l'environnement de dépôt, ainsi que l'âge et la profondeur de l'unité lithologique dont la brèche de boue est issue. L'analyse minéralogique de la matrice boueuse révèle un assemblage argileux similaire pour tous les échantillons, et dominé par la présence de smectite (jusqu'à 90% de la totalité des minéraux argileux). Ce cortège argileux est comparable aux unités terrigènes riches en smectite d'âge Messinien et démontre l'absence de transformations diagénétique, indiquant donc une faible profondeur de remobilisation pour le réservoir boueux. <br />Le contrôle tectonique du volcanisme boueux: exemple des Monts Anaximandre à la jonction de l'Arc Héllenique et de l'Arc de Chypre - Les Monts Anaximandre, représentent un complexe de trois monts sous-marins de plus de 1000 m de dénivelé détachés de la marge Turque. Ils forment avec les structures avoisinantes (la Ride de Florence et l'Angle d'Isparta au SW de la Turquie) une zone d'accommodation tectonique entre les déformations de la région Egéenne-Turque et la région chypriote. La déformation récente de la région est analysée dans le Chapitre 5 et indique que l'ajustement progressif de la collision s'effectue le long d'une large zone transpressive orientée NW-SE. Les volcans de boue se situent le long de la branche occidentale de l'Arc de Chypre (partie orientale des Monts Anaximandre et Ride de Florence) en association avec un réseau de failles normales à composante dextre orientées N150° parallèlement à la structure et de failles décrochantes senestres orientées N070°.<br />Le Chapitre 6 se concentre sur une analyse détaillée des relations entre les volcans de boue et les structures tectoniques à partir de données de sonar tracté couplé à un sondeur de sédiments (type O.R.E.Tech), obtenues lors de la campagne MEDINETH. La cartographie des failles associées à plusieurs volcans de boue des Monts Anaximandres et de la Ride de Florence indique que ceux-ci sont contrôlés structuralement. Les failles font office de conduit préférentiel pour l'expulsion de la boue et des fluides sous pression. Une relation avec les accidents majeurs et secondaires dans le champ de contraintes associé à la convergence a été mise en évidence. Cette analyse révèle le rôle fondamental des failles normales et décrochantes, suggérant que les contraintes extensives facilitent la remontée de la boue. <br />Le Chapitre 7 résume les principaux résultats des Chapitres 3 à 6 et les intègre dans le cadre du programme MEDMUD avec les résultats des analyses géochimiques et microbiologiques afin de déterminer les mécanismes à l'origine de l'apparition et de l'évolution des volcans de boue, ainsi que l'origine des phases solides et fluides du matériel extrudé.