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Tectonique active mongole

La Mongolie occidentale a connu une sismicité exceptionnelle au cours de la première moitié du XXe siècle, avec quatre séismes de magnitude 8 en seulement 52 ans. Ces séismes se localisent le long de grandes failles décrochantes qui jalonnent les massifs de l’Altaï, du Gobi-Altaï et borde le dôme de Hangay. Ces structures anciennes (hercyniennes) sont réactivées sous l’effet de la collision Inde-Eurasie qui s’est propagée vers le nord depuis le front himalayen jusqu’au cœur de l’Asie centrale. Une telle sismicité en domaine intracontinental ne peut laisser de marbre les sismotectoniciens, qui se posent alors des montagnes de questions : comment se distribue cette sismicité intracontinentale dans le temps et dans l’espace ? Quelles sont les vitesses de glissements associées à ces grands décrochements ? L’essaim sismique du XXe siècle s’est-il déjà produit dans le passé ? Existe-il une régularité de ce phénomène ? Quelle est l’influence de l’héritage structural sur cette sismicité et sa distribution (segmentation, magnitudes, fréquences) ? La déformation observée en Mongolie est-elle totalement sismique ? D’un point de vue plus général, quelles informations l’analyse de ces ruptures sismiques, exceptionnellement bien préservées dans la morphologie (plusieurs centaines de km de longueur, apportent-elles sur notre compréhension du fonctionnement des grands décrochements intracontinentaux ?

La curiosité des géologues pour ce cas d’étude ("d’école") n’est pas nouvelle. Jeff Ritz y a fait ses classes avec Hervé Phillip au début des années 90 et n’en est toujours pas revenu. Les missions de terrain et les travaux associés qui se sont succédé au cours des 25 dernières années ont, entre autre, permis le développement de bien des pratiques aujourd’hui devenues des classiques dans la démarche de caractérisation morphotectonique des séismes. On peut ainsi citer les interprétations de relevés microtopographiques et les datations 10Be (béryllium 10 cosmogénique produit in situ, notamment dans les grains de quartz, sous l’effet des rayonnements cosmiques) et les datations OSL (luminescence stimulée optiquement) . Mais 25 ans d’études sont loin de suffire pour comprendre l’ensemble de la tectonique active qui affecte la Mongolie. En effet, en plus des quatre ruptures sismiques qui ont marqué l’activité du XXe siècle, il existe de nombreuses autres ruptures quaternaires qui n’ont pas encore été étudiées, que ce soit dans le massif de l’Altaï ou dans la partie occidentale du Gobi-Altaï.

C’est dans l’objectif de poursuivre l’analyse sismotectonique sur les autres grandes failles actives de Mongolie qu’ont été réalisées trois missions de terrain entre 2014 et 2016 dans les massifs de l’Altaï et du Gobi-Altaï occidental, dans le cadre du projet ANR GeoSMEC en collaboration avec l’Institut of Astronomy and Geophysics (IAG) de l’Académie de Sciences de Mongolie à Ulan Bator (cf. photo ci-contre).

Plus précisément, nous nous sommes intéressés à la faille de Hovd dans l’Altaï mongol, au droit de la ville éponyme qui compte 30 000 habitants. Cette faille est connue pour avoir probablement rompue en 1761. D’une part, les écrits historiques relatent un puissant séisme qui aurait fait trembler l’Asie jusqu’en Sibérie cette année-là et, d’autre part, la faille en question présente une rupture de surface très fraîche. Enfin, l’actuelle ville de Hovd a été construite en 1762, consécutivement à la destruction de l’ancienne ville située un peu plus au nord. Afin de confirmer le lien entre le séisme historique de 1761 et la rupture de surface le long de la faille de Hovd, les résultats, encore préliminaires issus de l’analyse de deux tranchées réalisées au cours de l’été 2014, semblent confirmer ce lien. Des analyses supplémentaires (datations OSL et 14C), notamment au niveau de deux nouveaux sites de tranchées vont permettre de conclure définitivement sur la question. En parallèle de cette analyse paléosismologique, les datations 10Be de marqueurs morphologiques décalés devraient permettre de quantifier la vitesse de glissement long terme (à l’échelle du pléistocène supérieur) le long de la faille.
Principales failles actives du massif du Gobi-Altaï, Mongolie sud

La chaîne du Gobi-AltaÏ, situé au sud-ouest de la Mongolie, présente un réseau de failles transpressives senestre associées à de larges zones de cisaillement héritées. Ce massif est connu pour le séisme de magnitude 8 qui s’est produit en 1957 sur la faille de Bogd orientale, dans la partie Est du massif. Depuis 2014, nous concentrons nos investigations sur les parties centrale et occidentale du massif. Cette région présente quatre principales failles : trois grands décrochements et une faille normale. Après avoir cartographié et caractérisé leur cinématique, nous avons estimé leurs vitesses de glissement sur différents sites, quantifié les déplacements co-sismiques et creusé plusieurs tranchées paléosismologiques afin de contraindre l’âge et la magnitude des derniers séismes ayant rompu la surface.

Les résultats préliminaires montrent que le cisaillement senestre de 1,2 mm/an observé le long de la faille de Bogd orientale (travaux antérieurs) se distribue intégralement à l’ouest sur deux décrochements principaux, avec respectivement 0,8 mm/an sur la faille de Bogd occidentale et 0,4 mm/an sur la faille de la Vallée des Lacs. (cf photo ci-contre : tranchée paléosismologique sur la faille de Bogd-ouest). Les données de paléosismologie ont permis de montrer que la faille de la Vallée des Lacs a connu deux évènements au cours de l’Holocène et est restée bloquée au cours des trois derniers milliers d’année. La faille de Bogd occidentale a, quant à elle, connu au moins deux séismes au cours de l’Holocène, dont le dernier il y a moins de 2 000 ans.

Ces résultats sont toutefois encore préliminaires et des datations complémentaires en cours devraient permettre de mieux contraindre, d’une part, l’âge d’occurrence de ces séismes et, d’autre part, leur succession dans le temps. Enfin, des mesures et collectes d’échantillons sur les failles de Tsagaan Gol à l’ouest, et de Tsogt au sud, devraient permettre de compléter l’analyse du bilan de déformation au travers de l’ensemble du massif. Ce bilan apportera des paramètres fondamentaux pour l’estimation de l’aléa sismique associé à ces failles.
La faille normale de Tsogt, depuis le village du même nom. Les flèches blanches indiquent les principales ruptures de surface

En plus d’être riche en découvertes et en enseignements, ces travaux offrent, au travers d’une belle aventure humaine, la possibilité de mieux contraindre l’aléa sismique dans la partie occidentale de la Mongolie et d’améliorer la connaissance du fonctionnement géodynamique de grands décrochements en domaine intracontinental.

Robin Kurtz

Je profite par ailleurs de cet article pour souhaiter tout le meilleur à Battogtokh Davaasambuu (préférez "Toogii") qui, après nous avoir procuré une aide indéniable sur le terrain en qualité d’interprète et de logisticien, vient de nous rejoindre au laboratoire pour faire une thèse sur ce sujet. Il est encadrée par Matthieu Ferry et Jeff Ritz.