L’événement paléosismique éo-coniacien

Sur 14 kilomètres, entre le Cap Fagnet (Fécamp) et Saint-Martin-aux-Buneaux, les couches terminales du Turonien et les couches basales du Coniacien sont le siège de phénomènes sismo-tectoniques remarquables. Dans le tronçon entre Eletot et Saint-Pierre-en-Port, ces couches s’abaissent dans la moitié inférieure de la falaise ce qui permet leur bonne observation.

Ces phénomènes se manifestent essentiellement par la présence de veines de silex, ou sheet-flints selon la terminologie anglaise. Il s’agit de lames de silex de quelques millimètres à quelques centimètres d’épaisseur qui traversent la craie, en suivant ou non la stratification. Le recoupement fréquent de la stratification témoigne bien de leur formation tardive.

Dans les craies du Bassin Anglo-Parisien, les sheet-flints se localisent préférentiellement dans certains horizons (par exemple dans le Campanien), alors que d’autres en sont dépourvus. Leur formation semble donc liée à des phénomènes physiques limités dans le temps.

Le sheet-flint est généralement compact et noir, ou présente une zonation ferrugineuse. Son cortex est millimétrique. Parfois son coeur comporte un ou plusieurs feuillets crayeux médians.

L’origine du sheet-flint se trouve être une surface de discontinuité, sédimentaire ou mécanique, qui a été alimentée par une solution riche en silice, laquelle a ensuite précipité. Dans de nombreux cas, on peut suivre la continuité d’un sheet-flint et d’un minuscule filet argileux; le sheet-flint est donc un artefact qui amplifie un contact de fracturation initialement peu perceptible.

Selon l’angle que forme le sheet-flint avec la stratification, on distingue :

1. les sills sédimentaires pour lesquels l’angle est proche de zéro;
2. les dykes sédimentaires ou filons d’injection, nettement obliques;
3. les joints de tension silicifiés.

La présence de sheet-flints soulève plusieurs questions : la fracturabilité de la craie, la fracturation et la silicification.

1. La fracturabilité
   La craie est un matériau mal cimenté. En essai lent sous contrainte triaxiale, il faut une certaine pression de confinement pour obtenir une cassure franche dans une craie normale actuelle. Comme nous l’avons déjà souligné, les sheet-flints n’affectent que certaines tranches de la série crayeuse. A moins d’invoquer des différences rhéologiques à l’intérieur de cette série, il est donc nécessaire d’admettre que le facteur déclenchant la fracturation s’est produit à plusieurs reprises. Pour être suceptible de fracturation, la craie doit avoir atteint un certain degré d’induration et sa diagénèse doit être suffisamment avancée sous une couverture sédimentaire. Dans la couche superficielle boueuse ou pâteuse, les contraintes mécaniques s’expriment par des déformations plastiques ou thixotropiques. La vitesse d’application des contraintes joue également un rôle. Si l’application est instantanée, la craie peut se conduire de manière fragile et la rupture peut se propager sur une certaine distance.
2. La fracturation
   Une brutale élévation de la pression intersticielle doit contribuer fortement à la rupture. Dans ce cas, il se produit une fracturation hydraulique, analogue à l’ « hydraulic jacking » utilisé dans les puits pétroliers ou en génie civil. La fracture se propage dans la craie, plus ou moins horizontalement, en suivant préférentiellement l’anisotropie due à la stratification. La nature du phénomène responsable de l’élévation de la pression est inconnue. Un phénomène lent paraît exclus car il entraînerait une atténuation des pressions ou produirait des déformations souples. Parmi les phénomènes rapides, le slumping ou les glissements en masse peuvent être également écartés car le fond sédimentaire est, dans notre cas, quasiment horizontal. Les autres phénomènes rapides sont par ordre d’énergie croissante : la tempête exceptionnelle, le tsunami, le séisme ou l’impact météoritique. Sans exclure les autres, l’hypothèse du séisme est ici retenue. L’onde de surface, la plus énergique, se propage dans la pile sédimentaire supérieure, de place en place vraisemblablement sur plusieurs dizaines de kilomètres. L’activité sismique plus intense accompagne les déformations tectoniques bien connues sur la plaque européenne à la limite du Turonien et du Coniacien (phase Ilsede), conséquence de la convergence naissante des plaques africaine et européenne.
3. La silicification
   La transformation en sheet-flint est secondaire généralement, par rapport à la fracture qui en est le germe. On constate que les sheet-flints sont présents dans des craies comportant des silex « normaux ». Ces silex contribuent fortement au nourrissage du fluide siliceux qui s’injecte dans la fracture. Une certaine méconnaissance existe sur l’état des silex à quelques mètres sous le fond marin (ou quelques centaines de milliers d’années après leur existence embryonnaire). Il est probable que les cristallites qui les composent soient imparfaitement soudés ou enrobés d’un gel siliceux. Une surpression brutale peut conduire à les désolidariser et à les propulser dans une zone à plus faible pression, comme un joint qui s’ouvre.

Voyons maintenant différents aspects que peuvent présenter les sheet-flints et autres figures tectoniques associées.

1. Les silex « écrasés »
   Il s’agit d’un cas de sheet-flint où la fracturation se produit en suivant un niveau de silex préexistant. Ce niveau agit comme une surface plus fragile qui guide la fracture dans sa propagation. Ainsi, latéralement, on peut observer le passage d’un horizon de silex normaux (en rognons par exemples) à un sheet-flint, et réciproquement. Les silex originaux semblent s’être affaissés et étalés, sans nécessairement se rejoindre et constituer un chapelet.
   

   Silex écrasé

2. Les décollements silicifiés
   Dans ce cas, le silex est continu sur plusieurs mètres, voire plusieurs dizaines de mètres. Il suit approximativement la stratification, puis décroche pour rejoindre, en une sorte de relai, un niveau inférieur ou supérieur. Le sheet-flint (ou le décollement) supérieur présente parfois, dans la zone chevauchante, une rampe. L’extrémité libre du sheet-flint se poursuit souvent par une longue cicatrice blanchâtre montrant l’extension du décollement, non silicifié ultérieurement.
   

   Décollement silicifié

3. Les décollements silicifiés en duplex
   Deux surfaces de décollement superposées peuvent se relayer l’une l’autre et réaliser une sorte de duplex, isolant une écaille plate. Entre ces surfaces, des fentes de tension silicifiées peuvent prendre naissance. Leur regard est systématiquement orienté vers l’Ouest. On notera que la présence de joints de tension entre deux sheet-flints implique que, en plus d’un écartement, il se produit un cisaillement.
   

   Décollement en duplex

   

   Joints de tension silicifiés

4. Les cisaillements silicifiés
   En ce cas, une tranche de craie épaisse de plusieurs mètres est cisaillée sous un angle d’une quinzaine de degrés de pendage. La pile de craie affectée est plus profonde que dans les cas précédents, allant du HG Colmare au sommet du silex Cliffe. Là encore, de nombreux joints de tension accompagnent ces déformations. Ils s’ordonnent autour de N110°E/50°S.
   

   Cisaillement silicifié

5. Les joints de tension silicifiés profonds
   A l’W du Val d’Eletot (uniquement visible à distance sur une cinquantaine de mètres), une série de joints issus du sheet-flint supérieur s’enfoncent, avec un pendage apparent vers le SW, pour rejoindre le silex White Nothe. Une partie d’entre eux pénétre encore plus profondément, presque jusqu’au silex Ausson.
   

   Joints de tension profonds

6. Les failles normales cachetées.
   Il ne s’agit plus de sheet-flints mais de failles. Les structures synsédimentaires en extension sont rares et l’observation faite à l’E de la Valleuse d’Eletot est unique. Il s’agit d’une faille normale qui affecte les niveaux de base du Coniacien, y compris le silex Cliffe. Celle-ci est cachetée par le niveau Briquedalles à silex remaniés et les hard-grounds rapportés au niveau Hope Gap.
   

   Faille synsédimentaire cachetée, entre Eletot et la valleuse d'Eletot

7. Les sheet-flints remobilisés
   En quelques endroits, des sheet-flints sont brisés et déplacés dans la masse crayeuse. Chaque morceau de sheet-flint est parfaitement anguleux témoignant que le silex était durci avant d’être rompu. Dans certains cas, la courbe enveloppe des morceaux successifs montre des plis qui attestent du fluage de la craie qui les englobe. Dans d’autres cas, les galettes sont mélangées et constituent une brèche tectono-sédimentaire. Cet exemple montre qu’au moins deux épisodes de déformation se sont produits, séparés par un intervalle de temps suffisant pour que le silex se forme et s’indure. Il est probable que le premier décollement ayant généré le sheet-flint ait constitué une zone de fragilité qui a favorisé la seconde rupture.
   

   Sheet-flints remobilisés (2 photos)

Les phénomènes paléosismiques qui viennent d’être décrits peuvent être replacés dans un cadre géographique plus large. Une comparaison peut être faite avec la coupe de l’escalier de Hope Gap (Seaford, Sussex), à 110 km au NNW, analysée par Mortimore (1997). En ce lieu, au-dessous et au-dessus du HG Hope Gap , ce dernier décrit deux couches contenant des silex éclatés dispersés dans des craies « tourbillonnées ». Elles sont interprétées comme des « tectonites » paléosismiques et sont reconnues dans d’autres régions (South Downs et île de Wight). Les mêmes phénomènes tectoniques semblent donc s’être produits de manière synchrone en Angleterre et en France.
Les événements tectono-sédimentaires du Turonien supérieur – Coniacien inférieur, de type Hope Gap, sont rapportés par Mortimore et Pomerol (1997) à la phase Ilsede définie dans le massif du Harz (Allemagne) par Stille. Les mouvements seraient localisés sur les anciennes lignes de fractures hercyniennes et conduiraient à une inversion tectonique de certains axes subsidents, comme l’axe Londres-Brabant.
Le complexe de sheet-flints d’Eletot présente des structures tectoniques qui parfois (cisaillements, fentes de tension) indique une polarité de recouvrement, dans le sens E vers W apparent. Hypothétiquement, cela pourrait correspondre à une onde de surface issue d’un hypocentre à l’E du Pays de Caux. Les rares mesures de direction des joints de tension indiqueraient une origine N20°E, mais il faudrait plus de relevés pour donner du crédit à cette valeur.
En l’état actuel, on peut essayer de replacer les phénomènes sismo-tectoniques d’Eletot dans un modèle conceptuel, en tenant compte d’autres observations. Les effets enregistrés dans la craie, lors du passage de l’onde sismique, dépendent de la profondeur dans le sédiment, de la rhéologie et, bien entendu, de l’amplitude de l’onde (que l’on supposera très forte). Ce modèle théorique n’est jamais complètement réalisé, sans doute brouillé par la répétition de séismes d’amplitude diverse. La succession, de haut en bas, serait la suivante :

1. marne de décantation : les fines mises en suspension lors de la secousse sismique retombent sur le fond.
2. craie fluidisée : le choc déstabilise la tranche supérieure du sédiment par thixotropie et l’homogéneïse. Cet effet est mis en valeur s’il existe un niveau de silex qui se trouve alors dispersé.
3. craie plastique : la compacité et la teneur en eau réduite permettent à la craie d’avoir un comportement pâteux qui absorbe la déformation. Aucune structure particulière ne s’exprime (sauf peut-être, de manière exceptionnelle, les « silex déformés ou tordus » ou des paramoudras verticaux issus de cheminées d’échappement de fluide).
4. craie fragile : la diagénèse avancée et les faibles liaisons solides entre les grains confèrent un caractère cassant à la craie (le maximum de sheet-flints se situe ainsi sous les hard-grounds Navigation). Les discontinuités lithologiques prééxistantes (silex, délit marneux) contribuent à initier ou à guider la propagation de la fracturation. Des décollements, plus ou moins parallèles ou anastomosés, se produisent. Le nombre de ces décollements visibles (donc l’épaisseur de zone à décollements) est variable (du décollement solitaire à une petite dizaine, de 0 à 2 m d’épaisseur). Plus profondément, des joints nettement inclinés avec une composante de cisaillement peuvent apparaître et viennent se raccorder aux décollements supérieurs.

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