L'arc de Chypre est le segment le plus oriental du système de convergence méditerranéen, long d'environ 2000 km, qui s'étend depuis le Sud de l'Italie jusqu'au nord-ouest de la Syrie (Fig. 1) et indique la frontière entre les plaques eurasienne et africaine [10]. D'ouest en est, la convergence de ces plaques le long des trois arcs, calabrais, hellénique et chypriote se manifeste par une succession de subductions et de zones de pré-collision, témoignant d'un processus de fermeture de la Méditerranée orientale [8,10]. Dans ce cadre général, l'Anatolie, élément de l'Eurasie, se comporte comme une microplaque dont le déplacement rotationnel vers le sud-ouest par rapport à l'Eurasie [6] génère en Méditerranée orientale, et particulièrement le long de l'arc de Chypre, un régime tectonique complexe.

De la mer Ionienne à l'île de Chypre (Fig. 1), ce régime est à l'origine de la formation de la ride méditerranéenne, vaste complexe d'accrétion, constitué de sédiments décollés et déformés [3,8]. Cette ride disparaît au nord-ouest de Chypre, où elle est relayée par la ride de Florence, qui se raccorde elle-même vers l'est, au segment le plus oriental de la zone de convergence méditerranéenne : l'arc de Chypre. Cet arc, qui constitue une frontière active de plaque [5,16], est formé de trois segments : (i) une partie centrale convexe résulte de la convergence et d'un début de collision entre le mont Ératosthène, bloc lié à la plaque africaine et la frontière méridionale de la microplaque anatolienne [4,7,12] ; (ii) une branche occidentale, ou ride de Florenc est, interprétée comme une frontière de plaque encore active à composante senestre [15] ; enfin (iii) la branche orientale assure la transition entre le système marin et la faille est-anatolienne [1,17] qui, à terre, marque la frontière entre plaques Anatolienne et Arabique et se relie aux sutures de Bitlis et du Zagros (Fig. 1).

La branche orientale de l'arc de Chypre est, d'un point de vue structural, la moins documentée. Le système arc-fosse identifié entre le mont Ératosthène et la marge de Chypre [12] ne se poursuit pas vers l'est et, si des mouvements transcurrents senestres ont été suggérés le long du segment oriental de l'arc [7,16], aucun schéma structural détaillé n'a été proposé. De même, les modalités du passage des structures marines aux structures continentales sont encore mal définies. Le segment sous-marin correspond à une ceinture tectonique qui traverse le Bassin levantin et montre une succession de rides morphologiques et de dépressions [5], constituant un site idéal pour l'analyse des interactions entre tectonique profonde, tectonique salifère, argilo-cinèse, tectonique gravitaire et sédimentation. Afin de tenter de répondre à ces questions, la campagne océanographique « BLAC » été réalisée entre le 29 octobre et le 16 novembre 2003 à bord du N/O Le Suroît. Dans cet article, nous présentons les premiers résultats relatifs aux caractéristiques litho-sismiques, sédimentaires, morphostructurales et tectoniques de ce domaine sous-marin.

Au cours de la campagne, près de 20 000 km² ont été cartographiés, aboutissant à une couverture quasi-complète du segment oriental de l'arc de Chypre, depuis les monts Hecataeus (Fig. 2) jusqu'aux abords de la marge syrienne. Ce levé complète les travaux antérieurs réalisés plus à l'ouest, au niveau du mont Ératosthène et du delta du Nil, lors des campagnes Prismed II (1998) et Fanil (2002) [3]. Les données suivantes ont été acquises de façon simultanée et continue sur les 88 profils enregistrés : bathymétrie multifaisceaux et imagerie acoustique grâce au sondeur multifaisceaux Simrad EM300, sismique réflexion, sondeur de sédiments (CHIRP), gravimétrie et magnétisme. Les profils ont été obtenus à une vitesse moyenne de 8 nœuds, avec une source constituée de deux GI-airguns pour la sismique ; l'intervalle de tir, fixé à 12,5 s, correspond à une distance inter-tirs de 50 m, l'enregistrement se faisant au moyen d'une flûte longue de 300 m, comportant six traces.

Une campagne réalisée en 1987 [5] avait révélé des fonds marins tourmentés et permis de délimiter les grands ensembles morphologiques. La campagne BLAC apporte des précisions importantes grâce à la haute résolution des données du sondeur multifaisceaux, permettant ainsi une analyse fine de la morphologie sous-marine de l'arc, du Bassin levantin et d'une partie de la marge syrienne. Sur la base des caractéristiques morphobathymétriques, trois grands domaines, séparés par deux escarpements, ont été distingués : le Bassin levantin, un domaine central et un domaine dit de Larnaca-Lattakié (Fig. 2).

Le Bassin levantin, la région la plus profonde (−2000 m), présente un fond nivelé par les sédiments récents, et qui se relève progressivement vers le nord-est pour se terminer vers le canyon de Lattakié (Fig. 2). Au pied de l'escarpement qui sépare ce bassin du domaine central, la plaine abyssale est localement accidentée par d'étroits reliefs, allongés sur près de 20 km pour les plus étendus (Fig. 2). À l'est et au nord-est, le Bassin levantin est limité par la pente continentale syrienne entaillée par de nombreux canyons.

Le domaine central, de forme arquée, large d'environ 30 km, s'étire sur près de 250 km, depuis les monts Hecataeus jusqu'à la ride de Lattakié, par des profondeurs moyennes de −1500 m (Fig. 2). La morphologie est marquée par une série de collines et de dépressions allongées, localement subcirculaires, d'environ 100 m de dénivelée. Quelques reliefs isolés émergent avec notamment des pointements de formes circulaire, allongée et parfois sigmoïde. La région occidentale de ce domaine central correspond aux monts Hecataeus, zone surélevée, morphologiquement complexe, bordée au nord par une vaste dépression subcirculaire, le bassin de Chypre.

Le domaine de Larnaca–Lattakié, proche des côtes de Chypre, s'étend depuis la baie de Famagusta jusqu'à Lattakié (Fig. 2). Cette région possède des fonds marins peu profonds (−800 à −1000 m) légèrement inclinés vers le nord, peu accidentés près de la côte chypriote et avec deux ensembles à morphologie sous-marine complexe dans sa partie sud. À l'ouest, un bombement subcirculaire (20 km de diamètre) est accidenté de nombreux petits reliefs, séparés par des dépressions étroites plus ou moins linéaires, donnant à cet ensemble une morphologie particulière, d'aspect polygonal. Un deuxième lobe subcirculaire (30 km de diamètre) forme une protubérance qui semble s'appuyer contre la ride de Lattakié. Le centre de cette structure, très réflectif sur l'imagerie acoustique, suggère une structure d'origine argilo-cinétique [3]. Au nord de ce bombement, les fonds marins forment une cuvette à fond plat adossée à la pente continentale syrienne. Sur la bordure ouest de cette cuvette, la surface est entaillée de sillons rectilignes parfois disposés « en échelon ».

Le domaine central est séparé des domaines adjacents par deux escarpements remarquables, interprétés comme des frontières morphostructurales majeures. L'escarpement méridional a un tracé continu sur près de 250 km et comporte une ride morphologique, sinueuse et dissymétrique à son extrémité sud, devenant plus étroite et symétrique dans sa partie centrale. Vers le nord, ce relief s'évase et se relève pour se raccorder à la ride de Lattakié, promontoire également limité par deux escarpements. Le second accident morphologique sépare les deux domaines central et de Larnaca–Lattakié et correspond à un escarpement plus discontinu, constitué de deux segments séparés par une zone de relais. Ces deux segments très sinueux, offrent un profil dissymétrique avec, vers le sud, une pente plus raide d'une dénivelée atteignant localement environ 350 m.

La densité de la couverture sismique a permis d'analyser de façon détaillée le sommet de la colonne sédimentaire, jusqu'à environ 1,5 std sous le fond. Au sein du Bassin levantin, un trait structural remarquable de cette couverture est l'horizon souligné par une forte réflectivité acoustique interprétée comme la base du Plio-Quaternaire ou réflecteur « M » [14]. Ce réflecteur délimite un ensemble supérieur, à faciès sismique bien lité, attribuable au Plio-Quaternaire dont l'épaisseur atteint en moyenne 0,5 std.

La réponse sismique transparente sous le réflecteur « M » est interprétée comme celle des évaporites messiniennes, dont l'épaisseur, la profondeur et le degré de déformation sont variables à travers la zone d'étude. Dans le Bassin levantin, on distingue un faciès transparent à la base (interprété comme de la halite pure), surmonté par des faciès stratifiés (évaporites supérieures), parfois discontinus et déformés (Fig. 3b), comparables au faciès messinien classique [14]. Près du front de déformation externe (FDE), l'épaisseur et la déformation de la série messinienne augmentent : des antiformes (dômes salifères) apparaissent dans le niveau basal transparent déformant de façon concordante les séries sus-jacentes qui forment alors des rides plus ou moins parallèles au FDE.

Le toit du Messinien, identifié quasiment partout, n'est pas systématiquement concordant avec les évaporites sous-jacentes (Fig. 3) et peut se présenter localement comme une surface d'érosion mettant en discordance les séries plio-quaternaires sus-jacentes sur des séquences pré-messiniennes (Fig. 3c). Au niveau des monts Hecataeus, le réflecteur « M » est concordant avec un Messinien peu épais et peu déformé, caractérisé par des réflecteurs parallèles (Fig. 3a). À l'est du Cap Greco, le Messinien se réduit et disparaît au droit d'une structure anticlinale, le réflecteur « M » devenant alors une surface d'érosion faiblement déformée et discordante sur des plis anté-messiniens (Fig. 3c). Vers le nord-est, la série s'épaissit et montre des niveaux intra-messiniens très déformés, à faciès sismique transparent et/ou chaotique, interprétés comme des séries salifères à passées détritiques.

À l'extrémité nord du domaine de Larnaca–Lattakié, le Plio-Quaternaire s'épaissit, avec une épaisseur minimale de 1,5 std au centre du bassin (Fig. 3d). La séquence messinienne y est bien développée, générant localement d'intenses déformations halo-cinétiques.

Les séquences plio-quaternaires sont souvent déformées, parfois même traversées par des corps formant des dômes sur le fond (Fig. 3c) et dont la structure interne suggère des diapirs ou volcans de boue décrits par ailleurs en Méditerranée orientale [3,13]. L'imagerie acoustique ne révèle aucune signature caractéristique, à l'exception d'un dôme situé dans le domaine de Larnaca–Lattakié, sans doute à cause d'un arrêt de l'activité argilo-cinétique, les dépôts récents empêchant ainsi une réponse acoustique marquée pour ce type de manifestation.

Sous les réflecteurs plio-quaternaires et messiniens, la réponse sismique est parfois bien marquée et correspond à celle de séries anté-messiniennes généralement déformées (Fig. 3).

Sur l'île de Chypre, on distingue deux ensembles, séparés par la zone de faille d'Ovgos : (i) la chaîne de Kyrénia, constituée de terrains chevauchants, qui borde le Nord de l'île [2] et (ii) le massif ophiolitique du Troodos, enchâssé dans des ensembles sédimentaires méso-cénozoïques (Fig. 2). Le prolongement marin de la chaîne de Kyrénia et de la faille d'Ovgos sont visibles dans le Nord de la zone d'étude, le second ensemble constituant le soubassement probable du domaine de Larnaca–Lattakié et s'étendant jusqu'à la côte syrienne, où il semble se poursuivre par les massifs ophiolitiques de Baer-Bassit et d'Hatay (Fig. 2).

La zonation morphostructurale de l'arc chypriote sous-marin comprend trois domaines, séparés par deux zones de déformation. Dans le domaine central, le Plio-Quaternaire est parfois affecté de plis ouverts légèrement dissymétriques et à vergence sud. De tels plis, déjà identifiés sur des profils à forte pénétration [5], montrent un enracinement profond dans les séries pré-messiniennes et ont une orientation NE–SW qui est celle de la ride. La structuration du domaine central est révélée par les effets de surface de rides anticlinales et de dépressions correspondant à de petits sous-bassins ainsi que par des figures sigmoïdes, indiquant les effets d'une tectonique décrochante.

Vers l'ouest, les monts Hecataeus correspondent à un haut structural découpé par des fractures subverticales générant une géométrie en blocs basculés (Fig. 3a). La couverture récente qui drape le flanc nord de ce relief montre localement des plis réguliers qui se raccordent à la structure synclinale du bassin de Chypre, interprétée comme un bassin losangique actif [16].

Dans le domaine de Larnaca–Lattakié, la structure semi-profonde est dominée par une vaste voussure anticlinale qui s'étire sur 100 km et est bordée par le front de déformation interne (FDI). Deux vastes lobes montrent une structuration superficielle complexe qui exprime l'interaction de structures halo et/ou argilo-cinétiques avec un réseau de fractures parfois marquées par des échelons ou des sigmoïdes (Fig. 2). Le lobe oriental forme une protubérance résultant, sans doute, d'un glissement vers l'est de la couverture plio-quaternaire, sous l'effet combiné d'une tectonique transpressive et salifère. Cet ensemble s'appuie contre la ride de Lattakié, fermant ainsi la communication du drainage profond entre le Bassin levantin et celui de Lattakié (Fig. 2).

Le FDE est un trait structural majeur qui marque la frontière entre l'arc de Chypre et le Bassin levantin non déformé. Il est identifié entre la marge chypriote et le mont Ératosthène, où il correspond à des structures chevauchantes au sein du prisme d'accrétion [7]. Vers l'est, ce front est successivement marqué par un escarpement, puis par une ride étroite, avant d'être relayé par l'escarpement sud de la ride de Lattakié. Le tracé du FDE, l'allure de la ride associée, ainsi que son caractère sismique montrent, du sud-ouest vers le nord-est, un changement progressif des caractéristiques structurales de ce trait tectonique. Au pied des monts Hecataeus, sa trace sinueuse et segmentée sur environ 90 km est orientée est–ouest, jusqu'à E34°30′. Au niveau de l'escarpement, les profils montrent une nette dissymétrie, indiquant une vergence structurale vers le sud ; la série plio-quaternaire y est interrompue par une zone où, à des réflecteurs discontinus, se superposent de nombreuses diffractions, interprétées comme des indices d'une déformation importante (Fig. 3). À partir de E34°30′, le FDE s'incurve progressivement vers le nord-est et la ride devient étroite, symétrique et linéaire sur 100 km, montrant une intense déformation associée à des structures « en fleur », dont le caractère décrochant a déjà été suggéré [16]. Vers le nord-est, la ride s'incurve, se relève et s'évase pour se raccorder à la ride de Lattakié. Celle-ci montre une structure en horst, bordée par des failles qui génèrent de fortes pentes et délimitent des structures en blocs basculés (Fig. 3d). La forte déclivité des reliefs sous-marins liés à ce horst, sans doute tectoniquement actif, est à l'origine d'instabilités de la couverture sédimentaire récente.

Le second ressaut morphologique, correspondant au FDE, sépare le domaine central de celui de Larnaca–Lattakié et s'observe depuis la longitude de cap Greco jusqu'au pied de la ride de Lattakié. Il s'agit d'une zone déformée, dont le tracé est fortement segmenté et interrompu vers le sud-ouest par une zone de relais qui le décale vers le sud, ce segment se reliant à la structure synclinale du bassin de Chypre, dont il pourrait constituer l'un des éléments à l'origine de ce bassin de type pull-apart (Fig. 3c).

Les données obtenues au niveau de l'extrémité orientale de l'arc de Chypre apportent des informations importantes sur la trame structurale, les déformations superficielles et le régime tectonique récent à actuel de ce secteur. C'est au sein du domaine central, pincées entre deux couloirs tectoniques, que se concentrent les déformations générées par une tectonique à composante compressive à transpressive dominante. Le plissement, les structures halo et argilo-cinétiques, les structures en fleur, l'alternance de petits bassins et de rides, la plupart imprimés dans la couverture plio-quaternaire, sont autant d'éléments qui démontrent que cette région est tectoniquement active.

Vers le sud-ouest, les structures du domaine central se raccordent aux unités du Sud de l'île de Chypre, le FDE devient chevauchant et se raccorde aux écailles du prisme d'accrétion situé au niveau de la pente [7,8,12]. En direction du nord-est, les structures transcurrentes de l'arc sous-marin se relèvent et sont relayées par la ride de Lattakié, qui correspond à une structure d'extension. Plusieurs hypothèses sur les relations entre les structures sous-marines et leur prolongement à terre ont été proposées [11,17,18]. Dans certaines interprétations, le FDE et la ride de Lattakié sont reliés aux structures NE–SW, qui limitent le golfe d'Iskenderun [9,11], ou leur prolongement est parfois ignoré [17]. Le prolongement continental du FDE au niveau de Lattakié a été suggéré [16], et cette hypothèse semble la plus réaliste par la continuité morphologique observée entre le FDE et la ride de Lattakié (Fig. 2). L'examen de la bathymétrie indique, cependant, que l'escarpement du FDE ne coïncide pas avec celui de la ride de Lattakié dont le tracé rectiligne est recoupé par le FDE, qui s'amortit dans le canyon de Lattakié. D'autre part, la relation entre l'escarpement sud de la ride de Lattakié et le graben de Nahr-el-Kebir, qui se situe dans son prolongement à terre, correspond à une continuité structurale évidente (Fig. 2). Au nord de Lattakié, les travaux réalisés à terre, suggèrent un prolongement des structures sous-marines sur la bordure sud du golfe d'Iskenderun et qui pourraient correspondre au FDI [11,17,18].

Les études géophysiques, dont la détermination de mécanismes au foyer, complétées par des analyses microtectoniques réalisées dans cette région et aux environs de la jonction triple entre la faille Est-Anatolienne, la faille de la mer Morte et l'extension continentale de l'arc de Chypre s'accordent sur le caractère extensif, voire transtensif de ce segment complexe [9,11,18], ce qui est en accord avec la nature extensive au niveau de la ride de Lattakié et de son prolongement à terre.