Recherches sedimentologiques et structurales à l articulation entre Haut et Moyen Atlas et la Haute Moulouya, Maroc

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1 Recherches sedimentologiques et structurales à l articulation entre Haut et Moyen Atlas et la Haute Moulouya, Maroc vorgelegt von Diplom-Geologe Ralf Löwner Von der Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt der Technischen Universität Berlin zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Naurwissenschaften - Dr. rer. nat. - genehmigte Dissertation Promotionsausschuss: Vorsitzender: Prof. Dr. U. Tröger 1. Berichter: Prof. Dr. W. Dominik 2. Berichter: Prof. Dr. E. Klitzsch 3. Berichter: Prof. Dr. J. Canérot 4. Berichter: Prof. Dr. A. Souhel Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 30. März 2009 Berlin 2009 D 83

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3 Remerciements Nombreuses sont les personnes qui, pendant ces dernières années, m ont soutenu et aidé à réaliser ce travail. Je ne pourrais citer tout le monde ici, mais je n oublierai jamais leur soutien pendant ce long parcours. Ils méritent tous mes sincères remerciements. Je tiens à remercier Professeur Wilhelm Dominik, directeur de la thèse, et á lui exprimer ma forte reconnaissance pour m avoir ouvert son laboratoire afin de pouvoir terminer ce travail. Je remercie profondément Professeur J. Canérot, de m avoir confié ce sujet très intéressant et très passionnant dans un paysage marocain impressionnant. Je tiens á le remercier profondément pour sa patience infinie, ses conseils précieux, et sa disponibilité pendant toute la durée du travail. Mes sincères remerciements s adressent aussi á Monsieur A. Souhel, le Vice-président de l université Chouaib Doukkali d El Jadida, pour son aide pratique, ses déplacements avec moi sur le terrain du haut Atlas, les projets que nous avons développé ensemble, et aussi pour ses conseils dans chaque situation de la vie, et son soutien tout au long de ces dernières années. Un grand merci á Monsieur le Professeur E. Klitzsch pour son soutien moral continu. Je tiens á remercier également l ensemble du laboratoire de géologie á l université Chouaïb Doukkali d el Jadida et les chercheurs, qui m ont toujours bien accueilli et avec qui j ai passé de bons moments. Merci également á mes nouveaux collègues de l Université Technique de Berlin, notamment à Monsieur Manfred Thiel, qui m a beaucoup soutenu pour la finalisation de la présente thèse. Je tiens á remercier infiniment l Office Allemand d Echange Universitaire (DAAD) pour leurs contributions á financer ce travail. Et en fin, un grand merci á toute la famille El Mokh á El Jadida pour leur énorme soutien pendant ces dernières années, et tout particulièrement á Bouchra El Mokh pour son assistance continue, sa grande patience et ses encouragements infinis á terminer ce travail. Sans elle, ce travail n aurait jamais vu le jour. Et pour terminer, je voudrais rendre un hommage particulier á ma mère et á Théo, pour leur patience, leur compréhension et leur amour. Berlin, le 30 septembre 2009 iii

4 Résumé - Zusammenfassung Résumé La bordure nord-est du système atlasique assure l articulation entre trois unités structurales différentes : le Haut Atlas au sud, le Moyen Atlas au nord ouest et la Haute Moulouya, plateau intra-montagneux au nord est. L évolution sédimentologique et géodynamique de cette région a été influencée à la fois par les deux océans voisins, la Téthys à l est et la marge atlantique à l ouest, et par les deux plaques continentales adjacentes, la plaque africaine au sud et l Ibérie au nord. A la suite de la dislocation du supercontinent Pangée, les structures tectoniques hercyniennes ont été réactivées en transtension et un bassin de type rift intracontinental typique s est créé à partir du Trias inférieur. Entre le Jurassique inférieur et l Eocène, périodes de sédimentation résultantes ont été enregistrées des variations notables de faciès et de milieux de dépôt, allant d un environnement de plate-forme plus ou moins profonde jusqu au domaine continental émergé. Avec le début de la phase compressive du Crétacé supérieur, la couverture relativement souple a été faillée et plissée sous l influence du dispositif structural hercynien hérité, un socle plus rigide. De grands accidents profonds et des chevauchements latéraux en sont le résultat, entraînant le décollement de la couverture post-hercynienne sur les séries du Trias, souvent évaporitiques et plastiques. En raison des relations tectoniques complexes entre les trois unités atlasiques concernées, une attention particulière à été portée à leur zone d articulation. Le terrain d étude est ainsi reparti en deux régions distinctes : la région de Ouaouizarth à la limite sud-ouest de la zone de contact entre Haut et Moyen Atlas, et la région d Aghbala en position nord orientale. Cette dernière implique également la Haute Moulouya, qui assure ici la jonction entre le Haut et le Moyen Atlas. Le corps de l ouvrage est tout d abord consacré à la réalisation d un Système d Information Géographique (SIG) sur le domaine du Haut Atlas central. Ce système est construit en gardant une grande possibilité de modifications et d adaptations afin d assurer des utilisations et perfectionnements ultérieurs. Jusqu à présent, un tel système était inexistant, en dépit d un besoin très réel, notamment en matière de gestion des ressources en eau, de la prévention des risques naturels, ou du tourisme. Pour ce dernier, un «Atlas SIG» est indispensable. La base de données contient les résultats de la recherche ici présentés, mais aussi les données déjà existantes et disponibles, surtout celles qui sont consignées dans les anciennes cartes géologiques. Dans le cadre de «l Atlas SIG», deux cartes ont été générées (feuille de Ouaouizarth et feuille d Aghbala). Concernant la recherche fondamentale, les résultats obtenus s intègrent bien à l échelle atlasique, tant dans les cadres stratigraphique, sédimentologique, paléogéographique que géodynamique, déjà connus pour la marge ouest de la Téthys. Les questions essentielles suivantes ont été traitées: datation des «couches rouges» auparavant considérées comme azoïques. style de déformation en fonction de l organisation de la sédimentation des couches rouges du Crétacé ; relations entre couverture post-triasique décollée et socle hercynien ; première étape de déformation compressive ; importance et fonctionnement des chevauchements nord-atlasiques frontaux; relations sédimentaires, paléogéographiques et structurales entre Haut Atlas, Moyen Atlas et Haute Moulouya; L étude détaillée des formations lithologiques s appuie sur les couches rouges du Dogger, du Malm et du Crétacé inférieur. C est ici que les changements importants de l évolution géodynamique régionale se sont enregistrés, comprenant aussi les premières phases compressives locales. Les analyses sédimentologiques conduisent à proposer un schéma d évolution géodynamique, qui comporte cinq stades. C est d abord le changement de la polarité des aires de dépôt à partir du Crétacé inférieur (Barrémien) : la sédimentation, auparavant influencée par la Téthys, est désormais soumise à l influence du rift atlantique juvénile. A partir du Turonien, on remarque une influence mixte de deux océans sur la bordure nord du système atlasique. Le Moyen Atlas peut être considéré comme «branche» du Haut Atlas, qui a plus ou moins subi les mêmes évolutions sédimentaire et structurale, de sorte qu on ne peut pas parler de deux bassins atlasiques distincts. Malgré des compressions locales durant le Dogger, la différentiation du Haut et du Moyen Atlas est tardive et ne se fait pas avant la phase compressive majeure, à partir du Crétacé sommital, mais plus vraisemblablement au cours du Tertiaire. iv

5 Résumé - Zusammenfassung Zusammenfassung Der nord-östliche Rand des Atlassystems bildet die Nahtstelle zwischen drei verschiedenen strukturellen Einheiten: dem Hohen Atlas, dem Mittleren Atlas und der Haute Moulouya, einer intramontanen Hochfläche. Die sedimentologische und geodynamische Entwicklung dieser Region wurde sowohl durch die sie umgebenden Ozeane, der Tethys im Osten und dem Oststrand des Atlantiks im Westen, als auch durch die angrenzenden kontinentalen Platten, der afrikanischen und iberischen, bestimmt. Hier hat sich infolge des Aufbrechens des Superkontinentes Pangäa und der daraus resultierenden Reaktivierung der herzynisch angelegten tektonischen Strukturen ab der Unteren Trias ein typisches intrakontinentales Riftbecken entwickelt. Zwischen dem Unteren Jura bis in das Eozän hinein haben sich in den entstandenen Ablagerungsräumen eine bemerkenswerten Vielfalt der Fazieszonen entwickelt, ausgehend von mehr oder weniger tiefen Plattformbereichen bis zu rein kontinentalen Milieus. Mit dem Einsetzen der kompressiven Hauptphase in der Oberen Kreide wurden die relativ inkompetenteren Deckschichten unter Einfluss des vorgeprägten Störungsmusters des Grundgebirges gestört und gefaltet. Hierbei kam es zu großen lateralen Abschiebungen und Aufschiebungen der oberen Sedimentabfolgen auf den evaporitisch ausgebildeten, hochplastischen triassischen Serien. Durch die komplexen tektonischen Beziehungen zwischen den drei strukturellen Einheiten ist insbesondere ihre Nahtstelle von großem Interesse. Daher ist das Untersuchungsgebiet in zwei Regionen aufgeteilt: in die Region Ouaouizarth am süd-westlichen Ende der Kontaktzone des Hohen und Mittleren Atlas einerseits, und in die Region Aghbala am Nord-östlichen Ende dieser Kontaktzone. Letztere umfasst auch die Haute Moulouya, die hier mit den beiden Atlassystemen die Nahtstelle bildet. Das Hauptinteresse der vorliegenden Arbeit ist auf die Realisierung eines Geographischen Informationssystemes (GIS) gerichtet. Hierbei wurde auf eine größtmögliche Austauschbarkeit geachtet, um eine Nachnutzung dieses Systems zu ermöglichen. Bisher gab es noch kein ähnliches System für den Zentralen Hohen Atlas, doch das Bedürfnis ist groß. Vor allem im Bereich Grundwasserversorgung, Naturkatastrophen oder auch in Bezug auf einen nachhaltigen Tourismus im Rahmen von Geoparks, ist ein solches AtlasGIS unverzichtbar. Inhaltlich wurden die eigenen Untersuchungen integriert, wie auch bereits existierende, zugängliche Daten in das System aufgenommen. Bei letzteren handelte es sich vornehmlich um ältere geologische Karten. Aus dem AtlasGIS heraus wurde jeweils eine geologische Karte der beiden Regionen generiert. Die sedimentologischen und strukturgeologischen Ergebnisse dieser Arbeit passen gut in den bereits bekannten paläogeographischen Zusammenhang der randlichen westlichen Tethysbereiche. Die vorliegende Arbeit antwortet insbesondere auf folgende Fragen: Zeitraum und Art der Differenzierung zwischen dem Hohen und Mittlerem Atlas und der Haute Moulouya; Datierung der bis zu diesem Zeitpunkt als fossilfrei angesehenen jurassischen und kretazischen Rotserien Einfluss der Deformation auf die Gliederung der angesehenen jurassischen und kretazischen Rotserien; Beziehung zwischen den abgeschobenen post-triasischen Deckschichten und dem herzynischen Sockel; Zeitpunkt der Entwicklung erster Deformationsstrukturen; Bedeutung und Funktionsweise der fronatlen Nord-Atlas Überschiebungen Sedimentäre, paläogeographische und strukturelle Beziehungen zwischen dem Mittleren und Hohen Atlas; Detaillierte lithologische Untersuchungen konzentrierten sich auf die Rotserien des Dogger, Malms und der Unteren Kreide. Gerade in diesen Zeiten gab es große Veränderungen in Bezug auf die Ablagerungsbedingungen, wobei hier erstmals kompressive Muster zu erkennen sind. Aus den Analysen entstand ein geodynamisches Modell, welches fünf Entwicklungsphasen umfasst. Wichtig ist hierbei der Wechsel der Polarität der Ablagerungsräume ab der Unteren Kreide (Barremium): das vornehmlich von der Tethys beeinflusste Sedimentationsgebiet wird nun von dem sich spreizenden Atlantischen Ozean beeinflusst. Ab dem Turonium kommt es allerdings zu einer gemischten Prägung der beiden Ozeane, sowohl tethysche als auch atlantische Einwirkungen werden sichtbar. Der Mittlere Atlas kann als «Arm» des Hohen Atlas angesehen werden, der mehr oder weniger den gleichen sedimentären und strukturellen Entwicklungen unterlag. Es kann somit nicht von zwei getrennten Becken des Atlasystems gesprochen werden. Trotz lokaler Kompressionen im Dogger tritt eine Differenzierung erst später auf, nicht vor der kompressiven Hauptphase ab der obersten Kreide, aber sicherlich wahrscheinlicher im Tertiär. v

6 Résumé - Zusammenfassung Abstract The northeast border of the central Atlas Mountains lies at the hinge between three structural units: the High Atlas, the Middle Atlas and the inter-mountainous plateau of the High Moulouya. Situated along the northwest border of the African continental plate, the region s sedimentological and geodynamic evolution was strongly influenced by both the Mediterranean (or Tethysian) mobile zone to the east and the Atlantic Ocean to the west. The other major factor influencing the area s evolution during the Mesozoic and Cenozoic eras was the intersection of the adjoining African and Iberian tectonic plates. Due to the dislocation and break-up of the supercontinent Pangaea and the resulting reactivation of the older Hercynian tectonic structures, a typical intracontinental rift system developed during the Upper Triassic period. From the Lower Jurassic to the Eocene, a remarkable diversity of facies zones developed in the depositional areas, ranging from deep platform environments to continental settings. The relatively rigid overlying strata were fractured and faulted during the initiation of the main compressive phase in the Upper Cretaceous period under the influence of the predetermined underlying faulting structure. Therefore, normal faults and thrust faults with a certain lateral extension were established over the resulting hydrogenetic and highly ductile Triassic sediments. Because of the complexity regarding the tectonic relations between the three structural units, there is a high level of interest in their junction zone, located in the research area. Therefore, the study area is divided into two different regions: the Ouaouizarth region in the southwest border of the contact zone of the High and Middle Atlas, and the Aghbala region to the northeast (the latter comprising the High Moulouya plateau and the convergence of the Atlas ranges). One of the main focuses of the present work is the establishment of a Geographic Information System (GIS) for the northern border of the High Atlas system. In order to insure subsequent use of the system, a high level of exchangeability has been implemented. As of now, there is no similar system for the entire Atlas mountain range, despite a clear and present need. Such an AtlasGIS system would prove indispensable not only in the fields of ground water provisioning and natural hazard management, but in the implementing sustainable tourism model (in the framework of the UNESCO geopark concept) as well. With regard to contents, data resulting from new geological investigations conducted during this project was integrated with previously existing and readily available data (primarily geological maps, aerial photographs and satellite images). As a direct result of the AtlasGIS project, two new geological maps of the investigation area have been generated. The sedimentological and structural results of the present work fit well within the paleogeographical context of the bordering regions of the western Tethys. In particular, answers to the following questions have been outlined: Timeframe and character of the differentiation of the High and Middle Atlas and the High Moulouya; Dating of the Jurassic and Cretaceous Redbeds, formerly considered as free of fossils; Influence of the deformation on the classification of the Jurassic and Cretaceous Redbed sediments; Relationships between the post-triassic sedimentary cover and the hercynian basement; Chronological setting of the development of the deformation structures; Sedimentary, paleogeographical and structural relation between the Middle and the High Atlas; Detailed lithological investigations of the geological history of the Atlas system have focused on the redbed sediments from the Dogger, Malm and the Lower Cretaceous. During these periods, important changes in environmental conditions have been noted and the first compressional structures had been detected. A geodynamic model consisting of five evolutionary phases has been developed. Furthermore, a change of polarity of the sedimentary accumulation area has been identified: although previously controlled only by the Tethys, during the Lower Cretaceous (Barremian) period the area also came under the influence of the Atlantic Ocean. Though the Turonian period, occurrences of both oceans are clearly visible. The Middle Atlas could be regarded as an estuary of the High Atlas, which shares similar sedimentary and structural developments. They do not, however, reflect the evolution of two separated basins, despite local compressions during the Dogger. The differentiation of the two mountain chains did not occur earlier than during the first compressive main phase at the uppermost Cretaceous, most likely during Tertiary. vi

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8 Table de matières Remerciements... iii Résumé...iv Zusammenfassung...v Abstract...vi Table de matières... viii I. Introduction Cadre géographique et géologique Les unités structurales du Maroc Le système atlasique Le terrain d étude Objectifs du travail Méthodologie Historique des recherches...18 II. Enregistrement sédimentaire Introduction Les terrains anté-jurassiques Introduction Historique Observations Extension latérale Milieu de dépôt et paléogéographie Conclusion Les Carbonates jurassiques Introduction Historique Les carbonates du Lias (Hettangien-Pliensbachien) Le Lias basal (Héttangien) La coupe du Jbel Tazerkount La coupe-type du Col de Ghnim La coupe-type d Asseksi Les carbonates du Dogger La coupe-type du Col de Ghnim Attributions stratigraphiques Extension latérale Conclusion Les couches rouges jurassico-crétacées (Dogger p.p. à Barrémien) Introduction Historique La Formation de Tilougguit La coupe-type de Bin El Ouidane (BEO) La coupe-type d Aghbala La coupe-type de Takoust-Naour La coupe de la Source Les «couches rouges» sensu stricto La Formation des Grès de Guettioua La Formation d Iouaridène La Formation de Jbel Sidal Milieu de dépôt Attributions stratigraphiques Extension latérale Conclusion viii

9 5. Le Crétacé non-basal (Barrémien Maastrichtien) Introduction Historique Les marno-calcaires Aptiens La coupe-type de Ouaouizarth (WA) La coupe-type de Naour-Twarirt (NT) La coupe de Naour (N) Le cycle transgressif de l Albien-Cénomanien La coupe-type de Ouaouizarth (WA) La coupe de Naour-Twarirt (NT) La coupe de Tihouna (TH) La coupe de Moulay Yacoub (MY) III. Evolution géodynamique Introduction Le stade du rifting précoce Le comblement du sillon atlasique et les plate-formes carbonatées jurassiques Plate-forme liasique Domaine de la plate-forme Domaine du bassin Mesetas Développement tectonique Le comblement du bassin liasique Domaine de la plate-forme Domaine du bassin Homogénéisation du terrain du Dogger basal Plate-forme du Dogger La sénescence du bassin au Jurassique supérieur L influence atlantique et les plate-formes du Crétacé La chaîne actuelle IV. Discussion Quand et comment s est faite la différenciation entre le Haut et le Moyen Atlas? Quelles sont leurs relations sédimentaires, paléogéographiques et structurales? Quel est le rôle de la Haute Moulouya? Quels sont l importance et le fonctionnement tectonique des chevauchements frontaux? Quelle est dès lors la relation entre socle hercynien et couverture mésozoïque et tertiaire? A quel moment se manifeste la première phase compressive? Quelle est la signification des différents cortèges caractérisant les «couches rouges»?.172 V. Conclusion Recherche géologique «classique» La géoinformatique appliqué Annexe Légende Cartes géologiques Liste des figures Liste des tableaux References ix

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11 I. Introduction I. Introduction 1

12 I. Introduction 1. Cadre géographique et géologique 1.1 Les unités structurales du Maroc Situé à la limite nord-ouest de la plaque africaine, le Maroc à été influencé à la fois par la zone mobile méditerranéenne ou téthysienne et par l ouverture de l Atlantique central. Ces deux régimes différents ont provoqué des structures caractéristiques, et une division géologique du Maroc, qui est fortement liée à ses unités géographiques. Au point de vue morphologique, la chaîne atlasique domine les plateaux et les plaines de la Meseta au nord et les sépare de l Anti-Atlas et des régions sahariennes plus méridionales. Le nord du Maroc est dominé par la montagne du Rif à vergence sud. Limité par la Meseta au sud, qui forme son avant-pays, il constitue une partie intégrante de la chaine alpine périméditerranéenne, et présente ainsi une tectonique tertiaire complètement différente de celle qui a affecté le système atlasique. Au-dessus du socle paléozoïque, le Mésozoïque et le Tertiaire discordants sont impliqués dans un système d écailles et de nappes très compliqué. En revanche, dans le sud, il y a l Anti-Atlas, qui forme la bordure plissée du plateau saharien (SUBRA 1980). Ici on rencontre de grandes «boutonnières» montrant des affleurements du socle précambrien, souvent panafricain, qui contiennent des sédiments parfois très métamorphisés. Subhorizontal et discordant, le Protérozoïque supérieur et le Cambrien sont constitués de sédiments terrigènes et marins ou volcaniques. Le Paléozoïque présente des sédiments plus ou moins plissés au Carbonifère, avec des intercalations de plutonites (FROITZHEIM 1986). Le Mésozoïque y est en général absent. Pendant le cycle alpin, les phases tectoniques à partir du Paléogène (MICHARD 1976), avec un stade majeur au Pliocène, n ont établi qu un mouvement de blocs. Cette unité demeura plus ou moins stable et rigide (GÖRLER & ZUCHT 1986). L Anti-Atlas est limité au nord par les zones d accidents nord-africaines et par le sillon préafricain, où se situent des bassins du Crétacé (comme celui d Errachidia) ou du Cénozoïque (bassins de Souss et de Ouarzazate). Ce sillon sépare l Anti-Atlas et la plate-forme saharienne de la chaîne atlasique. Finalement, la Meseta est essentiellement formée de terrains paléozoïques plissés, schistosés, parfois granitisés (FADILE 1987), et finalement pénéplanés. La couverture mésozoïque tabulaire et discordante y présente des séries très réduites, tandis que le Tertiaire y apparait bien développé. 1.2 Le système atlasique Le système atlasique est un orogéne qui comprend les chaînons haut et moyen atlasiques. Il s allonge ainsi du sud-ouest au nord-est sur plus de 700 kilomètres. Sa largeur moyenne est d une centaine de kilomètres. La transition entre les différents domaines ainsi individualisés est généralement brusque, surtout au nord entre Haut Atlas et Meseta. Le Haut Atlas est une chaîne intracontinentale typique (CHOUBERT & FAURE-MURET 1962, MI- CHARD 1976, MATTAUER et al. 1977, SOUHEL 1996). Ce fait se manifeste notamment par l absence d ophiolites, de flyschs, d un fort métamorphisme régional, et de granitoides (JACOBSHAGEN 1986). Cette zone, étroite, est en général allongée en direction ouest-sud-ouest est-nord-est et elle constitue l élément le plus méridional des chaînes alpines péri-méditerranéenes (SOUHEL 1996). Le substratum hercynien est souvent masqué par une couverture mésozoïque ou cénozoïque discordante. Une compression polyphasée (MATTAUER 1977) a affecté la plus grande partie des séries mésozoïques ainsi que le substratum anté-mésozoïque, conduisant à des plissements, des failles inverses et des décrochements à partir du Crétacé. Le Haut Atlas comporte trois grandes unités structurales. A l ouest de la chaîne atlasique se trouve le Haut Atlas occidental, qui s étale de l Atlantique aux environs d Agadir et du Cap Rhir, jusqu au col de Tizi n Tichka, où s individualisent un massif extrêmement 2

13 I. Introduction haut et des vallées très profondes. Quelques routes majeures y mettent en communication le nord et le sud, en passant les grands cols. C est là, que se situe le point culminant de l Afrique du nord: le Jbel Toubkal avec ses mètres d altitude. Figure I.1.1 : Grandes lignes structurales du Maroc et situation des terrains étudiés. Le Haut Atlas occidental comprend deux régions différentes. C est tout d abord l Atlas côtier à l ouest, sur la côte atlantique, qui montre une couverture mésozoïque plissée, au sein de laquelle le Trias est largement développé. Le Jurassique supérieur présente des dépôts surtout lagunaires, tandis que le Crétacé et l Eocène y sont franchement marins. Séparé du Haut Atlas côtier par le terrain rouge triasique du couloir d Agana à l ouest, le Massif Ancien du Haut Atlas (ROCH 1950), «Haut Atlas de Marraklech» ou «Haut Atlas cristallin» (MATTAUER 1977), comprend surtout des affleurements de socle, répartis en un bloc oriental précambrien, et un bloc occidental paléozoïque séparés par la faille nord-est sud-ouest de Tizi n Test Les deux unités sont plissées et injectées de granites pendant la phase hercynienne, au CarFigure bonifère supérieur. La couverture discordante est composée du seul Trias dont les affleurements sont favorables pour l analyse des relations avec le substratum hercynien. Le Haut Atlas oriental (MICHARD 1976) ou «Haut Atlas tabulaire», est limité au nord par le plateau de la Haut Moulouya, au sud par le craton ouest-africain, à l ouest par la vallée du Ziz et se prolonge vers l est en direction de «l Atlas saharien» jusqu en Tunisie. Cette partie du Haut Atlas est moins accidentée et plutôt vallonnée. Elle contient de grandes dépressions, comme celle de Midelt, dans lesquelles le socle paléozoïque hercynien affleure, comme par exemple à Talzaza et à Tamlelt. Les carbonates marins mésozoïques et les dépôts du Néogène constituent la couverture du Haut Atlas oriental. Mais la différenciation entre Haut Atlas oriental et saharien est difficile à établir (SUBRA 1980). Ici, les directions atlasiques changent progressivement, se rapprochant de la direction est ouest. 3

14 I. Introduction Figure I.1.2 : Carte géologiques simplifiées du Haut Atlas central (selon HOLLARD, 1985).(PROUST et al. 1977). 4

15 I. Introduction Finalement, le Haut Atlas central (MICHARD 1976) ou Haut Atlas calcaire (MATTAUER 1977) est limité par la transversale Marrakech-Ouarzazate à l ouest, et la vallée de l Oued Ziz à l est. Ici, le substratum est rarement visible, et il n y a guère que des affleurements de la couverture mésozoïque, dite «couverture atlasique plissée», dont les sédiments forment des séries caractéristiques. Les dépôts terrigènes rouges permo-triassiques sont surmontés par les carbonates blancs d âge jurassique inférieur. Au Jurassique moyen et supérieur, on relève encore des dépôts terrigènes rouges, cette fois fortement épaissis. Les rares affleurements du Crétacé et du Tertiaire, souvent érodés, se trouvent conservés sur la seule bordure de la chaîne ou au centre des synclinaux. En outre, on découvre des basaltes triasiques et liasiques, ainsi que des gabbros alcalins d âge jurassique et crétacé. Ces derniers témoignent d un amincissement de la croute continentale par distension (HAILWOOD & MITCHELL 1971). Le soulèvement du Haut Atlas est le résultat d une inversion structurale à partir du Crétacé et au Cénozoïque, pendant laquelle la couverture post-hercynien a été plissée et décollée sur le Trias détritique. A cause de ces déformations, le Haut Atlas est sillonné par de larges synclinaux à fond plat, remplis par d épaisses séries jurassiques et crétacées, qui sont souvent fortement érodées. En revanche, les anticlinaux sont aigus, étroits, redressés, brusques, et souvent chevauchants sur leurs bordures. Il s agit d un réseau de plis d axe N 80 E, qui sont disposés pour la plus grande partie en échelon (JACOBSHAGEN 1986). Ces anticlinaux montrent essentiellement des calcaires du Lias inférieur de forte épaisseur avec, localement, des intrusions de roches magmatiques jurassico-crétacées. Le style éjectif du Haut Atlas (STETS & WURSTER 1982, JACOBSHAGEN 1988, GIESE & JACOBS- HAGEN 1992, PIQUE 1993, LAVILLE 2004) est responsable d un chevauchement caractéristique en éventail à vergence nord sur la bordure septentrionale et sud sur la bordure méridionale. Le raccourcissement semble selon les auteurs soit modeste avec 10-15% (BREDE et al. 1992), soit fort (BRUNET et al. 2003). Figure I.1.3 : Image satellitaire montrant la situation des régions étudiées. 5

16 I. Introduction Dans le domaine atlasique, on constate en général, que les sommets centraux et occidentaux sont plus hauts, que leurs homologues orientaux. La deuxième grande partie du système atlasique, le Moyen Atlas, se situe entre la région de Beni Mellal au sud-ouest, celle de Taza au nord-est et finalement celle de Ras Kebdana sur la côte méditerranéenne. Il est bordé à l ouest par la Meseta occidentale et à l est par la Meseta orientale ou le Haut-plateau de Moulouya, et se trouve séparé du Haut Atlas au sud-est par la vallée et l oued de la Moulouya. A L ouest, les crêtes du Moyen atlas courent parallèlement à la route nationale Fès - Marrakech, de Sefrou à Beni Mellal. Ici, la limite entre Moyen et Haut Atlas ne se voit pas très clairement. Il s agit plutôt d une «zone de transition» interprétative. Dans l ensemble, le Moyen Atlas est moins élevé que le Haut Atlas. Il est allongé en direction sud-ouest nord-est et comprend lui aussi deux domaines différents. Au nord-ouest le Causse Moyen atlasique (COLO 1961) ou «Moyen Atlas tabulaire» se compose de carbonates mésozoïques de faciès de plate-forme. Ce causse calcaire, coupé de coulées basaltiques récentes, prolonge subhorizontalement la Meseta occidentale (MILHI 1992). Séparé du précédent par «l accident nord moyen-atlasique» le Moyen Atlas plissé au sud-est, comprend d épaisses séries jurassiques plus déformées, à faciès pélagique. Il est dominé par de larges synclinaux, et des rides anticlinales de direction est-nord-est ouest-sud-ouest, surtout dans les cuvettes de la Haute et de la Moyenne Moulouya. Dans cette partie le métamorphisme devient de plus en plus faible vers le sud-ouest. Dans le Moyen Atlas, le socle paléozoïque hercynien, plissé, n est en général que localement visible. La couverture, discordante, comporte tout d abord des séries rouges d âge permien et triasique, avec des intercalations de coulées basaltiques (FIECHTNER 1990). Au Lias et Dogger, des dépôts épais de carbonates se mettent en place. Le Crétacé et l Eocène n affleurent que rarement dans des dépressions. Au Pliocène, d épais écoulements basaltiques se déversent dans les vallées traversant la montagne. Finalement, la Haute Moulouya présente une unité structurale comprise entre le Haut et le Moyen Atlas, formant une articulation et une zone de transition entre ces deux grands domaines. Cette zone tabulaire dite «zone des hauts plateaux» (SUBRA 1980), allongée du sud-ouest au nord-est, correspond à un vaste entablement peu déformé, composé d un socle paléozoïque et d une couverture mésozoïque très réduite. 1.3 Le terrain d étude La zone étudiée est séparée en deux régions, qui sont éloignées d environ 50 kilomètres l une de l autre. Il s agit premièrement de la région de Ouaouizarth (voir figure Figure I.1.4) au sud-ouest, qui comprend l Atlas de Beni Mellal et d Afourer avec le synclinal de Ouaouizarth et une petite partie du synclinal de Tagleft plus oriental. Elle englobe ces deux massifs, ainsi qu une partie de la plaine de Tadla au nord, et la dépression de Ouaouizarth au sud-est, s étalant ainsi sur environ 250 km 2. L Atlas de Beni Mellal comporte les massifs établis au Sud du Moyen Atlas, massifs dont il se trouve séparé par la vallée du Oued Srou, dans la région de Khenifra. C est le Jbel Ighnayane qui avec ses mètres, domine le relief. L Atlas d Afourer est séparé à l est de l Atlas de Beni Mellal par le Col du Ghnim et la dépression qui le suit vers le sud-est jusqu à la cuvette de Ouaouizarth Dans cette région il y a deux grandes structures qui se rejoignent : Le zone de faille d Aghbala-Afourer d orientation N 70 à N80 et le chevauchement frontal nord-atlasique. Ce dernier est orienté nord-est à sudouest dans l Atlas de Beni Mellal, et est ouest dans l atlas d Afourer. Dans cette région, les structures moyen et haut atlasiques se rencontrent. 6

17 I. Introduction Figure I.1.4 : Carte géologique simplifiée de la région d Ouaouizarth avec les grandes lignes structurales. La région d Aghabal (voir figure Figure I.1.5) se trouve exactement à l articulation entre le Haut Atlas, le Moyen Atlas et la Haute Moulouya. En raison de cette situation, elle montre des terrains extrêmement faillés, comprenant toutes les structures visibles dans les différentes unités atlasiques. C est ici que la faille d Aghbala-Afourer à joué un rôle très important pour le développement des petits bassins qui ont fonctionné comme dépôcentres pendant Le Mésozoïque et jusqu au début du Cénozoïque. Au nord du terrain, il y a la Meseta couverte par les alluvions quarternaire qui reposent sur des dépôts crétacés. A l est, apparaissent des affleurements du socle hercynien, près de la ville de Khénifra. Au nord, les crêtes liasiques de direction «moyen-atlasique» dominent la région. Entre ces deux ensembles, on trouve de vastes écoulements des basaltes triasiques. Au centre de la carte d Aghbala se développent plusieurs bassins de très petite taille, emplis par des sédiments du Dogger, du Malm et du Crétacé. Cette partie est affectée par la zone de faille d Aghbala-Afourer. Au Sud de cette dernière, on observe des carbonates massifs du Dogger d une épaisseur importante. Ici, la sédimentation semble beaucoup plus constante. A l est du terrain d étude, le fleuve périodique de la Haute Moulouya prend sa source. Toute la surface est plane est contient surtout des alluvions tertiaires ou des grés mollassiques rouges, qui contiennent rarement des calcaires lacustres. 7

18 I. Introduction Figure I.1.5 : Carte géologique simplifiée de la région d Aghbala avec les grandes lignes structurales. 8

19 I. Introduction 2. Objectifs du travail Le présent travail envisage tout d abord des recherches stratigraphiques et sédimentologiques sur le Mésozoïque et le Tertiaire de la région atlasique concernée. Les dépôts détritiques rouges du Dogger, du Malm et du Crétacé y manquent par exemple encore de calages précis. Or, ces formations offrent des données importantes pour déterminer l âge des premières phases compressives du système atlasique. Une comparaison avec les régions voisines nous permet en outre d établir un schéma sur l évolution sédimentologique. On utilisera avant tout les méthodes de la stratigraphie séquentielle. Les objectifs principaux sont ainsi les suivants : réalisation d un Système d Information Géographique (SIG) pour le Haut Atlas et l extrait de deux cartes géologiques de la région de Ouaouizarth et d Aghbala à l échelle 1 : ; présentation d une base de données à exploiter ultérieurement ; études lithostratigraphiques des formations du Mésozoïques, avec un éclairage particulier sur les «couches rouges» ; description et analyse des structures tectoniques ; conception d un modèle paléogéographique et géodynamique pour la zone d articulation entre le Haut, le Moyen Atlas et la Haute Moulouya. Ces objectifs répondent aux questions ci-après : quel âge pour les «couches rouges» azoïques? comment envisager la relation entre la couverture post-triasique décollée et le socle hercynien? quel mode de déformation retenir en fonction de la nature et de l organisation de la sédimentation des couches rouges du Crétacé? quelle importance et quel fonctionnement tectonique envisager pour les chevauchements frontaux? quelles sont les relations sédimentaires, paléogéographiques et structurales entre le Haut et le Moyen Atlas? quand et comment s est faite la différenciation entre ces divers domaines? Les résultats de nos recherches vont être disponibles dans un Système d Information Géographique accessible au publique. La base de données contient également quelques travaux déjà existants. Il s agit du point de départ d une vraie Infrastructure pour des données spatial (IDS). Dans l avenir, la réalisation d un serveur sera utile pour garantir l accessibilité du système, peut-être dans de futurs projets concernant la recherche fondamentale, la cartographie géologique, les risques naturels, l exploitation des ressources du sol et du sous-sol ou le tourisme. 9

20 I. Introduction 3. Méthodologie Nos recherches sont essentiellement basées sur les travaux du terrain, réalisés de façon continue entre 1998 et 2000 puis lors de plusieurs missions plus courtes jusqu en Toute la bordure Nord du Haut Atlas Central a été prise en considération, avec un noyau autour de la région d Aghbala. De plus, ce travail intègre les résultats obtenus suite à des recherches dans le cadre d un mémoire de diplôme (Löwner, 1997) dans la région plus septentrionale de Ouaouizarth-Afourer. Il s agit des données recueillies pendant une mission du terrain de trois mois en Les 2 régions ont été choisies en fonction de leur situation géologique clé. La région d Aghbala se trouve à l articulation de trois systèmes : le Haut Atlas, le Moyen Atlas et le plateau de la Haute Moulouya. C est ici que les relations entre les deux chaînes montagneuses apparaissent. Jusqu à présent, la région d Aghbala était encore relativement mal connue. La région de Ouaouizarth-Afourer permet quant à elle de suivre des structures établies à la fois en bordure nord du Haut Atlas et à l articulation avec la plaine de Tadla. Cette région constitue aussi la terminaison septentrionale du Moyen Atlas et elle a déjà fait l objet de recherches géologiques détaillées auparavant (p.ex., SOUHEL 1987, 1996). Les deux régions considérées présentent en outre des affleurements de qualité autorisant des levés de coupes stratigraphiques, sédimentologiques et structurales ainsi que l élaboration de cartes géologiques détaillées. Elles offrent enfin un éventail de formations (du Lias basal jusqu à l Eocène) de nature à permettre la reconstitution et l interprétation des étapes de l évolution géodynamique régionale à partir de la période hercynienne. Cette évolution comporte notamment les étapes de mise en place des bassins mésozoïques et conduit à mettre en évidence le rôle et l influence de ces dispositifs sur la géométrie, la localisation et l organisation d ensemble des structures compressives liées à la phase orogénique atlasique. Figure I.3.1 La subdivision de la bordure Nord du Haut Atlas central en six secteurs (en cadres noirs) et les deux cartes géologiques élaborées au cours de ce travail (en cadres blancs). 10