UN ÉVÉNEMENT EXCEPTIONNEL: LA CRISE DE SALINITÉ MESSINIENNE DE MÉDITERRANÉE

Les causes de la crise.
La répartition des dépôts évaporitiques.
Le déroulement de la crise.
 

Des couches de sel dont l’épaisseur dépasse fréquemment le millier de mètres, voire même plusieurs milliers en certains endroits de la Méditerranée orientale, sont actuellement enfouies sous le fond des plaines abyssales de la Méditerranée actuelle, comme le montrent les enregistrements sismiques.

Enregistrement sismique montrant la superposition des couches sédimentaires situées sous le fond de la Méditerranée occidentale. On remarque notamment la couche de sel massif (en rouge), présente sous les dépôts plus récents. Le sel dont la densité est faible est localement déformé sous la charge des couches surincombantes au travers desquelles il s’élève (diapirisme) jusqu’à percer la surface des sédiments pour former de véritables collines sous-marines.
 

Des couches de gypse sont également présentes à terre dans les séries d’âge Miocène situées à la périphérie du basin méditerranéen. Ces dépôts sont les témoins d’une grande crise de l’environnement qui a affecté la Méditerranée à la fin du Miocène, la “crise de salinité” messinienne, dont le paroxysme s’est produit entre 6 et 5.3 millions d’années. La Méditerranée qui avait déjà acquis une configuration générale assez proche de celle que nous lui connaissons aujourd’hui a été transformée, au moins épisodiquement, en vastes bassins sursalés ressemblant, quoique avec des dimensions incomparablement plus vastes, à la mer Morte ou au lac Asal actuels. Cette crise qui est la conséquence de la restriction des échanges Méditerranée/Atlantique a donné lieu au dépôt de plus de 1 million de km³ de sels répartis sur plus de 2 millions de km², ce qui représente l’un des plus grands évènements évaporitiques que notre planète ait connu au cours de son histoire, peut-être le plus grand. Environ 5% du stock total de sels dissous dans l’océan mondial ont été piégés, à l’état solide, dans le domaine méditerranéen, au cours d’un intervalle de temps qui, à l’échelle des temps géologiques, représente presque un instantané, ce qui a pu provoquer une légère diminution de la salinité de l’océan.
 

LES CAUSES DE LA CRISE

D’un point de vue général, quels sont les facteurs qui provoquent l’évolution d’un environnement marin ou océanique vers des conditions hypersalines ou évaporitiques, dans un bassin généralement dit de concentration?

Cette transformation ne peut se produire que si les pertes d’eau dues à l’évaporation sont supérieures aux apports d’eau arrivant dans le bassin, qu’il s’agisse d’eau marine ou d’eau douce (fleuves, précipitations, ruissellement). Ceci implique l’isolement du bassin, c’est à dire, la restriction des échanges avec le réservoir océanique, et un climat caractérisé par un certain déficit hydrique. La Méditerranée actuelle est un bassin de concentration puisque le déficit du bilan hydrique est de l’ordre de 1 mètre par an. Le bilan est néanmoins équilibré par les échanges avec l’Atlantique au niveau du détroit de Gibraltar qui se traduit par des entrées d’eau océaniques en surface et l’évacuation en profondeur, vers l’Atlantique, d’eaux méditerranéennes plus salées. Un dispositif peu différent devait fonctionner  avant le déclenchement de la crise messinienne. Actuellement, la réduction de la zone de transfert à Gibraltar, interromprait l’évacuation des eaux plus salées et, en réduisant le volume des entrées d’eaux à salinité normale, conduirait inexorablement vers un épisode de concentration, comme au Messinien.

 Les causes de l’évènement messinien sont à rechercher d’abord dans la formation de la Méditerranée qui est née de l’occlusion de la Téthys prise en tenailles par le mouvement relatif de la plaque africaine par rapport à la plaque eurasiatique (cf. L'Europe au Tertiaire). La formation d’un espace résiduel qui a aboutit progressivement à la Méditerranée est étroitement lié à l’élaboration des chaînes alpines nées de la collision de ces plaques. L’identité hydrologique de la Méditerranée n’a vraiment été acquise qu’au Miocène moyen, plus précisément au Serravalien, vers 14,5 millions d’années à la suite du poinçonnement de l’Asie par la sous-plaque arabique qui a définitivement interrompu les communications avec l’Océan Indo-Pacifique. De cette période, datent des épisodes évaporitiques parfois importants qui se sont développés dans des bassins périphériques, comme la Mer Rouge, le bassin mésopotamien qui, de la corne orientale de la Méditerranée s’étendait presque jusqu’au détroit d’Ormuz, et les bassins paratéthysiens au nord, notamment celui qui a occupé une dépression péri-carpathique (encart de la carte ci-dessous). Dès lors, les échanges de la Méditerranée avec l’océan ne s’opéraient qu’avec l’Atlantique par des détroits qui traversaient des régions aujourd’hui localisées dans les chaînes bétique (Espagne) et rifaine (Maroc), et non par l’actuel détroit de Gibraltar qui n’était pas encore ouvert.

D’autres évènements géodynamiques ont contribué à façonner la Méditerranée telle que nous la connaissons actuellement. C’est notamment la formation, entre 21 et 18 millions d’années, du bassin océanique de la Méditerranée occidentale (bassin algéro-provençal) à la suite de déchirures qui ont affecté le bloc pyrénéo-provençal, entraînant la dérive vers l’est du bloc composé de la Corse et de la Sardaigne jusqu’à sa position actuelle. L’ouverture du bassin tyrrhénien, encore plus récente, aurait commencé vers 9 Ma. A cette époque, la partie centrale de la Sicile était encore un bassin marin dont la profondeur dépassait localement le millier de mètres; son émersion a eu lieu seulement vers 2 Ma, portant les dépôts d’âge messinien à des altitudes proches de 1000 mètres. En Méditerranée orientale, les évaporites messiniennes elles-mêmes sont impliquées dans les déformations compressives, découlant en partie de la subduction de la plaque africaine, notamment au niveau de la ride méditerranéenne. Le domaine méditerranéen est donc demeuré tectoniquement très actif dont témoignent encore aujourd’hui une activité volcanique et une séismicité importantes. Néanmoins, au début du Messinien, vers 7 Ma, la Méditerranée avait une configuration générale préfigurant fortement celle qu’on lui connaît de nos jours, avec de grands bassins centraux dont la profondeur excédait le millier de mètres et localisés à l’emplacement des régions abyssales actuelles, et des bassins plus petits et de profondeur plus faible dont beaucoup sont aujourd’hui exhaussés et affleurent à la périphérie du bassin, en Espagne, Afrique du Nord, Italie, Grèce, Chypre, Israël.....

L’isolement tectonique de la Méditerranée ayant réduit le volume des échanges avec l’océan, le déficit hydrique du climat a pu provoquer la concentration des eaux jusqu’à la saturation dans les différents sels. On pense que le climat de l’époque était proche du climat actuel ou plutôt voisin de celui qui règne actuellement sur les rivages de la mer Rouge. Ces deux conditions réunies ne peuvent néanmoins expliquer le volume important d’évaporites déposées pendant cette période, puisque l’évaporation d’une colonne d’eau de mer de 1000 m de hauteur ne déposerait, en s’assèchant, qu’une colonne de sels de l’ordre de 16 mètres comportant 0.5 m de gypse, 12 m de halite et environ 3.5 m de sels de potassium et de magnésium. Le dépôt d‘un millier de mètres de halite et de plusieurs centaines de mètres de gypse implique donc soit des entrées permanentes ou presque permanentes d’eaux océaniques, quoique en quantités insuffisantes pour compenser les pertes dues à l’évaporation, soit une succession de périodes d’alimentation et d’isolement. Le seul facteur capable d’expliquer des phases successives de remplissage marin et d’isolement serait l’eustatisme, c’est à dire les fluctuations verticales du niveau du plan d’eau océanique. On sait que le Messinien est une période d’accroissement du volume de l’inlandsis antarctique et que les fluctuations du volume des glaces pendant cette période ont pu provoquer des variations sensibles du niveau océanique (cf. L'Europe au Tertiaire).

LA REPARTITION DES DEPÔTS EVAPORITIQUES

 Les évaporites messiniennes sont présentes dans presque tout le bassin méditerranéen qu’il s’agisse des zones profondes (plaines abyssales) qui couvrent plusieurs dizaines à plusieurs centaines de milliers de km², ou bien de petits bassins périphériques, souvent émergés à l’heure actuelle, aux dimensions plus modestes (quelques dizaines de km² à quelques milliers de km²) . Les premières renferment les séries les plus épaisses, dépassant souvent le millier de mètres et dominées par la halite (NaCl), qui sont essentiellement connues à partir d’enregistrements sismiques à l’exception de la Sicile centrale, ce bassin profond aujourd’hui exondé, où la formation saline et ses intercalations de sels potassiques font l’objet d’une exploitation minière. Dans les petits bassins périphériques, les séries sont généralement peu épaisses et constituées principalement de gypse.

LE DEROULEMENT DE LA CRISE

La morphologie circulaire illustrée par cette photographie aérienne de la région située entre Alicante et Santa-Pola (sud-est de l’Espagne) correspond aux contours parfaitement préservés d’un récif corallien d’âge messinien aujourd’hui porté à l’affleurement. Sur les bordures du récif il est encore possible d’observer de nos jours d’anciennes morphologies sous marines, comme des passes et des tombants récifaux.

Une très forte augmentation de la productivité organique qui contraste avec la faible productivité observée de nos jours s’est produite vers 7 Ma, elle est généralement expliquée par des remontées d’eaux profondes riches en éléments nutritifs, comparables aux systèmes d’upwelling qui actuellement fertilisent les marges océaniques de Namibie ou du Pérou, par exemple. Elle a donné lieu à une énorme production de diatomées à l’origine de couches épaisses de diatomites que l’on rencontre actuellement dans beaucoup de bassins péri-méditerranéens où elles sont connues sous le nom de tripoli.
 
 

Vue des diatomites messiniennes dans des carrières de la région de Mostaganem en Algérie. Les couches blanches correspondent aux parties diatomitiques les plus pures.
Photos J.M. Rouchy

Le déroulement de la crise.
Des épisodes évaporitiques précurseurs se sont produits çà et là dans de petits bassins marginaux, mais la phase paroxysmale de la crise a débuté vers 6 Ma, probablement après l’interruption du courant de retour des eaux méditerranéennes profondes vers l’Atlantique qui a conduit à la rétention en Méditerranée des eaux plus salées. Dès les premiers stades de l’augmentation de salinité, les récifs coralliens ont cessé de se développer, les madréporaires coloniaux qui les construisent ne tolérant pas de fortes variations de salinité. Les stromatolithes, dépôts biosédimentaires dans l’élaboration desquels interviennent des organismes microbiens (cyanophycées et bactéries) qui, à l’inverse des madréporaires, sont très résistants aux conditions défavorables, ont occupé rapidement une niche écologique laissée vacante par la disparition de nombreux autres organismes dépendants du milieu marin. C’est donc le début d’une crise écologique qui verra la disparition temporaire ou définitive, en Méditerranée, de très nombreux groupes d’organismes.

La crise de salinité s’est traduite par une succession de phases évaporitiques entrecoupées de périodes de remplissage marin. A partir d’arguments écologiques et géochimiques, notamment isotopiques, il a été montré que la précipitation de la majorité des sels résulte bien de la concentration d’eaux océaniques qui pénétraient dans le bassin. On distingue schématiquement deux étapes principales.

 1 - Au cours de la première étape, s’accumulent d’abord dans les parties plus profondes, de couches massives de halite, atteignant 7 à 800 mètres d’épaisseur en Méditerranée occidentale et en Sicile, et peut-être plusieurs milliers de mètres en Méditerranée orientale. La présence de sels très solubles de K et Mg implique des concentrations très élevées, dans des conditions alors proches de la dessication.

 

Sel messinien photographié dans la mine de Realmonte en Sicile. Les couches bleutées correspondent à de la halite régulièrement stratifiée et les couches marron sont des sels de K et Mg (kainite) qui sont l'objet d'une exploitation minière.  La longueur du bâton est de 1 m. Photo A. Decima.

 
2 - Au cours de la deuxième étape, se dépose une alternance cyclique de marnes et de gypse sur une épaisseur dépassant parfois 300 mètres. Cette alternance a enregistré une succession de phases de remplissage marin suivi d’un isolement conduisant au dépôt de couches de gypse, puis à la desiccation temporaire, avant un nouvel épisode de remplissage. Ces remplissages s’expliquent par des remontées épisodiques du niveau océanique, probablement d’origine glacio-eustatique, d’une amplitude suffisante pour permettre aux eaux atlantiques de submerger les seuils qui isolaient de plus en plus fortement la Méditerranée.
 

Détail de grands cristaux de gypse  (sélénite), maclés dans le plan vertical. Messinien de la région de Murcie en Espagne. Photo J.M. Rouchy. Le crayon donne l'échelle.

La fin de la crise de salinité.
A l’extrême fin du Messinien, autour de 5.4 Ma et pendant seulement 100 à 200 000 ans, la Méditerranée a connu un nouveau changement hydrologique majeur avec la généralisation de milieux faiblement salés ou d’eau douce, en lieu et place des milieux hypersalins. Cette inversion du bilan hydrique, connue sous le nom “lac-mer”, est la conséquence d’une fermeture plus sévère encore des communications avec l’Atlantique résultant des effets conjugués de la tectonique et de l’abaissement du plan d’eau océanique à l’extrême fin du Messinien. Les fleuves qui se déversaient alors en Méditerranée, notamment les précurseurs du Rhône, de l’Ebre, du Pô et du Nil, fournissaient, avec le ruissellement et les entrées d’eau en provenance de la Paratéthys, l’essentiel des apports parvenant au bassin qui évoluait naturellement vers des environnements lacustres. Cette période est également marquée par une phase importante d’érosion des dépôts antérieurs et la dissolution du gypse qui a pu faire disparaître complètement certaines couches gypseuses.

Un évènement tectonique met soudainement un terme à cette évolution, vers 5.3 Ma, c’est-àdire à la limite Messinien/Pliocène. Il est généralement interprété comme la conséquence de l’effondrement du détroit de Gibraltar. L’invasion des eaux atlantiques provoque alors le rétablissement très rapide des conditions marines normales dans la Méditerranée qui va offrir désormais les conditions hospitalières que nous lui connaissons et qui en ont fait, bien plus tard, le berceau de notre civilisation occidentale. Même les périodes glaciaires du Quaternaire qui ont pourtant donné lieu à de notables abaissements du plan d’eau qui ont atteint une centaine de mètres n’apporteront pas de bouleversements hydrologiques de cette ampleur.
 

Bibliographie.

ROUCHY J.M. (1982). La genèse des évaporites messiniennes de Méditerranée. Mém. Mus. natn. Hist. nat., Paris, NS, sér.C, L, 267 pages
ROUCHY J.M. (1982).  La crise évaporitique messinienne en Méditerranée: nouvelles propositions pour une interprétation génétique. Bull. Mus. natn. Hist. nat, 4e sér.,  4, 3-4, p. 107-136.
ROUCHY J.M. et J.P. SAINT-MARTIN (1992). Late Miocene events in the Mediterranean as recorded by carbonate-evaporite relations. Geology, 20, 629-632.
ROUCHY J.M. (1999). Un évènement exceptionnel: la crise de salinité messinienne de Méditerranée. In Fröhlich F. & Schubnel H.-J. (Ed), Les âges de la terre, MNHN, Paris,  104-108.

mise à jour le 7 août 2000