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Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 SUR LA VULNERABILITE DES PLAGES A BEACHROCK DE MEDITERRANEE : L’EXEMPLE DU DETROIT DE MESSINE (ITALIE) THE VULNERABILITY OF THE MEDITERRANEAN BEACHROCK: THE EXAMPLE OF THE STRAIT OF MESSINA (ITALY) Pascal BARRIER1 1 Institut Polytechnique LaSalle-Beauvais – département géosciences, 19 rue Pierre Waguet BP 30313 60026 Beauvais cedex ; [email protected] RÉSUMÉ — La côte calabraise du détroit de Messine connaît une forte érosion de ses plages. Le sable, les graviers et les galets disparaissent du trait de côte suite à un manque cruel d’alimentation des torrents. La cause est climatique avec des pluies de printemps et d’automnes moins abondantes depuis 30 ans. La raréfaction des matériaux terrigènes est aussi liée aux aménagements réalisés entre 1950 et 1980 à l’amont, sur les bassins versants des « fiumare », avec les barrages de correction torrentielle. A l’aval, la canalisation et la cimentation du lit des exutoires, et les aménagements côtiers inconsidérés, ports industriels, épis rocheux, enrochements sous-marins, accentuent la pénurie. En conséquence, c’est la roche de dessous de plage, le beachrock des plages fossiles lithifiées, qui apparaît. Ce fait récent a permis la réapparition d’un site d’extractions de meules de moulin daté de la fin du XIXème siècle. L’architecture sédimentaire des affleurements de roches est également forte intéressante car sa compréhension est indispensable aux réflexions sur l’aménagement et la lutte contre l’érosion du littoral. Ainsi, trois beachrock de génération successive ont été inventoriés sur cette plage. Le premier n’est connu qu’à l’état de dalles remaniées dans le second attestant d’un démantèlement complet. Le second est d’époque romaine, il est largement préservé et c’est lui qui a surtout été exploité en carrière de pierre de moulin. Le dernier beachrock vient épouser les reliefs du précédent. Les contacts en falaises entre ces deux générations de roche indurée s’accompagnent d’encroûtements biogènes à balanes et huitres jusqu’à 4 mètres au-dessus du niveau marin actuel. Ce troisième beachrock englobe également des dalles remaniées du second attestant de destructions ponctuelles. L’observation de cette succession de beachrock permet de mieux comprendre les mécanismes qui permettent au même trait de côte de passer alternativement d’une côte sableuse à une côte rocheuse et que cette dernière est très facilement démantelée si l’ensablement est trop long à se remettre en place. Un ordre de grandeur de vitesse d’inversion nous est donné par le recul de la dernière côte sableuse, engagé il y a 30 ans, qui a conduit il y a 5 ans au dégagement total de la roche. Cette séquence montre à quel point la côte est vulnérable lorsqu’apparait le beachrock. Le recul du trait de côte est alors très rapide, mais il est toutefois temporaire puisqu’il suffit que le sable revienne pour que se reforme une nouvelle roche de plage, si les conditions hydrologiques sont favorables. Bien qu’éphémères, Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 ces observations constituent aussi un apport essentiel à la compréhension des mécanismes conduisant au recul du trait de côte. Cette région de Calabre est pourtant soumise à une surrection naturelle d’au moins 4 mm par an qui devrait largement compenser une possible montée du niveau de la mer. Mots clefs — Beachrock, méditerranée, Holocène, érosion, eustatisme ABSTRACT — The Calabrian coast of the Strait of Messina knows a strong erosion of its beaches. Consequently, it is the beachrock from the fossil beaches which appears. Thus, three successive generations of beachrocks were surveyed on the Capo dell’Armi beach. These observations also constitute an essential contribution to the understanding of the mechanisms leading to the retreat of the coastline. Key words — Beachrock, Mediterranean, Holocene, erosion, eustatic change 1. Introduction La côte calabraise du détroit de Messine située au Sud de Reggio de Calabre est soumise, depuis 30 ans, à une érosion littorale spectaculaire. Les plages ont perdu la totalité de leur couverture sableuse, en particulier de part et d’autre du Capo dell’Armi (Fig.1) qui marque par son éperon rocheux de calcaire blanc (Leuco petra des Anciens) l’entrée sud du détroit de Messine. C’est là maintenant un beachrock fossile qui occupe le littoral devenu rocheux (Fig.2) Ce constat préoccupant pour les collectivités locales les a amené à réagir en créant, de façon désorganisée et sans concertation, des contre-mesures. Des épis rocheux ont d’abord été installés, suivi par de l’enrochement sous-marin parallèle à la côte associé à du rechargement côtier. Le sable provient à la fois de clapages sur la digue effondrée du port de Saline et de carrières locales. Une attention toute particulière est portée à ce trait de côte qui fait l’objet d’un suivi continu depuis 1980 (Barrier, 1984 ; Barrier et al. 2011). A l’époque il était alors possible de passer, à pieds secs, le Capo dell’Armi en longeant une plage de sable, graviers et galets de plus de 30m de large. Aujourd’hui, la mer baigne le pied de la falaise. La plage a complètement disparu, laissant la place à un conglomérat gris affleurant qui s’est avéré être un beachrock fossile (Fig.2) Le but de cet article est de présenter, à travers l’étude du beachrock du Capo dell’Armi, la fréquence naturelle et la rapidité avec laquelle ce trait de côte calabrais passe de l’érosion intense d’une côte rocheuse en recul à l’accrétion d’une plage de sable et galets. Le constat montre à quel point il est difficile de généraliser sur la vulnérabilité d’un littoral si l’on ne prend pas en compte son histoire récente, celle qui n’est plus imprimée dans la mémoire collective. C’est pourquoi les travaux du géologue, qui intègre les données fossiles, sont fort utiles aux réflexions sur l’aménagement et la lutte contre l’érosion du littoral. Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 2. Le cadre des travaux La province de Reggio de Calabre a fait l’objet de nombreux travaux géologiques. Les plus connus sont ceux Seguenza (1880), Cortese (1895), Ogniben (1973), surtout consacrés à la stratigraphie. Dans les années 1980 ceux de Bousquet et al (1980), Sauret (1980), Chabellard (1984), Barrier (1984), Barrier et al. (1986) ont plutôt abordé les relations entre tectonique et sédimentation dans le Plio-quaternaire. Depuis cette dernière thèse, la province de Reggio de Calabre et en particulier la côte calabraise du Détroit de Messine font l’objet chaque année de plusieurs travaux géologiques réalisés à l’occasion des « Mémoires d’Aptitude à la Géologie de l’Igal ». Figure1. Localisation du Capo dell’Armi (Leuco petra) à l’extrémité de la Calabre méridionale (fond cartographique du XIXème siècle s.n. coll. P. Barrier) Ces travaux ont d’abord porté sur la cartographie géologique, la stratigraphie et la tectonique syn-sédimentaire de cette zone tectonique active. Une synthèse des premiers travaux d’exploration a été publiée sous la forme d’un ouvrage collectif accompagné d’une carte géologique du Détroit de Messine (Barrier, Di Geronimo et Montenat, 1987). Une carte géologique de synthèse de l’ensemble de la province de Reggio de Calabre a ensuite été publiée (Rabert, 2003). La notice qui l’accompagne recense tous les travaux géologiques réalisés par les élèves de l’Institut géologique Albert-de-Lapparent. Passé cette phase exploratoire à base cartographique les travaux géologiques effectués sont plus spécialisés. Ils concernent en particulier l’évolution récente du trait de côte depuis le Pléistocène moyen-supérieur avec la mise en place de la formation des conglomérats de Messine (Barrier et al ; 1989 ; Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 Ampen, 1999 ), le Tyrrhénien et ses terrasses soulevées à 150 m d’altitude (Bellomo, 1998), les encroûtements biogènes rocheux du Pléistocène supérieurs également porté à plus de 60 m d’altitude (Blin et Brévot, 2005). Enfin, les derniers travaux sont ceux qui concernent l’évolution holocène ayant conduits à la découverte de paléorivages holocènes situés entre 2 et 4 m d’altitude au Capo dell’ Armi (Cnudde et Vanel 2008). La quantification et la modélisation des dispositifs d’érosion/sédimentation des « fiumare » ont aussi fait l’objet de travaux. Ils ont permis de mieux comprendre le lien existant entre les aménagements réalisés dans ces torrents et le déficit en apports clastiques à la côte (Nauleau, 2008 ; Guidevaux et Lallier, 2009). Durant la même période, un atelier d’extraction de meules de moulin a été découvert sur plus d’un kilomètre de part et d’autre du Capo dell’Armi. Il a fait l’objet d’un inventaire complet (Cnudde et Vanel 2008 ; Colleau et Glouahec, 2009 ; Barrier et al. 2011). Figure 2. La plage sud-est du Capo dell’Armi en 2008. Le sable et les galets ont totalement disparu laissant apparaître la roche conglomératique de dessous de plage, le beachrock. La mer baigne alors directement le pied de la falaise de calcaire miocène. 3. L’évolution récente du trait de côte du capo dell’Armi 3.1. Le contexte géomorphologique et tectonique La situation géologique du Capo dell’Armi résulte d’une évolution tectonosédimentaire plio-quaternaire active connue pour la vigueur de ses mouvements verticaux (Barrier, 1984). Depuis 400 000 ans ce secteur du détroit connait une surrection d’au moins 4 mm par an (Barrier et al. 1987). L’ossature du Cap est constituée d’une série sédimentaire monoclinale oligo-miocène dont un des derniers Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 termes, la formation des « Calcarénites de Floresta » (Ogniben 1973), constitue la falaise côtière du Cap. Il s’agit d’un calcaire blanc dur à stratifications obliques bien marquées d’âge langhien. Il est recouverts en discordance par les dépôts quaternaires dont la géométrie complexe est liée à un dispositif de failles synsédimentaires (Barrier et al 1986). Parmi ces dépôts les « conglomérats de Messine » sont les plus visibles mais aussi les plus récents (Pléistocène supérieurs). Ils ennoient totalement l’éperon rocheux du Cap contre lequel ils se sont plaqués. Enfin, le long de la côte, les calcaires langhiens sont recouverts par des dépôts de plages holocènes lithifiés de type beachrock (voir plus loin). La falaise du Capo dell’Armi, d’orientation est-ouest correspond à un paléoescarpement de failles pléistocène dont les répliques de même direction se poursuivent en mer formant un système en « marches d’escalier » jusqu’à plus de 1000 m de profondeur (Barrier et al. 1987). L’expression récente de ces failles est visible dans les conglomérats holocènes qui montrent de nombreuses fractures de direction N90-100 et de direction conjuguée N-S (Cnudde et Vanel, 2008). 3.2. Un trait de côte soumis à l’érosion Ce trait de côte est soumis à une érosion rapide qui a été quantifiée à l’aide de photographies anciennes. En 1972 la plage était totalement couverte de sable, graviers et galets. Aujourd’hui, la ligne de rivage se situe 30 m en retrait et la côte est exclusivement rocheuse. Les premières roches sont apparues, de part et d’autre du Cap sous la plage sableuse, il y a 30 ans. Le départ du sable a ensuite dégagé quelques traces d’exploitation carrières bien visibles en 2005 (Fig.3) et depuis, chaque année, de nouvelles traces d’excavations sont visibles ainsi que des meules restées en place. En 2008, le sable a totalement disparu permettant un lever cartographique intégral des ateliers de taille (Colleau et Glouahec, 2009) fort d'une production de plus de 200 meules. Dès 2009 la plage se recharge en sable et en 2013 les anciennes exploitations sont presque totalement recouvertes de nouveau. 4. Sur ce que révèle l’étude des beachrock fossiles Au Capo dell’Armi les roches de plage affleurent en deux couches distinctes superposées. Bien que toutes les deux soient légèrement inclinées en direction de la mer, elles ne présentent pas la même résistance à l’érosion. Celle du dessous, la plus ancienne, est dure et résistante à l’érosion alors que celle du dessus, la plus récente est plus tendre (fig.2). Malgré leur différence de texture les deux couches ont été largement exploitées. Les deux couches correspondent à des poudingues à blocs, galets et graviers à liant sableux grésifiés. Les galets montrent des imbrications et des granoclassements qui dessinent la stratification. Au microscope, l’étude des lames minces permet de préciser la nature du ciment qui est calcaire. Au contact des grains il est fibroradié dessinant des ménisques caractéristiques des dépôts de plage à lithification précoce. Une micrite bioclastique est localement préservée dans la porosité résiduelle. Cette double phase de liaison, sparitique et Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 micritique, confère à la roche une grande dureté au point qu’il est difficile de la casser d’un coup de marteau. Figure 3. Atelier d’extraction de pierres monolithiques de moulin. Traces de préparation d’extractions de meules abandonnées. 4.1. La couche inférieure Il s’agit d’un poudingue en bancs stratifiés. La roche est dure et de couleur gris-clair. Les éléments sont hétérométriques, de la taille du gravier (commun) à celle de blocs de plusieurs m3 (rare). Ces derniers sont eux-mêmes des conglomérats de type « beachrock » remaniés ou des blocs de calcaires blancs langhiens. Ce poudingue est visible à partir du zéro de la mer et sur plus de 20m à l’intérieur de la plage. Cette couche inférieure présente un grand intérêt par son contenu archéologique. La matrice sableuse du conglomérat renferme des objets en bronze. Il s’agit surtout de clous de bateau, de pointes de flèche, de morceau de fibules, de pièces de monnaies usées et des fragments d’os. Il est important d’insister sur le fait que ce matériel archéologique est bien contenu dans la masse du poudingue et non bloqué dans les fractures qui l’affectent. Le toit de cette couche correspond à une surface d’érosion. Elle est lisse, polie et présente des figures d’érosion en gouttière, marmite, escalier et encoche qui caractérisent une paléo-morphologie côtière de milieu infralittoral supérieur à supralittoral. Dans la partie infralittorale du paléo-rivage la surface de la roche préserve, en plusieurs points abrités (surplombs, cavités), un encroûtement biogène à balanes, vermets, serpules et Chama gryphoides préservés en position de vie fixés sur la roche. La partie la plus haute du paléorivage est située à 4m d’altitude au-dessus du niveau actuel de la mer. Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 4.2. La couche supérieure Le conglomérat de la couche supérieure est plus récent. Il ennoie la surface du paléorivage précédent et le conserve dans ses moindres détails en préservant de l’érosion les délicats encroûtements biogènes. Ce conglomérat de couleur brunâtre est moins grossier et mieux stratifié avec des alternances de passées grossières à galets et de passées de sables grossiers à graviers. Il montre aussi en lame mince les caractéristiques des ciments de beachrock et de plus de nombreuses traces d’oxydes de fer. Il est pourtant moins induré et sa surface est rugueuse. La couche supérieure n’est présente que dans la partie la plus basse de la plage et son contenu archéologique semble limité à quelques fragments de clous en fer. 5. Une alternance érosion/sédimentation La superposition des deux couches conglomératiques de beachrock résulte de la succession de deux cycles sédimentaires comportant chacun une phase d’accumulation de sédiment, une phase de cimentation de dessous de plage et une phase d’érosion. Le cycle débute par l’apport sédimentaire des torrents dont les crues provoquent en mer, à l’aplomb de l’exutoire, une accumulation temporaire de sédiments que les violents courants de marées du détroit de Messine se chargent de redistribuer sur la côte. Lors de cette première phase, la plage est en accrétion. Plusieurs mètres d’épaisseur de sédiments peuvent alors s’accumuler et la plage gagne plusieurs dizaines de mètres en largeur. La lithification carbonatée s'effectue lorsque la plage est en pleine charge sédimentaire permettant à la nappe phréatique d’eau douce d’entrer en contact avec la nappe phréatique marine. C’est dans la zone de contact, à plusieurs mètres de profondeur en dessous de la plage qu'elle se produit. Elle est très rapide (quelques dizaines d’années). La plage est alors formée d’une couche meuble en surface et d’une couche rocheuse en profondeur. Enfin, la partie supérieure non lithifiée de la plage est soumise à l’érosion, le conglomérat sous-jacent apparait. La côte devient alors rocheuse et l’érosion peut faire disparaitre totalement le beachrock. Il est alors réduit à l’état de blocs qui se retrouveront inclus dans la plage successive. Ces cycles naturels de sédimentation-lithification-érosion se succèdent dans le temps en fonction de l’intensité des précipitations et du couvert végétal dans l’arrière-pays (périodes climatiques plus ou moins humides), de l’intensité des tempêtes hivernales, de la violence des courants de marée (grands cycles lunaires) et de la récurrence des raz-de-marées. Ils sont aussi perturbés par la nature des pratiques agricoles (déforestation). 6. Les données chronologiques Les deux couches superposées de beachrock du Capo dell’Armi étaient à l’air libre à l’époque de l’activité carrière. Elles sont pourtant parfaitement préservées ainsi que les encroutements biogènes qui les séparent. Ces couches n’ont donc pas été démantelées avant l’activité carrière et elles ne l’ont pas été avant d’être recouvertes par le sable de plage moderne. Pourtant, deux séismes destructeurs générateurs de raz de marée ont frappé la côte à un peu plus d’un siècle d’intervalle, l’un en 1789 et Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 l’autre en 1908. Ils n’ont occasionné aucun dégât aux beachrock. Ce fait laisse à penser qu’en 1789 et en 1908 les beachrock en question étaient recouverts par le sable et que le passage des vagues de tsunami les auraient ensevelis encore plus. Dater cette activité de production de meules monolithique revient à dater une période d’érosion à côte rocheuse. Le début de l’exploitation, pourrait bien coïncider avec l’abolition des droits féodaux en Calabre, en 1806, permettant ainsi la construction privée de moulins (25% de moulin en plus en 30 ans selon Medici, 2003) et l’ouverture de carrières. En 1830, la fin de la piraterie qui régnait sur les côtes de la Calabre, a pu également encourager l’exploitation littorale. En Europe du Nord, selon Belmont (2006), le passage entre les meules monolithiques et les meules à carreaux s’est fait entre 1770 et 1830. A partir de 1880, la production de meules décline au profit des cylindres. En Calabre, même si l’arrivée des meules à carreaux de type « La Ferté » apparaît plus tardive (vers 1850?), la production des meules monolithiques semble avoir perdurée au moins jusqu’au développement des moulins à vapeur à partir de 1870, en particulier à Reggio de Calabre (Medici, 2003). L’activité XIXème de l’exploitation du Capo dell’Armi est confirmée à la lecture des travaux de Melograni (1823) qui les a visité. A partir de 1870 toutes les meules, mais surtout les monolithiques de qualité moyenne, ne devaient pratiquement plus être requises. Cela pourrait coïncider avec un arrêt plus ou moins brutal de l’exploitation. Si ces hypothèses sont vérifiées on pourrait considérer que l’exploitation artisanale du Capo dell’Armi a au moins fonctionné une vingtaine d’années entre 1810 et 1830, et peut-être un peu plus, jusqu'à l'arrivée des meules à carreaux. Ensuite, les anciennes carrières ont été recouvertes par le sable de plage sans que plus personne n’en connaisse l’existence. Ainsi, pour conclure sur le bilan érosion/sédimentation il est possible que la dernière période à côte rocheuse au Capo dell’Armi remonte à la fin de l’exploitation carrière vers 1830. Elle aurait durée au moins 20 ans. La période de côte sableuse qui a suivi serait-elle plus longue, au moins 150 ans, avant que le cycle érosif ne reprenne dans les années 1980. Il semble que cette dernière période de côte rocheuse soit déjà achevée. Dans ce cas elle aura duré à peine 25 ans. Ces 25 années de mise à l’air libre des anciennes exploitations aura suffi à les faire presque totalement disparaitre par démantèlement lors des tempêtes hivernales. 7. Conclusions Concernant les côtes à beachrock du détroit de Messine il semble que les conditions pour fabriquer du beachrock ne soient plus réunies au moins depuis la fin du XIXème siècle. Aucun beachrock n’a visiblement été construit depuis la période d’exploitation des carrières de pierres meulières et ceci malgré une période d’ensablement continu de plus d'un siècle. Seuls les sédiments coincés dans des fractures ouvertes sousmarines sont grésifiés. Ils renferment des monnaies modernes en lires, justes antérieures à l’Euro ! Concernant l’érosion côtière, elle peut être très rapide sur les côtes à Beach rock une fois le sable dégagé. La roche est alors démantelée en 20 ans. Le découpage a lieu suivant la fracturation (dans le cas présent une fracturation acquise pendant le Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2014 – Beauvais 8-10 juillet 2014 séisme de 1908) en portions de bancs de plusieurs m2. Ils sont remontés tels des « châteaux de cartes » ou imbriqués à pente vers la mer en haut d’estran par les tempêtes (Fig.3). Ils sont ensuite repris par les vagues et réduits en blocs métriques qui retournent à la mer. Dans ce cas, le trait de côte à non seulement perdu son épaisseur de sables et graviers sur une trentaine de mètres de large mais aussi une bonne partie du beachrock fossile sous-jacent. Au total la perte en matière peut dépasser 5 mètres d’épaisseur créant ainsi une impression de remontée du niveau de la mer alors qu’il s’agit de perte de matière littorale. Les plages sableuses à galets surmontant un beachrock fossile s’avèrent ainsi relativement vulnérables sur une période courte à partir du moment où le beachrock est porté à l’air libre surtout si la cohésion de ce dernier est affaiblie par de la fracturation d’origine séismique. Références bibliographiques Ampen N. (1999). Analyse séquentielle haute résolution dans le Fan Delta des conglomérats de Messine. (Reggio - Italie). Mém. Apt. à la Géologie n. 200, 57 fig., 144 p. Barrier P. (1982). Etude préliminaire des formations pliocènes et quaternaire du sud de Reggio di Calabria (Italie). Mem. Apt. Geol Igal, n. 3, t.1, 69p. Barrier P. (1984). Evolution tectono-sédimentaire pliocène et pléistocène du Détroit de Messine (Italie).Thèse univ. Aix-Marseille II : 2 cartes h.t. 270 p. Barrier P., Cnudde C.et Vanel R. (2011). Découverte d’un atelier de fabrication de meules de moulin sur la plage du Capo dell’Armi (Reggio de Calabre, Italie). 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