LA CONVERGENCE LITHOSPHERIQUE ET SES EFFETS

(suite)

2 Convergence et collision continentale

La subduction conduit à la disparition du plancher océanique. Or, à l'arrière, comme arrimée à lui, la croûte continentale migrante peut entrer en collision avec la bordure continentale de l'ancienne zone de subduction. C'est cette destinée qu'ont connue les Alpes franco-italiennes.

Comme nous l'avons fait dans la précédente étude, nous essaierons d'en retrouver les traces. L'objectif de la présente étude est donc double:

• comprendre les mécanismes et les conséquences de la collision,
• retracer une partie de l'histoire géologique des Alpes.

2.1 DES TEMOINS DE L'OUVERTURE ET DE L'EXPANSION DE L'OCEAN ALPIN

La chaîne des Alpes forme un arc de 1 000 km de la Méditerranée à l'Autriche. Au nord et au sud, celui-ci est bordé de bassins sédimentaires recueillant les matériaux d'érosion de la chaîne. A l'est une succession de massifs (Carpathes, Caucase,...) prolonge la chaîne alpine jusqu'en Asie (Himalaya).

La richesse et la complexité du sous-sol justifient la grande variété des paysages des Alpes occidentales. Des roches magmatiques et métamorphiques d'âge primaire (-400 MA) correspondent au socle hercynien, alors que des terrains sédimentaires calcaires et marneux du Jurassique inférieur (-180 MA) ont été transformés en schistes métamorphiques.

Ces unités peuvent être représentées sur un schéma général des Alpes franco-italiennes.

2.1.1 Les traces d'une ancienne marge passive

• Observations à l'ouest de l'arc alpin

De nombreuses failles normales d'inclinaison variable, orientées NE-SW, découpant des zones surélevées ou au contraire effondrées, plus ou moins basculées, sont visibles un peu partout dans le bassin dauphinois et dans ses abords.

• Etude des relations géométriques entre roches et failles

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En observant les contacts entre les blocs basculés et la sédimentation des bassins qui résultent de cette tectonique cassante, on peut en déduire la date de fonctionnement de ces failles.

Vous ferez cette étude après avoir réalisé un schéma d'un affleurement sur le flanc ouest du massif du Rochail au fond de la vallée de Bourg d'Oisans.

Précisez à quel contexte géodynamique appartient ce type de structure. Eu égard à l'orientation générale des failles, précisez la direction des contraintes tectoniques.

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• Formations sédimentaires associées aux blocs

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A partir de la description du site de Saint-Crépin, dans la vallée de la Durance (que l'on visite en participant au stage de géologie alpine au CBGA de Briançon) et de l'échelle stratigraphique fournie, vous résumerez l'enregistrement sédimentaire de ce site sous forme de tableau, en faisant apparaître:

- les dates en MA,

- l'ère,

- les périodes (Trias, Jurassique, Crétacé),

- les époques,

- les étages,

- les faciès,

- les fossiles,

- les paléoenvironnements.

Que remarquez-vous entre le Trias supérieur et le Jurassique supérieur? entre le Crétacé inférieur et le Crétacé supérieur? L'enregistrement sédimentaire a-t'il été complet? Que pouvez-vous en déduire?

Sachant que la chaîne hercynienne a subi une pénéplation à la fin de l'ère primaire et au tout début de l'ère secondaire, quels sont les phénomènes tectoniques qui surviennent à cette portion de continent à la fin du Trias? Faites un schéma en coupe de la zone considérée.

Que survient-il ensuite au Jurassique inférieur et moyen? Quel destinée particulière affecte la zone briançonnaise dans ce contexte général? Faites un nouveau schéma pour cette période.

 

 

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La distension est responsable de l'enfoncement de la croûte continentale: ce phénomène est appelé subsidence. L'idée selon laquelle la déchirure continentale à l'origine de l'océan alpin s'est effectuée en domaine marin est corroborée par la datation des dalles à ammonites: elles sont contemporaines du basculement des blocs (-190 MA).

 

Rappelons les caractéristiques du plancher de cet océan alpin à l'aide de documents relevés sur le site de Christian NICOLLET, Professeur au département des Sciences de la Terre à l'Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand

• des basaltes en coussins caractéristiques, de plusieurs dm de diamètre ("pillow-lavas"), l'ensemble a une épaisseur d'environ 300m,
• des gabbros à gros cristaux de pyroxènes de couleur vert sombre et de plagioclases clairs, d'une épaisseur de 150 à 200 m,
• des péridotites sombres avec des reflets verts, leur donnant un aspect particulier (serpentinites) et formant la base de la série. Elles ont subi de profondes transformations (métamorphisme hydrothermal): les pyroxènes et les olivines originelles sont entourés d'un minéral hydraté vert sombre: la serpentine (cf. activité de 1ère S).

 

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Que vous rappelle cette description? Comment pouvez-vous expliquer la présence de telles roches à plus de 2 000 m d'altitude?

Elaborez un nouveau schéma illustrant le paléo-environnement au Jurassique supérieur en tenant compte des données biostratigraphiques relevées à Saint-Crépin.



 

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Un tel phénomène tectonique est appelé obduction (charriage lors de la collision continentale).

2.2 DES TEMOINS DE LA FERMETURE DE L'OCEAN ALPIN

2.2.1 Informations apportées par la nature des roches métamorphiques:

 

• Les métagabbros du Queyras

Nous avons déjà rencontré des gabbros métamorphisés, présentant des auréoles de minéraux verts (des chlorites) témoignant d'un métamorphisme hydrothermal (programme de 1eS).

Dans le massif du Queyras, à l'ouest de Briançon, on rencontre des gabbros métamorphisés ou métagabbros présentant des zones colorées en bleu. Cette coloration est due à la présence d'un minéral, le glaucophane, formant une couronne autour des cristaux de plagioclases, au contact avec les pyroxènes: on parle d'auréole coronitique.

 

Gabbro à minéraux coronitisés observé à l'oeil nu Les clinopyroxènes au contact des plagioclases - ces deux minéraux jouant le rôle de réactants - ne montrent plus de bords nets, mais une auréole sombre d'un minéral, le glaucophane - constituant un produit -.   Même échantillon agrandi Les auréoles de glaucophane traduisent un gradient de transformation minéralogique.

 

• Les éclogites du Viso

Un peu plus à l'est, au mont Viso, en Italie, des roches, de composition chimique identique, montrent des cristaux de grenat (rouges) associés à un pyroxène vert, la jadéite, de la zoïsite (vert jaunâtre) et du glaucophane. Ces roches portent le nom d'éclogites.

Elles ont été datées de -70 MA à -50MA environ.




• Coésite et diamants de Dora Maira

Dans les massifs cristallins internes (Dora Maira) on peut trouver d'autres minéraux caractéristiques: la coésite (quartz habituellement associé aux cratères d'impacts météoritiques) et de petits diamants.

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Représentez schématiquement ces observations, à l'oeil nu, au microscope polarisant. Sachant que tous ces gabbros ont même composition chimique, quelle est la seule façon d'expliquer leurs différences minéralogiques?

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Ces transformations sont révélatrices des conditions de pression et de température qu'ont subies ces roches: on parle de minéraux-index du métamorphisme.

Les minéraux isolés par les couronnes témoignent des conditions précoces, tandis que les minéraux des couronnes informent sur les conditions nouvelles.

On trouve également au sein des gabbros des couloirs de déformation qui recoupent les structures décrites plus haut. Les minéraux qu'ils contiennent témoignent des conditions nouvelles postérieures aux précédentes.

 

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A l'aide du logiciel "PRESSION, TEMPERATURE ET FORMATION DES ROCHES", vous placerez, dans un diagramme P-T, les domaines de stabilité des minéraux observés ci-dessus.

Vous suivrez le protocole suivant (menus):







• CALCUL -> Etude des roches métamorphiques
• METAMORPHISME -> Construire un diagramme P-T

- Vous obtenez ainsi une grille pétrogénétique donnant des indications sur les divers degrés du métamorphisme et permettant de préciser la paragénèse (conditions de formation) des différentes roches, par l'analyse de leurs associations de minéraux.

 

- Les phénomènes qui affectent les métagabbros du Queyras s'inscrivent sur des roches vues dans le massif du Chenaillet: elles ont donc une histoire antérieure type "Chenaillet".

La position initiale en termes P-T de ces gabbros se situe dans le domaine chlorite-actinote (P<10km - T=300°) comme nous avons pu le voir en 1eS (domaine Q1).

 

Pour modéliser les positions ultérieures successives, vous utiliserez les informations fournies par les observations pour fixer les domaines de stabilité des minéraux (toujours au minimum des conditions évaluées):

- minéral coronitisé: P = .......................; T = ....................... (domaine Q2)

- minéral "couloir" : P = .......................; T = ....................... (domaine Q3)

position actuelle: P = 10°C ; T = 0 m (domaine Q4).

Tracer le chemin PTt suivi par ces métagabbros du Queyras.

 

Comme précédemment, vous allez placer, pour les métagabbros du Viso, le domaine V de stabilité des minéraux, leur paragénèse et pour les roches de Dora Maira le domaine DM.

 



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2.2.2 Informations apportées par la répartition des roches métamorphiques dans les Alpes:

Les roches sédimentaires et cristallines des Alpes occidentales ont subi un métamorphisme d'intensité variable selon la région considérée. L'analyse précise de leur répartition a permis de mettre en évidence une zonation particulière du métamorphisme qui témoigne de l'histoire de la chaîne alpine. Sur certains secteurs il a été possible de tracer des isogrades, c'est-à-dire des limites qui désignent la disparition (-) ou l'apparition (+) d'un minéral-index.

 

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D'ouest en est, comment évolue le métamorphisme alpin? Quelle hypothèse pouvez-vous avancer pour interpréter cette évolution?

Sur le diagramme PT qui vous est fourni sont figurés les gradients-types géothermiques actuels correspondant aux différents contextes géodynamiques.

Vous consignerez sur ce document les trajets PTt réalisés pour les métagabbros du Chenaillet (C), les éclogites du Queyras (Q) et les roches du Viso (V). Ces deux dernières sont datées de la même époque Eocène vers -50 MA (datation isotopique).

Vous tracerez le paléogradient géothermique de la portion de lithosphère océanique alpine en reliant les points construits.

En appliquant le principe d'actualisme, vous concluerez en disant quel phénomène signe le paléogradient géothermique, c'est-à-dire la distribution des températures en fonction de la profondeur à l'époque Eocène, comparé aux différents gradients-types actuels.

 

N.B. Si le modèle de la descente des unités océaniques fait l'unanimité, celui de leur remontée rapide vers la surface suscite la réflexion.

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Ainsi l'étude du métamorphisme prograde (=progressif) dit de haute pression (HP) pour le Queyras et le Viso et d'ultra haute pression (UHP) pour Dora Maira nous a-t-il permis de comprendre une partie de l'histoire de la chaîne alpine.

Le métamorphisme d'ultra haute pression de Dora Maira pose un problème, car il affecte des terrains cristallins du socle qui n'ont pas la même nature que les gabbros. Les roches correspondantes ont d'ailleurs été datées autour de - 40MA.

On interprète cette zone comme la suture entre les deux plaques africaine au S-E et européenne au N-W qui se sont affrontées après la disparition de l'océan alpin. Ces roches, formées à très haute pression, quand la croûte continentale a commencé à sombrer, marquent donc la collision après le blocage de la subduction.

 

Deux schémas généraux résument ainsi les phénomènes de subduction.

2.3 LA COLLISION CONTINENTALE ET L'OROGENESE ALPINE 

2.3.1 Les conséquences en surface de la collision:
Les deux plaques continentales, qui ont la même densité, se sont donc affrontées et, la compression tectonique se poursuivant, la lithosphère a subi ses contraintes.

Des documents illustrant ce contexte géodynamique sont consultables sur le site de Christian NICOLLET, Professeur au département des Sciences de la Terre à l'Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand.

Dans les zones profondes où la température était forte, les roches se sont déformées en adoptant un comportement plastique: elles se sont plissées.

Citons aussi le pli de Saint-Clément dans la vallée de la Durance, évoqué dans le chapitre "La mesure du temps dans l'histoire de la Terre et de la Vie", dont vous pouvez revoir la photographie en cliquant sur l'icône ci-contre.

Dans les zones plus superficielles et plus froides, les roches ont eu un comportement cassant et se sont fracturées au niveau de failles inverses, qui traduisent un raccourcissement global de la croûte. Au cours du temps, la collision se poursuivant, ce phénomène s'est accentué et l'on trouve un peu partout dans la chaîne alpine des contacts anormaux, qui s'interprètent par des mouvements de grande ampleur, qualifiés de nappes de charriage. 

    L'anticlinal de nappe du Guil
Dans le Domaine Briançonnais, en arrière du chevauchement du Front Pennique, l'anticlinal du Guil, vu depuis le Monument Bonnet à quelques kilomètres à l'Est de Guillestre sur la D902, offre vers le nord un panorama en direction de la rive droite du Guil, torrent qui descend du Queyras vers la vallée de la Durance située à l'ouest.
On se propose d'y retrouver la série sédimentaire mésozoïque de Saint-Crépin, localisé un tout petit peu plus au nord sur la rive gauche de la Durance: pour des raisons de commodité, il est plus facile de faire la même démarche en se déplaçant du monument Bonnet (rive gauche, au sud, là où a été prise la photographie ci-dessous) et en remontant sur cette même rive le chemin forestier sur un kilomètre environ.

Nous pouvons suivre d'ouest en est les formations suivantes comme si le relief nous offrait une vaste coupe géologique à la faveur de l'entaille offerte par le Guil (tant que le paysage le permet, l'anticlinal est visible en arrière plan):

Calcschistes du crétacé supérieur (sénonien)	Calcaires blancs du jurassique supérieur	Calcaires roses du jurassique supérieur	Dolomies du trias	Calcschistes du crétacé supérieur (sénonien)