Vidéo en bas de page ^^

I Rappels et contexte d’étude

L’Histoire de la Terre débute il y a 4,5 milliards d'années (Ga), quand elle se forme en même temps que les autres planètes à partir d'une nébuleuse solaire (masse de poussières et de gaz en forme de disque) détachée du Soleil en formation. La formation de la Terre par accrétion se termine en moins de 20 millions d'années. Initialement en fusion, la couche externe de la Terre se refroidit pour former une croûte initiale solide.

Document 1 : La nébuleuse solaire

563px-Nursery_of_New_Stars_-_GPN-2000-000972, par NASA, Université Hui Yang de l'Illinois ODNursery of New Stars via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nursery_of_New_Stars_-_GPN-2000-000972.jpg

Document 2 : Vue d’artiste de la Terre refroidissant

Earth_formation par PublicDomainePhotos via Wikimédia Commons,  CC-Zéro, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth_formation.jpg

La lune se serait formée peu de temps après suite à un impact avec un objet céleste gros comme Mars et nommé Théia. Une partie de cet objet se serait mêlée à la Terre et l’autre partie, mêlée à environ 10 % de la masse totale de la Terre aurait été éjectée dans l’espace puis se serait agglomérée pour former la Lune.

Document 3 : Vue d’artiste de l’impact de Théia

Artist's_concept_of_collision_at_HD_172555 par NASA / JPL-Caltech via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Artist%27s_concept_of_collision_at_HD_172555.jpg

L’activité volcanique qui suit l’impact, associé aux très hautes températures (10 000°C) produit une atmosphère primitive par dégazage.  Lorsque l'eau commence à s'accumuler dans l'atmosphère, comme la température globale de la Terre diminue, les premières pluies se forment aboutissant aux premiers océans. Les gaz à effet de serre de cette atmosphère permettent de maintenir une température compatible avec la présence d'eau liquide à la surface de la Terre et empêchent les océans de geler alors que la planète ne recevait qu'environ 70 % de la luminosité solaire actuelle. 

Document 4 : Vue d’artiste de la Terre au début de l’Hadéen

Hadean, par Tim Bertelink via wikimedia commons,  CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hadean.png

Cette période de mise en place de l’atmosphère et de la croûte initiale a délimité le premier éon des temps géologique, l’Hadéen, qui se termine avec l’apparition de la vie il y a environ 4 milliards d’années. Le visage de la Terre est alors dessiné : elle est recouverte d’océans séparant des masses de terres émergées appelées continents.

En refroidissant, la lithosphère, constituée de la croûte et de la partie supérieure rigide du manteau, se solidifie. La lithosphère surmonte l'asthénosphère, qui est solide mais ductile et qui, à l’échelle des temps géologiques, est capable de fluer. 

Document 5 : Organisation horizontale de la lithosphère :

Source : Tectonic plate limits.png par Jose F. Vigil. USGS via Wikimédia Commons, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tectonic_plate_boundaries.png

La lithosphère se fragmente en plaques tectoniques qui se déplacent relativement les unes par rapport aux autres, se heurtant et se combinant en continents qui se fragmentent à leur tour et dérivent pour former de nouvelles configurations. Ce cycle continental est appelé « cycle de Wilson » du nom de John Tuzo Wilson son inventeur.

Document 6 : John Tuzo Wilson

John_Tuzo_Wilson_in_1992 par Stephen Morris via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:John_Tuzo_Wilson_in_1992.jpg

Document 7 : Représentation simplifiée des cycles des supercontinents jusqu'à nos jours

600px-Platetechsimple par Réponses simplistes via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Platetechsimple.png

Les mouvements lithosphériques sont donc la conséquence de l’évacuation de la chaleur interne de la Terre. Cela fait 4.5 Ga qu’elle se refroidit et cela fait 4 milliards d’années que la surface terrestre est animée de mouvements à l’origine des reliefs. On peut se demander si aujourd’hui, il reste des traces de cette activité passée mouvementée.

II Structure horizontale de la lithosphère

Vous avez étudié la structure verticale de la lithosphère. Si on s’intéresse à sa structure horizontale, on remarque que celle-ci n’est pas homogène. La surface continentale de la Terre est constituée de 3 grandes catégories de provinces géologiques : des ensembles instables, les orogènes, des ensembles stables situés entre les parties instables, les cratons et des provinces entièrement magmatiques.

Document 8 : Les grandes provinces géologiques de la Terre

Provinces géologiques mondiales.jpg, par United States Geological Survey ,via Wikimedia commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:World_geologic_provinces.jpg

Cette carte des provinces géologiques ne rend que des entités d'environ 150 km de diamètre et plus, car la résolution des cartes doit être cohérente avec la résolution des données de réfraction sismique. 

Nous nous intéresserons dans cette leçon aux deux premières.

A/ Les orogènes 

Un orogène est un système montagneux édifié sur une portion instable de l’écorce terrestre ayant subi un important resserrement et montrant des plis et des nappes de charriage. On y trouve également des roches métamorphiques révélant des conditions de hautes pressions caractéristiques des forces de compression rencontrées lors d’une collision et des roches magmatiques témoignant de conditions de formation en profondeur lors de mécanismes de subduction.

On peut citer en exemple l’orogène alpin. Il s’est formé par orogenèse. Le mot orogenèse vient du grec « oros » qui signifie « montagne » et du verbe « gennan » qui signifie engendrer. Une orogenèse est donc un processus, un ensemble de mécanismes, qui conduit à la formation de reliefs et plus particulièrement d’un orogène.

On appelle ceinture orogénique, l’ensemble des chaînes de montagnes formant un alignement et issue d’un même épisode tectonique. 

La ceinture orogénique alpine regroupe plus de dix chaînes de montagne qui s’étendent de l’Atlas aux îles de la Sonde en passant par les Pyrénées, les Alpes, le Caucase et l’Himalaya. Elles se sont formées lors de l’orogenèse du Cénozoïque..

Document 9 : Localisation de la ceinture orogénique alpine en gris sur la carte

France relief.png par v via Wikimedia commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:France_relief.png?uselang=fr

Toute orogenèse débute donc forcément par la fermeture d’un océan, fermeture liée au rapprochement de 2 masses continentales. Mais qui dit océan… dit continent fracturé… On parle de cycle orogénique. On estime aujourd'hui qu'un cycle correspond à l'ouverture 'un domaine océanique suivie de sa fermeture d et d'une collision continentale.

Aujourd’hui on peut observer sur la planète, différents stades des étapes de la formation d’une chaîne de montagne. Le dernier stade représenté sur le schéma ci-dessous correspond au stade actuel des Alpes. 

Document 10 : Les étapes d’un cycle orogénique

source : Cycle orogénique.png, Travail personnel Auteur Saphon via wikimédia commons, CC-BY-SA-3.0, https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Cycle_orog%C3%A9nique.png

B / Les cratons

Un craton, du grec « kratos » qui veut dire « emprire », est une vaste portion stable du domaine continental par opposition aux zones instables déformées (les orogènes). Il désigne donc d'anciennes masses continentales (au moins 520 Ma) parvenues à une rigidité telle, qu'elles n'ont pu, au cours de l'histoire de la Terre, ni être fragmentées ou déformées ni dès lors, subir de mouvement orogénique d'importance.

Les cratons, s'étendent sur quelques centaines de kilomètres au minimum, avec un relief faible et une épaisseur crustale caractéristique de l'ordre de 35 à 40 km. Ils se constituent ainsi de terrains plats ou légèrement ondulés, qui contiennent des roches parmi les plus  anciennes. On les retrouve donc à l’intérieur des zones continentales. Les cratons les plus anciens datent de l’Archéen. En raison de la tectonique des plaques, on en retrouve aujourd’hui sur tous les continents.

Document 11 : Répartition des cratons Archéens  

600px-Argeiesekratons.svg, JCWF via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-4.0

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Argeiesekratons.svg

La croute continentale a subi tellement de collisions et de fracturations, qu’aujourd’hui les continents sont constitués de plusieurs cratons et de plusieurs orogènes.

Document 12 : Cratons de l’Amérique du Nord 

North America Basement Rocks.png par USGS via Wikimédia Commons, domaine publique, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:North_america_basement_rocks.png

On distingue dans les cratons 2 types d’ensembles géologiques : les boucliers et les plateformes.

• Les boucliers sont de grandes zones continentales caractérisées par l'affleurement de terrains précambriens de type magmatique et métamorphique.
• Les plateformes sont des zones continentales plutôt plates dans lesquelles des terrains sédimentaires, formés dans des bassins sédimentaires, recouvrent les roches métamorphiques ou magmatiques formant ce qu’on appelle un « socle ».

À la périphérie des vieux cratons, on observe des orogènes encerclant les cratons : ce sont les ceintures orogéniques.  

Document 13 : Coupe du continent Nord-américain montrant l’encerclement du craton (ici un bouclier) par les orogènes.

Ainsi, les cratons ayant la particularité de ne pas se déformer, au fur et à mesure des collisions, seule la périphérie des unités continentales à caractère ductile, pourront subir des déformations. La succession dans l’espace des orogènes traduit une succession de collisions ce qui traduit les cycles de Wilson.

Chaque orogénèse correspondant à une collision, en repérant leurs traces sur les continents et en rassemblant les roches de même âge comme les pièces d’un puzzle, il est alors possible de reconstituer les positions des continents les uns par rapport aux autres aux cours des temps géologiques

II La structure continentale de la France

A/ Reliefs et domaines géologiques

Le relief français du territoire métropolitain peut être résumé de la façon suivante :

- les chaînes de montagnes aux sommets élevés et pointus : les Alpes, les Pyrénées.

- les montagnes aux sommets arrondis : le Massif Central, le Jura, les Vosges, le Massif Armoricain, le Morvan, les Ardennes  et le Massif corse.

- de très vastes plaines : le bassin parisien et le bassin aquitain.

- des fossés d’effondrement : l’Alsace, le sillon rhodanien.

Document 14 : Le relief métropolitain de la France

France relief.png par v via Wikimedia commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:France_relief.png?uselang=fr

Légende 

Vert : plaine ; orange : massifs arrondis de basse altitude ; marron : massifs récents de haute altitude.

L’étude de la carte géologique de la France métropolitaine, en parallèle de celle des reliefs révèle de grands domaines d’âges différents.

Document 15

 : La carte géologique de le France métropolitaine

Carte géologique de la France-fr.svg, par Europe_geological_map-en.svg : Eric Gaba ( Sting - fr: Sting )travail dérivé: Sémhur, via wikimedia commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:France_geological_map-fr.svg, ?  CC-BY-SA-3.0, Travail auto-publié, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:France_geological_map-fr.svg

Échelle stratigraphique de la carte géologique de France

Roches magmatiques et métamorphiques de la carte de France

Les ensembles 4040, 4045 présentent un relief plat et une couverture sédimentaire importante. Ce sont des bassins sédimentaires correspondant à des plateformes. Ils datent en moyenne de la fin du Mésozoïque et du Cénozoïque. 

Les ensembles 4054, 4055, 4056 sont des fossés d’effondrements envahis pas la mer et recouverts de sédiments. Ils datent de la fin du Cénozoïque.

On remarque que les ensembles 4041, 4043, 4044, 4051, 4053, 4067 présentent des massifs montagneux constitués de roches métamorphisées très anciennes datant du Précambrien et Paléozoïque. Ils présentent de plus de grandes failles, des nappes de charriage, des plis…des figures tectoniques de compression. Ce sont donc des orogènes.

Les massifs montagneux des ensembles  4051 et 4044 présentent une altitude élevée et une couverture sédimentaire plissée datant du Mésozoïque et encore présente. Ils n’ont donc pas subi une forte érosion et sont donc assez récents.

Les massifs montagneux présents dans les ensembles 4041, 4043, 4053 et 4067 présentent des altitudes basses, des reliefs arrondis et n’ont pas de couverture sédimentaire : ils ont subi une forte érosion. Ce sont donc des orogènes anciens. 

B/ Les orogènes anciens.

Le Massif Armoricain est principalement constitué de roches âgées d’environ 590 à 750 millions d’années  (marron pCm) et pour beaucoup métamorphisées (ocre PzpCmm). Elles sont injectées de roches plutoniques plus récentes (350 MA ; légende violet avec accents circonflexes Pzi). Les roches les plus vieilles, des gneiss, ont 2 milliards d’années et se trouvent au nord du massif, à la pointe du Cotentin. 

On remarque au sud du massif, une grande faille délimitant côté sud une partie riche en roches métamorphiques (légende ocre PzpCmm) d’âge Paléozoïque et Précambrien, c'est-à-dire plus récentes que les roches situées au nord de la faille d’âge très majoritairement Précambrien. Les roches situées au sud de la faille se retrouvent dans le  Massif Central, les Vosges et la Corse. 

Cette région a donc deux histoires : une phase très ancienne datant d’environ 600 Ma dont il ne reste plus aucun relief et une phase plus récente correspondant à  une compression à l’origine du relief actuel. Le relief du Massif Armoricain porte donc les traces de 2 orogenèses : 

• l’orogenèse Cadomienne à l’origine du socle magmatique du nord de la France qui se prolonge sous le bassin parisien jusqu’aux Vosges et qui date de la fin du Protérozoïque (670 à 540 Ma). 
• l’orogenèse Hercynienne plus récente qui débuta au milieu du Paléozoïque (Dévonien 420 Ma) et se termina au début du Permien (fin paléozoïque, 250Ma). L'orogenèse hercynienne appelée aussi orogenèse varisque est un cycle orogénique qui correspond à la formation d'une chaîne de type subduction-collision continentale. Elle se traduit par la fermeture de l’océan Rhéique puis par la collision entre le Gondwana au Sud  et au nord la Laurussia. L’orogenèse Hercynienne est à l'origine du supercontinent La Pangée. Cette orogenèse est à l’origine, en France, des reliefs du Massif Central, du Massif Armoricain, des Vosges et d’une grande partie de la Corse. 

Document 16 : Position des continents et de l’océan Rhéique avant la collision au début du Dévonien 

Document 17 : Continent unique, la Pangée et traces de l’orogénèse Hercynienne

509px-Pangaea_continents.svg par v via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0-migré, modifié par Sandra Rivière, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pangaea_continents.svg

C/ les orogènes récents

Il y a 200 Ma, au Trias, c’est à dire au début du Mésozoïque, la Pangée est éclatée et un déchirement central est envahi par la Thétys. Au nord se trouve la Laurasie et au Sud de nouveau le Gondwana.

Document 18 : Position des continents il y a 200 Ma

Laurasia-Gondwana-fr.svg de Benoit Rochon , Lenny222 via Wikimédia Commons, CC-BY-3.0 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Laurasia-Gondwana-fr.svg

Il y a 180 Ma, l’océan Atlantique commence à s’ouvrir d’abord au Nord ce qui sépare l’Amérique du Nord de la côte Ouest de l’Afrique et de l’Europe. L’océan alpin s’ouvre, scindant l’Europe en deux. 

Il y a 120 Ma, l’ouverture de l’océan Atlantique se réalise entre l’Amérique du Sud et la côte Sud-Ouest de l’Afrique. Cette ouverture provoque une remontée de la plaque africaine vers le nord. Des collisions en découlent. 

Document 19 : Gondwana fracturé il y a 80 Ma

Gondwana080Ma_hg par Hannes Grobe / AWI via Wikimédia Commons,  CC-BY-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gondwana080Ma_hg.png

Les Pyrénées,  correspondent à une collision intracontinentale (sans subduction) qui a eu lieu il y a 80 Ma entre le bloc Ibérien et la plaque Européenne. 

Document 20 : Profil à travers les Pyrénées

773px-Profile_through_the_Pyrenees_EN.svg par Pierraille via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Profile_through_the_Pyrenees_EN.svg

Les Alpes et en arrière-plan le Jura, correspondent à la collision entre la plaque Européenne et la plaque Adriatique (Italie) associée à la plaque Africaine. Ainsi il y a environ 30 Ma s’effectue la fermeture du jeune océan Alpin alimenté jusqu’alors par la Téthys. 

Document 21 : Relief alpin

DEMAlpesEW, Aucun auteur lisible par machine fourni. Jide ~ commonswiki supposé (basé sur les revendications de droits d'auteur), via Wikimédia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:DEMAlpesEW.png

La mise en place des Alpes et notamment leur racine crustale, a provoqué un déplacement de matériel asthénosphérique vers l’ouest de la France. Ce déplacement de matière fut à l’origine de la surrection (soulèvement) du Massif Central et de son activité volcanique. Les Vosges ont également subit une surrection. 

Document 22 : Déplacement asthénosphérique lié à la formation des Alpes

Vidéo montrant la Valse des continents depuis 540 Ma :

D / Conclusion

La France métropolitaine est donc constituée de grands ensembles résultants de plusieurs orogenèses dont les 2 dernières sont visibles. On parle des massifs Hercynien et Alpin. Ils sont entourés de bassins sédimentaires ayant subi plusieurs transgressions et régressions marines depuis le Mésozoïque.

À l’oligocène (-35 Ma), les Alpes étant déjà bien érodées, elles s’effondrent et sur elle-même et on observe un réajustement isostasique à leur périphérie, réajustement à l’origine de grands fossés d’effondrement de l’Alsace et du sillon rhodanien.

Document 23 : Domaines géologiques de France

Domaines géologiques france.png par Teper via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-3.0,2.5,2.0,1.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Domaines_geologiques_france.png

Traces des orogénèses - SVT - TERRE Term #7 -Mathrix