La chaîne de l’Himalaya est la plus haute et la plus large chaîne de montagne du monde. Elle résulte d’un mécanisme de convergence de 2 plaques lithosphériques : la plaque indienne et la plaque asiatique séparées par l’océan Téthys. De cette convergence de plaques, il y a 100 millions d’années, une collision s’est effectuée entre le sous-continent indien et le continent asiatique ce qui a donné naissance à l’Himalaya.

Les Alpes se sont formées de la même manière suite au rapprochement de 2 plaques lithosphériques. Cela débuta il y a environ 60 millions d’années.  La collision entre l’Italie et la France fit disparaître l’océan Alpin donnant naissance à la chaîne de montagne la plus récente d’Europe. 

I Les marqueurs tectoniques profonds

Les plaques lithosphériques, mobiles les unes par rapport aux autres, reposent en équilibre sur l’asthénosphère, moins rigide, déformable (ductile). La limite lithosphère-asthénosphère correspond à l’isotherme 1300°C.

Les études gravimétriques montrent l’existence d’anomalies : dans les régions montagneuses, la pesanteur mesurée est souvent inférieure à la pesanteur théorique attendue (plus importante vue l’excès de masse dû au relief). Tout se passe comme si l’excès de masse représentée par la montagne était compensé en profondeur par un déficit de masse. En l’occurrence, on observe en profondeur sous la chaîne de montagne, un déficit de matière mantellique de densité élevée (3.3) remplacée par de la matière crustale de densité plus faible (2.8) : c’est une racine crustale. 

En effet, l’étude de la profondeur du Moho sous les chaînes de montagnes, montre la présence d’une masse de croûte continentale qui s’enfonce de manière plus ou moins symétrique sous les hauts reliefs : on parle de racine crustale (racine faite de croûte). Sous les Alpes, le Moho atteint par endroit la profondeur de 58 km  et 70 km sous l’Himalaya. 

Le principe de l’isostasie nous permet de définir une formule permettant de calculer la profondeur de la racine crustale (Er) si on connaît l’altitude h de cette même chaîne : Er=5.6h.

On appelle isostasie cet état d’équilibre réalisé à une certaine profondeur de la Terre, dite profondeur de compensation. Au-dessus de cette profondeur dite de compensation, la colonne de roches lithosphériques a partout la même masse. À ce niveau, la lithosphère est dite en équilibre isostasique (du grec isos, égal, et stasis, arrêt). La surface de compensation a une réalité mathématique, elle ne correspond pas à une discontinuité physique.

On fait l’hypothèse que la masse de chaque bloc au-dessus d’une même profondeur est identique. 

Donc : Ec x Mvc + Em x Mvm = h x Mvc + Ec x Mvc + Er x Mvc

On a sur le schéma Er=Em

D’où Ec x Mvc + Er x Mvm = h x Mvc + Ec x Mvc + Er x Mvc

D’où 2.8x30+3.3Er= 2.8(h+30+Er)

81 + 3.3Er = 2.8h +81 +2.8Er

2.8h =Er (3.3-2.8)

Er = 2.8h /0.5             

 Er = 5.6 h

II Les marqueurs tectoniques de surface

La présence des hauts reliefs et de la racine crustale sont le résultat de la collision de deux masses de matières qui se déplaçaient horizontalement. Il en a résulté une accumulation verticale de matière (ou épaississement) consécutive à un raccourcissement et un empilement des masses. 

On trouve ainsi des indices tectoniques qui le montrent: 

A/ LES FAILLES INVERSES 

Une faille est une structure tectonique consistant en un plan ou une zone de rupture le long duquel deux blocs rocheux se déplacent l'un par rapport à l'autre. Ce plan divise un volume rocheux en deux compartiments qui ont glissé l'un par rapport à l'autre dans un contexte de déformation fragile. Ce déplacement est dû aux forces exercées par les contraintes tectoniques résultant de la tectonique des plaques ou par la force gravitaire (instabilité gravitaire). 

Les failles existent depuis l'échelle microscopique (millimétrique) jusqu'à celle des plaques tectoniques (plusieurs centaines de kilomètres). Les grandes failles se trouvent aux limites de plaques et aussi au sein des zones déformées intraplaques. 

Il existe toute une terminologie autour de la faille :

• Compartiments : blocs rocheux séparés par une faille, l'un est « soulevé », l'autre « affaissé »

• Plan de faille : surface de glissement, verticale ou oblique, située entre les deux compartiments, ayant subi par frottement un polissage mécanique ou affectée de stries, de rayures, de cannelures orientées dans le sens du déplacement. 

• Miroir de faille : partie visible en surface du plan de faille

• Rejet de faille : ampleur du déplacement relatif d'un compartiment par rapport à l'autre le long du plan de faille

• Regard : côté vers lequel est orienté le miroir de la faille

Une faille résulte d’une déformation cassante des strates qui se met en place lors de phénomènes de compression ou de distension.

En système compressif, les failles sont inverses : le compartiment au-dessus de la faille, le "toit" (à gauche sur l’image suivante) monte par rapport au compartiment situé en dessous de la faille, le"mur" (à droite).

Faille inverse :

Source : FaillInv.png, Le téléchargeur d'origine était RobinL sur Wikipedia français,  CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FaillInv.png

 Faille inverse au Japon (Kobé) : 

Source : Nojima fault top view.jpg par Sakurai Midori autorisation w: en: Midori publié le 28 mai. 2006 04:36 UTC sous CC-BY-SA-2.0 et GFDL, CC-BY-SA-2.1-JP, CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nojima_fault_top_view.jpg

En cas de distension, les failles sont normales : le compartiment au-dessus de la faille, le "toit" (à gauche sur l’image suivante) descend par rapport au compartiment situé en dessous de la faille, le "mur" (à droite).

Source : FailleNorm.png par Le téléchargeur d'origine était RobinL sur Wikipedia français . via Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FailleNorm.png

Dans une chaîne de montagne, les failles s’observent principalement en surface où la roche est froide et cassante. Plus en profondeur, où la roche est plus ductile car plus chaude, on observera des déformations ductiles : des plis.

B/ LES PLIS 

On appelle pli, une structure courbe due à une déformation ductile des couches sédimentaires (sans les casser) en régime compressif.

Source : Plis-géologiques.pngPar ManuRoquette via Wikimédia Commons,  CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plis-g%C3%A9ologiques.png?uselang=fr

Les plis peuvent être droits comme à gauche sur le dessin ci-dessus ou couchés comme à droite. On peut rencontrer des formes intermédiaires selon le niveau de compression : plus la compression sera forte plus l’axe du pli sera incliné. On parlera dans l’ordre de plis droits (axe du plan à 90° par rapport à l'horizontale), déjetés (plan fortement incliné par rapport à l’horizontale : 80°), déversés (plan légèrement incliné par rapport à l'horizontale: 30°) puis couchés (plan à l’horizontale).?

Quand la compression dépasse le seuil de résistance des roches, celle-ci cassent et on observe un pli-faille.

Pli faille de Sassenage (Alpes) :

© RS.2019

Faille et pli-faille :

Source : faille, pli faille, chevauchement, klippe,... compression, par Fabrice Morales, Académie de Dijon, http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1474

C/ LES CHEVAUCHEMENTS ET LES NAPPES DE CHARRIAGE

Un chevauchement est un mouvement tectonique conduisant un ensemble de terrains à en recouvrir un autre par le biais d'un contact anormal de type faille inverse, généralement de faible inclinaison et nommé surface de chevauchement. Ce mouvement horizontal entraîne la superposition de roches qui n’étaient pas positionnées ainsi à l’origine entraînant des contacts anormaux. 

Les chevauchements correspondent à des unités tectoniques de dimensions modestes et de portée limitée, quelques kilomètres au plus, appartenant, le plus souvent, au même bassin sédimentaire. Un chevauchement d'amplitude pluri-kilométrique (dizaines de kilomètres, voire centaine) est appelé un charriage.

On dit que l’unité supérieure est charriée ou, encore, allochtone : c’est la nappe de charriage. L’unité inférieure est considérée comme autochtone, c’est-à-dire comme n’ayant pas bougé. 

Chevauchement et charriage :

Source : faille, pli faille, chevauchement, klippe,... compression, par Fabrice Morales, Académie de Dijon, http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1474

Dans le cas d’un système compressif long, on peut aboutir à un empilement d’écailles charriées. Ce phénomène contribue fortement à l’épaississement vertical des chaînes de montagne. 

Écailles charriées :

Source : Duplex1.png par Mikenorton via wikimédia commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Duplex1.png

Ces écailles sont observables au sein des chaînes de montagne grâce à la sismique réflexion.

Principe de la sismique réflexion :

Source : Principe-sismique-reflexion.png par Svtsvt via Wikimedia commons, CC-BY-SA-3.0-migrated, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Principe-sismique-reflexion.png?uselang=fr

Profil de sismique réflexion sous les Alpes :

Source : bac S SVT 2016 Nouméa, http://didac.free.fr/bac/ts16noumea/2.htm

Schéma d’interprétation :

Source : bac S SVT 2016 Nouméa, http://didac.free.fr/bac/ts16noumea/2.htm

Zones de Collision- SVT - TERRE 1ère spé #9 - Mathrix