10 Étude de cas : les Alpes

I / Les traces d’un ancien domaine océanique

Il y a création de plancher océanique ou accrétion au niveau des dorsales. Le magma de composition basaltique provient de la fusion partielle des péridotites du manteau supérieur. Ces magmas migrent vers la surface puis en se refroidissant plus ou moins rapidement, donnent naissance à des roches différentes toujours disposées de la même façon. Dans la zone interne de l’arc alpin, il existe des formations rocheuses à l’aspect de peau de serpent, auxquelles ils ont donnée nom d’ophiolite (ophis=serpent) constituées par la superposition de ces trois types de roches du haut vers le bas : 

• Basaltes à l‘aspect en coussin ou pillow-lava, très caractéristiques

• Basaltes en filons

• Des gabbros roches grenues présentant de gros cristaux de pyroxène et de plagioclases

• Des péridotites très sombres avec des veinures vertes qui leur donnent un aspect particulier à l’origine du nom de serpentinite donné à ces roches.

Ces roches sont les vestiges de l’ancien plancher de l’océan alpin dont les lambeaux ont été portés en altitude lors de la collision continentale. 

Séquence ophiolitique :

source : Ofiolite sequence EN.svg, auteur : Ofioliti.svg: Fradeve11, derivative work: Woudloper (d), via wikimédia commons, CC-BY-SA-3.0-migrated

II/  Les traces d’une marge continentale passive

Une marge passive n’est pas le siège d’une sismicité et d’un volcanisme important à l’inverse d’une marge active type Pérou, Chili, Antilles, Japon…Elle se forme lors de la déchirure d’un continent par une dorsale naissante. La croûte continentale est étirée, ce qui aboutit à la mise en place d’un rift continental : des failles normales encadrent un fossé central dit d’effondrement. Une invasion marine submerge le fossé et du plancher océanique commence à se former : un bassin océanique étroit (type mer rouge) s’installe. La mer étroite s’élargit devenant un océan. La bordure européenne occidentale actuelle est le vestige d’une des deux « lèvres » du rift continental qui a donné naissance à l’océan atlantique.

Rift continental : 

source : Northern Cordilleran Volcanic Province rift.jpg, Own work Author Black Tusk via wikimédia commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Northern_Cordilleran_Volcanic_Province_rift.jpg

Les failles normales légèrement concaves vers le haut, dites failles “listriques”, délimitent des blocs de croûte d’une largeur moyenne de 15 km, qui basculent les uns par rapport aux autres suite à l’étirement de la zone : on parle de « blocs basculés ». 

Ces blocs de croûte fracturée sont recouverts de sédiments : 

• Certains, les plus anciens, sont basculés avec les blocs qu’ils surmontent et ont une structure caractéristique en éventail

• Les plus récents, recouvrent l’ensemble et ne sont ni basculés ni affectés par les failles.

Étapes de la mise en place des sédiments en éventail

©RS.2017

Ainsi l’âge des sédiments en éventail nous permet de connaître l’âge de l’ouverture océanique. Ces blocs basculés ont donné naissance à une série de bassins sédimentaires repérables dans la région de Bourg Oisans à proximité de Grenoble : les sédiments marins du Jurassique inférieur sont très irréguliers.

Par endroits l’épaisseur des strates peut atteindre plusieurs centaines de mètres (elles sont souvent alors formées de couches épaisses de marnes à ammonites)

Quelques km plus loin l’épaisseur de ces mêmes strates ne sont plus que de quelques dizaines de mètres (elles sont alors riches en matériaux détritiques)

III/  Les traces d’une subduction

Les gabbros roches subissent avec le temps des transformations métamorphiques : ils deviennent des métagabbros.

Les premiers métagabbros du plancher océanique vieillissant sont des métagabbros du faciès des "schistes verts" qui renferment des chlorites et de l'actinote (minéraux verts témoignant d’une importante hydratation).

 Lors du plongement de la lithosphère océanique, les métagabbros "schistes verts" sont transformés en métagabbros "schistes bleus" dont les reflets bleutés sont dus à la présence d’une amphibole bleue : le glaucophane. Les métagabbros "schistes bleus" entraînés davantage en profondeur sont transformés en éclogite : des grenats y apparaissent associés à un pyroxène vert, la jadéite. Le glaucophane, le grenat et la jadéite ne peuvent se former que dans des conditions de température et de pression qui caractérisent les zones de subduction. Ils témoignent en outre d’une déshydratation intense subie par les métagabbros lors de l'enfoncement.

Les

Les métagabbros sont fréquents dans la zone interne des Alpes ( massif du Queyras).  Leur répartition géographique révèle une zonation très nette du métamorphisme dans les Alpes. D’ouest en est, l’intensité du métamorphisme est croissant :  on a un passage progressif de roches du type "schiste vert" à des "schistes bleus", puis à des "éclogites". C’est donc dans ce sens que s’est effectuée la subduction qui a provoqué la disparition de l’océan alpin. La plaque alpine a plongé sous une plaque orientale, la plaque adriatique.

IV/ Les traces de la collision

Le terme ultime de la subduction est la collision des deux masses continentales qui bordaient l’océan disparu. Au début de la collision, les matériaux continentaux ne peuvent être entraînés dans la subduction car leur densité est plus faible que celle du manteau asthénosphérique dans laquelle la plaque plongeante s’enfonce. 

La lithosphère continentale est alors contrainte de s’adapter à la compression tectonique:

• En profondeur, où la température est importante, les roches se déforment de manière plastique et forment des plis

• Dans les zones superficielles, plus froides, les roches ont un comportement cassant et se fracturent en faille inverses.

La convergence se poursuivant, des nappes de charriage formées par des chevauchements de terrains plus anciens sur des terrains plus jeunes, s’empilent sur de grandes épaisseurs. Il y a un raccourcissement et un épaississement de la lithosphère continentale (avec indices tectoniques de types plis, failles inverses, chevauchements). 

L’autre conséquence de cette collision est la remontée de certains matériaux vers la surface et en altitude (métagabbros, ophiolites...). Sous la chaîne de montagne la profondeur du MOHO peut atteindre plus de 50 km. (C’est la racine crustale). 

Les données récentes de la tomographie sismique, en particulier sous l’Himalaya, montrent que, malgré sa faible densité, et contrairement à ce que pensaient les géologues jusqu’à une époque récente, la croûte continentale peut s’enfoncer profondément dans le manteau. Sous l’Himalaya, la plaque continentale indienne s’enfonce à la verticale sur près de 1000 Km de profondeur : c’est ce que l’on appelle la subduction continentale.

Lorsque toute la lithosphère océanique a été subduite (= domaine océanique disparu), une partie de la lithosphère continentale constituant la marge passive peut elle aussi disparaître par subduction, entraînée, tractée par la lithosphère océanique plongeante (comme en témoignent les découvertes sur le terrain de morceaux de lithosphère continentale métamorphisés, exemple Massif Dora Maira dans les Alpes avec du quartz métamorphisé appelé “coésite”).

En revanche, la partie supérieure de la croûte continentale peut échapper à la subduction créant des écailles, appelées « nappes » qui s’empilent dans la zone de contact entre les 2 plaques. 

IV L’histoire des Alpes 

À -245 Ma, tous les continents sont réunis en un seul, la Pangée. (À noter le dépôt de sédiment antérifts datant du Trias).

À -180 Ma, au Jurassique, la remontée de l’asthénosphère cause un début d’extension : apparaissent alors des failles normales et des blocs basculés, il y a naissance de l’océan alpin dans lequel se dépose des sédiments syn-rifts du Jurassique moyen ( déposés pendant la mise ne place du rift) .

À -140 Ma, l’océanisation est complète car il apparaît de la croûte océanique. Se déposent alors les sédiments post-rifts datant du Jurassique supérieur et du Crétacé.

À -80 Ma, l’Afrique, repoussée vers l’Europe de par la naissance de l’océan Atlantique, cause la compression. Ceci est à l’origine de la subduction de la croûte océanique sous la plaque africaine. 

Depuis -30 Ma, la subduction a fait place à une collision.

De cette collision il y a différents marqueurs : 

? Le relief et la racine crustale 

? Des plis, des failles et des nappes de charriage

Il subsiste tout de même des marqueurs océaniques : 

? Différentes ophiolites 

? Des blocs basculés 

? Des sédiments de type marin 

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

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

Les Alpes, Etude de Cas # 7- SVT Terminales S - Mathrix