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Les chaînes de montagnes
Le document traite de la formation, structure et évolution des chaînes de montagnes, en se concentrant sur les Alpes comme exemple. Il aborde les processus géologiques tels que l'orogenèse, l'isostasie et les différences entre chaînes de collision et chaînes de subduction. Un aperçu historique des Alpes est également fourni, en mettant l'accent sur les phases de rifting et de subduction.
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- 20. 3) L’exemple desAlpes a) Structure Unités morphologiques Bassin Molassique Suisse Massifs Schistes Cristallins lustrés Externes Jura Chaînons subalpins Massifs Cristallins Internes Plaque Afrique
- 21. 3) L’exemple desAlpes a) Structure Unités morphologiques Structure actuelle Couverture sédimentaire Jura Molasse Massifs subalpin s Croûte Moho Front Massifs pennique cristallins externes Massifs cristallins internes > Croûte < Marge européenne Marge africaine Le profil sismique ECORS des Alpes occcidentales Université de Lausanne
- 22. 3) L’exemple desAlpes a) Structure Unités morphologiques Le Front pennique Zones externes Zones internes Massifs cristallins Chaînons externes ( Dauphinois) subalpins Schistes Massifs lustrés ophiolites cristalli ns internes http://christian.nicolle t.free.fr/page /Alpes/geodynamique/ alpes.html AustroAlpin Marge apulienne (africaine)
- 23. 3) L’exemple desAlpes a) Structure Unités morphologiques
- 24. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Au Trias (245 Ma)… un supercontinent… 245 Pangée Extension Temps en Ma
- 25. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Trias – Jurassique moyen Rift Les blocs basculés Massifs cristallin s externes 245 Pangée 220 160 Rifting Extension Temps en Ma
- 26. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Jurassique moyen – Crétacé Marge passive avec de vastes plates-formes (Jura, massifs subalpins) Stade Océan Téthys Ligure Marge passive Chaînons subalpins 245 Pangée Dauphinois 220 Briançonnais 160 Rifting Océan AustroAlpin 100 Téthys Ligure Extension Temps en Ma
- 27. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes 245 Pangée 220 160 Rifting Stade Océan Téthys Ligure 100 Téthys Ligure Extension Temps en Ma
- 28. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Des traces de cet océan ? Les ophiolites = Témoins d’un ancien océan 245 Pangée 220 160 Rifting Le Chenaillet 100 Téthys Ligure Extension Temps en Ma
- 29. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Basaltes en coussin Des traces de cet océan ? Le Chenaillet Sédiments Pillows Dykes Gabbros Péridotites
- 30. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Subduction Crétacé supérieur – Néogène www-sst.unil.ch 245 Pangée 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension 35 Subduction Convergence Temps en Ma
- 31. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Prisme sédimentaire : les Schistes lustrés Des traces cette subduction ? Crétacé supérieur – Néogène Les schistes lustrés 70-60 Ma Prisme d’accrétion Schistes lustrés 245 Pangée 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension 35 Subduction Convergence Temps en Ma
- 32. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes 28 26 120 24 Des traces cette subduction ?22 20 80 14 12 10 8 6 ain Ma) 16 Dom Les schistes lustrés (70-60 Pression kbar 18 in Ce 4 t Racine Des Andes 50 e ur so g ro é niq ue s 0 200 400 Moho 40 continental 30 20 c re-ar ’arriè stal d ines cru Doma ssement i c Amin 2 60 Profondeur km Apulie en ’ex ista nt p Zo as ne sur sd T er es re ub du cti on Europe 100 600 800 Moho océanique 1000 10 1200 Température °C 245 Pangée 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension 35 Subduction Convergence Temps en Ma
- 33. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Des traces cette subduction ? Oui, un océan à haute Pression Les ophiolites éclogitisées du Mont VISO (70-60 Ma) GABBROS BASALTES SERPENTINITES 245 Pangée 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension 35 Subduction Convergence Temps en Ma
- 34. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes 28 24 Des traces cette subduction ? 100 20 80 16 14 12 10 6 ain 8 Dom Pression kbar 18 in Ce 4 245 Pangée 0 200 400 60 50 e ur so g ro é niq ue s Moho 40 continental 30 20 c re-ar ’arriè stal d ines cru Doma ssement i c Amin 2 Ophiolites éclogitisée s t Racine Des Andes Profondeur km Apulie Les schistes lustrés 120 22 en ’ex ista nt p Zo as ne sur sd T er es re ub du cti on Europe 26 kbar 650°C 26 600 800 Moho océanique 1000 10 1200 Température °C 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension 35 Subduction Convergence Temps en Ma
- 35. 28 kbar 750°C en ’ex ista Zon nt p es as de sur sub Ter duc re tio n 28 26 Subduction continentale 20 18 16 14 12 8 6 ain 10 Dom Dora Mari a Pression kbar 24 22 4 2 0 Ce in r so re tu 120 100 Rac ine Des Andes 80 Profondeur km 3) L’exemple des Alpes b) Histoire des Alpes 60 50 M oho c ontinenta l og é u niq es 40 30 20 Moho -arc r i è r e a locéanique d’ar 10 ines crust Do ma sse ment i c Ami n 200 400 600 800 10001200 Température °C Prisme de collision ~ 45 Ma 245 Pangée 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension 35 Subduction Convergence Temps en Ma
- 36. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Front actif Déformation des couvertures sédimentaires Formation du Jura Jura Bornes Bauges Chartreuse Vercors Pli-faille à S t-Rambert e n Bugey (Ain)
- 37. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Collision 245 Pangée 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension 35 Subduction Collision Temps en Ma Convergence
- 38. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Bilan Début collisio n 40-20 Ma 25-0 Ma Molasse s 245 Pangée Subductio n océanique Massifs 70-60 Ma cristalli (~35 Ma) Chaînon Schistes Mont ns s Briançonna lustrés Viso (~25 externes Ma) subalpin is s 220 160 Rifting 100 Téthys Ligure Extension Subductio n continenta 45 Male Dora Maria 35 Subduction Collision Temps en Ma Convergence
- 39. 3) L’exemple desAlpes b) Histoire des Alpes Cinématique et tectonique actuelles Alpes, données GPS Raccourcissement ~ 1cm/an Soulèvement de l’ordre du mm/an Origine du soulèvement : - réajustement isostatique - convergence Calais et al, 2002
- 40. Ce qu’il fautretenir… • Nature et structure d ’un orogène • Les origines possibles des reliefs et leur localisation à l’échelle globale • Les contraintes et déformations en régime compressif • Le principe d’isostasie • Les différentes chaînes de montagnes • La notion de racine crustale • La structure (principales unités) des Alpes
Notes de l'éditeur
- #6 Les failles inverses, les chevauchements, les nappes de charriage : déformation cassante.
- #8 Les failles inverses, les chevauchements, les nappes de charriage : déformation cassante.
- #9 Les plis, la déformation ductile
- #24 Objectif de la diapo : Description des différentes unités alpines (nature, structure) dans les Alpes Occidentales La chaîne des Alpes Occidentales est constituée d’un ensemble d’unités structurales charriées les unes sur les autres de l’est vers l’ouest.
- #25 Au début de l’Ere secondaire, la chaîne hercynienne est totalement aplanie et les reliefs sont très modestes. Au Trias, la sédimentation est essentiellement détritique, parfois évaporitique avec quelques depot marins épicontinentaux (Trias Germanique).
- #26 On observe le Trias Alpin formé de massives barres de calcaires et dolomies de plateforme : c&apos;est le début du rifting continental, prélude du futur océan alpin (ou ligure) et de la dislocation de la Pangée. Des indices de cette phase d’extension avec la présence de bloc basculés… cf. panorama de la Mure au dessus de Bourg d&apos;Oisans. Les blocs faillés liasiques ont été très déformés par le plissement alpin sur les bordures immédiates du rift, futures zones internes, mais ils se retrouvent aussi dans l&apos;actuelle zone externe, notamment dans les massifs cristallins externes (fig.3) où, moins déformés, ils permettent de bien visualiser le phénomène à ses débuts, et de connaître l&apos;orientation de l&apos;ancien rift, soit SW-NE (direction parfois dite « cévenole »).
- #27 Objectif de la diapo : Génère de vastes PF carbonatées (cf ? Jura, Massifs subalpins…) Entre 165 et 120 Ma (?), s&apos;ouvre l&apos;océan ligure qui n&apos;a sans doute pas été très large (800-1000 km ?) entre l&apos;Europe et l&apos;Apulie (Italie), promontoire plus ou moins solidaire de l&apos;Afrique. La géométrie des marges continentales, tant européenne qu&apos;apulienne était complexe. Celles-ci mesuraient plusieurs centaines de km de large. Sur la transversale Grenoble-Briançon, un haut fond : le domaine Briançonnais, en bordure de l&apos;océan (domaine piémontais) est séparé de la plateforme continentale européenne (les actuels chaînons sub alpins) par un large domaine continental subsident : le domaine dauphinois, découpé en blocs basculés.
- #29 Ouin au Chenaillet, au Sud de Montgenèvre dans le massif du Queyras dans les Hautes-Alpes près de la frontière italienne. Présence d’ophiolites qui sont sont un ensemble de roches appartenant à une portion de lithosphère océanique, charriée sur un continent lors d&apos;un phénomène de convergence de deux plaques lithosphériques (par obduction).
- #30 On peut y observer la superposition de Serpentinites, Gabbros (recoupés de rares Filons), directement surmontés par les Laves en coussins (pillows lavas). Au col du Chenaillet, les Pillows reposent directement sur le manteau serpentinisée. La série ophiolitique du Chenaillet, comme toutes les ophiolites alpines, est incomplete (comparaison avec la colonnes “complète”). Le plus souvent, les ophiolites alpines sont seulement des péridotites serpentinisées qui n&apos;ont exsudé que très peu de gabbros (sous forme de filons ou de poches locales) et encore moins de basaltes. Tout ceci est caractéristique d&apos;une ophiolite de type LOT (Lherzolite Ophiolite Type), générée au niveau d&apos;une ride à expansion lente (0,5 à 1, parfois 2 cm/an) fréquentes dans l&apos;Atlantique. Dans les dorsales rapides, de type Pacifique, on a 2 à 3 km de basaltes sur 4 à 5 de gabbros, avec une vitesse d&apos;expansion de 10 à 15 cm/an. Au dessus des ophiolites alpines, viennent des sédiments typiquement océaniques, comme des radiolarites. Les plus anciens de ces sédiments, des radiolarites précisément, ont donné des radiolaires de la limite Jurassique moyen-Jurassique supérieur (-150 Ma).
- #31 L&apos;expansion océanique se poursuit jusqu&apos;à la fin du Crétacé inférieur (-100 Ma). L&apos;expansion aura donc duré 50 Ma environ. Avec un taux de 0,5 à 2 cm/an, on obtient un espace océanique de 250 à 1000 km de large. Ce n&apos;est pas un océan mais un golfe océanique, du type du golfe d&apos;Aden, c&apos;est-à-dire une fissure crustale élargie. Entre 110 et 45 Ma, l’ouverture de l&apos;Atlantique sud déplace l&apos;Afrique vers le N. L&apos;espace océanique téthysien se se réduit, ce qui signifie que l&apos;océan liguro-piémontais va peu à peu se refermer par subduction.
- #32 Si subduction… Reste à le confirmer par les deux critères du phénomène, le métamorphisme de haute pression-basse température (HP/BT) des termes engloutis ! Les sédiments crétacés de cet océan, tout au moins ceux qui n&apos;ont pas été définitivement engloutis dans la subduction, ont été métamorphisés lors du plissement alpin et ont donné les célèbres Schistes lustrés (calcaires pélagiques, finement détritiques principalement du K &gt;).
- #33 Le rapprochement des deux marges a d&apos;abord provoqué, au Crétacé supérieur, la formation d&apos;un « prisme d&apos;accrétion océanique » constitué de sédiments océaniques. La croûte océanique est subduite : elle est métamorphisée dans les conditions des faciès Schistes Bleus et Eclogite. En avant de la fosse, des flyschs se déposent dans des Bassins Flexuraux. Ce sont, dans un premier temps (au Crétacé), les flyschs à Helminthoïdes, puis (à l&apos;Eocène) les flyschs des Aiguilles d&apos;Arves.
- #34 Métamorphisme HP/BT des produits subduits et, notamment, des ophiolites qui sont transformées en éclogites vers 40 à 80 km de profondeur. Cette condition a paru longtemps remplie car les éclogites alpines donn aient des âges crétacés supérieurs. Or, à partir de 1996, le développement des méthodes radiométriques montra que ces âges étaient erronés et que ces éclogites étaient toutes éocènes (entre 60 et 40 Ma, Eocène inférieur à moyen). Les éclogites réellement crétacées auraient définitivement disparues en profondeur.
- #36 Vers 45 Ma, après disparition de l&apos;océan, la marge continentale européenne amincie est entrainée à son tour dans la subduction. Des portions de lithosphère continentale peuvent être entrainées jusqu&apos;à de grandes profondeurs : c&apos;est ce dont témoigne la présence de coesite dans le Massif Cristallin de Dora Maria, en Italie. La coesite, ce polymorphe de très hautes pressions du quartz, indique que la croûte continentale de Dora Maria a été enfouie à plus de 90 km de profondeur. La collision proprement dite débute aux alentours de 35 Ma. Les nappes ophiolitiques, métamorphisées (Queyras, Viso) ou non (Chenaillet) à l&apos;alpin viennent reposer sur le Domaine Briançonnais de la marge européenne. Dans les Alpes Centrales et Orientales, les nappes austro-alpines, morceaux de croûte continentale ligure, viennent, à leur tour, surmonter les nappes ophiolitiques piémontaises.
- #37 Vers 45 Ma, après disparition de l&apos;océan, la marge continentale européenne amincie est entrainée à son tour dans la subduction. Des portions de lithosphère continentale peuvent être entrainées jusqu&apos;à de grandes profondeurs : c&apos;est ce dont témoigne la présence de coesite dans le Massif Cristallin de Dora Maria, en Italie. La coesite, ce polymorphe de très hautes pressions du quartz, indique que la croûte continentale de Dora Maria a été enfouie à plus de 90 km de profondeur. La collision proprement dite débute aux alentours de 35 Ma. Les nappes ophiolitiques, métamorphisées (Queyras, Viso) ou non (Chenaillet) à l&apos;alpin viennent reposer sur le Domaine Briançonnais de la marge européenne. Dans les Alpes Centrales et Orientales, les nappes austro-alpines, morceaux de croûte continentale ligure, viennent, à leur tour, surmonter les nappes ophiolitiques piémontaises.
- #39 Dans les zones internes, le prisme orogénique se met en place à l’Eocène et l’Oligocène (~35Ma; ou entre 55 et 23 Ma).
- #40 La convergence Afrique-Europe se poursuit à l’heure actuelle, suivant une direction NNW-SSE. L’orogenèse alpine se poursuit donc aussi avec un raccourcissement global, en gros N-S, de l’ordre du cm / an. Cette vitesse est comparable avec à la vitesse moyenne du raccourcissement alpin depuis l’Eocène, au total 300 à 400 km en ~50 Ma. Le soulèvement est entretenu par (i) un réajustement isostatique et (ii) la poursuite du raccourcissement-épaississement crustal, conséquence de la convergence Europe-Afrique.