Les Alpes occidentales

Les Alpes occidentales

Compte rendu de la confrence de Monsieur Pascal. Le Croart

lors du sminaire des formateurs SVT au Teich le 16 janvier 2002

Les zones de collision comme les Alpes occidentales sont des zones actives. L'Afrique se rapproche de l'Europe: la convergence de ces deux plaques continentales, la vitesse moyenne de 1 cm/an (cf. modle globaux de vitesse des plaques, programme de Premire S), provoque la formation d'une chane de montagne.(Tout au long de l'expos, l'Apulie sera assimile l'Afrique)

I. Les Alpes, une chane de montagne activeA. Des dplacements et des dformations actuelles dans les Alpes externes

1. Rappel sur la zonographie des Alpes Occidentales

Le schma structural simplifi des Alpes franco-italiennes permet de distinguer (Doc. 1):

Les Alpes externes constitues (1) des Chanes Subalpines comportant des roches sdimentaires du Msozoque et du Cnozoque (Massifs des Bauges, des Bornes, de la Chartreuse et du Vercors par exemple) et (2) des Massifs Cristallins Externes comportant des roches du Palozoque (Massifs du Mont-Blanc, des Aiguilles Rouges, de Belledone et du Pelvoux par exemple). Lensemble de ces roches n'a pas t affect par le mtamorphisme alpin.

Un grand chevauchement, le front pennique, qui spare Alpes externes et internes

Les Alpes internes affectes par le mtamorphisme alpin avec la zone brianonnaise (roches du Carbonifre et du Trias essentiellement) et plus l'est, la zone pimontaise (schistes lustrs et ophiolites).

2- La mesure des dplacements actuels (Lemoine, et al., 2000)Un rseau de nivellement donne laltitude relative de points cots un instant donn. La comparaison de deux rseaux de nivellement mesurs plusieurs annes dintervalle permet d'tablir les dplacements verticaux actuels dans les Alpes.

Le document prsent (DOC. 2) montre le dplacement vertical dans le nord des Alpes et le sud du Jura calcul par comparaison des rseaux de nivellement N.G.F. de 1907 et I.G.N de 1979. Des zones particulires comme le Jura externe, le Jura interne et les Massif cristallins externes (Belledonne) sont le sige d'une surrection verticale importante pouvant aller jusqu 2 mm / an tmoignant par l mme de lorogense alpine (par dfinition, orogense = formation de relief). Ce sont les mouvements horizontaux des plaques qui expliquent ces mouvements verticaux par lintermdiaire du fonctionnement des principaux chevauchements. Ainsi en tenant compte des mouvements verticaux mesurs et de la position des principaux chevauchements dans ces rgions, le Jura interne prsente un taux de raccourcissement de 4 5 mm / an; dans le massif des Bornes le raccourcissement atteint 6 mm / an. Ces valeurs sont du mme ordre de grandeur que celles des modles globaux (1 cm/an, cf. introduction et programme de Premire S). Ce raccourcissement accommod par des chevauchements entrane un paississement crustal par superposition de portions de crote continentale.

B. La sismicit actuelle dans les Alpes

La sismicit actuelle est tudie grce au rseau SISMALP et IGG (DOC. 3) et (DOC. 4). La carte des foyers des sismes entre 1989 et 1997 montre une sismicit importante dans les Alpes internes au niveau des arcs brianonnais et pimontais. La sismicit des zones externes est concentre lavant des Massifs Cristallins Externes. A lchelle de la chane, la sismicit reste faible par rapport dautres rgion affectes par lorogense alpine comme la Turquie. La localisation du ple eulrien de la convergence Apulie-Europe se situe au niveau du dtroit de Gibraltar ce qui implique que le dplacement et donc la sismicit est dautant plus importante que lon sloigne de ce ple (Jolivet et Nataf, 1998). Le document 4 montre que les sismes de la zone externe sont associs au fonctionnement de failles inverses et de dcrochements ce qui est logiquement attendu dans une zone de collision. Par contre, les arc sismiques brianonnais et pimontais correspondent des mcanismes au foyer de failles normales donc extensif. Comment expliquer la prsence de failles normales dans les zones internes? Les zones internes semblent correspondre une rgion de dmantlement de la chane larrire de lactuel front de collision qui se situe dans le Jura et dans les Alpes externes (cf. DOC. 2).

Le document 5 des anomalies de Bouguer (Doc. 5) montre l'existence d'une anomalie positive dans la zone interne ce qui tmoigne d'un amincissement de la crote. Le manteau prsente une forte densit (3,10 kg/m3) par rapport celle de la crote continentale (2,60 kg/m3). Lamincissement crustal entrane corrlativement la remonte du manteau et produit donc un excs de masse mesur sur lanomalie de Bouguer. On trouve mme du manteau l'affleurement dans cette zone (zone dIvre en Italie). Le document 6 confirme cette structure partir de la mesure sismique de la profondeur du Moho. Cette limite stablit 60 km de profondeur dans la zone externe alors qu'elle n'est qu' 5 km dans la zone interne. 60 km de crote continentale correspond au double de lpaisseur dune crote continentale normale. Le fonctionnement de chevauchement comme ceux observs dans le DOC 2 rend parfaitement compte de la prsence de cet paississement crustal lchelle de la chane.

En conclusion, on peut dire que la chane des Alpes occidentales continue se construire vers le domaine externe: le rapprochement entre l'Apulie et l'Europe se poursuit dans cette rgion et le front de la collision progresse vers l'ouest. Le raccourcissement seffectue grce au jeu de failles inverses chevauchantes permettant la superposition de portion de crote continentale: il y a paississement crustal.

Vers l'est, dans la zone interne, l'orogense est termine, la crote continentale a tendance staler et remonter; la chane se dmantle dans un contexte dune extension syn-orognique: la chane des Alpes est, cet endroit, en destruction tectonique.

On va rechercher maintenant les indices de la formation des Alpes dans les roches prsentes l'affleurement.

II. Prsence d'une palo marge passive dans les Alpes occidentalesA. Mise en vidence de la prsence de blocs basculs dans les Alpes externes

A partir de la carte gologique de La Mure au 1/50000 (zone dauphinoise).

1- Analyse des roches en prsence

Micaschistes hercyniens du massif du Taillefer lOuest et granite hercynien du massif du Rochail lEst

En discordance angulaire sur ces terrains des sries sdimentaires du Trias au Lias:

Grs, vaporites, marnes et dolomies du trias ainsi que des spillites (roches volcaniques alcalines)

Calcaires et marnes liasiques Ammonites et rostres de Blemnites

2- Analyse des relations entre les diffrents ensembles

- Rappel: Programme de Premire S: Analyse du profil sismique rflexion au large de la marge ibrique (DOC. 8 en haut): notion de bloc bascul, faille normale, demi-graben, sdiments syn-rift en discordance angulaire sur les roches sdimentaires ant-rift.

- Sur lextrait de la carte de la Mure:

( Prsence lOuest de la faille dOrnon prs du massif du Taillefer: ancienne faille normale conserve presque entirement. Elle spare nettement les roches primaires des roches sdimentaires Jurassique.

( Prsence de brches et dolistolithes en contrebas de la faille dOrnon (dfinition: olistolithe: littralement pierres glisses, lments rocheux accumuls au fond du bassin en contre-bas de failles actives et provenant du dmantlement de ses bordures. Les olistolithes de lOisans se dposent en mme temps que souvrent les blocs basculs. On parle de dpts syntectoniques. Leur prsence permet de dater lextension).

( Prsence dune discordance angulaire du Trias sur le Massif du Rochail lEst.

( Variation de lpaisseur des terrains sdimentaires msozoque depuis le Rochail lEst jusque la faille dOrnon lOuest. Le bassin sdimentaire constitu des terrains du Msozoque prsente une structure dissymtrique typique dun demi-graben. Les roches sdimentaires du Trias au Jurassique ont valeur de roches sdimentaires syn-rift.

( Prsence de spillites: roches volcaniques alcalines dates du Trias suprieur de type basalte. Volcanisme alcalin typique de celui que lon rencontre dans les rifts continentaux.

Lensemble de ces observations permettent de construire une coupe schmatique dun bloc bascul ayant appartenu la marge europenne de locan alpin (cf. schma ci-dessous). Une coupe plus dtaille se trouve reprsente sur la carte gologique de La Mure.

B. Les blocs basculs de la marge europenne de locan alpin

- Lanalyse lchelle de la chane des Alpes occidentales seffectue partir du DOC. 7 (Lemoine, et al., 2000): la zone dauphinoise dans la rgion de lOisans offre des conditions exceptionnelles daffleurement permettant de reconstituer la palogographie de la marge europenne de locan alpin avec ses blocs basculs dchelle varie: de 100m de large plus de 250 km.

C. Datation du rifting alpin

Voir document sur le rifting alpin (DOC. 8 en bas).

dbut du rifting ds le Trias suprieur (220-225 Ma): subsidence importante, palofailles actives, spillites.

rifting franc ds le dbut du lias: sdimentation de mer relativement profonde (Ammonites et Blemnites)

rifting saccad

sdimentation syn-rift du Trias sup. au Dogger (225-165 Ma)

III. Les traces de l'ocan alpin

A. Rappel: modle classique de crote ocanique (programme de Premire S)

Modle construit notamment partir de ltude de lophiolite dOMAN (Juteau et Maury, 1997, Nicolas, 1990).

- L'ophiolite d'Oman est de type HOT (Harzburgite Ophiolite Type): Elle se caractrise par une crote comportant, de bas en haut, une couche de gabbros paisse de 3 km, un complexe filonien clairement identif (1,5 km dpaisseur) et au sommet une couche de basaltes en coussin (1 km) recouverte de radiolarites. On trouve sous la base de la crote ocanique la harzburgite mantellique (do le nom de ce type dophiolite).

Sous la dorsale ocanique, le clinopyroxne du manteau constitue la phase minrale qui entre en fusion. Daprs la classification des roches ultrabasiques (Caron, et al., 1989), une harzburgite est une pridotite comportant de lolivine et de lorthopyroxne mais pas de clinopyroxne. Labsence de clinopyroxne signifie que celui-ci a entirement fondu pour donner le magma tholtique. Le manteau a donc subi une fusion importante produisant un volume de liquide magmatique important qui aprs solidification, donne une crote paisse comportant tous les termes du modle ophiolitique classique (Nicolas, 1990). Dans ce modle, laccrtion est trs active en relation avec une vitesse d'expansion rapide.B. Etude d'un tmoin du plancher ocanique de l'ocan alpin

- Matriel pdagogique:

- Carte gologique de Brianon au 1/50000 (B.R.G.M.).

- Vido "Chenaillet 2, le retour: modles et ralits gologiques", Centre Brianonnais de Gologie Alpine, Brianon.

- Coupe gologique:

Elle peut tre faite en classe partir de la carte gologique de Brianon ou directement partir de lanalyse de la vido.

La coupe gologique part de la Cabane des Douaniers jusquau sommet du Chenaillet. On rencontre de bas en haut la serpentinite, les gabbros recoup par endroit de quelques filons de basaltes et enfin au sommet du Chenaillet se trouvent les basaltes en coussin. Il est important de noter sur la coupe les altitudes des limites de formation. En utilisant les indications de pendage de la carte, il est alors possible de calculer les valeurs des paisseurs de chaque formation: couche de gabbros (400 m), couche de basaltes en coussins (400 m minimum puisque le sommet de la couche a t rode) (DOC. 9). Lanalyse de la pridotite montre quil sagit dune lherzolite comportant encore des clinopyroxnes.

Par ailleurs, on remarque qu' une faible distance du Chenaillet, cot italien, les radiolarites sont directement au contact du manteau.

La coupe ainsi construite ne correspond pas au modle ophiolitique de type HOT.

C. Caractristiques de l'ocan alpin

- L'ophiolite du Chenaillet montre de relles diffrences avec le modle classique dvelopp en dbut de chapitre: des gabbros de faible paisseur voire absent, pas de complexe filonien, peu de basalte en coussin et un manteau serpentinis de composition lherzolitique et non harzburgitique (lherzolite = olivine + clinopyroxne + orthopyroxne). Cette ophiolite appartient au type LOT (lherzolite ophiolite type) associ un faible taux de fusion des pridotites et une vitesse d'expansion modeste (la fusion na pas permis la disparition totale du clinopyroxne, la faible quantit de liquide magmatique produite donne aprs refroidissement une crote peu paisse et incomplte).

Les donnes de terrain traduisent la prsence d'une dorsale fonctionnement lent pendant louverture de locan alpin.

L'ocan alpin rsulte du fonctionnement d'une dorsale lente comme on peut en trouver dans plusieurs zones de la dorsale atlantique. (DOC. 9 en bas).

D. ge de l'accrtion ocanique

Les radiolarites les plus anciennes dposes sur la crote ocanique sont dates du Jurassique (-170 Ma) par datation palontologique partir des radiolaires. L'accrtion se serait termine au Crtac suprieur ce qui correspond une centaine de millions d'annes d'accrtion ocanique.

E. Sdimentation post-rift sur la marge europenne

Pendant laccrtion ocanique, se dpose sur la marge europenne, des sdiments de type marnes et calcaires plus ou moins plagiques en fonction de la profondeur de locan. Le domaine dauphinois prsente une sdimentation moins profonde que le domaine pimontais avec des sdiments qui aprs mtamorphisme donneront les schistes lustrs. La zone brianonnaise prsente une exception cette rgle de lapprofondissement croissant vers lEst puisque lanalyse de sa sdimentation fait tat dune faible tranche deau (colonne stratigraphique condense). Le brianonnais constituait donc au Jurassique et au Crtac un haut-fond (DOC. 10).

Parmi ces facis sdimentaires, isolons trois ensembles remarquables pour leur importance lors de la formation des Alpes:

Au Tithonien (dernier tage du Jurassique autrefois appel le Portlandien), se forme un calcaire plagique trs compact qui actuellement dans le paysage constitue une barre calcaire prominente: barre calcaire tithonique.

Au Crtac moyen, se dveloppe une sdimentation rcifal formant un calcaire compacte: le calcaire Urgonien. Cette barre est galement spectaculaire dans lanalyse des paysage des Chanes Subalpines Septentrionales (Vercors, Chartreuse par exemple).

Les flyschs Helminthodes du Crtac suprieur constituent une succession de dpts de turbidites et attestent du dbut de fermeture du bassin par subduction (dpts de type prisme daccrtion).

Le DOC. 11 prsente un modle conceptuel retraant lvolution de la rgion alpine depuis le Trias jusquau Jurassique.

IV. La disparition de l'ocan alpinA. Par subduction ocanique

1. Les marqueurs de la subduction

La carte gologique de Gap au 1/250000 permet l'tude du mtamorphisme de la rgion (un travail quivalent peut tre ralis partir de la nouvelle dition de la carte de France au 1/106, B.R.G.M., 1996). En effet, contrairement au Chenaillet, les gabbros du Queyras et du Mont Viso sont trs mtamorphises (DOC. 12), (ainsi que 13 et 14).

Mtagabbros du Queyras: autour des pyroxnes se trouve une aurole de glaucophane, amphibole caractristique du facis "schistes bleus". Dans ces gabbros, lawsonite et jadite sont aussi prsentes. Cette paragense permet de retrouver les conditions de pression et temprature partir du diagramme prsentant les domaines de stabilit de ces minraux (diagramme P,T; DOC. 13): 300C pour une pression de l'ordre d'un Gpa (environ 35 km de profondeur). Ces conditions correspondent un gradient mtamorphique de type franciscain BT et HP: le gabbro a t rapidement amen en profondeur sans augmentation importante de temprature. C'est un contexte de subduction.

Au mont Viso, plus l'Est, on trouve un mtagabbro omphacite, grenat, zosite, jadite et glaucophane: le diagramme P,T correspondant (DOC. 14) permet de caractriser cette paragense dans le facis clogite (1,5 Gpa ou 50 km et 450C) donc un enfouissement plus important de ces gabbros.

Le mtamorphisme croissant d'ouest en est indique la polarit de la subduction (DOC. 15).

La dcouverte de cosite (Massif Cristallin Interne de Dora-Maira), varit polymorphe du quartz, semble signer la prsence de crote continentale plus de 100 km de profondeur.

Ceci s'expliquerait par une subduction de la crote continentale qui, trs mince cet endroit (bordure de marge), aurait suivi la plaque ocanique plongeante.

La remonte trs rapide subie par ces roches traduirait un phnomne d'expansion.

La prsence d'un magmatisme calco-alcalin de faible extension et dat de - 30 - 40 Ma, est un marqueur d'une subduction faible pente: on pense que l'ocan alpin n'tait pas trs large, environ un millier de kilomtres.

2. Age de la subduction

La datation des minraux du mtamorphisme correspond l'apparition des sdiments de type flysch: la subduction aurait commenc vers - 85-80 Ma. Elle perdure jusqu locne.

B. Par obduction

Au Chenaillet, la crote ocanique n'a pas subi de mtamorphisme ce qui s'explique par le phnomne d'obduction qui reste dans le cas des Alpes Occidentale marginal par rapport la subduction.

V. La collision et la formation des Alpes

Les coupes du DOC. 16 montrent les dformations lies la collision: plis anticlinaux et synclinaux, failles, chevauchements. Ces dformations compressives attestent d'un raccourcissement entre l'Europe et l'Apulie.

Les reliefs sont souligns dans les chanes subalpines septentrionales, au niveau des synclinaux perchs par les calcaires durs des barres tithoniques et urgoniennes.

L'utilisation d'un lacet permet d'valuer le raccourcissement.

Il est ainsi possible de reconstituer les grandes tapes aboutissant la formation des Alpes depuis le Trias jusqu' nos jours.

VI. Synthse

Reconstitution des diffrentes tapes de la formation de la chane alpine (DOC. 17)

Compte rendu rdig par Madame Crestey

Madame Grsiller

et Monsieur Montferrand

Liste des documents:

DOC 1: Schma structural simplifi des Alpes franco-italiennes (Debelmas, 1974).

DOC. 2: La surrection actuelle dans les Alpes externes (Lemoine, et al., 2000).

DOC. 3: Des rseaux sismiques lcoute des tremblements de Terre (Sue et al., J.G.R., 1999).

DOC. 4: La sismicit actuelle des Alpes occidentales (Sue et al., J.G.R., 1999).

DOC. 5: En haut: Carte des anomalies de Bouguer mesures dans les Alpes occidentales. En bas, Profil observ et calcul le long du trac du profil ECORS (localisation sur la carte du haut, trac flch). Le calcul seffectue sur la base dune rpartition de densit propose sur la coupe e dessous (Dercourt, 1997).

DOC. 6: La limite manteau crote (Moho) dans la partie orientale de la France (Autran et Dercourt, 1980).

DOC. 7: La palomarge passive europenne dans les Alpes (Lemoine, et al., 2000).

DOC. 8: en haut: un demi-graben actuel au large de lIbrie (Boillot et Coulon, 1998). En bas: la caractrisation du rifting alpin partir de lanalyse des formations gologiques sur le terrain (Lemoine, et al., 2000).

DOC. 9: Les traces de locan alpin (Lemoine, et al., 2000).

DOC. 10: Sries stratigraphiques compares des diffrentes zones des Alpes Occidentales (Debelmas, 1974).

DOC. 11: modle conceptuel retraant lvolution de la rgion alpine depuis le Trias jusquau Jurassique (Boillot, 1984).

DOC. 12: Carte de localisation des affleurements permettant dtudier le mtamorphisme alpin de haute pression et basse temprature (Centre Brianonnais de Gologie Alpine, Brianon).

DOC. 13: Diagramme P,T permettant de replacer la paragense des chantillons du Queyras (Centre Brianonnais de Gologie Alpine, Brianon).

DOC. 14: Diagramme P,T permettant de replacer la paragense des chantillons du Mont-Viso (Centre Brianonnais de Gologie Alpine, Brianon).

DOC. 15(non fourni) : Bilan des chemins P,T subis par les roches des Alpes occidentales (Lemoine, et al., 2000).

DOC. 16: Exemples de coupes gologiques dans les chanes subalpines illustrant les dformations compressives contemporaines de la collision (Debelmas, 1974).

DOC. 17 : Reconstitution des diffrentes tapes de formation des Alpes Occidentales (Mattauer, 1989).

Bibliographie:

Autran, R. et J. Dercourt, Gologie de la France, colloque C7, 256 p., Mmoire B.R.G.M., 1980.

Boillot, G., Les marges continentales actuelles et fossiles autour de la France, 342 p., Masson, 1984.

Boillot, G. et C. Coulon, La dchirure continentale et l'ouverture ocanique, Gordon and Breach Sc. Pub., 1998.

Caron, J. M., A. Gauthier, A. Schaaf, et al., Comprendre et enseigner la gologie, Ophrys, 1989.

Debelmas, J., Gologie de la France, 554 p., Doin, 1974.

Debelmas, J. et G. Mascle, Les grandes structures gologiques, 300 p., Masson, 1991.

Dercourt, J., Gologie et godynamique de la France, 320 p., Dunod, 1997.

Jolivet, L. et H. Nataf, Godynamique, 462 p., Dunod, 1998.

Juteau, T. et R. Maury, Gologie de la crote ocanique, 350 p., Masson, 1997.

Lemoine, M., P.-C. de Graciansky et P. Tricart, De l'ocan la chane de montagnes: tectonique des plaques dans les Alpes, 208, Gordon and Breach Science Publishers, 2000.

Mattauer, M., Monts et merveilles, 267 p., Hermann, 1989.

Nicolas, A., Les montagnes sous la mer, 188 p., B.R.G.M, 1990.

W E

Par endroit, une zone

qui est reste exonde (=le)

Sdiments

msozoques

syn-rift ( la base le Trias et

au sommet le Jurassique)

Massif hercynien du Rochail

Faille d'Ornon, ancienne

faille normale bien conserve

Exemple de bloc bascul dans les Alpes externes