Chapitre 2 : le contexte de la formation des chaînes de montagne

1. Les traces d'un ancien domaine océanique

p 168-169 et TP

1) Les témoins de l'ancienne lithosphère océanique

Des vestiges (restes) d'une lithosphère océanique qui n'a pas complètement disparu, au cours de la subduction de l'océan pendant la convergence des plaques, existent dans les Alpes.

Ce sont les massifs ophiolitiques (une ophiolite*) qui présentent à l'affleurement et en altitude des roches caractéristiques d'une lithosphère océanique. Au Chenaillet on observe la succession de bas en haut : péridotites serpentinisées -->gabbros --> basaltes.

Rq : Dans ce cas les structures en coussins des basaltes sont conservées.

Ces portions de lithosphère océanique ont été charriées sur la croûte continentale au cours de la collision et constituent une suture de l'océan entre deux lithosphères continentales.

2) Les témoins de l'ancienne marge passive

Les marges passives actuelles sont caractérisées par la présence de blocs basculés de socle, séparés par des failles normales, sur lesquels il y a une sédimentation caractéristique anté, syn et postrift. On trouve dans les Alpes des témoignages de l'existence passée de telles marges continentales passives, au niveau des roches du socle de la zone externe. P170-171

2. Les traces de la disparition de l'ancien océan et de l'empilement des nappes continentales

1) La disparition de matériaux océaniques et continentaux en profondeur - p 172-173 et TP10 B)

Les métagabbros récoltés dans les Alpes [sur la photographie du lien : bien observer les auréoles réactionnelles autour des pyroxènes (liseré de couleur et d’aspect différents qui entoure chaque pyroxène)) On peut trouver des métagabbros à Hornblende (liseré plus vert) et des métagabbros à glaucophane (liseré plus bleu). NB : Il existe aussi des métagabbros à chlorite et actinote qui sont des minéraux vert clair à l’oeil nu.] présentent des associations minérales caractéristiques, vestiges de leur passage à grande profondeur au sein d'une lithosphère océanique froide typique d'une zone de subduction. Ces associations nouvelles ont été acquises au cours de réactions métamorphiques qui se produisent à l'état solide sous l'effet de modifications de température et de pression.

Rappel : gabbro au microscope polarisant

On observe fréquemment des auréoles réactionnelles caractéristiques de la réalisation de ces réactions.

Voir modélisation Netbiodyn

Exemples d'éclogites observée à l'oeil nu ou au microscope polarisant (gros grenat au centre)

On observe également l'existence de roche de la croûte continentale présentant de la coésite*, minéral caractéristique de la croûte continentale (famille du quartz) qui ne se forme que dans des conditions de ultra haute pression pour des profondeurs supérieures à 100 Km environ.

*De minuscules cristaux de quartz se sont formés autour de la coesite à son détriment au cours de la remontée de la roche vers la surface.

Bilan : Les matériaux océaniques et continentaux montrent les traces d'une transformation minéralogique à grande profondeur au cours de la subduction.

Schéma d'une zone de subduction (l'éventuel prisme d'accrétion n'a pas été représenté).

2) Le raccourcissement continental

On observe dans les Alpes des reliefs nombreux dont le Mont Blanc à 4807m. On observe également les structures caractéristiques du raccourcissement (failles inverses, plis, chevauchements et nappes de charriage). L'étude du profil de sismique réflexion (TP et p 176) montre l'empilement de grandes unités de croûte ou nappes séparées par des discontinuités majeures que sont les grands chevauchements.

Profil de sismique réflexion obtenu dans les Alpes

Les données de tomographie sismique réalisées sous l'Himalaya (doc 3 p 177) montrent que la plaque indienne devient verticale sous la chaîne de montagne et s'enfonce dans le manteau jusqu'à 800 Km. Il s'agit d'une véritable subduction continentale.

Les images de tomographie sismique sont interprétées en tenant compte du fait que les ondes sismiques se déplacent plus vite dans des matériaux rigides et froids et plus lentement dans des matériaux plus ductiles et plus chaud.

Bilan : Tandis que l'essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire, la partie supérieure de la croûte s'épaissit par empilement de nappes dans la zone de contact entre les deux plaques.

Schéma complémentaire

Légendes à ajouter : racine crustale, empilements de nappes de croûte continentale, grands chevauchements, reliefs.

Remarque : l'exemple majoritairement utilisé est celui des Alpes mais la succession des événements présentée ici correspond à un scénario type qui n'est jamais parfaitement réalisé sur le terrain. En revanche on peut observer divers site montrant toutes sortes d'étapes à des stades différents.

3. Le moteur de la disparition de l’océan et de la convergence

1) Les âges des lithosphères océaniques sur Terre

Voir cartes de la fin du livre

On constate qu'en surface aucune lithosphère océanique n'a plus de 200 millions d'années. Toutes les lithosphères océaniques plus âgées ont disparu par subduction.

2) Les moteurs de la subduction 

On recherche d'abord les transformations subies par une lithosphère océanique au cours de son vieillissement et qui font qu'elle n'est plus en équilibre sur l’asthénosphère.

Le calcul nous indique que très rapidement (10 Ma) la lithosphère océanique devient instable sur l'asthénosphère parce qu'elle est plus lourde qu'elle.

Bilan : en vieillissant et en se refroidissant la lithosphère s’enfonce de plus en plus dans l’asthénosphère : c'est la subsidence thermique*. Elle explique que la profondeur moyenne du plancher océanique soit de 5 à 6 Km dans les plaines abyssales.

* En s’éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et par conséquent se contracte. La même quantité de matière occupe un espace plus restreint, la densité de la lithosphère augmente. Une lithosphère plus âgée, plus dense, aura tendance à s’enfoncer davantage : on parle de subsidence thermique.

Ensuite on peut s'interroger sur ce qui entretient cette subduction :

Problème : quand une lithosphère atteint sa densité critique (3,25) et qu’elle commence à subduire, elle se réchauffe légèrement, sa densité diminue un peu et redevient inférieure à celle de l’asthénosphère. Cela devrait suffire à bloquer l’enfoncement.

Cependant La transformation basalte/éclogite transforme la croûte océanique qui passe d'une densité de 2,8 à une densité de 3,4.

Il est donc possible d'effectuer le même type de calcul que précédemment pour expliquer pourquoi la subduction va continuer.

Bilan : La différence de densité entre l'asthénosphère et la lithosphère océanique âgée est la principale cause de la subduction. En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit et s'épaissit.

L'augmentation de sa densité au-delà d'un seuil d'équilibre explique son plongement dans l'asthénosphère.