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Géologie : Formation des Pyrénées Page 1 : Tectonique des plaques et formation

Géologie : Formation des Pyrénées Page 1 : Tectonique des plaques et formation des montagnes (nouvelle version, 2016) I - Un bref rappel est utile pour comprendre la formation des montagnes (note 8) : La structure des couches superficielles de la terre est la suivante (figure 1 et 2) : La croûte se différencie du manteau essentiellement par sa composition chimique : - la croûte océanique (7 Km d'épaisseur) a une composition moyenne proche de celle du "basalte" (résultat de la fusion partielle des péridotites), donc une densité relativement élevée (2,9 g/cm3); - la croûte continentale (30 à 40 Km d'épaisseur, jusqu'à 70 dans les montagnes) a une composition proche de celle du "granite", donc une densité relativement faible (2,8) ; Le manteau (qui a prés de 3000 Km d'épaisseur) a une composition proche de celle des "péridotites" (voir une page consacrée à la lherzolite), donc une densité élevée (3,25). La frontière entre croûte et manteau est appelée le " Moho " (nom abrégé d'un géophysicien : Mohorovicic). La lithosphère (environ 100 km d'épaisseur) comprenant la croûte et la partie la plus superficielle du manteau (le "manteau lithosphérique") se différencie par sa rigidité de l'asthénosphère (du grec asthenos = mou), partie sous- jacente du manteau (jusqu'à une profondeur de 500 à 700 km) qui, du fait d'une température élevée (plus de 1300°), est relativement plastique (à l'échelle des millions d'années ; sa consistance est celle du fer chauffé au rouge). [...] il ne faut guère d'imagination pour concevoir aujourd'hui que la façon la plus simple d'épaissir la lithosphère est d'empiler, les unes sur les autres, des unités originellement situées sur un même plan horizontal. Pierre Choukroune, dans la préface du livre de Olivier Merle, Nappes et chevauchements, édition Masson, 1994 Figure 1 : Structure de la terre entière (à gauche), et sructure et dynamique du manteau (à droite). La Terre, chauffée par l'impact des corps célestes qui s'y sont écrasés et par la radioactivité de certains minéraux du manteau, se refroidit : c'est ce qui entraine une convection thermique dans le manteau. En effet, refroidie en surface par conduction, la lithosphère s'alourdit ; quand sa masse volumique dépasse celle de l'asthénosphère (densité 3,3 contre 3,25) elle coule dans le manteau (difficilement pour la lithosphère continentale retenue par sa croûte légère) ; cette subduction est le moteur du déplacement des plaques (figure 2) ; bien que freinée à 670 m de profondeur, où la pression compacte l'olivine dans la péridotite, la lithosphère descend juqu'à la base du manteau, dont la matière, réchauffée par le noyau et surtout la radioactvité, remonte, en particulier sous forme de panaches responsables du volcanisme des points chauds, ou à faible profondeur (moins de 100 km) sous les dorsales où la fusion parielle de la péridotite, liée à la baisse de la pression, produit du magma basaltique qui vient compenser l'écartement des plaques. Selon la théorie de la tectonique des plaques, l'ensemble de la lithosphère est divisé en une douzaine de grandes plaques principales qui se déplacent les unes par rapport aux autres (à une vitesse de l'ordre de 1 à 10 cm par an). Les frontières entre plaques sont de trois sortes (figure 2) : - les subductions, où une plaque s'engloutit dans le manteau (note 7), . subduction océanique, quand il s'agit d'une plaque océanique qui, vieillie et refroidie, donc alourdie (densité de 3,3, donc supérieure à celle du manteau sous-jacent) et légèrement déclive, glisse sur l'asthénosphère (indépendamment des courants de convection qui y règnent) puis y "coule" du fait de son poids en "tirant" l'ensemble de la plaque et le continent qui lui est rattaché ; c'est là le moteur principal (les dorsales y participent un peu) du déplacement des plaques, lequel participe à l'évacuation de la chaleur due (surtout) à la radioactivité ; la subduction se produit le plus souvent au bord d'un continent (cas des Andes) mais peut se produire en plein océan (cas des Antilles) ; la partie subductée est pentue si la plaque est vieille, proche de l'horizontale si elle est jeune et légère ; . subduction continentale (plus difficile en raison de la légèreté de la croûte continentale), en cas de collision entre deux continents génératrice de montagnes ; - les dorsales océaniques, où de la plaque océanique est créée par une montée de magma basaltique (résultant d'une fusion partielle des péridotites du manteau du fait d'une chute de pression, à une faible profondeur, environ 10 km) dans le haut du manteau, compensant la perte de plaque dans la subduction ; - les failles transformantes, qui segmentent les dorsales et peuvent se propager jusqu'aux zones de subduction. Figure 2 : Une dorsale (à gauche) et une subduction océanique précédant une collision continentale (à droite). (Sources : - Dossier Pour la science "La Terre à coeur ouvert", n°67, Avril-Juin 2010, en particulier l'article de Pierre Thomas, p. 38-44, intitulé "La convection, moteur du manteau" (plus développé dans le site web http://planet-terre.ens-lyon.fr : cliquer ici) ; - "La valse des continents", par Patrick De Wever et Francis Duranthon, EDP sciences, 2015, 90 p. (qu'on trouve, entre autres, à la librairie du Museum d'histoire naturelle à Toulouse)). * II - Formation des montagnes par collision continentale (est pris ici pour modèle le scénario simplifié d'une collision succédant à une subduction océanique sous un continent) Le mot "collision" est trompeur parce qu'il suggère un événement frontal, brutal et éphémère, alors qu'il s'agit de l'"affrontemant", lent et durable, entre deux continents convergents, dont l'un se glisse difficilement sous l'autre, une telle subduction impliquant une compression horizontale. Le continent chevauchant arrache successivement à la croûte du continent en cours de subduction plusieurs écailles, qui, bloquées, s'empilent par en dessous, ce qui épaissit le continent subducté et crée ainsi une montagne. A noter qu'il n'est pas nécessaire de préciser quels sont les déplacements respectifs des deux continents, ni par rapport à quels repères : seul compte le déplacement relatif entre les deux, bien qu'on ait tendance à "supposer" immobile le plus grand. 1. Une chaîne de montagne naît dans une zone du globe où deux plaques tectoniques convergent (à la vitesse de quelques cm par an, soit quelques dizaines de km par millions d'années [Ma]) : - soit lorsqu'une lithosphère océanique est en subduction : > sous le bord d'un continent ("chaîne de subduction", ou cordillère, type Andes) ; > ou sous une autre lithosphère océanique ("arc insulaire", chapelet d'îles volcaniques, type Japon, ou Antilles) ; - soit lorsque deux lithosphères continentales entrent en collision ("chaîne de collision", type Himalaya ou Alpes). Il existe deux autres types plus rares (sans parler des chaînes composites) : > la "chaîne d'obduction", lorsqu'une partie de croûte océanique, au lieu de s'enfoncer dans l'asthénosphère par subduction, chevauche une autre croûte océanique ou le bord d'un continent (type Oman). > la "chaîne intracontinentale", lorsque une convergence continentale non précédée par la fermeture d'un océan comprime une zone continentale distendue et amincie (par exemple par un coulissage). C'est le cas des Pyrénées : l'écartement entre Ibérie et Europe, accompagné d'un coulissage, a (dans un premier temps) distendu la zone continentale amincie les séparant, mais sans que la lithosphére océanique ainsi formée dans le golfe de Gascogne, ne se propage plus à l'est ; dans un deuxième temps une compression a entraîné un affrontement des deux continents qui a eu dans cette zone le même effet qu'une collision succédanr à la fermeture d'un océan. Figure 3a : schéma visant à expliquer l'écaillage et les multiples chevauchements (associés à des plis non représentés) qu'il implique, liés à la compression d'une croûte continentale imaginaire. La figure 3b ci-dessous est un schéma plus proche de la réalité (note 9). 2. Une "collision" continentale se produit quand un continent, séparé d'un autre par de la croûte océanique, vient, du fait de la résorption de celle-ci par subduction sous ce dernier continent, affronter celui- ci.(figure 2). Il n'est pas nécessaire de préciser quel est le continent mobile et lequel est immobile : tout dépend des repères qu'on choisit. La subduction de la plaque supposée mobile va se poursuivre, mais plus difficilement et plus lentement, car la croûte continentale qu'elle porte renâcle à l'accompagner dans l'asthénosphère en raison de sa faible densité (2,7, contre 3,3 pour le manteau). Une grande partie de cette croûte continentale mobile va ainsi échapper à la subduction et subir, par le jeu de plusieurs failles inverses successives, un processus d'"écaillage" contre le front de la plaque chevauchante (qui agit comme un rabot)(figure 3a). Le résultat est un empilement par en dessous des écailles (ou unités chevauchantes), responsable d'un épaississement du continent et donc de la formation d'une montagne. L'autre partie, basale, de la croûte continue à subir la subduction (parfois, d'alleurs, jusqu'à une profondeur de l'ordre de 100 km). 3. Ce processus d'écaillage est le suivant (figure 3a et 3b) : Venant buter et s'immobiliser contre le front de la croûte continentale supposée fixe, une première grande " écaille tectonique " (dont l'épaisseur est de l'ordre du km) se décolle de la croûte supposée uploads/Geographie/ tectonique-des-plaques.pdf