Thème 1-B-2 La convergence lithosphérique : contexte de la formation des chaînes de montagnes

Problème : Comment expliquer la présence des chaînes de montagnes ?

Pour répondre, nous allons rechercher des indices géologiques en étudiant différents sites

localisés dans la chaîne des Alpes.

Plan du cours

Le cours est construit via une succession de points d’observations dans la chaîne des Alpes. Les TP

s’enchaînent sans être associés à un titre précis de partie. Afin de faciliter vos révisions, vous trouverez

ci-après un « plan de cours » possible, précisant les points essentiels à retenir.

I. Les indices d’un épaississement crustal

*Indices tectoniques : 1er arrêt -> failles inverses ; chevauchements avec nappes de charriages = déformations cassantes de la croûte continentale et de sa couverture (« écaillages ») 2ème arrêt -> plis dans la roche= déformation ductile *Indices pétrographiques : 3ème arrêt : -> Mise en place d’une schistosité du gneiss (= métamorphisme) -> plis et fusion des migmatites

Tous ces indices témoignent d’un épaississement de la croûte dans un contexte de COMPRESSION lithosphérique.

II. Les indices permettant de reconstituer l’histoire de la chaîne des Alpes

3ème arrêt : (1) Mise en évidence d’anciennes failles normales -> blocs basculés et volcanisme au Trias Déchirure continentale = rifting continental

(2) Observation d’une couverture sédimentaire calcaire avec fossiles marins Trias->éocène Phase d’ Océanisation= accrétion océanique (suivie d’une subduction).

(3) Collision continentale (voir point I.): Dès l’Oligocène. La trace de l’ancien océan forme une

suture entre les deux plaques continentales (= ophiolites : arrêt 4).

III. Les preuves de la subduction de l’ancienne lithosphère océanique

La tomographie sismique

L’étude des transformations minéralogiques (ex : métagabbro de Queyras)

IV. Explication de la subduction

Les pages suivantes présentent les différents arrêts, ainsi que les ressources complémentaires

vues en classe. Suite à chaque arrêt, le cours correspondant est repris. Attention : les

activités faites en classe ne figurent pas dans ce document.

Comprendre la formation d’une chaîne de montagnes. Cas d’étude : les Alpes occidentales Premier arrêt : Le Col du Lautaret (45°4'16.80'' N 6°1'2.91'' E)

La couverture sédimentaire correspond à des sédiments qui se sont déposés sur un socle continental (= croûte continental) puis endurcis. Leur présence témoigne donc de la présence passée d’une mer épicontinentale (= située au-dessus de la croûte continentale). Deuxième arrêt : L’Anticlinal de Sassenage (45°13’08.2’’N 5°41’00.6’’ E)

Les roches constituant ce relief sont des roches de la couverture sédimentaire (Calcaire) d’âge Jurassique.

COURS :

A. Les indices tectoniques d’un épaississement crustal (Arrêts 1 et 2)

L’anticlinal de Sassenage est un pli affectant la couverture sédimentaire. Il résulte d’une

déformation lente et non cassante de la roche.

Le col du Lautaret montre donc l’existence de plusieurs chevauchements de couches

sédimentaires. Ces couches se sont déplacées sur plusieurs kilomètres grâce au jeu de

grandes failles inverses (= déformation cassante). On parle alors de nappes de charriage (cf

doc 4 p 153)

NB : A de nombreux endroits, les géologues ont montré que le socle continental granitique

est affecté par les failles inverses (-> écaillage de la croûte continentale = superposition de

plusieurs lambeaux de croûte).

Ces chevauchements successifs ont pour conséquence un épaississement progressif de la

croûte continentale à l’origine du relief positif montagneux.

Failles inverses et plis se sont mis en place suite à des contraintes tectoniques compressives

(postérieures à l’oligocène).

Schéma de failles à savoir reproduire

Troisième arrêt : Le Col d’Ornon (44°58’37,45’’ N 5°57’37,10’’ E)

NB : Le socle est daté de plus de 300 Ma

Ressources compémentaires : Document 1 : Les migmatites

Document 2 : Jeu de faille et répartition des âges des terrains après érosion (processus détaillé -> suite du cours de TS !)

On constate sur ces schémas que pour une même orientation de

la « pente » d’une faille (= pendage) la répartition des âges de

part et d’autre du plan de faille après érosion n’est pas la même

selon le jeu de faille mis en œuvre (inverse ou normale)

Cours :

B. Les indices pétrographiques d’un épaississement crustale (Arrêt 3)

Roches de la croûte continentale (= socle continental)

Caractéristiques

granite

Roche plutonique grenue Q Fd Micas

Gneiss (doc 1 p 154)

Même composition minéralogique que le granite dont il est issu, mais les minéraux se sont réorientés selon un plan d’aplatissement (= organisation de la roche en plan = schistosité) sous l’effet de contraintes tectoniques (+ augmentation de la température) Réorganisation des minéraux à l’état solide sous l’effet de variation de pression et/ou température-> le gneiss est une roche métamorphique.

Migmatite (doc 5 p 155)

Roche plissée sous l’effet de contraintes tectoniques. Même composition minéralogique que le gneiss dont elle est issue suite à une fusion partielle.

Le géotherme d’une CC de 30 km ne

permet pas d’atteindre le point de fusion

partielle. Pour expliquer la présence de

migmatites dans les chaînes de

montagnes, il faut donc prendre en

compte l’épaississement crustale (->

enfoncement du Moho) + un décalage vers

la droite du géotherme (preuve d’une

croûte épaissie plus chaude ; cf

explications dans la suite du cours !).

Voir aussi docs 5 et 6 p 155

Cours :

C. Reconstitution (simplifiée !) de l’histoire pré-orogénique de la chaîne des Alpes (Arrêt 3)

Les chaînes de montagnes présentent des traces d’anciennes marges continentales passives. Au moment de la compression orogénique, les anciennes failles normales de ces marges ont rejoué en failles inverses, contribuant ainsi au raccourcissement et à l’apaississement crustal.

Rappels de 1ère S sur la disposition des dépôts sédimentaires au niveau des marges passives :

Quatrième arrêt : Le Massif du Chenaillet (44°53'32.6'' N 6°43'11.5'' E)

Ressources complémentaires : Document 1 : Informations apportées par les microfossiles. L’étude des microfossiles présents dans les roches sédimentaires permet d’estimer les profondeurs des fonds océaniques (au moment du dépôt sédimentaires). Exemple de microfossiles : le groupe des radiolaires

Les radiolaires font partie du zooplancton ou plancton animal. Ces organismes dont la taille est comprise entre 50 et 300 µm1 sont es Eucaryotes monocellulaires (protistes).Ils possèdent un squelette à base de silice (on parle de plancton siliceux) autour duquel rayonnent de fins pseudopodes (permettant à l’organisme de s’alimenter, se déplacer, etc)

Exemple de microfossiles : le groupe des foraminifères

Les foraminifères (du latin foramen, « trou ») forment un embranchement, caractérisés par leur squelette minéral calcaire perforé. Ce sont des organismes extrêmement abondants depuis plusieurs centaines de millions d'années. Leur taille varie généralement de 38 µm à 1 mm. On en recense actuellement plus de 6000 espèces vivantes connues.

Le graphique ci-contre présente le pourcentage de dissolution

des coquilles de type calcaire (foraminifères et coccolithes) ou

siliceuses (radioaires) en fonction de la profondeur.

Question : Quel groupe de microorganismes domine dans les

sédiments au-delà de 5 km de profondeur ? justifiez.

Document 2 : Le métamorphisme hydrothermal. La surface de la croûte océanique formée au niveau des dorsales est directement mise au contact de l’eau de mer. Celle-ci s’infiltre progressivement dans la lithosphère céanique via les failles présentes (= circulation hydrothermale). La présence d’eau dans la lithosphère océanique engendre des recristallisations lentes de minéraux : des minéraux initiallement non hydratés vont interagir entre eux et avec les molécules d’eau pour former des minéraux nouveaux hydratés ; ces transformations se réalisant à l’état solide. On parle de METAMORPHISME hydrothermal.

Cours

D. Les indices d’une océanisation (Arrêt 4 )

Quatrième arrêt : le massif du Chenaillet

Voir aussi livre page 164 (1) Le massif du Chenaillet se compose de plusieurs roches, à votre disposition. Remplir le tableau suivant :

(2) D’après vos études pétrographiques, expliquez à quoi correspond le massif du Chenaillet.

…………………………………………une ancienne lithosphère océanique…………………………………………………..

(3) Quels problèmes peut-on se poser en étudiant le massif du Chenaillet ?

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

……où est passé le reste de la lithosphère océanique ? (hypothèse : subduction)…………………..

Le Massif du Chenaillet correspond à une ophiolite, c’est un dire un lambeau d’une lithosphère océanique qui s’est retrouvée charriée sur une lithosphère continentale. Sa présence au niveau de la chaîne des Alpes témoigne de l’existence d’un ancien domaine océanique – coincé entre la plaque Europe et la plaque Afrique et aujourd’hui disparu. L’étude des ophiolites montre la partie supérieure de la lithosphère océanique subie un métamorphisme hydrothermal de basse pression et basse température à l’origine de la formation de minéraux hydratés nouveaux. Pour désigner des roches ayant subies un métamorphisme, on utilise souvent le préfixe « méta » (ex : métabasalte ; métagabbro ;..)

Zone Description macroscopique

Observations microscopique Informations apportées par les observations réalisées

1 Serpentinite : roche verte, sombre. Qq pyroxènes visibles.

Présence d’un minéral : la serpentine (difficilement reconnaissable)

Roche provenant d’une PERIDOTITE qui a été hydratée. Au contact de l’eau, l’olivine a recristallisée en nouveaux minéraux dont la serpentine.

2 C’est un gabbro avec beaucoup de minéraux blancs = feldpaths et de minéraux noirs = pyroxène

Présence de minéraux nouveaux: **la hornblende Minéral vert ou brun, pouvant être confondu avec la biotite, mais possède 2 plans de clivage à 120° **Le glaucophane : minéral bleu en LPNA

C’est un gabbro qui a été hydraté et dans lequel des minéraux nouveaux ont cristallisés à partir des minéraux préexistant (hornblende) = METAGABBRO

3 Basalte superposé = basalte en coussin

Fonctionnement d’une dorsale.

4 Roche en strates de couleur rouge

LAME radiolaires Fossiles siliceux

Sédimentation profondes (> 4 km) = présence d’un vaste océan

Roches

ayant

subies un

métamo

rphisme

à basse

pression

et basse

températ

ure, par

simple

hydratati

on, liée à

l’eau de

mer.

De ces différents arrêts, il est possible de reconstituer un scénario de la formation des Alpes (voir

aussi page 171)