Les déformations et les mécanismes - Maxicours

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Les déformations et les mécanismes

Objectifs : Lorsqu'elle est soumise à des contraintes, la croûte terrestre se déforme. La subduction d'une plaque lithosphérique sous une autre plaque peut conduire à l'affrontement entre deux plaques continentales qui ne peuvent pas plonger dans l'asthénosphère : les masses continentales entrent en collision et il s'ensuit des déformations.
Les chaînes de montagne prennent naissance de cette façon là.
Comment prennent-elles naissance ? On prendra comme exemple les Alpes franco-italiennes.
1. La diversité des roches
On trouve, au niveau des chaînes de montagnes, une grande diversité de roches :
  • Des roches plutoniques granitiques ayant comme origine les profondeurs de la croûte terrestre.
  • Des roches sédimentaires riches en fossiles d'organismes marins, ce qui implique que ces sédiments se sont déposés dans un milieu marin (mers profondes ou non, lagunes, etc.).
    Ces roches sédimentaires sont souvent entourées de roches montrant l'existence d'une invasion marine : des dépôts détritiques et carbonés, des formations d'évaporites (ex. : gypse). Certaines roches sédimentaires telles les radiolarites sont typiques des grandes profondeurs.
    Avant de se retrouver dans une chaîne de montagne, tout ce matériel sédimentaire était présent dans un océan.
  • Des ophiolites caractéristiques des planchers océaniques, âgées de 80 à 150 millions d'années et constituées par la succession de basaltes, de gabbros (riches en pyroxènes et plagioclases) et des péridotites (ou serpentines).
  • Des roches métamorphiques.

Les roches présentes dans ces chaînes de montagne sont en général très déformées, très plissées ou fracturées : la croûte a sans aucun doute été fortement comprimée, il existe donc un phénomène responsable de ces compressions.
De plus, la succession d'une telle variété de roches montre qu'il y a eu des mouvements importants, à la fois horizontaux et verticaux : il existe alors un mécanisme responsable du soulèvement de tout ce matériel déposé très probablement dans un bassin océanique.

2. Les forces de compression
Les traces de sédiments marins constituent les vestiges d'un océan qui s'est installé suite à la déchirure d'une masse continentale.
On peut découper le temps en différentes étapes.
a. Création d'un océan
Un océan alpin s'est créé de la façon suivante : formation d'un rift continental suite au déchirement de la lithosphère qui va s'étirer de façon progressive pendant plusieurs millions d'années ; puis le rift s'enfonce sous le niveau de la mer et les eaux marines envahissent la vallée creusée.
Deux morceaux de lithosphère continentale finissent par se séparer et s'éloignent progressivement l'un de l'autre. Le plancher océanique se met en place, les fonds marins s'étalent et la mer s'élargit pour donner un océan avec ses dorsales définies, ses prismes d'accrétion et ses différents reliefs.
b. Fermeture progressive de l'océan alpin
La convergence entre 2 plaques continentales (une plaque alpine et une plaque adriatique) va refermer l'océan : au fur et à mesure que les plaques se rapprochent, l'océan se referme petit à petit, les sédiments du plancher océanique situés près des continents vont se concentrer, de même que ceux des prismes d'accrétion, et vont augmenter en taille. Ils vont être charriés sur le continent : c'est le phénomène d'obduction.

Lorsque les 2 plaques entrent en collision, des forces de compression déforment la lithosphère qui s'épaissit, raccourcit ; des nappes de roches s'empilent les unes sur les autres formant un prisme de collision.

Les plaques continentales ayant la même densité, elles ne peuvent pas entrer dans l'asthénosphère : le phénomène de subduction est bloqué, les sédiments sont comprimés et se soulèvent, le prisme de collision s'agrandit et une chaîne de montagne est née : on parle d'orogénèse. Les roches sont alors plissées, elles présentent des failles, de la croûte océanique peut même se retrouver coincée dans ces failles.

Les 2 plaques continentales finissent par se souder pour n'en former plus qu'une seule.

La formation des Alpes a commencé il y a environ 50 millions d'années et actuellement les reliefs continuent de se former (des roches de plus en plus profondes parviennent encore à la surface) tout en étant soumis à une érosion continue.

3. Les transformations des roches : témoins de la collision
Dans la zone de subduction, les contraintes ont entraîné la formation sous la chaîne d'une racine crustale dans laquelle des roches sont enfouies à de grandes profondeurs ; celles-ci sont soumises à des pressions et des températures élevées.
De nombreuses roches et minéraux sont caractéristiques du massif alpin : les schistes verts transformés en schistes bleus et en éclogites sont le témoignage d'un métamorphisme intense. Dans les Alpes, ce passage de schistes verts aux éclogites se fait d'Ouest en Est, ce qui donne des indications sur la direction de la subduction : la plaque alpine située à l'Ouest a donc plongé sous la plaque adriatique située à l'Est.
De plus, la présence de gabbros métamorphiques est également le témoin de ce phénomène de subduction. Ces métagabbros sont très diversifiés et leur composition minéralogique précise (présence de chlorite et de glaucophane) témoigne de conditions de hautes pressions et de températures telles qu'on les observe dans les zones de subduction.

Toutes ces traces sont bien caractéristiques de la fermeture de l'océan alpin.

Au moment où les deux plaques sont entrées en collision, la subduction a été bloquée mais les phénomènes de compression se sont poursuivis.
Ils sont responsables du plissement des roches des zones profondes où la température était élevée (comportement plastique) et de la fracture des roches des zones superficielles plus froides.
Comme la collision s'est poursuivie au fil du temps, des roches ont été véhiculées sur de grandes distances et on peut trouver actuellement des roches anciennes recouvrir des roches jeunes : ce sont des nappes de charriage qui sont à l'origine de ces contacts plutôt anormaux.

On observe donc, dans les reliefs de la chaîne de montagne, ces nombreux témoins d'un raccourcissement de la croûte : des plissements, des failles et des nappes de charriage.

L'essentiel

Le phénomène de subduction peut aboutir à l'affrontement des deux plaques continentales et être à l'origine de l'édification d'une chaîne de montagnes de collision.
Celle-ci possède des caractéristiques : plissements, failles, nappes de charriage, traces de sédiments marins témoignant de l'existence passée d'un océan alpin, roches métamorphiques.
Les montagnes sont ensuite soumises de façon continue à l'érosion ce qui entraîne la remontée de roches issues de zones profondes de la racine crustale.

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