Cours
Cours écrit : Zones de Subduction
Cours écrit : Zones de collision
Introduction
La chaîne de l’Himalaya est la plus haute et la plus large chaîne de montagne du monde. Elle résulte d’un mécanisme de convergence de 2 plaques lithosphériques : la plaque indienne et la plaque asiatique séparées par l’océan Téthys. De cette convergence de plaques, il y a 100 millions d’années, une collision s’est effectuée entre le sous-continent indien et le continent asiatique ce qui a donné naissance à l’Himalaya.
Les Alpes se sont formées de la même manière suite au rapprochement de 2 plaques lithosphériques. Cela débuta il y a environ 60 millions d’années. La collision entre l’Italie et la France fit disparaître l’océan Alpin donnant naissance à la chaîne de montagne la plus récente d’Europe.
Les marqueurs tectoniques profonds
Propriété
Les plaques lithosphériques, mobiles les unes par rapport aux autres, reposent en équilibre sur l’asthénosphère, moins rigide, déformable (ductile). La limite lithosphère-asthénosphère correspond à l’isotherme 1300°C.
Les études gravimétriques montrent l’existence d’anomalies : dans les régions montagneuses, la pesanteur mesurée est souvent inférieure à la pesanteur théorique attendue (plus importante vue l’excès de masse dû au relief). Tout se passe comme si l’excès de masse représentée par la montagne était compensé en profondeur par un déficit de masse. En l’occurrence, on observe en profondeur sous la chaîne de montagne, un déficit de matière mantellique de densité élevée (3.3) remplacée par de la matière crustale de densité plus faible (2.8) : c’est une racine crustale.
En effet, l’étude de la profondeur du Moho sous les chaînes de montagnes, montre la présence d’une masse de croûte continentale qui s’enfonce de manière plus ou moins symétrique sous les hauts reliefs : on parle de racine crustale (racine faite de croûte).
Exemple
Sous les Alpes, le Moho atteint par endroit la profondeur de 58 km et 70 km sous l’Himalaya.
Le principe de l’isostasie nous permet de définir une formule permettant de calculer la profondeur de la racine crustale (Er) si on connaît l’altitude h de cette même chaîne : : Er=5.6h.
Définition
On appelle isostasie cet état d’équilibre réalisé à une certaine profondeur de la Terre, dite profondeur de compensation. Au-dessus de cette profondeur dite de compensation, la colonne de roches lithosphériques a partout la même masse. À ce niveau, la lithosphère est dite en équilibre isostasique (du grec isos, égal, et stasis, arrêt). La surface de compensation a une réalité mathématique, elle ne correspond pas à une discontinuité physique.
Théorème
On considère une surface fictive à profondeur constante dans le manteau (surface de compensation). Seuls sont pris en compte les matériaux au-dessus de cette surface de compensation :
La CC d’épaisseur Ec et de masse volumique Mvc
Le manteau d’épaisseur Em et de masse volumique Mvm
Soit une colonne de terrain de section S , la Masse de la colonne de terrain de section S à la surface de compensation :
M = (S x Ec x Mvc) + (S x Em x Mvm)
M = S (Ec x Mvc + Em x Mvm)
Soit pour une surface S égale à l’unité de surface (): Masse de la colonne de terrain de section S à la surface de compensation = Ec x Mvc + Em x Mvm
La masse des blocs s’équilibre en profondeur : la masse d’un bloc, au-dessus d’une même profondeur est égale à la masse du bloc de référence au-dessus de cette même profondeur. Dans notre modèle, on choisit de travailler à la profondeur de 60 KM, profondeur du MOHO sous la chaîne d’une montagne.
On fait l’hypothèse que la masse de chaque bloc au-dessus d’une même profondeur est identique.
Donc : Ec x Mvc + Em x Mvm = h x Mvc + Ec x Mvc + Er x Mvc
On a sur le schéma Er=Em
D’où Ec x Mvc + Er x Mvm = h x Mvc + Ec x Mvc + Er x Mvc
D’où 2.8x30+3.3Er= 2.8(h+30+Er)
81 + 3.3Er = 2.8h +81 +2.8Er
2.8h =Er (3.3-2.8)
Er = 2.8h /0.5
Er = 5.6 h
Les marqueurs tectoniques de surface
La présence des hauts reliefs et de la racine crustale sont le résultat de la collision de deux masses de matières qui se déplaçaient horizontalement. Il en a résulté une accumulation verticale de matière (ou épaississement) consécutive à un raccourcissement et un empilement des masses.
On trouve ainsi des indices tectoniques qui le montrent:
Les failles inverses
Définition
Une faille est une structure tectonique consistant en un plan ou une zone de rupture le long duquel deux blocs rocheux se déplacent l'un par rapport à l'autre. Ce plan divise un volume rocheux en deux compartiments qui ont glissé l'un par rapport à l'autre dans un contexte de déformation fragile. Ce déplacement est dû aux forces exercées par les contraintes tectoniques résultant de la tectonique des plaques ou par la force gravitaire (instabilité gravitaire).
Propriété
Les failles existent depuis l'échelle microscopique (millimétrique) jusqu'à celle des plaques tectoniques (plusieurs centaines de kilomètres). Les grandes failles se trouvent aux limites de plaques et aussi au sein des zones déformées intraplaques.
Il existe toute une terminologie autour de la faille :
Définition
Compartiments : blocs rocheux séparés par une faille, l'un est « soulevé », l'autre « affaissé »
Plan de faille : surface de glissement, verticale ou oblique, située entre les deux compartiments, ayant subi par frottement un polissage mécanique ou affectée de stries, de rayures, de cannelures orientées dans le sens du déplacement.
Miroir de faille : partie visible en surface du plan de faille
Rejet de faille : ampleur du déplacement relatif d'un compartiment par rapport à l'autre le long du plan de faille
Regard de la faille : côté vers lequel est orienté le miroir de la faille
Une faille résulte d’une déformation cassante des strates qui se met en place lors de phénomènes de compression ou de distension.
En système compressif, les failles sont inverses : le compartiment au-dessus de la faille, le "toit" (à gauche sur l’image suivante) monte par rapport au compartiment situé en dessous de la faille, le "mur" (à droite).
Faille inversée
Source : FaillInv.png, Le téléchargeur d'origine était RobinL sur Wikipedia français, CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FaillInv.png
Faille inverse au Japon (Kobé)
Source : Nojima fault top view.jpg par Sakurai Midori autorisation w: en: Midori publié le 28 mai. 2006 04:36 UTC sous CC-BY-SA-2.0 et GFDL, CC-BY-SA-2.1-JP, CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nojima_fault_top_view.jpg
En cas de distension, les failles sont normales : le compartiment au-dessus de la faille, le "toit" (à gauche sur l’image suivante) descend par rapport au compartiment situé en dessous de la faille, le "mur" (à droite).
Source : FailleNorm.png par Le téléchargeur d'origine était RobinL sur Wikipedia français . via Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0-migré, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FailleNorm.png
Dans une chaîne de montagne, les failles s’observent principalement en surface où la roche est froide et cassante. Plus en profondeur, où la roche est plus ductile car plus chaude, on observera des déformations ductiles : des plis
Les plis
Définition
On appelle pli, une structure courbe due à une déformation ductile des couches sédimentaires (sans les casser) en régime compressif.
Source : Plis-géologiques.pngPar ManuRoquette via Wikimédia Commons, CC-BY-SA-4.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plis-g%C3%A9ologiques.png?uselang=fr
Les plis peuvent être droits comme à gauche sur le dessin ci-dessus ou couchés comme à droite. On peut rencontrer des formes intermédiaires selon le niveau de compression : plus la compression sera forte plus l’axe du pli sera incliné. On parlera dans l’ordre de plis droits (axe du pli à 90° par rapport à l'horizontale), déjetés (axe du pli fortement incliné par rapport à l’horizontale : 80°), déversés (axe du pli légèrement incliné par rapport à l'horizontale: 30°) puis couchés (plan à l’horizontale).
Quand la compression dépasse le seuil de résistance des roches, celle-ci cassent et on observe un pli-faille.
Pli faille de Sassenage (Alpes)
© RS.2019
Faille et pli-faille
Source : faille, pli faille, chevauchement, klippe,... compression, par Fabrice Morales, Académie de Dijon, http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1474
Les chevauchements et les nappes de charriage
Définition
Un chevauchement est un mouvement tectonique conduisant un ensemble de terrains à en recouvrir un autre par le biais d'un contact anormal de type faille inverse, généralement de faible inclinaison et nommé surface de chevauchement. Ce mouvement horizontal entraîne la superposition de roches qui n’étaient pas positionnées ainsi à l’origine entraînant des contacts anormaux.
Propriété
Les chevauchements correspondent à des unités tectoniques de dimensions modestes et de portée limitée, quelques kilomètres au plus, appartenant, le plus souvent, au même bassin sédimentaire. Un chevauchement d'amplitude pluri-kilométrique (dizaines de kilomètres, voire centaine) est appelé un charriage.
On dit que l’unité supérieure est charriée ou, encore, allochtone : c’est la nappe de charriage. L’unité inférieure est considérée comme autochtone, c’est-à-dire comme n’ayant pas bougé.
Chevauchement et charriage
Source : faille, pli faille, chevauchement, klippe,... compression, par Fabrice Morales, Académie de Dijon, http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article1474
Dans le cas d’un système compressif long, on peut aboutir à un empilement d’écailles charriées. Ce phénomène contribue fortement à l’épaississement vertical des chaînes de montagne.
Écailles charriées
Source : Duplex1.png par Mikenorton via wikimédia commons, CC-BY-SA-3.0, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Duplex1.png
Ces écailles sont observables au sein des chaînes de montagne grâce à la sismique réflexion.
Principe de la sismique réflexion
Source : Principe-sismique-reflexion.png par Svtsvt via Wikimedia commons, CC-BY-SA-3.0-migrated, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Principe-sismique-reflexion.png?uselang=fr
Profil de sismique réflexion sous les Alpes
Source : bac S SVT 2016 Nouméa, http://didac.free.fr/bac/ts16noumea/2.htm
Schéma d’interprétation
Source : bac S SVT 2016 Nouméa, http://didac.free.fr/bac/ts16noumea/2.htm
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