dm de svt n°2 : la collision continentale

DM DE SVT N°2 : LA COLLISION CONTINENTALE.
Sujet : Présenter les marqueurs géologiques qui permettent de montrer que la chaîne de
montagne alpine résulte d'une collision de deux lithosphères continentales autrefois
séparées par un océan.
La convergence lithosphérique avec son phénomène de subduction conduit
progressivement à la disparition du plancher océanique. Les continents, anciennement
séparés par l'océan s'affrontent alors. La collision génère une chaîne de montagnes dont
les Alpes franco-italiennes en sont un bon exemple. Dans le massif alpin, on retrouve de
nombreux marqueurs géologiques qui témoignent de l'histoire passée de la mise en place
de cette chaîne de montagnes. On pourra dans un premier temps se demander quels sont
les marqueurs qui témoignent de l'ouverture de l'océan alpin. Puis, dans un deuxième
temps, on verra quelles sont les traces de la fermeture de l'ocean alpin. Enfin, on
examinera les preuves de la collision continentale qui a provoqué la surrection des Alpes.
I/ En premier lieu, on se demandera quelles sont les traces de l'ouverture d'un
océan alpin.
Premièrement, dans la zone interne de l'arc alpin, dans le massif du chenaillet
(2634m), on observe une série de roches magmatiques et métamorphiques. En effet, on
constate la présence de basaltes à l'aspect en coussin très caractéristique : de telles
formations s'observent au niveau d'épanchements volcaniques sous-marins. Cette
observation surprenante est confirmée par la présence de péridotites et de gabbros. On
date ces formations à environ 150 millions d'années. Le massif du chenaillet est donc un
véritable plancher océanique à ciel ouvert.
De plus, l'observation plus précise des roches confirme leur origine. En effet, la surface
des échantillons de ces roches présente un aspect particulier qui évoque la peau de
serpent : cette particularité est à l'origine de leur nom de serpentines. L'observation au
microscope de ces roches montre qu'elles ont subi des transformations de structures
mirénales dûes à une hydratation ; les pyroxènes et les olivines originels, soumis à une
intense alrération hydrothermale, sont maintenant entourés par un minéral hydraté : la
serpentine. Ces roches sont les vestiges d'un ancien plancher de l'océan alpin, raclées
puis obductées, c'est à dire charriées sur le continent lors de la collision continentale.
Puis, on note que les roches sédiemnetaires carbonatées affleurent en abondance
dans la zone la plus à l'ouest des Alpes franco-italiennes. Leur disposition en strates
superposées permet de les repérer aisément dans le paysage. Or leur extension
géographique est telle que les épaisseurs déposées n'ont pu se former que dans un vaste
domaine marin, seul succeptible de recevoir une telle quantité de sédiments. Les
affleurements sédimentaires du massif des Fiz en Haute-Savoie sont donc des témoins
d'une ancienne sédimentation marine.
Aussi, on observe sur les calcaires et les marnes la présence de dépôts marins qui sont
des formes fossiles de haute mer, les ammonites par exemple. Puis, dans la région de
Briançon, on observe au contact des ophiolites, une roche sédimentaire appelée
radiolarite. Cette roche est l'accumulation de coquilles en silices d'animaux unicelulaires
planctniques : les radiolaires, témoins d'une sédimentarisation peu profonde. Les
informations apportées par les roches sédimentaires témoignent d'une sédimentation
marine importante
En outre, le basculement des blocs continentaux découpés par les failles est à
l'origine de la formation de bassins envahis par la mer et dans lesquels sédimentent les
couches épaisses de calcaires et de marnes évoquées ci-dessus. Ces blocs basculés et
ces failles normales sont les témoins d'une phase de distension lointaine. Ces structures
correspondent à une marge continentale massive. A cette époque, la croûte continentale
en s'étirant, s'était alors peu à peu amincie pour finalement se fracturer et donner
naissance à un rift continental dans lequel s'est engouffré la mer avant de former un
véritable océan.
II/ En second lieu, on se demandera quelles sont les traces de la fermeture de
l'océan alpin.
Le soulèvement de la chaîne alpine a été précédé d'une histoire océanique. Cet océan
alpin a disparu suite à la subduction d'une plaque lithosphérique. Quels sont aujourd'hui
les témoins de cette ancienne subduction ?
Tout d'abord, la subduction se caractérise natamment par l'apparition de roches
métamorphiques de haute et de basse pression. Or, dans le massif du Queyras, on trouve
des gabbros métamorphisés présentant des zones colotées en bleu : des schistes bleus.
Cette couleur est due à la présence, entre les pyroxènes et les plagioclases d'auréoles de
glaucophane. Un peu plus loin en Italie, dans le mont Viso, des roches de composition
chimique identique sont éclogitisées : des grenats y apparaissent associés à un pyroxène
vert, la jadéite. Ces roches ont la meme composition chimique : ce qui les différencie est
leur structure minérale. Ces roches ont donc été placées a des conditions de pression et
de température différentes ce qui a provoqué la réorganisation de leur structure minérale.
Cette transformation est caractéristique des zones de subduction. De plus, les roches
rencontrées dans les Alpes sont caractéristiques des roches des plaques plongeantes de
zone de subduction. La présence de telles roches est donc révélatrice de la fermeture de
l'océan alpin.
Puis, on constate que les informations apportées par la répartition des roches
métamorphiques alpines sont de forts témoins d'une ancienne zone de subduction. En
effet, d'ouest en est, on assiste à la succession de roches à faciès schiste vert, schiste
bleu puis enfin éclogites. L'ordre de la succession de ces roches témoigne de l'intensité
croissante du métamorphisme qui a eu lieu : les roches ont été portées à des
températures et à des pressions de plus en plus importantes d'ouest en est. Il s'agit alors
de la plaque alpine qui subduit dans cette direction, vers l'est, sous la plaque italienne. Les
informations apportées par les roches métamorphiques témoignent donc d'une ancienne
zone de subduction et donc de la fermeture de l'océan.
III/ En troisième lieu, on étudiera quelles sont les preuves de la collision
continentale, a l'origine de la génèse de la chaîne de montagne.
Poussés par des mouvements convergeants, après un lent phénomène de subduction, les
continents qui bordaient l'ancien océan alpin sont entrés en collision. Depuis 5O millions
d'années, cette collision se poursuit. Quels sont les marqueurs de cette collision
continentale ?
Pour commencer, la présence de plis et de failles inverses caractérisent les zones
de compression et prouvent la convergence. Dans les alpes du sud, l'anticlérical de StJulien-en-Beauchêne témoigne d'un intense plissement de ses terrains. Sous l'effet des
contraintes tectoniques, les roches se sont déformées de manière souple.
La faille de Rencurel dans le Vercors, est une faille inverse. La série sédimentaire
déformée par les contraintes tectoniques a eu ici un comportement cassant
Puis, on observe des chevauchements et des nappes de charriage, correspondant
au déplacement de lambeaux de croûte ou de lithosphère de grande taille sur plusieurs
kilomètres ou dizaines de kilomètres. En d'autres termes, ces mouvements s'expliquent
par la superposition des roches initialement éloignées. Sous l'effet de la convergence, les
roches se fracturent et glissent sur des couches plus plastiques. Le charriage permet
d'expliquer les anomalies de terrains rencontrées dans les Alpes. Par exemple, la
montagne du Blayeul au nord de Digne, est constituée d'une superposition de terrains
particulière : des terrains du Jurassique inférieur recouvrent le tertiaire. Ces structures
sont d'excellents témoins de la collision continentale et de la tectonique en compression.
Enfin, l'analyse sismique montre que le Moho atteint 50 kilomètres sous les Alpes,
alors qu'il n'atteint que 30 kilomètres environ dans les bassins sédimentaires ou 10 sous le
plancher océanique. Ce sur-épaississement crustal, nommé racine crustale, s'explique par
le raccourcissement de la croûte continentale et les chevauchements qui ont pour effet
immédiat d'épaissir la lithosphère continentale dans la zone de collision et de générer les
reliefs. De plus, des analyses sismiques montrent que les chevauchements visibles en
surface existent aussi en profondeur. Ce sont d'immenses nappes de roches qui sont ainsi
empilées les unes sur les autres. Elles forment un prisme de collision et augmentent
l'épaisseur de la croûte. En surface comme en profondeur, la lithosphère réagit donc au
contraintes convergentes des plaques : elle se « rétracte » et s'épaissit. Elle absorbe ainsi
l'énergie qui lui est transmise. De nouveaux reliefs sont ainsi créés.
Pour conclure, on peut dire que dans les Alpes franco-italiennes, on retrouve des
vestiges d'une histoire océanique : des blocs basculés qui témoignent de l'étirement puis
de la déchirure d'un continent, des ophiolites qui représentent les vestiges d'un ancien
plancher océanique. Cet océan alpin s'est ensuite refermé par plongement de la plaque
continentale alpine sous la plaque continentale adriatique située plus à l'est. Des
lambeaux du plancher océanique ont été charriés en surface. Les schistes vert, bleus et
les éclogites témoignent de la subduction car ils proviennent d'un métamorphisme en
profondeur des matériaux de la plaque plongeante. Enfin, sous l'effet, des énormes
contraintes compressives liées à la convergence des plaques, les anciennes marges
passives sont déformées : de plus, des failles inverses et des nappes de charriage
témoignent du raccourcissement et de l'épaississement de la lithosphère. Des reliefs
importants s'édifient au dessus d'une racine crustale profonde : c'est l'orogénèse.
On pourrait alors se demander si l'érosion de la chaîne se traduit uniquement par une
diminution des reliefs qui la constituent.