La collision continentale

La collision continentale
Emmanuelle BOUTONNET
Bibliographie:
Livres:
Boillot & Coulon, La déchirure continentale et l'ouverture océanique, Gordon et breach
Boillot et al., Les marges continentale, actuelles et fossiles, autour de la France, Masson
Campy et Macaire, Géologie des formations superficielles, ed. Dunod
Caron et al., Comprendre et enseigner la planète Terre, Ophrys
Cazenave & Feigl, Forme et mouvements de la Terre, Belin
Choukroune, Déformation et déplacements dans la croûte terrestre, Masson
Cojan & Renard, Sédimentologie, Dunod
Collectif, Himalaya- Tibet, le choc des continents, CNRS éditions.
Debelmas & Mascle, Les grandes structures géologiques, Masson
Dercourt, Géologie et Géodynamique de la France , Dunod
Dercourt J. & Paquet J. Géologie : Objets et méthodes.
Jolivet & Nataf, Géodynamique, Dunod
Jolivet, La déformation des continents , Hermann
Kornprobst, Les roches métamorphiques et leur signification géodynamique, ed. Masson.
Mercier & Vergely : Tectonique, Dunod
Westphal, Paléomagnétisme et magnétisme des roches, Doin
Yardley B.W.D & coll. Atlas des roches métamorphiques.
Revueset cie:
Pinter et Brandon, PLS, 1997
PLS dossier spécial L'écorce terrestre
Article « Métamorphisme » de l’Encyclopedia Universalis par C. Nicollet.
http://christian.nicollet.free.fr/

PLAN DETAILLE.
LA COLLISION CONTINENTALE
I – Les marqueurs morphologiques, témoins de la géométrie de la collision.
A – Les marqueurs physiques et géophysiques
(reliefs, morphologie, épaississement crustal, sismique, gravimétrie)
B – Les marqueurs tectoniques
(plis, failles, décrochements vs épaississement, empilement nappes, migration fronts.)
C – Les marqueurs sédimentaires
(bassin flexuraux, érosion intense, zones de subsidence).
II- Les marqueurs pétrologiques, témoins de l’histoire de la collision.
A – Des marqueurs de subduction océanique et continentale.
(marqueurs océaniques, gradient HP-BT océaniques, gradient HP-BT continental)
B – Des marqueurs métamorphiques de l’épaississement.
(exemples, gradient MP-MT, métamorphisme inverse, régime à l’équilibre)
C – Des marqueurs d’un magmatisme important.
(granites Alpes et Himalaya, causes possibles, cas des décrochements).
III – La collision continentale, un processus intégré à l’échelle de la planète.
A – Les cycles de Wilson
(Collisions antérieures, ex. Hercynien, retrace histoire ci-dessus, cycle Wilson)
B – Couplage Erosion / surrection
(Mise en évidence, rôle de la tectonique vs. climat)
C – Effets sur le climat local et Global
(Local: effet de Föen, Global: rôle sur le CO2 atmosphérique)

CORRECTION – PLAN DETAILLE.
LA COLLISION CONTINENTALE
Introduction:
- Accroche:
Zones de montagne = zones à risques. Ex: avalanches, séismes, frontières physiques,
difficultés transports à travers les montagnes, conditions de vie rudes…Intérêt de l’Homme
pour les montagnes très tôt.
On voit des chaînes de montagnes intracontinentales actuelles(Alpes, Himalaya) qui sont des
zones de déformation de la croûte continentale importantes. Au sein de ces chaînes, on trouve
des ophiolites qui sont des morceaux d’un ancien plancher océanique(le Chenaillet, zone de
suture de l’Indus); la série ophiolitique est complète (sédiments, pillow lava, complexe
filonnien, gabbros, manteau serpentinisé). On en déduit qu’il y a eu un océan à cet endroit,
océan qui s’est refermé et qui a disparu lors de la collision de deux continents = collision
continentale.
- Annonce du sujet et limitations:
Cycle de Wilson et convergence de plaques: Massif hercynien est une ancienne chaîne de
montagnes qui avait à peu près les dimension de l’Himalaya. Mise en évidence que au cours
de l’histoire de la Terre, il y a des cycles de convergence de plaques (formation de grands
continents) et de divergence de plaques (formation d’océans). On s’intéresse à la phase de
convergence des plaques, en particulier lorsque deux plaques continentales s’affrontent, la
collision continentale.
Limitations: D’après Guillot et al (2003), «l’équilibre des chaînes de chevauchements
himalayennes en terme de quantité de raccourcissement versus quantité d’érosion et de
stabilité thermique moins de 10 Ma après le contact initial est défini comme le régime de
collision. Au contraire, les premiers 5 à 10 Ma correspondent à la transition de la subduction
océanique à la collision continentale, et sont caractérisés par une diminution marquée du taux
de raccourcissement, une début de topographie aérienne, et d’un réchauffement progressif de
la zone de convergence. Cette période est définie comme la phase de subduction continentale,
qui accommode plus de 30% du raccourcissement total himalayen»
Néanmoins, on va prendre l’ancienne définition qui considère qu’il y a collision continentale
lorsque deux croûtes continentales entrent en contact. Dans le cas de l’Himalaya, ce contact se
fait vers –55Ma.
-
Annonce du plan :

I – Les marqueurs morphologiques, témoins de la géométrie de la collision.
A – Les marqueurs physiques et géophysiques
- Observation reliefs & morphologie: altitude moyenne du Tibet = 4000 m. Zones de
hautes chaînes allongées à la limite des plaques.
- Sismique: profil sismique Népal= doublement crustal (60km) le long du MCT.
- Gravimétrie: anomalie négative de Bouguer= racine crustale profonde.
 => Zones de collision: affrontement de croûtes continentales et
épaississement crustal important aux limites de plaques convergentes.
Matériel: carte des limites de plaques, carte topographique du monde, profil sismique, carte
anomalies de Bouguer.
B – Les marqueurs tectoniques
- A petite échelle: plis, failles, tectonique active compressive (et distensive parfois).
- A grande échelle: présence de chevauchements majeurs (CPF, MCT) qui superposent
les écailles de croûte (60km au niveau du CPF). Lien avec épaississement.
- Processus d’accommodation de la convergence: empilement de nappes crustales.
- Migration des fronts: âge des chevauchements himalayens MCT, MBT, MFT de plus
en plus jeunes vers le sud. Même chose dans les Alpes et le Jura.
- Epaississement vs. extrusion: présence de grands décrochementsqui accommodent
une partie de la déformation.
 => Zones de collision: accommodation de la convergence par de la
déformation en compression et décrochement.
Matériel: Expérience en modélisation analogique de migration des fronts, expérience de
Tapponnier & Molnar, photos de plis/ failles alpines ou carte géologique, carte tectonique
avec chevauchements majeurs.
C - Les marqueurs sédimentaires
- Mise en évidence: zones de collisionsont des zones d’importante production de
sédiments: golfe du Bengale (1) = 18km de sédiments au maximum.
- Zones de forte érosion: toutes les zones de fort relief produisent des sédiments, en
particulier la zone de collision Inde- Asie car la chaîne a une grande extension
spatiale, et une haute altitude.
- Bassins flexuraux d’avant – chaîne: proximité de la haute chaîne qui s’érode et
création d’espace par subsidence tectonique: flyschs et molasses. Ex: bassin
molassique suisse et savoyard (2). Lien avec déformation par migration de fronts. On
peut remonter à la direction des flux: viennent du relief ou du paléo-relief tout proche.
- Cas particulier des bassins intrachaîne tibétains : (3) : bassins sans exutoire et
accumulation des sédiments.
Matériel : 1 (Campy et Macaire, fig. 2.18, Dossier PLS, L’écorce terrestre) ; 2 (Debelmas et
Mascle, 1991) ; 3 (Himalaya – Tibet, le choc des continents). Photos d’une coupe de molasse
et carte géologique des Alpes (France au 10-6)

II- Les marqueurs pétrologiques, témoins de l’histoire de la collision.
A – Des marqueurs de subduction océanique et continentale.
- Les ophiolites : certaines ne sont pas déformées (Chenaillet) et d’autres ont un
métamorphisme SB ou éclogite. Placer dans un diagramme P-T: HP-BT (1).
- Les unités continentales de UHP: coésite (Dora Maira) ou inclusions basiques des
roches acides sont éclogitisées (Tso Morari): trajets P-T-t des roches acides suivent un
gradient de UHP-BT.
- Zonation dans les Alpes: (1) de plus en plus profond en allant vers l’Est = témoins de
la subduction de l’Europe sous l’Apulie, océanique, puis continentale.
 => première étape de l’histoire d’une chaîne de montagne: un océan se
referme par subduction océanique et la croûte continentale est entraînée
dans la subduction.
- Exhumation - trajets P-T-t: remontée rapide en cd de HP-BT dans un corner flow (ou
chanel flow), puis lentement par érosion crustale.
- Questions qui subsistent: Pourquoi la croûte continentale légère plonge-elle?
Pourquoi une éclogite dense (d>3) remonte-elle?
Matériel: 1 (Agard et Lemoine, Visages des Alpes); un gabbro à glaucophane, des éclogites
(Val d’Aoste), une photo de la coésite de Dora Maira, un diagramme P-T-(t) pour reconstituer
les trajets HP-BT.
B – Des marqueurs métamorphiques de l’épaississement.
- Mise en évidence du régime de MP – MT: dans le facièes amphibolite, et trajets P-T-
t. Causes: Empilement de nappes crustales.
- Cas particulier de la région des HHC: métamorphisme inverse entre le MCT et le
STDS. Remontée localisée de matière entre les deux failles: affleurement du chanel
flowou phénomène localisé?
- Régime à l’équilibre: épaississement crustal compensé par l’érosion. Epaisseur de la
croûte épaissie stable, métamorphisme MP-MT stable.
 => deuxième étape de l’histoire d’une chaîne de montagne: régime de
collision sensu-stricto, avec empilement de nappes et métamorphisme
associé.
Matériel: Agard et Lemoine, Visages des Alpes; lames minces d’amphibolites du
Briançonnais.
C – Des marqueurs d’un magmatisme important.
- Granites et roches magmatiquesabondantes: cristallins du Haut Himalaya (HHC,
leucogranite de l’Everest…), et nombreux granites tardi-Hercyniens (ex. granites
Bretons) = indices d’anatexie crustale.
- Causes précoces possibles : fusion par décompression ou réchauffement local.
Contexte : channel flow (HHC), slab breakoff (remontée asthénosphère suffisamment
importante pour fusion manteau & croûte).
- Cas particulier des décrochements : magmatisme dans les zones de décrochement
crustal (et métamorphisme faciès granulitique) & théorie du shear heating.