La tectonique globale
publicité
La tectonique globale LA TECTONIQUE I : Introduction 1 - Définition TECHTONIQUE : Etude de la déformation des roches ou des objets géologiques. • La tectonique cassante : les failles • La tectonique plicative : les plis • La tectonique lineamentaire : les allongements 2 - Géométrie 3 situations géométriques : • Soit les déformations ou les objets géologiques sont horizontaux. • Soit ils sont verticaux. • Soit ils sont inclinés. PENDAGE : Angle dièdre que fait un plan géologique quelconque avec ou par rapport au plan horizontal. Le pendage se défini toujours par rapport à l’horizontalité. • Le pendage est nul si le plan (ou la ligne) mesuré est horizontal. Dans ce cas, il n'y a pas de direction. • Le pendage est dit vertical, si le plan (ou la ligne) mesuré est vertical. Dans ce cas, il n'y a pas d’orientation, mais il y a une (ou plutôt deux) direction pour un plan. Il se mesure avec un clinomètre et uniquement entre 0° et 90°. Pour noter le pendage il faut : • Une direction (selon le côté droit de la boussole) • Un angle (entre 0° et 90°) • Une orientation Pour être complet, le pendage doit être énoncé sous la forme de deux valeurs d’angles (par exemple « N45 45°SE »). Le premier angle se mesure entre le Nord géographique et l’horizontale de la couche : c’est l’azimut de l’horizontale. Il se détermine aisément avec une boussole. Le second angle est l’intensité de plongement de la ligne de plus grande inclinaison ; on précise par ailleurs la direction du plongement (qui peut être dans l’exemple soit Sud-Est, soit Nord-Ouest) Sur les cartes on trouve des signes de pendage : 3 - Orogenèses, orogènes et plates-formes OROGENESE : Formation par la tectonique d’une chaîne de montagne. 2 grands types : • Soit orogenèse par collision. • Soit orogenèse par rapprochement entre une plaque continental et une plaque océanique. OROGENE : Chaînes de montagnes formées par orogenèse. Différentes orogènes : • Orogène hercynienne ~ -350 Millions d’années • Orogène codomienne ~ -800 Millions d’années Par exemple, les Vosges ne sont pas un orogène : A l’inverse des orogènes, ils y a les plates-formes. Elles sont peut ou pas déformées. Les sédiments se sont déposés à l’horizontal puis les couches de sédiments se sont amincies et compactés. 4 - Les échelles de la tectonique On peut travailler sur toutes les échelles, aussi bien un pays que quelques cm, plusieurs années ou quelques mois … Par exemple, pour une faille, les causes de sa formation serons les mêmes qu’elle mesure 1Km ou 1cm. 5 - Les limites de la tectonique Pour qu’il y est tectonique, il faut des déformations de matériaux déjà formés. • Mais il existe des déformations qui se sont produites avant la formation des roches. • Un effondrement gravitaire n’a rien à voir avec la tectonique. • LE SLUPING dût probablement à un séisme qui aurait déplacé uniquement les nouveaux sédiments gorgés d ‘eau. On ne peut donc pas parler de tectonique. II : Les plis 1 – Définition 2 types de plis : • En forme de dôme : ANTIFORME • En forme de gouttière : SYNFORME CAS PARTICULIER : Le pli cylindrique. Dans un pli cylindrique, toutes les lignes sont parallèles entre elles et à la droite génératrice du plissement. Les surfaces deviennent des plans. Si le plissement est cylindrique, pour chaque mesure de pendage, la direction de celui-ci donne également la direction de la charnière. AXE DU PLI et AXE DU PLISSEMENT : L’axe d’un pli c’est la projection de la ligne de charnière dans le plan horizontal (si le plissement est cylindrique) SYNCLINAL, ANTICLINAL : Pour qu’un antiforme soit anticlinal, il faut que l’ordre stratigraphique des couches soit respecté. Pour qu’un synforme soit synclinal, il faut que l’ordre stratigraphique des couches soit respecté. 2 - Classification a : Classification par rapport au plan axial Voir le dossier page 1 figure 1 b : Classification par rapport à l’épaisseur des couches PLI ISOPAQUE : Pli ou chaque couche garde son épaisseur dans les zones de flanc et de charnière. PLI ANISOPAQUE : pli ou les couches ont subi des modifications d’épaisseur, soit dans un des flancs, soit dans les deux flancs, soit dans les deux flancs et à la charnière. Voir le dossier page 1 figure 1 3 - Format des plis isopaques La formation de plis par glissement flexural ce fait plutôt dans la partie supérieure car une surcharge de roche empêcherait les couches de glisser les unes sur les autres. Les plis formé par flexion ce forme à une plus grandes profondeur car la pression et plus forte et empêche le glissement. 4 - Quelques particularités des plis isopaques Les couches gardent leurs épaisseurs. Lorsque la déformation est de grande ampleur, c’est de la tectonique socle-couverture. 5 - plissement et érosion Au niveau des synclinaux on constate que les pendages du plis convergent vers le coeur de la structure. A l’inverse, pour ce qui est des anticlinaux, les pendages divergent à partir du coeur de la structure. On peut donc sur une carte repérer un synclinal simple érodé et un anticlinal simple érodé. 6 - Quelques plis particuliers • Pli en chevron Charnière réduite à un seul point • Plis isoclinaux • Plis à deux charnière = plis coffrés III : Les failles 1 - Géométrie et rejets Pour qu’il y est faille il faut obligatoirement qu’il y est décalage. Ce décalage ce fait par rapport au plan de faille. AA’= rejet total ou réel Rv = Rejet vertical Rd ou Rl = rejet directionnel ou longitudinal Rt = Rejet Transversal Les deux blocs reste en contact il y a juste décalage ! 2 - Types de failles 3 TYPES DE FAILLES : • Faille normal : force de tension • Faille inverse : force de compression • Décrochement 2 types : - Décrochement dextre (vers la droite) - Décrochement sénestre (vers la gauche) IV : Schistosité 1 - Définition Schiste = Ardoise (termes de carrier) La schistosité est le troisième types de déformation importante. Une roche est schistosée quand elle est infecté par des plans de cassures parallèles entre eux et pénétratifs. Ces plans sont nécessairement perpendiculaires à la contrainte. Il faut serrer la roche pour qu’elle subisse la schistosité. De plus, la roche subit un tassement, mais tous ce passe à volume constant. 2 - Plissement et schistosités Sauf quelques cas particuliers, la schistosité est toujours liée à une phase de plissement. La schistosité et la phase de plissement sont synchrones. Les plissements sont dit synschisteux. (voir figure 34) 3 - Schistosité et géométrie Dans le flanc normal, les pendages de la S0 sont plus faibles que les pendages de la S1. Au contraire, dans le flanc inverse, c’est le pendage de la S1 qui est plus faible que le pendage de la S0. On peut ainsi savoir dans quelle flanc on se trouve. La schistosité peut présenter des variations dans sa géométrie. Ces variations sont liées à la nature lithologique des roches concernées par cette schistosité. On observe une variation de pendage quand la plan de schistosité passe de la roche compétente à la roche incompétente, et inversement. Ce phénomène est le phénomène de réfraction de la schistosité. 4 - Domaine de la schistosité La schistosité ne se déclare pas simultanément dans les différents éléments rocheux (en fonction de leur compétence). La schistosité de flux apparaît tout de suite dans les milieux incompétents. Dans un deuxième temps, la schistosité va apparaître dans la roche compétente, et sous forme de schistosité de fracture. Puis l’aplatissement continu et la schistosité de fracture se développe de plus en plus. Il y a multiplication des petites failles. Elle est encore appelée dérive des continents ou expansion océanique. C’est Wegener qui a été le premier à supposer cette mobilité. I. PREUVES D’UNE MOBILITE HORIZONTALE DES CONTINENTS 1. Arguments morphologiques (de Wegener) Il s’attache à la géométrie et aux formes des continents. Wegener s’est en effet rendu compte que les côtes de l’Afrique pouvaient être rapprochées de celles de l’Amérique du sud. Il y aurait donc une similitude complémentaire du tracé des côtes. Puis Bullard, en 1965, a montré que l’emboîtement était quasi parfait au niveau des talus à part quelques lacunes ou recouvrements. 2. Arguments structuraux (de Wegener) a. Les boucliers On constate en effet une continuité des boucliers avec des roches qui ont les mêmes caractéristiques géologiques de part et d’autre de chaque continent. b. Les chaînes de montagnes (structures linéaires) On a - Le plissement alpin (démarré au secondaire) Le plissement hercynien (356 millions d’années) Le plissement calédonien Le plissement cadomien Cette chaîne de montagnes calédonienne formée il y a des milliers d’années était une structure linéaire ; or on retrouve des morceaux au Groënland, en Hollande, en Angleterre, en Afrique et en Amérique du nord. 3. Arguments sédimentologiques (de Wegener) Les sédiments se font en milieu océanique et sont donc tributaires de l’environnement. * Dépôts glaciaires (tillite*) Ils se font a priori au pôles nord et sud or on retrouve des dépôts datant d’il y a 400 000 millions d’années en Inde, en Australie et en Amérique du Sud. * Dépôts houillers Ils se réalisent normalement en milieu humide, dans les zones subéquatoriales. Or on retrouve le charbon en Amérique du Nord, en Europe Occidentale et en Asie. * Dépôts sableux Ils se font dans les déserts, dans les zones tropicales. Ces dépôts se trouvent actuellement sous forme de sables consolidés (les grès) au Groënland, en Amérique du Nord et en Afrique. * Dépôts de sel En climat chaud. 4. Arguments morphologiques (de Wegener) Faune => en Australie et au sud de l’Inde, on a retrouvé le fossile d’un petit crocodilien : le lystrosaurus. Flore => en Inde, en Australie, en Antarctique, en Amérique du Nord, on a retrouvé la feuille d’une fougère : la glossopteris. 5. Arguments magnétiques et paléomagnétiques (pas de Wegener) La Terre possède un champ magnétique dipolaire dû à l’activité du noyau. Ce champ varie légèrement en intensité. Le nord magnétique a changé au cours des temps. Ainsi, la direction a toujours été la même mais le sens a changé au cours des temps, il y a eu des inversions. Il y a donc eu ce que l’on appelle des périodes normales et des périodes inverses. Paléomagnétisme* : La magnétite (Fe3O4), qui est le minéral contenu dans certaines roches sédimentaires et dans des roches volcaniques et basaltiques, s’oriente suivant le sens des lignes de champ. Le paléomagnétisme porte donc sur l’étude des magnétites contenues dans des roches anciennes. Il y a deux hypothèses possibles à ces changements : 1. les continents sont fixes et le magnétisme change 2. le magnétisme est fixe et les continents sont mobiles On étudie donc la première hypothèse sur deux continents supposés fixes : l’Amérique du Sud et l’Afrique Quand on superpose, on ne retrouve pas les mêmes lignes de champ. On constate donc que c’est impossible car il ne peut exister qu’un seul magnétisme, ce sont donc les continents qui ont bougé. Aux époques 1 et 2, les trajets sont identiques. A l’époque 3, il y a séparation des 2 continents. Il existe cependant des anomalies magnétiques. Il y a des régions aujourd’hui où la valeur théorique est différente de la valeur mesurée sur le terrain, surtout dans les océans. Or, la valeur du champ magnétique est unique. Y aurait-il une relation d’inversion entre le champ magnétique et les anomalies magnétiques ? II. ESSAIS D’INTERPRETATION : THEORIE SUR LA MOBILITE HORIZONTALE 1. Théorie de Wegener : la dérive des continents (1912) Le SIAL (croûte) flotterait sur cette mer de SIMA (magma*) de la même manière que la glace flotte sur l’eau. Comme il n’est pas géologue, ceux-ci vont tout faire pour prouver qu’il a tort mais ils ne réussiront qu’à prouver qu’il a raison et démontrer ainsi les preuves de son principe. 2. Théorie de l’expansion océanique par Hess (1930) A l’époque, on venait de découvrir la topographie des fonds océaniques et on a mis en évidence qu’il existait une énorme chaîne de montagnes médio-atlantique soumise à du volcanisme intense. Hess propose donc que du magma est injecté au niveau de la ride, provoquant ainsi un écoulement. Les courants de convection* viennent de la désintégration radioactive de certains éléments qui chauffent donc s’élèvent puis refroidissent donc descendent. Si la surface des océans augmente (expansion) alors la surface de certains secteurs diminuera (résorption). 3. Tectonique des plaques par Le Pichon et Morgan Leurs prédécesseurs Vine et Matthews vont établir cette théorie de tectonique des plaques grâce à la corrélation des anomalies magnétiques avec un phénomène ancien qui s’est déroulé au cours des temps et qui est l’inversion magnétique. Ils font ainsi 3 constatations : - les anomalies sont symétriques par rapport à la ride - les bandes sont sub-parallèles à la ride - les bandes sont sub-parallèles entre elles Vine et Matthews vont corréler ces anomalies avec les inversions de champ magnétique. Elle se cristallise en s’orientant selon le champ magnétique de l’époque : c’est le paléomagnétisme rémanent des roches. Ainsi le paléomagnétisme rémanent des roches s’ajoute au magnétisme actuel quand le dépôt s’est fait en période normale sinon on soustrait. On peut ainsi calculer le taux d’expansion. On peut calculer le taux d’expansion car on peut dater les basaltes, on connaît les limites des bandes magnétiques. Elles ont ainsi des taux discontinus et variables. Quand on prend les 5 premières bandes de la ride médio-atlantique, on a 1 cm / an et 9 millions d’années d’âge, pour les suivantes entre 9 et 60 millions d’années. On aurait donc une expansion océanique, or en 1950, il n’y avait pas de polémique à ce sujet et on admettait que la Terre avait toujours eu le même volume. Donc s’il y a expansion il y aura alors subduction*. La subduction classique La subduction associée à l’obduction* Il y a également des phénomènes de cisaillement dans des secteurs de compensation de l’expansion océanique : Faille transformante Ex : en Californie On admet un postulat de base (principe premier, indémontrable ou indémontré) que les plaques sont indéformables. Quel est le moteur à ces phénomènes ? Il y a bien sûr le volcanisme présent dans les grandes chambres magmatiques. Il existe également des courants de convection : - dans les milieux viscoplastiques (LVL) dans les milieux solides (transport d’énergie) On a fait des échantillonnages dans cette ride, les échantillons près du rift sont plus jeunes que les plus éloignés. Mais certains prélèvements montrent des basaltes plus vieux près de la ride. Les plaques lithosphériques, par postulat, sont indéformables, or comment expliquer la présence de sédiments (3 000 m d’épaisseur) typiques de milieux peu profonds dans le bassin parisien qui est situé en plein milieu d’une plaque. Cela signifie que la plaque se déforme. Nous en avons l’exemple avec la plaine du Pô en Italie. La tectonique des plaques qui explique donc beaucoup de phénomènes n’explique pas tout car il y a autre chose en plus, à côté : c’est l’expansion du globe qui perturberait cette tectonique. On suppose cette expansion en partant de la Pangée qui montrait des lacunes et des recouvrements. Mais c’est encore flou. 4. La tectonique globale C’est l’application de la théorie de la tectonique des plaques dans le temps. Car la tectonique des plaques n’explique que les derniers 100 à 150 millions d’années. Mais est-ce que ça existait avant ? Il faut donc trouver des signatures de la tectonique des plaques dans des roches vieilles de plus de 200 millions d’années. * 1ère signature : le volcanisme * 2ème signature : le métamorphisme * 3ème signature : par les “ hot spot* ” dont l’origine est profonde Ex : la chaîne l’Empereur dans le Pacifique. On peut remonter à 2 millions d’années mais avant on ne sait pas. Cependant on sait qu’il y a 3 millions d’années il n’y avait rien. Il existait donc de l’expansion du globe. La géométrie profonde de ces panaches (points chauds) est très hypothétique. Elle repose surtout sur des modèles expérimentaux basés sur la remontée de masses viscoplastiques très chaudes donc légères au sein d’autres masses viscoplastiques plus denses car un peu moins chaudes, à l’image d’une montgolfière s’élevant dans les airs. Les panaches seraient enracinés, s’ils ne s’en sont pas détachés, dans la limite manteau – noyau, au niveau d’une couche D’’ située entre la manteau inférieur et le noyau externe (≈ discontinuité de Gutenberg). III. L’ASPECT SYNTHETIQUE DE LA TECTONIQUE GLOBALE La théorie globale explique : - - - la répartition des séismes puisqu’ils localisent les subductions le volcanisme la répartition du volcanisme : haute pression et haute température l’origine des magmas : LVL, croûte océanique en fusion, les “ hot spot ” la répartition du flux thermique à la surface de la Terre, ce qui intriguait les géologues car il y avait des pics de chaleur au milieu des océans (rides) et dans les zones montagneuses (subduction) la bathymétrie* des fonds océaniques qui est plus profonde au bord des continents qu’au milieu des océans l’épaisseur des sédiments près des continents l’existence des guyots* qui sont des volcans sous-marins à sommet plat les phénomènes verticaux d’isostasie* et donc les anomalies gravimétriques les ophiolites La tectonique des plaques explique donc la dynamique de la lithosphère et en particulier la formation des bassins sédimentaires, la formation des sillons aulacogènes, la formation des chaînes de montagnes. 1. Formation des bassins sédimentaires 2. Formation des sillons aulacogènes* Ce sont des alignements d’épaisseurs immenses de sédiments (18 000 m) qui sont perpendiculaires aux côtes. 3. Formation des chaînes de montagnes La tectonique globale explique donc la cyclicité des phénomènes lithosphériques.
