Tanneron Urs - geologie randonneurs

Responsable du dossier : Urs Schärer
Références bibliographiques :
1) P. Matte, Terra Nova 13, p.122-128, 2001.
2) A. Demoux, U. Schärer, M. Corsini, J. Geol. Soc. London 165, p.467-478, 2008.
3) F. auf der Maur, P. Heitzmann, P. Lehner, B. Schenk, Echo from the Swiss
Underground Results from the National Research Programme (NFP/NRP 20) of the
Swiss National Science Fondation on the Deep Geological Structure of Switzerland.
Le Tanneron - Contenu
1)
Contexte géodynamique global de l’orogenèse hercynienne
2)
Phénomènes métamorphiques et magmatiques liés à la collision
continentale.
3)
Evolution de la chaine hercynienne jusqu’à aujourd’hui
4)
Carte et coupe du massif du Tanneron actuel, âges radiométriques et
les 4 lieux d’observations
5)
Descriptions et observations à faire sur ces lieux.
Le massif hercynien (varisque) du Tanneron
Structuration il y a 420-280 Ma, essentiellement par collision continentale.
Types de roches :
-- métamorphiques
méta-sédiments (paragneiss)
intrusions métamorphisées (orthogneiss)
-- intrusions juvéniles (roches ignées)
-- charbon de bois
Le massif hercynien du Tanneron représente un des très nombreux massifs du Paléozoïque,
exhumés par l’érosion de la couverture permienne, triasique, jurassique, crétacée et tertiaire, en
directe relation avec la formation de la chaine alpine entre 30 Ma et aujourd’hui. Ces morceaux
de socle hercynien avaient déjà subi une première exhumation et érosion pendant le Paléozoïque,
vers la fin de l’orogénèse hercynienne (ca, 280-240 Ma).
La configuration géodynamique avant et pendant l’événement hercynien (ou varisque) est
illustrée dans les figures suivantes, qui montrent 4 reconstructions paléogéographiques pour 465
Ma (Ordovicien moyen), 425 Ma (Silurien moyen), 375 Ma (Dévonien), et 340 Ma Carbonifère
inférieur.
Pendant l’Ordovicien moyen, l’essentiel des masses continentales (environ 30% de la surface de
la Terre) se trouvaient assemblées dans l’hémisphère sud, appelé Gondwana. Les autres
continents au Nord étaient fragmenté en 3 grands morceaux : Laurasia, Siberia et Baltica. Entre
ces 2 grandes masses se trouvaient 2 continents plus petits : Avalonien au nord et Armoricain au
sud. A partir d’environ 500 Ma, l’océan entre ces continents commence à se fermer et les
continents entrent successivement en collision, créant l’énorme continent Pangée, qui
comprenait à l’échelle globale presque tous les continents actuellement présents à la surface de la
Terre.
Lors de ces collisions, entre environ 370 et 340 Ma, se produit un empilement crustal du Nord au
Sud, pour produire une croûte continentale de grande épaisseur, entre 60 et 80 km. Une croûte
normale en équilibre ne fait que 30 km.
La prochaine diapositive illustre cette situation, indiquant également la limite (MOHO) avec le
manteau subcontinental de la lithosphère. L’observation importante est que, grâce à la grande
épaisseur de la croûte, l’énergie radioactive produite par les éléments Uranium, Thorium et
Potassium est suffisamment importante pour déshydrater les minéraux et induire une fusion
partielle de la croûte, contemporaine au métamorphisme des roches. Le dessin suivant montre un
assemblage de minéraux, soumis à une augmentation de température et pression. Ces changements
de paramètres physiques provoquent la diffusion d’éléments chimiques qui quittent les réseaux
cristallins pour se concentrer le long des joints des grains (éléments incompatibles). Une roche
métamorphique est créée, et quand la diffusion progresse, le matériel autour des grains commence
à fondre et les cristaux résiduels recristallisent (migmatites = liquide anatectique + roche).
Finalement, un granite anatectique est formé par accumulation de ces liquides.
60 km
Chaleur et
déshydratation des
minéraux
Moho
Métamorphisme
Migmatites et
granites anatectiques
Diffusion d’ions et libération d’eau
(métamorphisme)
Liquide anatectique (cristaux-roche + liquide =
migmatite)
Accumulation de liquide
= granite
vers
Le dessin suivant, page 12, montre l’évolution de la zone de collision continentale
(Gondwana-Armorica-Avalonia-Laurasia) pour les temps d’environ 300 Ma (Carbonifère),
280-340 Ma (Permien) et 200 Ma (Triasique). A 300 Ma la zone de collision se trouve
encore proche de l’altitude du niveau de la mer et des grandes forêts se forment, présentes
aujourd’hui comme charbon fossile. Vers 280 Ma, l’exhumation de la chaine hercynienne
(varisque) commence, accompagnée par l’érosion et la sédimentation des produits érodés.
Pendant l’exhumation, des zones d’extension se forment, par montée de diapirs
mantelliques asthénosphériques. Dans la tète de ces diapirs se forment des magmas
basaltiques qui migrent dans des grandes failles lithosphériques vers la croûte continentale
où ils induisent de la fusion partielle. Le produit de cette fusion est un magma très acide qui
est extrudé d’une façon hautement explosive comme roche volcanique rhyolitique et
ignimbritique. Dans notre région, ces roches sont connues comme le massif de l’Esterel.
Vers 240 Ma la chaine hercynienne est largement érodée et couverte par les sédiments
permiens, essentiellement des conglomérats, brèches et sables. La disparition de la
chaine hercynienne est suivie d’une transgression marine triasique à grande échelle,
formant des mers relativement peu profondes (Est de l’Amérique, Europe et Asie). Le
climat pendant le Trias (250-210 Ma) est très chaud (absence de calottes glaciaires) et le
niveau de l’eau des océans et mers est de 80 m plus haut qu’actuellement. Ce climat
provoque un assèchement de ces mers plates et des évaporites sont formées : calcaire,
dolomite, gypses et sels (NaCl et KCl), formant aujourd’hui les dépôts mondiaux de
sels.
La première des trois figures suivantes, page 13, illustre cette situation, il y a 200 Ma, et
montre un fossile marin de plusieurs mètres de long, qui peuplait les mer à cette époque :
les ancêtres des dinosaures. Déjà pendant le Trias, la convergence des continents cède et
un diapir du manteau asthénosphérique monte vers la plaque continentale, pour
provoquer une cassure de la Pangée.
Comme c’était déjà le cas pour la genèse des rhyolites de l’Esterel, des magmas
basaltiques se forment dans la tète du panache asthénosphérique pour former une dorsale
océanique (chaine de volcans sous-marins). Cet océan, le (la) Téthys sépare l’Europe de
l’Afrique pendant le Jurassique (210-140 Ma) comme illustré dans la figure page 14, qui
montre également l’exemple d’un pillow (coussin) de laves basaltiques, extrudé par les
volcans sous-marins. Au début du Crétacé (140-65 Ma), le mouvement d’extension
s’inverse (ouverture de l’Atlantique) et, vers 90 Ma (page 15), la plaque continentale de
l’Europe et la plaque océanique téthyenne s’enfoncent sous la marge africaine. Vers 55
Ma les deux continents se touchent et Téthys a complètement disparu, laissant derrière
des mers intra-plaques, relativement peu profondes, pendant que les chevauchements en
profondeur continuent (roches métamorphiques alpines). Vers 30 Ma l’exhumation des
Alpes commence et la chaine alpine se forme. Elle est encore en formation aujourd’hui et
les produits d’érosion remplissent les bassins de molasse au Nord et au Sud des Alpes
(région entre Jura et Alpes et plaine du Po, ainsi que le bassin pannonien (Autriche).
Dans notre région, ce sont les dépôts de conglomérats et sables qui dominent. Le dernier
dessin illustre un exemple de grands chevauchements (nappes), qui dominent l’arrière
pays des Alpes du Sud.
Il y a 200 Ma
Il y a 150 Ma
Il y a 90 Ma
Apres cette revue de l’histoire depuis l’événement hercynien aux temps actuels, la dernière
page de texte est consacrée aux massifs hercyniens, et en particulier au massif du
Tanneron. Le dessin suivant résume la situation vers 30 Ma quand le socle hercynien est
encore profondément enfoui sous les sédiments triasiques, jurassiques et tertiaires. Après
30 Ma, l’exhumation de l’ensemble et l’érosion commencent, et les sédiments alpins se
forment, pour finalement dénuder le socle hercynien (l’ancienne chaine hercynienne). Le
cliché page 19 montre l’énorme étendue de la chaîne hercynienne sur notre globe et le
cliché suivant identifie les massifs hercyniens présents dans les zones externes et internes
des Alpes. Les trois figures suivantes montrent les cartes géologiques des massifs des
Maures et Tanneron, séparés par le massif de l’Esterel. Le profil montre l’importance des
grandes failles qui séparent les différents blocs des massifs. La carte qui montre
uniquement le Tanneron indique les âges radiométriques (U-Pb sur monazite) qui varient
entre 320 et 297 Ma, avec exception d’un bloc de roches qui s’est déjà refroidi à partir de
440 Ma, tandis que les granites anatectiques dans les autres segments du Tanneron se
trouvaient encore en profondeur.
30 Ma
303030
exhumation
ersio
érosion
Oligocène
Eocène
Crétacé
J
Jurassique
Triasique
sos
socle hercynien
Permien
Permien
rhyolitesh
chc
charbonh
Il y a 20 Ma
La dernière série de clichés montrent des photos de roches que nous visiterons directement
sur le terrain. Les lieux d’observation 1 à 4 sont indiqués sur la carte du Tanneron. Le
premier lieu est dominé par un granite à très grands feldspaths potassiques (orthoses),
fortement affectés par la compression exercée par la collision continentale, pour donner un
gneiss œillé granitique à très forte déformation. Tous les cristaux d’origine ont recristallisé et
il y a eu diffusion des éléments incompatibles pour amplifier et agrandir les couches claires
(felsiques), tandis que les couches sombres sont complémentairement plus petites et enrichies
en éléments compatibles (mafique), Après cette transformation métamorphique (aucune
fusion), deux générations de filons (dikes) granitiques coupent le massif. Un des filons a été
daté à 297 Ma.
Au deuxième lieu d’observation, nous découvrons des roches qui ont été déformées à
l’extrême, produisant une roche à couches métamorphiques très fines (millimétriques) qu’on
appelle une mylonite. Trois des clichés du document montrent cette progression de
déformation ductile (comportement comme la plastiline). Tous ces processus sont
irréversibles. Les derniers clichés montrent des variétés de granites qui affleurent aux lieux 3
et 4 (voir carte Tanneron).
Granite
juvénile
ggr
g
Gneiss granitique
Mylonite
mm
Je remercie tous mes amis de l’Association pour les
discussions stimulantes et constructives