cours, méthodes, 9 exercices corrigés, QCM de 7 questions
Durée
60 min
Prérequis
Tectonique des plaques (tronc commun, 1re Bac), structure du globe, roches magmatiques et sédimentaires
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Licence
contenu original 9raya, gratuit, CC BY-NC-SA 4.0.
L'essentiel
Remarque
Ce chapitre te donne le fil conducteur : une chaîne de montagnes récente est la conséquence d'une convergence de plaques lithosphériques. Les exemples (Andes, Alpes, Himalaya, Oman) servent de modèles ; à l'examen, les documents sont fournis et tu dois surtout savoir les interpréter. Les valeurs chiffrées sont des ordres de grandeur. La notion d'obduction est traitée dans sa forme simple (ophiolites charriées sur un continent). Le métamorphisme et la granitisation, liés à ces chaînes, ont chacun leur chapitre.
1. Qu'est-ce qu'une chaîne de montagnes récente ?
Une chaîne de montagnes (ou orogène) est une zone de reliefs élevés, longue et étroite, formée par une déformation intense de la lithosphère. Les chaînes récentes (Alpes, Himalaya, Andes...) se sont formées pendant les dernières dizaines de millions d'années. Elles sont encore actives : on y enregistre des séismes et leurs reliefs sont encore jeunes, peu usés par l'érosion, contrairement aux chaînes très anciennes.
Elles se trouvent aux limites de plaques convergentes, c'est-à-dire là où deux plaques se rapprochent. Ce qui se passe dépend de la nature des lithosphères qui se rencontrent :
la lithosphère océanique est refroidie et dense : en vieillissant, elle devient plus dense que l'asthénosphère sous-jacente et peut s'enfoncer dans le manteau (c'est la subduction) ;
la lithosphère continentale contient une croûte légère (densité voisine de 2,7) : elle flotte et ne s'enfonce pas facilement dans le manteau.
Situation de convergence
Plaques concernées
Type de chaîne
Exemple
Une lithosphère océanique plonge sous un continent
Océan et continent
Chaîne de subduction (de type andin)
Andes
Fermeture d'un océan, puis rencontre de deux continents
Continent et continent
Chaîne de collision
Alpes, Himalaya
Un morceau de lithosphère océanique est poussé sur un continent
Lithosphère océanique et marge continentale
Chaîne d'obduction
Oman
2. Les chaînes de subduction (type andin)
Le long de la côte ouest de l'Amérique du Sud, la lithosphère océanique de la plaque Nazca plonge sous la plaque Amérique du Sud. Cette marge active présente un ensemble de caractères :
une fosse océanique très profonde (jusqu'à environ 8 km sous le niveau de la mer), qui marque l'endroit où la plaque plonge ;
un plan de Benioff : les foyers des séismes s'alignent sur un plan incliné, de la fosse vers le continent, de plus en plus profonds (jusqu'à environ 700 km). Ce plan dessine la lithosphère plongeante ;
un volcanisme explosif, de type andésitique, organisé en arc (arc volcanique) à une certaine distance de la fosse ;
des granitoïdes (granodiorites, diorites) qui cristallisent en profondeur et forment de grands massifs (batholites) ;
un prisme d'accrétion (sédiments raclés et empilés devant la plaque chevauchante) et un métamorphisme de haute pression et basse température dans la plaque plongeante (schistes bleus, éclogites) ;
une compression de la plaque chevauchante : plis, failles inverses, épaississement crustal (la croûte atteint 60 à 70 km sous les hautes Andes centrales).
Propriété
Le magmatisme de subduction a pour cause l'eau libérée par la lithosphère plongeante. Vers 80 à 120 km de profondeur, les roches de la croûte océanique hydratée subissent des réactions métamorphiques qui les déshydratent. L'eau libérée monte dans le manteau sus-jacent et abaisse sa température de fusion : la péridotite subit une fusion partielle. Le magma formé, de composition basaltique à andésitique, remonte, assimile un peu de croûte continentale et alimente l'arc volcanique et les plutons.
Remarque
Il n'y a pas de fusion partielle du manteau sans eau dans cette zone : à 100 km de profondeur, la température du coin de manteau est inférieure à la température de fusion de la péridotite sèche. C'est l'ajout d'eau, et non un réchauffement, qui déclenche la fusion.
3. Les chaînes de collision (Alpes, Himalaya)
Une chaîne de collision naît de la fermeture d'un océan. Les étapes sont les suivantes :
Ouverture d'un océan par écartement de deux continents (rift, puis dorsale) ;
Subduction de la lithosphère océanique sous l'un des continents (marge active), ce qui rapproche les deux continents ;
Fermeture de l'océan : les deux continents se rencontrent. La croûte continentale, légère, résiste à l'enfoncement dans le manteau : la convergence se poursuit par raccourcissement et épaississement de la croûte ;
Relief élevé, puis démantèlement par l'érosion (les débris sont déposés dans les bassins voisins).
La collision Inde-Eurasie en est un exemple : elle a commencé il y a environ 50 Ma, et l'Inde continue d'avancer vers le nord à quelques centimètres par an (environ 4 à 5 cm/an). Les Alpes résultent de la fermeture de l'océan alpin (une branche de la Téthys) entre les continents européen et africain.
Les indices d'une chaîne de collision sont :
une zone de suture, étroite bande qui marque l'ancien océan et qui contient des ophiolites ;
des déformations de compression : plis, failles inverses, chevauchements, nappes de charriage ;
un épaississement crustal : le Moho est très profond (environ 50 à 55 km sous les Alpes, jusqu'à 70 km et plus sous l'Himalaya et le Tibet, contre environ 30 à 35 km pour une croûte continentale normale) : c'est la racine crustale ;
une anomalie de Bouguer négative : la croûte épaissie, moins dense que le manteau qu'elle remplace, crée un déficit de masse ;
un métamorphisme régional (haute pression au début, puis haute température) et des granites d'anatexie (voir les chapitres suivants) ;
des séismes plutôt superficiels, sans plan de Benioff profond, et pas de volcanisme actif lié à la chaîne.
4. Les indices tectoniques de la compression
Une roche soumise à des forces se déforme. Selon les conditions (température, pression, vitesse de déformation, nature de la roche), la déformation est ductile (la roche se plie sans se casser) ou cassante (elle se rompt).
Les plis. Un pli est une ondulation des couches. Un anticlinal est un pli en voûte : les couches les plus anciennes sont au cœur. Un synclinal est un pli en creux : les couches les plus récentes sont au cœur (si la série n'est pas renversée). Selon l'inclinaison du plan axial, on distingue les plis droits, déjetés (ou déversés) et couchés. Plus la compression est forte, plus les plis sont serrés et couchés.
Les failles. Une faille est une cassure le long de laquelle les deux blocs ont glissé l'un par rapport à l'autre.
Type de faille
Déplacement des blocs
Contrainte
Effet sur la croûte
Faille normale
Le bloc supérieur descend
Extension (étirement)
Allongement
Faille inverse
Le bloc supérieur monte et surplombe l'autre
Compression
Raccourcissement
Faille décrochante
Glissement horizontal
Cisaillement
Pas de changement de longueur notable
Un chevauchement est une faille inverse à faible pendage, avec un déplacement important : un ensemble rocheux est poussé sur un autre.
Définition(Nappe de charriage)
Une nappe de charriage est un grand ensemble de terrains, déplacé de plusieurs dizaines de kilomètres par rapport à son lieu d'origine, qui repose par un contact anormal (faille à faible pendage) sur un terrain appelé autochtone.
Comment reconnaître une nappe ? Par un contact anormal où des terrains plus anciens recouvrent des terrains plus récents, ce qui contredit l'ordre normal des couches (les plus anciennes sont en bas). L'érosion peut aussi découper la nappe :
une fenêtre est un endroit où l'érosion a percé la nappe et laisse voir l'autochtone, entouré par la nappe ;
une klippe est un lambeau isolé de la nappe, entouré par l'autochtone.
Mesurer le raccourcissement. On « déplie » une couche plissée (ou on retire les déplacements le long des failles) pour trouver sa longueur initiale L0. Si sa longueur actuelle est L :
raccourcissement=L0−Ltaux de raccourcissement=L0L0−L
5. Les ophiolites, témoins d'un océan disparu
Définition(Ophiolite)
Une ophiolite est un fragment de lithosphère océanique (croûte et manteau supérieur) que l'on trouve à l'affleurement sur un continent.
La séquence complète, de haut en bas, est la suivante :
Niveau
Roche
Ce qu'elle indique
Sédiments
Radiolarites, calcaires fins
Dépôt lent en eau profonde, loin des continents
Laves
Basaltes en coussins (pillow-lavas)
Éruption sous l'eau : le magma refroidit vite au contact de l'eau
Complexe filonien
Dolérites en filons parallèles
Écartement et injection de magma, comme à une dorsale
Croûte profonde
Gabbros
Cristallisation lente du magma dans une chambre magmatique
Manteau lithosphérique
Péridotites (souvent serpentinisées)
Manteau supérieur sous la croûte
Cette séquence est celle de la lithosphère océanique formée à une dorsale (croûte d'environ 7 km d'épaisseur). Retrouvée sur un continent, elle prouve qu'un océan a existé dans la région.
6. Les chaînes d'obduction
Définition(Obduction)
L'obduction est le chevauchement d'un fragment de lithosphère océanique sur le bord d'un continent, au lieu de s'enfoncer sous lui par subduction.
Le résultat est une nappe ophiolitique étendue, posée sur des terrains continentaux (par exemple les sédiments d'une marge continentale). Les exemples classiques sont la nappe ophiolitique d'Oman et celle de Nouvelle-Calédonie. Contrairement à une chaîne de collision, la croûte continentale n'est pas fortement épaissie et il n'y a pas de volcanisme associé. Le mécanisme exact de l'obduction fait encore l'objet de discussions ; on retient le résultat : un océan est en partie conservé sur le continent.
Attention
Dans une chaîne de collision, les ophiolites sont des lambeaux alignés dans la suture, déformés avec le reste de la chaîne. Dans une chaîne d'obduction, l'ophiolite forme une grande nappe posée sur une marge continentale dont la croûte n'est pas épaissie.
7. Synthèse comparative
Caractère
Subduction (Andes)
Collision (Alpes, Himalaya)
Obduction (Oman)
Fosse océanique
Oui, profonde
Non (océan fermé)
Non
Séismes
Plan de Benioff jusqu'à environ 700 km
Superficiels à moyens, dispersés
Rares
Volcanisme
Oui, andésitique, en arc
Non
Non
Magmatisme plutonique
Granodiorites, diorites (batholites)
Granites d'anatexie
Peu
Épaississement crustal
Marqué sous la chaîne
Très marqué (racine crustale)
Faible
Ophiolites
Non
Lambeaux dans la suture
Grande nappe
Métamorphisme
Haute pression, basse température
Régional (haute pression puis haute température)
Limité
Nappes, chevauchements
Modérés
Très développés
Une nappe ophiolitique
Remarque
Au Maroc, le Rif fait partie de la ceinture alpine méditerranéenne, née de la convergence entre l'Afrique et l'Europe, et il est formé de nappes. L'Atlas est une chaîne plus intérieure au continent. Ces exemples nationaux ne sont pas indispensables pour réussir les exercices de ce chapitre : demande à ton professeur lesquels il attend dans ta classe.
Méthodes
Méthode 1 : Identifier le type de chaîne à partir d'indices
Cherche d'abord les séismes et le volcanisme : un plan de Benioff profond et un arc volcanique andésitique indiquent une subduction.
Cherche ensuite la suture : ophiolites en lambeaux, nappes, racine crustale, anomalie de Bouguer négative indiquent une collision.
Une grande nappe d'ophiolite posée sur une marge continentale sans racine épaisse indique une obduction.
Conclus en citant au moins deux indices et le mouvement des plaques.
Exemple. Fosse de 8 km, séismes jusqu'à 600 km, andésites : subduction. Ophiolites alignées et croûte de 55 km : collision.
Méthode 2 : Lire un document de tectonique (plis, failles, nappes)
Décris ce que tu vois : forme des couches (pli ?), plan de cassure (faille ?), âges des terrains.
Compare l'ordre des âges avec l'ordre normal : si des terrains anciens recouvrent des terrains récents, le contact est anormal.
Déduis le type de contrainte : plis et failles inverses signifient compression ; failles normales signifient extension.
Conclus : raccourcissement, nappe, collision...
Exemple. Des calcaires de 240 Ma reposent sur des marnes de 45 Ma par un contact presque horizontal : c'est un contact anormal, qui évoque une nappe de charriage (à confirmer avec d'autres documents).
Méthode 3 : Calculer un raccourcissement ou une vitesse
Écris la formule : raccourcissement =L0−L, taux =(L0−L)/L0.
Pour une vitesse, utilise v=distance/dureˊe et convertis : 1 cm/an = 10 km/Ma et 1 mm/an = 1 km/Ma.
Vérifie l'ordre de grandeur : une vitesse de collision se compte en cm/an, un raccourcissement local en mm/an.
Exemple. 36 km en 18 Ma : 36/18=2 km/Ma, soit 2 mm/an.
Méthode 4 : Dater un événement par encadrement
Cherche le terrain le plus récent affecté par l'événement : l'événement est plus récent que lui.
Cherche le terrain le plus ancien non affecté (qui le recouvre en discordance, sans déformation) : l'événement est plus ancien que lui.
L'événement est donc compris entre ces deux âges ; la durée maximale est leur différence.
Méthode 5 : Exploiter un document, rédiger la réponse
Pour décrire, cite les valeurs avec leurs unités et dis comment elles varient (augmentent, diminuent, restent constantes).
Pour comparer, mets en regard deux ensembles de valeurs avec les mêmes unités.
Pour déduire, écris « donc » et relie la donnée à la conclusion en une phrase.
Pour expliquer, fais appel à tes connaissances (subduction, épaississement...) et termine par une phrase de synthèse.
Exercices corrigés
Exercice 1 : Questions de cours
Facile
Définis : faille inverse, nappe de charriage, ophiolite.
Cite trois indices d'une chaîne de collision.
Pourquoi une chaîne de subduction porte-t-elle un volcanisme actif alors que l'Himalaya n'en porte pas ?
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Une faille inverse est une cassure où le bloc supérieur monte et surplombe le bloc inférieur : elle traduit un raccourcissement (compression). Une nappe de charriage est un grand ensemble de terrains déplacé sur plusieurs dizaines de kilomètres, reposant par un contact anormal sur un autochtone. Une ophiolite est un fragment de lithosphère océanique retrouvé à l'affleurement sur un continent.
Trois indices parmi les suivants : suture avec ophiolites, plis, failles inverses et nappes, épaississement crustal (racine crustale), anomalie de Bouguer négative, métamorphisme régional et granites d'anatexie.
Dans une subduction, la lithosphère océanique plonge et se déshydrate vers 100 km de profondeur : l'eau libérée provoque la fusion partielle du manteau sus-jacent, d'où le magma et le volcanisme en arc. Dans l'Himalaya, il n'y a plus de lithosphère océanique qui plonge (l'océan s'est refermé) : la source d'eau qui permet la fusion du manteau a disparu, donc il n'y a pas de volcanisme actif lié à la chaîne.
À 3 cm/an, soit 30 km/Ma : t=303000=100 Ma. Une vitesse deux fois plus faible donne une durée deux fois plus grande.
Quand la lithosphère océanique a entièrement disparu par subduction, les deux continents se rencontrent : c'est la collision. La croûte continentale, légère, résiste à l'enfoncement : elle se raccourcit et s'épaissit, ce qui forme une chaîne de collision.
Sous une marge continentale, on a relevé la position de foyers de séismes. Pour chacun, on donne la distance horizontale à la fosse océanique et la profondeur.
Distance à la fosse (km)
50
100
150
200
250
300
Profondeur du foyer (km)
30
70
112
152
195
238
Les volcans actifs de la région forment un alignement situé à 150 km de la fosse.
Décris la répartition des foyers.
Calcule le pendage moyen du plan qu'ils dessinent entre 50 et 300 km.
Quelle limite de plaques est ainsi mise en évidence ? Précise quelle plaque plonge sous quelle autre.
À quelle profondeur se trouve le plan sous l'alignement volcanique ? Quelle relation vois-tu avec le volcanisme ?
Voir le corrigé
La profondeur des foyers augmente régulièrement avec la distance à la fosse : de 30 km à 50 km de la fosse jusqu'à 238 km à 300 km de la fosse. Les foyers sont alignés le long d'un plan incliné qui s'enfonce en s'éloignant de la fosse.
Entre 50 et 300 km : Δd=300−50=250 km et Δz=238−30=208 km. Alors tanθ=250208=0,83, donc θ≈40∘. Le pendage moyen est d'environ 40 degrés.
Ce plan est le plan de Benioff : il dessine la lithosphère plongeante. C'est donc une limite de subduction (convergence). La lithosphère océanique, située du côté de la fosse, plonge sous la plaque continentale (du côté des volcans).
À 150 km de la fosse, la profondeur du plan est de 112 km, soit environ 110 km. C'est la profondeur à laquelle la croûte océanique plongeante se déshydrate. L'eau libérée provoque la fusion partielle du manteau sus-jacent : les volcans se trouvent au-dessus de cette zone de fusion, ce qui explique leur position à environ 150 km de la fosse.
Les valeurs ci-dessous sont simplifiées. Elles décrivent le coin de manteau situé entre la plaque plongeante et la plaque chevauchante.
Profondeur (km)
50
100
150
Température du manteau (°C)
900
1 200
1 300
Température de fusion de la péridotite sèche (°C)
1 250
1 350
1 450
Température de fusion de la péridotite hydratée (°C)
1 000
1 050
1 100
Compare la température du manteau à la température de fusion de la péridotite sèche. Que conclus-tu ?
Même question avec la péridotite hydratée.
D'où peut venir l'eau ? Conclus sur l'origine du magma des volcans d'arc.
Voir le corrigé
À chaque profondeur, la température du manteau est inférieure à la température de fusion de la péridotite sèche : 900<1250, 1200<1350 et 1300<1450. La péridotite sèche ne fond donc à aucune des profondeurs étudiées : le manteau reste solide.
Pour la péridotite hydratée : à 50 km, 900<1000 : pas de fusion. À 100 km, 1200>1050 : fusion partielle (la température dépasse la température de fusion de 150 °C). À 150 km, 1300>1100 : fusion partielle (200 °C au-dessus). La péridotite fond donc à 100 km et à 150 km de profondeur (mais pas à 50 km), à condition d'être hydratée.
L'eau vient de la lithosphère océanique plongeante : la croûte océanique est hydratée (roches transformées au contact de l'eau de mer) et se déshydrate par réactions métamorphiques au cours de l'enfoncement. L'eau libérée monte dans le manteau sus-jacent et abaisse sa température de fusion. Le magma des volcans d'arc provient donc de la fusion partielle d'un manteau hydraté par la plaque plongeante, et non d'un simple échauffement.
Sur une coupe géologique d'une chaîne de collision, on étudie une couche de calcaire fortement plissée. En la « dépliant » sur le papier, on mesure une longueur de 96 km. Aujourd'hui, ses deux extrémités sont distantes de 60 km. Le plissement a duré 18 Ma.
Calcule le raccourcissement absolu, puis le taux de raccourcissement.
Calcule la vitesse moyenne de raccourcissement en mm/an.
À cette époque, la convergence entre les deux plaques était de 4 cm/an. Quelle distance de convergence cela représente-t-il en 18 Ma ? Quelle part est absorbée par ce plissement ? Que peux-tu en conclure ?
Voir le corrigé
Raccourcissement : L0−L=96−60=36 km. Taux : 9636=0,375, soit 37,5 %. La couche a perdu plus du tiers de sa longueur.
v=18Ma36km=2 km/Ma =2 mm/an.
La convergence totale est de 4cm/an=40 km/Ma, donc 40×18=720 km en 18 Ma. Le plissement absorbe seulement 72036=0,05, soit 5 % de la convergence. On en conclut que la majeure partie de la convergence est absorbée ailleurs (autres plis, failles et nappes, subduction, épaississement de la croûte) : le raccourcissement d'une seule couche, sur une seule coupe, ne représente qu'une faible partie de la convergence totale.
Dans une chaîne de montagnes, on observe, de haut en bas, la succession suivante :
Niveau
Roche
Épaisseur
1
Radiolarites rouges
0,2 km
2
Basaltes en coussins
0,8 km
3
Dolérites en filons parallèles
1,5 km
4
Gabbros
4,5 km
5
Péridotites serpentinisées
plus de 3 km
Calcule l'épaisseur de la « croûte » formée par les niveaux 1 à 4.
Montre que cet ensemble est un morceau de lithosphère océanique.
Pourquoi les basaltes en coussins sont-ils un argument fort ?
Cite deux situations géologiques où une telle séquence peut se retrouver sur un continent.
Voir le corrigé
0,2+0,8+1,5+4,5=7,0 km : c'est l'épaisseur habituelle d'une croûte océanique (environ 7 km).
La succession (sédiments profonds, basaltes, filons, gabbros, péridotites) est celle d'une lithosphère océanique formée à une dorsale. Les filons parallèles de dolérite traduisent l'écartement et l'injection de magma ; les gabbros sont du magma cristallisé lentement en profondeur ; les péridotites sont le manteau supérieur. L'épaisseur de 7 km est celle d'une croûte océanique.
Les coussins se forment quand une lave sort sous l'eau : au contact de l'eau, la surface refroidit vite et se fige en boules. Leur présence prouve une éruption sous-marine, donc un domaine océanique.
Dans une chaîne de collision, comme lambeaux piégés dans la suture après la fermeture d'un océan ; dans une chaîne d'obduction, comme grande nappe poussée sur la marge continentale.
Exercice 7 : Épaississement crustal et bilan de matière
Difficile
On a réalisé un profil à travers une chaîne de collision. La profondeur du Moho est déterminée par sismique, et l'anomalie de Bouguer par gravimétrie.
Position sur le profil (km)
-150
-100
-50
0
50
100
150
Profondeur du Moho (km)
31
34
45
55
46
35
31
Anomalie de Bouguer (mGal)
-20
-40
-90
-150
-95
-45
-22
Décris la variation de la profondeur du Moho et de l'anomalie de Bouguer.
Explique le lien entre les deux courbes.
Calcule le facteur d'épaississement de la croûte entre une croûte non épaissie de 30 km (valeur de référence, proche des 31 km relevés sur les bords du profil) et l'axe de la chaîne (55 km).
On assimile la zone épaissie (de −100 km à +100 km) à un rectangle de 200 km de largeur et de 45 km d'épaisseur, valeur voisine de l'épaisseur moyenne du profil dans cette zone. En supposant que la surface de la section de croûte est conservée, calcule la largeur initiale de cette croûte (épaisseur initiale 30 km), puis le raccourcissement.
Pourquoi ce résultat est-il probablement une valeur minimale ?
Voir le corrigé
La profondeur du Moho passe de 31 km sur les bords à 55 km au centre du profil (position 0) : la croûte s'épaissit vers l'axe de la chaîne. L'anomalie de Bouguer, à peu près −20 mGal sur les bords, devient de plus en plus négative et atteint −150 mGal au centre.
Les deux courbes varient ensemble : là où la croûte est la plus épaisse, l'anomalie est la plus négative. Sous la chaîne, une racine de croûte continentale (densité d'environ 2,7) remplace du manteau plus dense (environ 3,3) : il y a un déficit de masse, d'où l'anomalie négative. La racine crustale est donc confirmée par la gravimétrie.
3055≈1,8 : la croûte est environ 1,8 fois plus épaisse, soit 83 % d'épaississement.
Surface de la section épaissie : 200×45=9000 km². Largeur initiale W0 : W0×30=9000, donc W0=309000=300 km. Raccourcissement : 300−200=100 km, soit un taux 300100≈33 %.
Le modèle néglige l'érosion, qui a enlevé de la matière de la chaîne, et la croûte profonde qui a pu être entraînée dans le manteau. La quantité de croûte initialement présente était donc supérieure à celle que l'on mesure : le raccourcissement réel est vraisemblablement plus grand que 100 km.
Dans une région plissée, on dispose des documents suivants.
Document 1. Un relief isolé de 12 km de long est formé de calcaires du Trias (environ 240 Ma). Tout autour de ce relief, les terrains affleurants sont des marnes de l'Éocène (environ 45 Ma).
Document 2. Un forage réalisé dans le relief traverse 280 m de calcaires triasiques, puis 570 m de marnes éocènes, et s'arrête à 850 m dans les marnes. Le contact calcaires-marnes est presque horizontal (pendage de 5°).
Document 3. À 35 km au sud-est, des calcaires triasiques de même faciès affleurent en une bande allongée, limitée par des failles inverses à fort pendage qui s'enfoncent en profondeur.
Document 4. Des conglomérats du Miocène (environ 20 Ma) reposent horizontalement, sans déformation, à la fois sur les calcaires triasiques du relief et sur les marnes éocènes qui l'entourent.
Montre que la superposition observée dans le forage est anormale.
Propose une hypothèse pour l'expliquer et justifie-la avec les documents. Nomme la structure du relief isolé.
Encadre l'âge de la mise en place de ce relief.
Calcule la vitesse moyenne minimale de déplacement, sachant que le déplacement est d'au moins 35 km.
Quel type de chaîne ce document suggère-t-il ?
Voir le corrigé
Dans une série normale, les couches les plus anciennes sont en bas. Ici, des calcaires du Trias (240 Ma) reposent sur des marnes de l'Éocène (45 Ma), plus récentes de près de 200 Ma : l'ordre des âges est inversé. Le contact est de plus presque horizontal (5°) : ce n'est pas un simple pli, c'est un contact anormal.
Hypothèse : le relief est un lambeau d'une nappe de charriage (grand ensemble déplacé), poussé sur les marnes éocènes qui forment l'autochtone. Arguments : le contact anormal à faible pendage (documents 1 et 2) ; une zone de racines possible à 35 km, où les mêmes calcaires affleurent avec des failles inverses profondes (document 3). Le relief est isolé et entouré de terrains autochtones : c'est une klippe.
Le charriage est plus récent que les marnes éocènes qu'il recouvre : il date d'après 45 Ma. Les conglomérats du Miocène reposent sans déformation à la fois sur la nappe et sur l'autochtone : ils la scellent, donc le charriage est plus ancien que 20 Ma. La mise en place s'est faite entre 45 et 20 Ma, soit sur une durée d'au plus 25 Ma.
Pour un déplacement d'au moins 35 km en au plus 25 Ma : v≥25Ma35km=1,4 km/Ma, soit une vitesse moyenne d'au moins 1,4 mm/an. Si le charriage a été plus court, la vitesse est plus grande.
Une nappe de charriage met en évidence un raccourcissement important de la croûte : c'est un indice de compression, caractéristique d'une chaîne de collision (ou, plus largement, d'une chaîne de convergence).
On étudie trois chaînes de montagnes notées A, B et C. Le tableau résume les observations.
Observation
Chaîne A
Chaîne B
Chaîne C
Fosse océanique
Oui, profonde de 8 km
Non
Non
Foyers des séismes
Alignés sur un plan incliné, jusqu'à 600 km
Dispersés, moins de 80 km
Rares et superficiels
Volcanisme actif
Oui, andésites
Non
Non
Épaisseur de la croûte sous l'axe
60 km
55 km
Environ 35 km
Ophiolites
Aucune
Lambeaux alignés dans une bande étroite
Une grande nappe (150 km sur 40 km) posée sur des calcaires de marge continentale
Métamorphisme (et granites)
Schistes bleus et éclogites près de la fosse
Éclogites, puis gneiss ; granites d'anatexie tardifs
Très limité
Identifie le type de chaque chaîne en justifiant avec deux indices au moins.
Pour la chaîne B, reconstitue les grandes étapes de son histoire.
Une chaîne de type A peut-elle devenir une chaîne de type B ? Explique.
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Chaîne A : subduction. La fosse profonde, le plan de séismes incliné jusqu'à 600 km (plan de Benioff) et les andésites d'un arc volcanique prouvent qu'une lithosphère océanique plonge sous un continent ; les schistes bleus et éclogites sont des roches de haute pression et basse température, typiques d'une plaque plongeante. Chaîne B : collision. La croûte épaissie (55 km), les ophiolites en lambeaux alignés dans une suture, l'absence de volcanisme et de fosse, les séismes superficiels et les granites tardifs sont caractéristiques d'une collision continentale. Chaîne C : obduction. La grande nappe ophiolitique posée sur une marge continentale, sans racine crustale épaisse ni volcanisme, est typique d'une obduction.
Histoire de B : ouverture d'un océan entre deux continents ; fermeture par subduction de la lithosphère océanique (métamorphisme haute pression de la plaque plongeante) ; rencontre des deux continents (collision) qui piège des lambeaux de lithosphère océanique dans la suture ; raccourcissement et épaississement de la croûte ; métamorphisme régional ; fusion partielle de la croûte et granites.
Oui, c'est l'évolution naturelle. Tant que la subduction se poursuit, la chaîne reste de type A. Si l'océan situé devant la fosse se referme complètement, un continent arrive à la fosse : la subduction s'arrête, le volcanisme disparaît faute d'eau et la chaîne devient une chaîne de collision de type B.
Confondre subduction et collision : la subduction s'accompagne d'un plan de Benioff profond et d'un volcanisme d'arc ; la collision n'a ni l'un ni l'autre. Cite toujours au moins deux indices.
Dire que la lithosphère continentale s'enfonce comme l'océanique : elle est légère et résiste à l'enfoncement. Au lieu de plonger, la croûte se raccourcit et s'épaissit (racine crustale).
Confondre failles normale et inverse : normale = extension (le bloc supérieur descend) ; inverse = compression (le bloc supérieur monte et surplombe).
Prendre une nappe de charriage pour un simple pli ou une faille verticale : une nappe a un contact anormal à faible pendage et déplace des terrains sur des dizaines de kilomètres, avec des terrains anciens sur des terrains récents.
Confondre fenêtre et klippe : la fenêtre montre l'autochtone au milieu de la nappe ; la klippe est un lambeau de nappe isolé sur l'autochtone.
Dire qu'une ophiolite est une roche continentale : c'est un morceau de lithosphère océanique, qui prouve l'existence passée d'un océan.
Se tromper d'unité : 1 cm/an = 10 km/Ma ; 1 mm/an = 1 km/Ma. Convertis avant de calculer une durée.
Inverser le raccourcissement : il se calcule par L0−L (puis divisé par L0), et non L−L0 ni L/L0.
À retenir
Les chaînes récentes se forment aux limites de plaques convergentes : subduction, collision, obduction.
Chaîne de subduction (Andes) : fosse profonde, plan de Benioff, volcanisme andésitique en arc, granitoïdes, métamorphisme de haute pression et basse température.
Le magmatisme de subduction vient de la fusion partielle du manteau hydraté par l'eau libérée par la plaque plongeante.
Chaîne de collision (Alpes, Himalaya) : suture avec ophiolites, plis, failles inverses, nappes de charriage, épaississement crustal (racine), anomalie de Bouguer négative, métamorphisme et granites d'anatexie.
Faille inverse, chevauchement, nappe : indices de compression. Une nappe se reconnaît à un contact anormal (terrains anciens sur terrains récents).
Une ophiolite est un fragment de lithosphère océanique sur un continent : sédiments profonds, basaltes en coussins, filons de dolérite, gabbros, péridotites.
Obduction : une nappe ophiolitique est poussée sur la marge continentale (Oman) ; la croûte continentale n'est pas fortement épaissie.
Raccourcissement =L0−L ; 1 cm/an = 10 km/Ma ; on encadre un âge entre le terrain le plus récent affecté et le terrain le plus ancien non affecté.