III/ Les traces d une collision continentale: A/ Des marqueurs minéralogiques:

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1 III/ Les traces d une collision continentale: A/ Des marqueurs minéralogiques:

2 Couronne noire autour du grenat constituée de hornblende et plagioclase

3 Evolution rétrograde d une ancienne éclogite (Roche du Mont Viso) LN Le grenat et le clinopyroxène ne sont plus en équilibre. On observe une couronne noire autour du grenat. Cette bordure est constituée de hornblende et de plagioclase. Gt + Cpx + Q = Hbl + Pl

4 Dans cette ancienne éclogite: le grenat est entouré d une couronne réactionnelle de hornblende. Le grenat est le minéral relique et la couronne témoigne des nouvelles conditions de pression et température. Ainsi on peut trouver sur le terrain des indicateurs minéralogiques confirmant: l hypothèse d une «remontée» de roches d origine profonde (retro métamorphisme)

5 Diagramme P/T ( TP ECE)

6 -Les métagabbros du Queyras et du Viso ont été enfouis lors de la subduction. -L augmentation de Pression est très importante par rapport à celle de la Température, entraînant un métamorphisme de (HP, BT) caractéristique des zones de subduction (faciès SB, éclogite). -Puis ces roches sont remontées à la surface, et ont été métamorphisées de nouveau : -On parle de rétrométamorphisme, avec apparition de nouveaux minéraux.

7 Des indices d une remontée en surface: l exemple d une roche du massif de Dora Maira (Italie) Dans le Massif de Dora Maira, en Italie, on trouve des roches (quartzites) dont la composition chimique montre qu il s agit d anciennes roches sédimentaires de la croûte continentale. Une inclusion mixte de coésite et quartz dans le grenat («encaissant») Quartz et coésite sont 2 minéraux aux propriétés physiques différentes, mais à la composition chimique identique, SiO 2.

8 Observation microscopique d'une quartzite du massif de Dora Maira prélevée en surface. Observée en lumière naturelle Le quartz est disposé en couronne autour de la coésite. La formation du quartz est postérieure à celle de la coésite. Le grenat est fracturé: les lignes de fractures partent du Quartz. Le quartz est donc postérieur au grenat. A noter: La transformation coésite quartz induit une augmentation notable de volume (plus de 5%), ce qui explique que le grenat autour se fracture de manière concentrique autour de son inclusion.(ce changement de volume = éclate le grenat encaissant). Coésite: trouvée habituellement dans les cratères d impact météoritique. Ordre d apparition des minéraux: Grenat Coésite - Quartz

9 Le quartz est stable pour des températures inférieures à 800 C, pour une pression de 25kb, ce qui correspond à une profondeur de 100km La coésite est un minéral stable pour des températures pouvant aller jusqu à 1200 c et une pression de 25 à 125 kb pour un profondeur allant de 150 à 400 km de profondeur. De plus, on sait que les conditions de stabilité du grenat ne se trouve que dans des conditions de forte pression supérieur à 12 kb, ce qui correspond à une profondeur de plus de 50 km de profondeur. Ainsi, si on retrouve dans une roche de la coésite, cela signifie que cette roche sédimentaire d origine continentale a pu se trouver à une profondeur de plus de 50km. ( et donc qu une partie de la lithosphère continentale aurait entamée une subduction)

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11 On a identifié dans les roches de la croûte continentale, une forme très particulière de quartz : la coésite. Ce minérale est trouvé habituellement dans les cratères d impacts météoritiques. Cela montre que la croûte continentale a été portée dans ce secteur à une ultra haute pression : UHP. La roche contient de nombreux grenats qui présentent des enclaves de coésite en cours de transformation en quartz. La coésite s est formée à grande profondeur ( en premier : car le quartz s est formé autour, il est donc postérieur à la coésite) au cours du métamorphisme de roches continentales entraînées dans la subduction. La mise en place du quartz est postérieure et indique que ces roches métamorphiques ont été remontées brutalement ( contexte de collision) Ce métamorphisme rétrograde s accompagne d une augmentation de volume qui fait éclater le grenat.

12 La poursuite du processus de subduction océanique entraîne, à terme, la disparition de toute la lithosphère océanique et l affrontement entre deux lithosphère continentales: il y a collision. Entraînée par la lithosphère océanique, l essentiel de la lithosphère continentale continue de subduire et la partie supérieure de la croûte s épaissit par empilement d écailles crustales dans la zone de contact entre les deux plaques. Une suture ophiolitique sépare les deux plaques.

13 L empilement d écailles est responsable de l épaississement crustal qui atteint 60 km. Le métamorphisme de haute pression et même de ultrahaute pression (éclogites à coésite de Dora Maira) démontre que la croûte continentale de la plaque inférieure a connu une subduction continentale puis une exhumation.

14 B/ Des marqueurs morphologiques: Les reliefs élevés Une chaîne de montagne est un ensemble de reliefs élevés et alignés dans une direction privilégiée formant l axe de la chaîne.

15 C/ Des marqueurs tectoniques: 1/Plis et failles inverses:

16 On observe que la couche n 1, qui a été décalée par la faille, est remontée le long du plan de faille et vient se superposer à la couche n 2, plus récente, de l autre côté du plan de faille. La remontée d un bloc plus ancien sur un bloc plus récent indique qu il s agit de failles inverses. Cette superposition implique un raccourcissement de l ordre du mètre avec inversion de l ordre stratigraphique suite à des forces de compression, associées à un mouvement de convergence. Il s agit d une déformation due à une tectonique cassante.

17 Les plis et failles inverses témoignent de l existence de forces compressives. Le terme ultime de la subduction est la collision des deux masses continentales qui bordaient l océan disparu: Au moins au début de la collision les matériaux ne peuvent pas être entrainés dans la subduction car leur densité est plus faible que celle du manteau asthénosphérique dans lequel la plaque plongeante s enfonce. La lithosphère continentale est alors contrainte de s adapter à la compression tectonique : En profondeur, où la température est importante, les roches se déforment de manière plastique et forment des plis. Dans les zones superficielles, plus froides, les roches ont un comportement cassant et se fracturent en failles inverses.

18 2/ Chevauchements et nappes de charriage:

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20 Des roches superposées actuellement peuvent provenir de régions très éloignées(de 30 à 50 km environ). Les séries chevauchantes ou charriées ont été déplacées, en plusieurs millions d années sur les séries sous-jacentes dites chevauchées.

21 3/ Des structures profondes:

22 Les conséquences en profondeur de la collision : une racine crustale La sismique réflexion permet d'avoir accès à la structure profonde de la chaîne alpine. Les études de ce type (programme "ECORS") montrent que, sous la chaîne de montagne, la profondeur du Moho peut atteindre plus de 50 km : on qualifie cette croûte de racine crustale. Les profils sismiques montrent que les chevauchements, visibles en surface, se retrouvent en profondeur. De gigantesques nappes sont ainsi "empilées" les unes sur les autres pour former un prisme de collision qui explique l'augmentation d'épaisseur de la croûte, qui s'enfonce dans le manteau. Lors de la convergence qui pousse deux plaques à s'affronter, la réponse de la lithosphère est donc la même en surface et en profondeur : elle se raccourcit et s'épaissit, en absorbant les contraintes. Ce mécanisme porte le nom d'orogénèse.

23 Schéma d'interprétation du profil sismique de la croûte au niveau des Alpes. Une coupe au niveau des Alpes montre un empilement d unités les unes sur les autres. Ces unités se chevauchent grâce au jeu des failles inverses et de grands chevauchements qui traversent l ensemble du socle. Nous avons une preuve ici du contexte compressif dans lequel se sont mises en place les Alpes. Ceci a provoqué un énorme raccourcissement horizontal.

24 Les marqueurs témoins de l histoire d une chaîne de montagne

25 BILAN Histoire d une chaîne de collision

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