Les cycles orogéniques de la France (à partir de cartes géologiques)

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1 Les cycles orogéniques de la France (à partir de cartes géologiques) Cours M1 - ENS Cachan Par : Mathieu Rodriguez Pr. Agrégé SV-STU & doctorant istep-ens Mail : rodriguez@geologie.ens.fr Vue depuis le sommet du Chenaillet, Alpes (cliché M. Rodriguez)

2 La carte géologique de la France au 1 : Les informations disponibles sur une carte géologique Répartition des terrains Structures & rhéologie Stratigraphie Radiochronologie

3 L échelle des temps géologiques Rappel : les grandes divisions de l échelle des temps du Phanérozoïque (en Ma) Cambrien : Ordovicien : Silurien : Dévonien : Carbonifère : Permien : Trias : Jurassique : Crétacé : Paléogène : Néogène : 25-env. 2.5/ 2.5-Actuel : Quaternaire

4 Les orogenèses en france Icartienne Cadomienne Calédonienne Hercynienne Alpine

5 L orogenèse Icartienne (env. 2 Ga) (NW Bretagne) Icartien L âge des roches associées à ce cycle est estimé entre 1,8 et 2,2 Milliards d années. Origine de ce cycle inconnue. Icartien Les plus vieilles roches en France!

6 L orogenèse Cadomienne (-660 à -540 Ma) L orogenèse Cadomienne est enregistrée par les formations briovériennes dans le Massif Armoricain. Correspond à l orogenèse panafricaine (cf craton W-Africain) Dépôts cambrien Direction de la contrainte tectonique dans le briovérien? NW-SE. Par conséquent, phase tectonique différente de celle du Cambrien N Il s agit ici de la phase cadomienne (Cadomus = Caen). Dépôts briovérien discordance Carte au 1 : de Condé/Noireau

7 En France, les Ardennes! Orogenèse Calédonienne (-444 à -416 Ma) dévonien cambrien discordance Rocroi, 1 : Sa formation date du Silurien et du Dévonien, entre -444 et -416 Ma, après la subduction totale de l océan Iapetus sous les continents Avalonia et Baltica (Europe du Nord) lors de sa collision avec la Laurentia (Amérique du Nord). ROCROI (1/50 000) : Discordance angulaire dévonien/cambrien (poudingue de Fépin) Lacune : le silurien => déformation du Cambrien (plissé) pendant l orogenèse Calédonienne.

8 L orogenèse Hercynienne (=varisque) Du Dévonien au Permien

9 L orogenèse Alpine (Eocène/Oligocène)

10 La notion de cycle orogénique Tuzo Wilson Seuls deux grands cycles (hercyniens et alpins) sont bien connus. Est-ce suffisant pour parler de cyclicité? Cycle Alpin débuté il y a 250 Ma environ Figure cordialement prêtée par T. François

11 Objectifs du cours 1 ) Etude d une chaîne récente, les Alpes 2 ) Etude des vestiges d une chaîne ancienne, la chaîne Hercynienne 3 ) Les grandes lignes des cycles orogéniques en France 4 ) Comparaison entre chaînes alpine et hercynienne, points communs et singularités 5 ) Formation et évolution d une chaîne de montagne, vers un modèle synthétique Les principaux sujets d oraux de l agrégation reliés à ce cours : Structure superficielle et profonde des Alpes Chaînes Hercyniennes et chaînes Alpines Métamorphisme et orogenèse Nature et structure de la lithosphère continentale à partir de la carte géologique de la France Les grands cycle orogéniques à partir de la carte de France au millionième La collision continentale à partir de l exemple des Alpes et bien d autres

12 1) A la recherche des marqueurs d une orogenèse à partir de l étude des chaînes Alpines en France (Alpes + Pyrénées) Lac de Serre-Ponçon, à proximité du chevauchement pennique (Photo : M. Rodriguez)

13 Contexte géodynamique - Schéma structural des Alpes occidentales

14 Carte de la sismicité des Alpes Les séismes de la zone externe sont associés au fonctionnement de failles inverses et décrochantes ce qui est logiquement attendu dans une zone de collision. En revanche, les arc sismiques briançonnais et piémontais correspondent à des mécanismes au foyer de failles normales donc extensif. Sismicité en Rhône-Alpes ( François Thouvenot, ISTerre) Carte de sismicité représentant les séismes enregistrés de 1986 à Elle fait apparaître les arcs de sismicité de la région avec notamment la faille de Belledonne. Les Alpes, une chaîne active!

15 La stratigraphie des grands domaines alpins (Alpes occidentales)

16 Le front pennique, frontière entre domaines internes et externes vue en carte

17 Le front de chevauchement pennique à l affleurement (1) Zone Sub-Briançonnaise Front de chevauchement Pennique au niveau du lac De Serre-Ponçon

18 Le front de chevauchement pennique à l affleurement (2) (extrait du cours de P. Lecroart)

19 Structure superficielle des Alpes externes Chaînes subalpines, Massifs cristallins externes Chevauchements et plis à vergence Ouest Charriage des Alpes sur l avant-pays

20 Le pli de la rive de l Arve Urgonien Cré. Inf. Jur. Sup. Cré. Inf. Jur. Sup.

21 Quelques plis célèbres des Alpes externes Pli de St Julien dans le Tithonique Pli de St Clément

22 Les nappes de charriage Marcel Bertrand Nappe de Digne et dôme de Remollon

23 Les blocs basculés dans les domaines externes, vestiges d une marge passive Massifs cristallins externes

24 Les massifs cristallins externes Faille d Ornon, exemple de bloc basculé repris en compression Plan de faille

25 Structure superficielle des Alpes internes B Blocs basculés inversés Rétrocharriage Nappes de Flyschs, très étendues Massifs cristallins internes A

26 Filons de basalte À travers gabbros Briançon, 1 : Basalte en coussins Gabbros Les vestiges d un océan Alpin dans les domaines internes : les ophiolites péridotites

27 Coupe synthétique des Alpes occidentales

28 Structure profonde des Alpes : les anomalies de Bouguer

29 Les bassins flexuraux Bassin molassique de la Bresse

30 Structure profonde des Alpes Imagerie géophysique de la chaîne Alpine : sismique réflexion

31 Comment construit-on un prisme orogénique? La notion de prisme orogénique

32 Sismicité & prisme orogénique

33 Reconstitution de l océan alpin LES VESTIGES DE L OCEAN ALPIN Les blocs basculés (=> massifs cristallins) Les ophiolites Les formations sédimentaires

34 Le métamorphisme, témoin de la subduction de l océan alpin (Téthys) Schiste bleu éclogite

35 Carte métamorphique des Alpes

36 Le Massif Cristallin interne de Dora Maira et la subduction continentale

37 Le métamorphisme, témoin de la subduction d un océan alpin

38 Le cycle alpin à l échelle mondiale : la disparition de la Thétys

39 La formation du prisme orogénique Alpin

40 Histoire géologique des Alpes, synthèse

41 Les fossés d effondrement cénozoïque et le cycle Alpin : controverses Limagnes Voir Clermont-Ferrand 1/ Fossé Rhénan Voir Colmart 1/50 000??? Fosse des Cévennes Voir Alès 1/50 000

42 Eléments de comparaison entre Alpes et Pyrénées Sibuet et al., 2004

43 Déformations associées à la formation du relief Pyrénéen Plissement Eocène au front de la chaîne Front de chevauchement Comme pour les Alpes, chevauchement des domaines internes sur les domaines externes Chaîne à double déversement Déformation : plis, nappes de charriage Carte du Mas d Azil (1/ )

44 Un océan dans les Pyrénées? Controverses Volcanisme ophitique sur la carte de Laruns (1/50 000) Les lherzolites de l étang de Lherz Sur la carte d Aulus-lesbains (1/50 000)

45 Imagerie géophysique des Pyrénées Un océan dans les Pyrénées? Controverses Une alternative inspirée par la tomographie

46 Reconstitutions paléo-géographiques du cycle alpin La structure des Pyrénées est déterminée par le couloir décrochant ayant accommodé la rotation de l Ibérie L ouverture du Golfe de Gascogne et les Pyrénées

47 Quels sont les marqueurs d une chaîne de montagne? Comment en comprendre le fonctionnement? L étude des Alpes nous a apporté de nombreux éléments de réponse, que nous allons tenter d appliquer à la chaîne hercynienne, plus ancienne, et plus difficile à étudier, du fait de l érosion, et de l histoire géologique en ayant affecté les vestiges

48 Définition d une chaîne de montagne? Un Relief Une racine crustale + Bassin flexuraux Des déformations associées à une compression Mais aussi de l extension syn-orogénique! Des granites tardi-orogéniques Du métamorphisme OROGENESE : Ensemble des processus intervenant dans la formation d une chaîne de montagne

49 2) A la recherche des vestiges de la chaîne hercynienne (=varisque) Photographie : Les granites tardi-hercyniens de Ploumanac h (

50 Localisation des terrains primaires à l affleurement et identification des grands domaines de la chaîne hercynienne

51 Carte de la sismicité de la France

52 Carte des anomalies de Bouguer de la France Le relief actuel du Massif Central, origine?

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54 La chaîne Hercynienne à l échelle de l Europe Avalonia : microplaque coincée entre Gondwana, Laurentia, & Baltica Iapetus, Tornquist : anciens océans Autres océans : Océan centralien (ou centreeuropéen) et océan rhéic : position des sutures discutée Au Paléozoïque, pas de golfe de Gascogne : Ibérie et France sont en contact Bloc du Léon : origine énigmatique, probablement une nappe liée à la fermeture de l Océan Rhéic (correspondant aux ophiolites du Lizard) Etude de la chaîne hercynienne, domaine par domaine

55 Les Ardennes, élément de la zone externe Nord de la chaîne Hercynienne Faille du Midi Faille du Midi La faille du Midi, vestige du front de la chaîne au Carbonifère

56 Etude simplifiée de la stratigraphie des Ardennes Jusqu au Dévonien : sédimentation détritique Pas de Dévonien inf. à Namur (lacune Silurienne) Conglomérat de Fépin en discordance angulaire Récifs + sédim. Détritique dès le Dévonien moysup Grès rouge issus de l érosion de la Chaîne Calédonienne Arrêt de la sédimentation détritique au Carbonifère : surrection Lacune Silurienne : orogenèse Calédonienne Surrection Carbonifère, activation faille du Midi La sédimentation enregistre la fermeture d un océan au Carbonifère Rocroi : observation de la discordance Dévonienne

57 L imagerie sismique dans les Ardennes Interprétation géodynamique préliminaire des Ardennes Lacquement et al., 1999

58 La Montagne Noire et la Zone Axiale Pyrénéenne, éléments de la zone externe de la chaîne Hercynienne Montagne Noire (carte 1/ ) Zone axiale Pyrénéenne (carte 1/ )

59 Le domaine interne de la chaîne Hercynienne : le Massif Central

60 Les nappes de charriage dans le Massif Central Antiforme de Tulle, vu sur la carte au 1/

61 Antiforme de Tulle Carte de Tulle, 1/ Eclogite Granite Tardiorogénique Granite Tardiorogénique Cpx amphibolite /leptynite Leptynite u. sup. gneiss Leptynite u. inf. gneiss

62 Description des nappes de charriage dans le Massif Central

63 Rappel : métamorphisme Grands types de métamorphismes, témoins des contextes géodynamiques passés

64 Unité de Thiviers-Paysac Grès de Thiviers Micaschiste (faciès schiste vert)

65 Unité supérieure de Gneiss Éclogites rétromorphosées Faciès HP

66 Unité ophiolitique Péridotite serpentinisée

67 Unité inférieure des Gneiss leptynite Tuff au faciès amphibolite

68 Les nappes de charriage à l échelle du Massif Central Différentes unités Différents faciès métamorphiques Différentes histoires Il n y a pas de gradient prograde contrairement aux Alpes

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70 Les nappes de charriage dans le massif armoricain, comparaison avec le massif central

71 Les nappes de charriage au niveau de la suture de l océan centralien

72 Les nappes de charriage dans le massif armoricain, comparaison avec le massif central

73 Répartition des unités métamorphiques à l échelle de l Europe

74 + Le volcanisme calco-alcalin dans les Massifs Central et Armoricain, vestige d une zone de subduction Les vestiges d un océan centralien Ophiolites de Belledonne, Massif cristallin externe des Alpes L île de Groix Les ophiolites Reliques d éclogites dans le MC

75 Où est la suture de l océan Centralien? Faille de Nord/Erdre?

76 Cycle métamorphique Silurien-Dévonien, marqueur de la disparition de l océan centralien?

77 Les vestiges de l océan Rhéic Ophiolites du Cap Lizard, Carte au 1/ Bassin arrière-arc de la Brévenne

78 Où est la suture de l océan Rhéic? Faille de Bray/Vittel Carte au 1/ Bloc du Léon (au niveau de Brest) mais discuté Carte anomalie de Bouguer

79 De grandes incertitudes dans la définition des domaines, différentes reconstitutions possibles, en particulier le bloc du Léon. Ce dernier serait une nappe de charriage formée lors de la fermeture de l océan rhéique/lizard

80 Cycle métamorphique Carbonifère, marqueur de la disparition de l océan Rhéic?

81 La formation de la chaîne hercynienne, modèles

82 Reconstitution du côté du Massif central

83 Reconstitution du côté du Massif Armoricain

84 Reconstitutions paléogéographiques à l échelle du Paléozoïque

85 Le démantèlement de la chaîne hercynienne Granite du Plouaret (zoom : carte de Belle-Isle-en-Terre (Au 1/50 000) Origine des granites du Massif Central et du Massif Armoricain Granite de la Margeride, Massif Central (Carte au 1/ )

86 Les traces du démantèlement : les failles normales

87 Les traces du démantèlement, les tuffs anthracifères du viséen

88 Erosion de la chaîne Hercynienne et isostasie

89 Les décrochements tardi-orogéniques Jusqu à 300 km de mouvement relatif pour la zone broyée sud Zones broyées armoricaines (marquées par des mylonites) Une interprétation possible des décrochements hercyniens : l extrusion latérale Sillon houiller

90 Les structures associées aux décrochements tardiorogéniques A quelle vitesse jouaient les décrochements? Quelles valeurs pour leur rejets? Bassins pull-apart stéphaniens

91 Bilan Massif Central

92 Bilan Massif Armoricain

93 Des modèles incomplets, des incohérences discutables, mais un consensus (ce qu il faut retenir pour l agrégation)

94 Comparaison entre cycles Alpins et Hercyniens et élaboration d un modèle de formation des chaînes de montagne à vous de jouer!

95 Références bibliographiques principales Le visage des Alpes (Agard et Lemoine) Géologie de la France et Outre-mer (Dercourt) N spécial géochronique 2009 sur la chaîne varisque N spécial Comptes rendus géoscience (2009) (Hors liste de l agrégation)