Les ophiolites Préparation à l agrégation SV-STU de l université d Orsay Leçon de contre option Proposition de plan par Mathieu Rodriguez, Agrégé préparateur Ens rodriguez@geologie.ens.fr Définition : Ophiolites : fragments de lithosphère océanique préservés à terre, et reposant sur de la lithosphère continentale. Il s agit de vestiges d océans disparus. Processus d obduction : modes de mise en place de la lithosphère océanique sur la lithosphère continentale. Avec les ophiolites, les secrets de la lithosphère océanique deviennent directement et facilement accessibles au géologue de terrain! loin des explorations en submersible ou de la géophysique marine, coûteuses et difficiles à mener. Cependant les corps ophiolitiques ne sont plus en place : le manque de connaissance sur la configuration exacte de l ophiolite au sein de l Océan auquel elle appartenait entraine parfois des incompréhensions. Problématique : Les modèles cinématiques instantanés (type NUVEL 1A ou MORVEL) fournissent la vitesse d ouverture des océans moyennée sur 3.16 Ma. Les vitesses vont de ~1 à 10 cm/an ; les dorsales ultralentes, lentes et rapides ont des signatures morphologiques typiques. -Les Ophiolites donnent accès aux processus de formation de la lithosphère océanique dans les différents contextes d accrétion. Comment les ophiolites permettent-elles de comprendre les processus de formation de la lithosphère océanique? -Paradoxe du mode de mise en place des ophiolites: comment de la lithosphère continentale, de densité ~2.7, peut-elle passer sous de la lithosphère océanique plus dense (densité ~3.3 pour le manteau et 2.9 pour les basaltes)? Quelles sont les caractéristiques des zones d obduction? Existe-til un ou plusieurs modes d obduction? -Les ophiolites constituent le plus souvent des vestiges d océans disparus. Quelles informations apportent-elles sur ces océans? Quelles informations paléogéographiques fournissent-elles? 3 axes de questionnement : -Apports des ophiolites à la connaissance de la lithosphère océanique? -Mode de mise en place des ophiolites? -Signification paléogéographique?
Vitesses actuelles d ouverture des océans Répartition globale des ophiolites et la carte est incomplète! (attention petite erreur sur localisation de l Oman)
1- Pétrologie de la lithosphère océanique 1-A. Un exemple d ophiolite HOT (Harzburgite Ophiolite Type) : les ophiolites du Semail (Sultanat d Oman) -A partir de photographies ou d échantillons disponibles, décrire la séquence ophiolitique du Semail du toit vers la base ou de la base au toit. Je mets ici quelques photographies du site de C. Nicollet pour rappel. Comparer brièvement avec une expédition en submersible sur une dorsale rapide, ex. les Galapagos dans le Pacifique. On notera la présence d Harzburgite, voire de dunite, qui indique que les pyroxènes de la lherzolite ont abondamment fondu pour contribuer à la formation du liquide magmatique à l origine des gabbros et des basaltes. Les filons sont très développés. La configuration des gabbros indique la présence de vraies chambres magmatiques.
1-B. Un exemple d ophiolite LOT (Lherzolite Ophiolite Type) : les ophiolites du Chenaillet (Alpes Franco-italiennes) et les ophiolites de Troodos (Chypre) Ici la péridotite est de la lherzolite, les pyroxènes restent abondants, il n y a pas de véritables chambre magmatique mais plusieurs lentilles de gabbros. La fusion partielle du manteau est moins intense que dans le cas des ophiolites HOT.
1-C. La classification de Penrose
1-D. Intérêts métallifères Cuivre (Chypre vient de Cuivre) ; Nickel en Nouvelle Calédonie. Dépôts hydrothermaux riche en sulfures. 2- Processus de formation de la lithosphère océanique Au-delà de la diversité des séquences ophiolitiques, il faut maintenant relier les observations aux processus de formation de la lithosphère océanique. Je ne pense pas qu il faille s étendre sur la géochimie, car cela imposerait de traiter les processus d obduction de façon trop superficielle. A la rigueur, présenter un document montrant l évolution d un liquide issu de la fusion partielle d une péridotite, et de façon simplifiée les réactions de la série de Bowen. 2-A. Dans le cas des dorsales rapides -Modèle classique de fonctionnement d une chambre magmatique
2-B. Dans le cas des dorsales lentes/ultra-lentes Les ophiolites du chenaillet ont été récemment définies comme le vestige d un core complex océanique. Un détachement favorise l exhumation du manteau. Des traces de déformation ductile, et de la déformation cassante surimposée sur les structures ductiles, caractérisent le plan de contact. Le stade d exhumation est considéré amagmatique. Du volcanisme se manifeste en fin de vie du core complex. Il s agit d un contexte de formation pauvre en apports magmatiques, sans vraie chambre magmatique bien définie. 3- Diversité des modes de mise en place des ophiolites : les processus d obduction 3-A. Les conditions d initiation de l obduction -Les zones de déformation diffuse (ex. Océan Central Indien) : une zone d obduction naissante? -La serpentinisation de la lithosphère suite à la circulation de fluides affaiblit la résistance de la lithosphère océanique et favorise le développement de failles inverses à important rejet. La serpentinisation permet aussi de former des niveaux de décollement au sein du manteau, et d individualiser des écailles de lithosphère océanique. -Les zones de supra-subduction : de nombreuses ophiolites comportent des laves (boninites) dont la signature géochimique indiquerait l influence de fluides issus de la deshydratation du slab (à partir de 100 km de profondeur env.). Peu après l initiation de la zone de subduction, de l accrétion océanique arrière-arc se met en place à l aplomb de la zone de subduction : c est le contexte de supra subduction. Ce contexte est considéré comme les prémisses de l obduction pour de nombreuses ophiolites. Quelques bémols à ce consensus très répandu en géosciences : les modalités physiques de l initiation de la subduction sont mal comprises à l heure actuelle ; la source des fluides n est pas forcément la deshydratation d un slab, il existe des failles qui s enracinent dans le manteau jusqu à la profondeur de fusion des péridotites, et qui peuvent chenaliser des fluides en l absence de subduction bien développée. Ces contextes (zones de déformation diffuse, core complex océanique) ne sont pas encore très bien étudiés par la géochimie.
Cartographie de la sismicité de la zone de déformation diffuse dans l Océan Indien Central, délimitée par les cadres rouges Profils sismiques N-S dans la zone de déformation diffuse de l Océan indien, montrant des failles inverses intra-océaniques, prémisses d une obduction
Schéma illustrant un mode possible d initiation de subduction/obduction intra océanique et le développement d une zone de supra-subduction (SSZ) 3-B. Le mode d obduction type Semail : une subduction continentale avortée? Caractéristiques des ophiolites du Semail : obduction sur environ 100 km. Semelle métamorphique de haut grade. Nappes de charriages au front de l ophiolites : les nappes de l Hawasina. La lithosphère du Semail se forme à partir de 90 Ma et se trouve obductée à la fin du Campanien. Le mode d obduction actuellement considéré est celui d une subduction continentale avortée. La portion de lithosphère océanique attachée à l Arabie entraîne avec elle la partie distale de la
lithosphère continentale arabe (slab pull). La lithosphère océanique du semail est chevauchée sur l arabie de façon passive : c est l arabie qui subducte sous le semail et non le semail qui est charrié activement sur l arabie. La flottabilité de la lithosphère continentale arabe ne permet sa subduction au-delà de 100 km. Suite à l obduction la lithosphère continentale est donc exhumée, formant une fenêtre au sein des ophiolites du Semail : la fenêtre du Saih Hatat. Le métamorphisme indique que ce type d obduction se fait assez rapidement, en moins de 5 Ma. Les caractéristiques de l obduction du Semail (structure, métamorphisme, mode de mise en place )
Modèles numériques illustrant le scénario de l obduction du Semail
3-C. Le mode d obduction type Chenaillet ou Crescent Terrane : l écaillage de la lithosphère océanique dans un prisme d accrétion d échelle lithosphérique Il existe des ophiolites qui n ont pas de semelle métamorphique de haut grade bien définie. La seprentinisation de la lithosphère océanique permet l isolement d écailles d ophiolites, qui sont charriées les unes sur les autres à la manière d un prisme d accrétion, d échelle lithosphérique. Cas possibles : alpes-corse, Crescent Terrane dans les Cascades (Nord Amérique), potentiellement les ophiolites de Chypre Difficile à démontrer, nécessite de l imagerie sismique très difficile à mettre en palce Modèles numériques illustrant le mode d obduction par slab slicing. 3-D. Obduction et tectonique gravitaire Suite à l exhumation de la lithosphère continentale, il peut y a voir glissement gravitaire de l ophiolite et des nappes de charriage qui se mettent en place sur les flancs de la ozne exhumée (ex ; Saih Hatat en Oman).
4- Les ophiolites : intérêts paléogéographiques Conclusions : -Les ophiolitesindiquent la présence d océans fossiles, permettent d identifier les zones de suture -Age de formation permet de dire quand l accrétion était active -Paléomag : permet de dire avec cependant des incertitudes où était localisé l océan en cours de formation -Parfois difficulté pour dire si un océan par ophiolite ou si plusieurs opholites pour un océan ; ex. des ophiolites de Crête, éloignée de la suture initiale par l extension arrière arc de la mer égée. Un seul océan, mais plusieurs ophiolites segmentées par l extensiona rrière arc! -Diversité des ophiolites ; faire un tableau bilan au tableau inspiré de la classification de penrose. Actuellement ; fort intérêt pour étudier à terre les core complex océaniques. -Diversité des modes de mise en place/ obduction Ouverture possible sur le Contexte géodynamique favorisant l obduction? *Une accélération des plaques est-elle nécessaire? ex. crétacé sup? *Couplage avec le manteau (convection)? *Comment initier une subduction intra océanique? *Encore beaucoup d inconnues!!!