Société Géologique et Minière du Briançonnais 27-09-2013 par Dr Françoise CHALOT-PRAT chalot@crpg.cnrs-nancy.fr Université de Lorraine Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques Faculté des Sciences et Techniques de NANCY Publications et Sentier Géologique accessibles sur http://francoise.cp.free.fr 1
Introduction Chenaillet et Chaîne des Alpes Age de l océan fossile, la Téthys Alpine Ophiolite = fragment d océan fossile Intérêts scientifiques de cet «objet fossile» et des dorsales océaniques en général 2
Chenaillet et Chaîne des Alpes Les Alpes sont le résultat de la formation et de la fermeture d un océan Le massif du Chenaillet représente un fragment de cet océan Briançon Chenaillet C est le seul fragment d océan des Alpes, préservé de la déformation et du métamorphisme 3
Age de l océan fossile, la Téthys Alpine La Téthys Alpine a commencé à s ouvrir vers 200 millions d années (début du Jurassique) Elle a fonctionné environ pendant 100 millions d années (début du Jurassique à milieu du Crétacé) Le fragment d océan préservé au Chenaillet s est formé aux alentours de 150 millions d années 4
«Ophiolite» ou fragment d océan fossile Le terme d ophiolite désigne un fragment de plancher océanique fossile sur 500m d épaisseur pour le Chenaillet = ensemble de roches dont la composition et l organisation, à différentes échelles d observation, sont analogues à celles trouvées au fond d un océan actuel, comme l Atlantique 5
Mais quel est l intérêt d étudier cet «objet fossile»? Faire des observations détaillées du fond d un océan sur la terre ferme! le fond des océans actuels est entre 800 à 4500 mètres de profondeur et donc difficilement accessible les observations par submersible restent limitées (techniques et sécurité) L ophiolite est représentative d un fragment de DORSALE OCÉANIQUE, la zone de fractures le long de laquelle les 2 parties d un océan se séparent mieux comprendre les mécanismes d expansion des océans 6
1. Qu est ce qu une dorsale océanique de type Atlantique? 7
Chaînes de reliefs sous-marins à l échelle du globe terrestre et de l Atlantique en particulier DORSALE ATLANTIQUE DORSALE PACIFIQUE DORSALE INDIENNE Attention, exagération verticale du relief océanique X2 par rapport au relief continental 8
Création de surface océanique à vitesse de 2 à 4 cm/an = dorsale lente DORSALE ATLANTIQUE 180 Ma Couleur = Age des anomalies en millions d années DORSALE INDIENNE DORSALE PACIFIQUE Carte des anomalies magnétiques au fond des océans 0 Ma Plus les bandes de couleur sont larges, plus la vitesse d expansion est rapide 9
Type DORSALE ATLANTIQUE Type DORSALE PACIFIQUE AXE DORSALE AXE DORSALE AXE DORSALE 0 1 km 500m Exagération verticale X2 0 100m 1 km 1 km 100m large vallée centrale = RIFT médio-océanique étroite vallée centrale = pas de rift (ss) 10
Une dorsale lente EPAULE DU RIFT 22 km «RIFT» médio-atlantique AXE DORSALE zone volcanique 2500 m profondeur du fond océanique 3800 m EPAULE DU RIFT zone sans volcans 15 km Attention, exagération verticale X 3 11
MORPHOLOGIE de la ZONE VOLCANIQUE ZONE VOLCANIQUE formé de reliefs segmentés Chaque segment (3 à 10km long) est formé de collines volcaniques COLLINES VOLCANIQUES ABYSSALES - diamètre 1 à 5 km - Hauteur 500m à 1km Attention, exagération verticale X 2 Ride de Lau (Tonga) 12
COLLINES VOLCANIQUES ABYSSALES (500m à 1km de haut) recouvertes d une multitude de petits volcans coniques (hummocks = tas de foin! de 5 à 50 m de haut) Attention, exagération verticale X 2 13
coulées de lave basaltique en tubes et coussins (pillow lavas) (photos en submersible) 25 à 50 cm 25 à 50 cm web site «ridge2000» web site «noaa.gov/vents/nemo/explorer 50 à 100 cm coulée de lave basaltique lobée 14
Que savons nous? AXE DORSALE LENTE Questions scientifiques à résoudre EPAULE DU RIFT cassante collines volcaniques abyssales manteau gabbro colline volcanique abyssale volcan le plus récent volcans plus anciens. expansion lente roches en profondeur? structures des roches? 15
Questions scientifiques à résoudre Pourquoi des volcans seulement à l axe de la dorsale? Comment s effectue la création de surface audessus de laquelle se mettent en place les volcans? Quel lien entre la formation des volcans et la création de surface? 16
2. A la découverte de ce fragment de dorsale du Chenaillet http://francoise.cp.free.fr/geol/ CARTE GÉOLOGIQUE EN RELIEF DU CHENAILLET SUR GOOGLE EARTH ET SENTIER GÉOLOGIQUE DU CHENAILLET http://www.ac-grenoble.fr/webcurie/google/chenaillet_chalot_prat_fra.kmz 17
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lave en COUSSINS et TUBES COUSSIN en section transversale haut pédoncule bas TUBE en section longitudinale queue sens d écoulement haut front bas 19
lave en COUSSINS et TUBES haut haut COUSSINS de lave, en coupe, dans un volcan bas bas haut TUBES de lave sur la pente d un volcan 20 sens d écoulement bas
les ÉDIFICES volcaniques LANGUES de lave en tubes et coussins Rocher de l Aigle 21
Système en marche d ESCALIER chaque marche est constituée d un entablement de LANGUES marches Rocher de l Aigle entablement de LANGUES schéma d un système en ESCALIER socle 5 to 100 m conduits magmatiques 22
les ÉDIFICES volcaniques VOLCAN CONIQUE avec lave en tubes et coussins cône vu de profil flanc aval de cône vu de face dyke 5-50m hauteur empilement de coussins, concentrique autour du dyke 5-50m section schéma de CONE volcanique Tous les cônes se sont construits sur une pente de plus en plus forte 23
Système volcanique en PEIGNE dents Chenaillet 2650m armature dents chaque dent correspond à un alignement de CONES 2 PEIGNES pseudo-symétriques de part et d autre de la même armature 24
Les systèmes volcaniques pseudo-symétriques en PEIGNE armature Dent de peigne CONE CONE le plus récent 1A & 1B CONES les plus anciens conduit vue en coupe vue de dessus 2 PEIGNES pseudosymétriques 25
le GABBRO forme des ampoules à l intérieur du manteau gabbro non déformé le cœur des ampoules est non déformé gabbro déformé les bordures sont déformées et foliées à Haute Température et Haute Pression à grande profondeur 26
le corps de gabbro cristallise en profondeur Il est étiré et déformé à ses marges durant son transport vers la surface 27
épontes rectilignes filons de basalte Gabbro A faible profondeur, le gabbro est fracturé et injecté de basalte gabbro épontes sinueuses Le gabbro peut être encore chaud lors de sa fracturation à faible profondeur 28
Comment le gabbro est-il remonté au fond de l océan? niveau de cataclasite La remontée du gabbro au fond de l océan s est effectuée le long de failles Le long de ces failles, la roche a subi un cisaillement, un broyage formation d un niveau de CATACLASITE gabbro folié 29
racine de volcan péridotite serpentinisée péridotite foliée, donc déformée à haute pression et haute température La péridotite est altérée par l eau de mer sur le fond de l océan et transformée en serpentinite Elle est recoupée par les conduits de basalte 30
Comment ce manteau est remonté au fond de l océan? péridotite serpentinisée La remontée du manteau au fond de l océan s est effectuée le long de failles Le long de ces failles, la roche a subi un cisaillement, un broyage CATACLASITE horizon de CATACLASITE péridotite serpentinisée 31
Relations géométriques entre volcans, plutons et manteau en CARTE Carte géologique de l ophiolite du Chenaillet Systèmes volcaniques en marche d escalier en peigne volcans basaltiques dépôts détritiques Gabbro polarité Manteau 32
Le fragment d océan du Chenaillet a une structure analogue à celle d une colline volcanique abyssale système en peigne système en escalier chaines de systèmes en peigne 33
Relations géométriques entre volcans, plutons et manteau en COUPES WSW NE base de la nappe volcans NNW S sills manteau base de la nappe Les reliefs sont formés par le toit ondulé du MANTEAU Les VOLCANS (5 à 50m de haut) sont construits sur ces reliefs Les GABBROS (100m d épaisseur max) forment des sills affleurant au toit du manteau. Ils sont recouverts par place par les volcans 34
.d après l étude du Chenaillet 3. Comment s agrandit la surface de l océan à l axe de la dorsale? 35
Quelles sont les relations entre construction des volcans et expansion de l océan? 36
Quel mode de construction pour le système volcanique en ESCALIER? ERUPTIONS SYNCHRONES de la FORMATION du RELIEF et POSTERIEURES à l exhumation du socle 37
Quel mode de construction pour le système volcanique en PEIGNE? Structure interne des cônes volcaniques sur une dent de peigne socle Volcans d autant plus récents qu ils sont plus hauts sur la pente socle socle Dykes incurvés à leur base et déracinés? Dykes dans le socle incurvés à leur extrémité supérieure ex-racines de volcans déracinés? socle 38
Quel mode de construction pour le système volcanique en PEIGNE? ERUPTIONS SYNCHRONES de la formation du RELIEF et de l EXPANSION DU FOND DE L OCEAN 39
Rôle majeur du manteau dans la création de surface et de relief à la dorsale CONES les plus récents surface de manteau exhumée au fond de l océan pendant les éruptions CONES les plus anciens MANTEAU magma failles de détachement ETIREMENT des plaques dykes basculés pendant le transfert la formation d un «léger» relief mantellique à l axe de la dorsale, pendant son étirement par divergence des plaques, serait induite par la diminution significative de la densité du manteau 1- par serpentinisation et 2- par forte augmentation de température liée à la remontée de magma 40
Quel mode de mise en place pour les sills de gabbro? surface de manteau exhumée au fond de l océan pendant les éruptions MANTEAU magma gabbro failles de détachement ETIREMENT des plaques Plutons et volcans alimentés par le même magma Magma injecté dans un faisceau de fractures à la limite des plaques divergentes; fractures ouvertes jusqu à la surface volcans ; fractures fermées vers le haut plutons Remontée des plutons assurée par étirement et transfert -vers le haut puis latéralementdu manteau, expliquant la déformation des épontes des plutons et sa mise en place sous forme de sills au toit et au sein du manteau 41
Ainsi s expliquent les ondulations du toit du manteau WSW NE base de la nappe volcans NNW S sills manteau base de la nappe Ces reliefs sont tapissés de sills et de volcans sur une épaisseur insignifiante (100m max avant érosion) 42
Architecture des systèmes volcaniques AXE «présumé» de la DORSALE Système en ESCALIER ENE Système en PEIGNE WSW Les SYSTÈMES en PEIGNE construits dans contexte en EXTENSION et en EXPANSION 43
4. D où vient le magma? Quelle est la cause des éruptions? A partir de la composition chimique des basaltes multiples et petits réservoirs de magma à l axe de la dorsale magma sans cesse renouvelé, à partir de la fusion du manteau à plus de 50 km de profondeur épaule du rift volcans réservoirs 44
25 km Échelle COLLINE ABYSSALE Quelle est la cause des éruptions? magma 1. Exhumation de manteau par extension/étirement de la lithosphère Échelle DORSALE Dorsale 2. Éruptions par ouverture éphémère de conduits le long de Failles de Détachement...avec construction d une Ride à la Dorsale 25 km Échelle des PLAQUES lithosphère asthenosphère 3. Genèse de Magma par décompression adiabatique d asthénosphère, sous la lithosphère en extension 45
Et pour conclure Des volcans sous-marins du Chenaillet à la formation des océans y pensiez vous? Un grand merci pour votre attention