Caractères géologiques

2.2.1 Formation

L’histoire de la chaine himalayenne commence dans le Crétacé, lorsque la plaque indienne se sépare de l’Australie et de l’Antarctique (130-125 Ma) et dérive vers le Nord en direction du continent eurasiatique (84 Ma) à une vitesse moyenne de 16 cm/an (Dèzes, 1999). Sa remontée accélère la fermeture progressive de l’océan Néo Téthys et se conclut avec la collision entre la marge passive indienne et la plaque Eurasiatique pendant l’Eocène (Figure 2.5, A), entre 55 (Patriat and Achache, 1984; Guillot et al., 2003) et 50 Ma (Métivier et al., 1999; Hodges, 2000). A partir de ce moment, la vitesse de convergence commence à diminuer, pour se stabiliser à partir de 40 Ma jusqu’à nos jours autour de 5 cm/an (Guillot et al., 2003).

Ce n’est qu’après avoir été une zone de subduction océanique que la zone de convergence Indo-Asiatique devient une zone de collision continent-continent avec la subduction de la plaque indienne continentale (55 et 45 Ma) qui donnera lieu à l’Himalaya, au Tibet et aux chaînes de l’Asie centrale (Figure 2.5, B) Cette étape correspond à la première phase de raccourcissement de la croûte terrestre (Patriat and Achache, 1984) qui toutefois ne produit pas d’orogenèse au niveau de la chaine proto-himalayenne. Ce n’est que entre 44 et 37 Ma, grâce à l’arrivée d’une croûte continentale épaisse et flottante, qu’un prisme d’accrétion important se met en place et donne naissance aux premiers reliefs proto-himalayens, évoluant ensuite de manière significative le long de la future chaîne himalayenne (25-20 Ma, Figure 2.5, C). A cette époque, le prisme orogénique considérablement épaissi commence à s’exhumer rapidement le long de principales structures de failles et la mise en place d’un système montagneux entraîne le dépôt d’une quantité importante de sédiments issus de l’érosion dans les bassins sédimentaires aux alentours de l’arc himalayen (Métivier et al., 1999). Lors de ces dernières phases, deux processus sont évoqués pour expliquer le raccourcissement de la croûte continentale manquante : l’extrusion, qui comporte l’éjection du bloc Indochine de la plaque indienne, et la formation de structures de déformation, comme des chevauchements et des plis (Patriat and Achache, 1984; Métivier et al., 1999). Même si les deux mécanismes sont sûrement simultanés, c’est ce dernier qui serait responsable des importants reliefs himalayens (Dèzes, 1999).

Au cours des temps géologiques, plusieurs épisodes de métamorphisme, d’exhumation et de déformation ont contribué à la mise en place de l’arc himalayen et de ses différentes unités structurales. Aujourd’hui, la plaque indienne se déplace vers le nord à une vitesse de 36-38 mm/an et la déformation du plateau Tibétain, de l’Himalaya et des reliefs chinois contribue à accommoder plus de 90% du raccourcissement crustal (Wang et al., 2001).

Le système himalayen

[31]

Figure 2.5 Evolution de la zone de convergence indo-asiatique (modifié d'après Jain, 2014).

A. Subduction et fusion partielle de la croûte océanique téthysienne entre 70 et 65 Ma. B. Subduction lithosphérique continentale de la plaque indienne (55-35 Ma) et métamorphisme. Amph : faciès amphibolotique ; HP : Haute Pression (métamorphisme) et UHP : Ultra Haute Pression (métamorphisme). C. Mise en place de la chaîne proto-himalayenne et de ses structures lithologiques (40-15 Ma).

2.2.2 Structure

L’Himalaya est classiquement divisé en quatre unités lithologiques principales, délimitées au Nord et au Sud par plusieurs importants accidents tectoniques, responsables de la déformation et de la morphologie actuelle du système (Figure 2.6 et 2.7). La description de la géologie himalayenne est principalement basée sur les recherches de Le Fort (1975; 1987) et sur les travaux de Dèzes (1999) et de Hodges (2000).

A

B

Le système himalayen

[32] I. Sub-Himalaya ou Siwaliks.

Il s’agit des contreforts de la chaine himalayenne. Cette unité se compose principalement de dépôts molassiques du Néogène et du Quaternaire issus de l’érosion de l’Himalaya. Ces reliefs sont délimités des alluvions quaternaires de la plaine Indo-Gangétique situés plus au Sud par le Main Frontal Thrust (MFT), un front de chevauchement actif qui accommode l’orogenèse aujourd’hui (Lavé and Avouac, 2000).

II. Bas ou Lesser Himalaya (LH)

Cette unité est constituée de sédiments détritiques issus d’une séquence sédimentaire de la marge passive du Nord du continent indien. Il s’agit d’une formation ancienne, âgée du Protérozoïque au Paléozoïque et composée de schiste, gneiss, quartzite, phyllithe, marbre, granite et roches sédimentaires.

Le LH est limité au Sud par le Main Boundary Thrust (MBT), une structure active depuis au moins 10-15 Ma (DeCelles et al., 1998; Guillot et al., 2003).

III. Au Nord du Bas Himalaya, le cœur de la chaîne consiste dans les formations cristallines du Haut Himalaya et des Séries Sédimentaires Téthysiennes, qui couvrent les zones avec les reliefs topographiques majeurs.

a) Haut Himalaya ou High Himalayan Crystalline (HHC)

Il s’agit d’une séquence de roches méta-sédimentaires fortement métamorphisées, associées à des intrusions de leucogranites de taille importante. Trois formations, d’âge compris entre le Néoprotérozoïque et le Cambrien (Parrish and Hodges, 1996), caractérisent le HHC : i) des gneiss de type biotite-muscovite à la base ; ii) superposés de gneiss calco-silicatés, principalement accompagnés de marbre et quartzite et iii) un horizon supérieur de ortho-gneiss œillé .

Les formations hautement métamorphisées du HHC forment une nappe qui chevauche les structures moins métamorphisées du LH le long du Maint Central Thrust (MCT), chevauchement actif à plusieurs reprises pendant le Miocène (Catlos et al., 2004).

b) Séries Sédimentaires Téthysiennes (SST)

C’est une série sédimentaire riche en fossiles, faiblement métamorphisée mais fortement plissée. Cette formation préserve une séquence quasi complète depuis le Protérozoïque supérieur jusqu’à l’Eocène et enregistre toute les phases tectoniques de la marge continentale nord-indienne, depuis le Gondwana jusqu’à la collision avec l’Eurasie. La transition entre les sédiments du HHC et ceux du SST se fait généralement de manière progressive et est marquée par une zone de détachement dite South Tibetan

Le système himalayen

[33] IV. Trans-Himalaya

La zone Transhimalayenne renferme les éléments de l’arc continental formé lors de la subduction de la croûte océanique de la Téthys, avant la collision de l’Inde avec l’Eurasie. Cette structure se compose principalement de roches volcaniques et plutoniques, ainsi que de sédiments continentaux faiblement métamorphisés et de séquences sédimentaires d’avant-arc du Crétacé-Tertiaire.

Le Trans-Himalaya se situe au Nord de l’Indus-Tsangpo Suture Zone (ITSZ), la zone de collision qui marque la limite entre la plaque Indienne et Eurasiatique. Cette structure est présente en direction E-O sur l’ensemble de l’arc himalayen et est formée principalement par des séries ophiolitiques, des roches volcaniques et des sédiments molassiques.

Figure 2.6 Le principaux éléments structuraux dans le NO himalayen (Dèzes, 1999).

Les structures lithologiques et l’évolution dynamique de l’Himalaya ont laissé leur empreinte dans les multiples bassins sédimentaires développés autour de la chaîne. Localisés principalement au Sud du front orogénique, les bassins himalayens ont été formés depuis le Paléocène (66 Ma) par les produits d’érosion issus de la chaine himalayenne. Si leur taux d’accumulation a été faible au début du Tertiaire, à partir de l’Oligocène (35 Ma) et en particulier pendant le Quaternaire, les bassins sédimentaires se développent de manière exponentielle (DeCelles et al., 1998; Métivier et al., 1999).

En parallèle à la mise en place du massif himalayen et de ses bassins sédimentaires, un système de paléo-drainage se développe et se transforme au cours de l’histoire. Ainsi, c’est pendant le Miocène (24-5 Ma) que le système de drainage du Gange assume sa position actuelle avec un écoulement orienté O-E (DeCelles et al., 1998).

Quant au système de la Gandak, il se développe sur l’ensemble des structures himalayennes : ses deux affluents, la Kali Gandaki et la Trisuli, prennent leur source dans les SST népalaises et s’écoulent ensuite sur les formations du HHC et du LH. Un fois unifiée, la Narayani traverse les Siwaliks et atteint enfin la plaine alluviale Indo-Gangétique sous le nom de Gandak.

Le système himalayen

[34]

Le système himalayen

[35]