DISCUSSION GÉNÉRALE

Ce travail de thèse a eu pour but de caractériser les processus post-orogéniques et leurs conséquences pour l’architecture de la lithosphère continentale. Les stades tardi- à post-orogéniques de l’orogénèse varisque en Europe de l’ouest sont caractérisés par une intense activité magmatique, métamorphique et tectonique, en particulier du Carbonifère supérieur au Permien inférieur. Les effets sont importants, à toutes les échelles et à tous les niveaux de la lithosphère continentale, des bassins superficiels au manteau profond (Fig. VI-2). Cette lithosphère, préservant des indices de processus post-orogéniques, est accessible dans les Alpes.

En effet, ces niveaux ont été exhumés grâce aux différentes phases extensives mésozoïques, puis compressives du Crétacé au Tertiaire. Ainsi, la mise en place d’intrusions mafiques permiennes est reportée dans les Alpes, non seulement en base de la croûte continentale (Hermann et al., 1997; Quick et al., 1994), mais également dans la croûte continentale moyenne et supérieure (Monjoie et al., 2005; Tribuzio et al., 2009; Tribuzio et al., 1999). Alors que la mise en place de ces intrusions de croûte inférieure a été le sujet de nombreuses études depuis plusieurs décennies (voir chapitre I), le fonctionnement des systèmes magmatiques plus superficiels demeure peu contraint.

Ainsi, ce travail de thèse concerne un système magmatique et métamorphique permien de croûte moyenne, le gabbro de Sondalo qui se met en place dans l’unité de Campo (nappes austroalpines) dans une phase tardi- à post-orogénique. La compréhension de son fonctionnement a été établie en trois niveaux :

- la compréhension de l’évolution métamorphique de l’encaissant du gabbro de Sondalo, loin, au contact, et dans le pluton (chapitre III) ;

- la compréhension des mécanismes d’ascension et de mise en place du gabbro dans la croûte moyenne (chapitres III et IV) ;

- la compréhension des systèmes d’exhumation du gabbro, de son encaissant et des unités avoisinantes (chapitres III, IV et V).

Ce dernier chapitre a pour but de discuter les résultats et de les intégrer dans un contexte général, permettant de discuter les processus post-orogéniques mais également leur importance pour les phases de déformations postérieures.

196 Formation et exhumation des granulites permiennes

1. q

’

-

-

? (c

iii)

Dans les Alpes, le Permien est connu pour un épisode métamorphique de haute température et moyenne pression, dont le lien avec des intrusions de magmas mafiques n’est pas systématique (Schuster & Stüwe, 2008). Les métasédiments de l’unité de Campo enregistrent un trajet P–T associé à l’orogénèse varisque au Carbonifère, daté entre 350 et 325 Ma dans la zone voisine d’Ulten (Langone et al., 2011). Ces métasédiments sont équilibrés dans le faciès des amphibolites (micaschistes à grenat et staurotide, équilibrés à 6 kbar/600°C), lors du développement des foliations Sc1 et Sc2 (Fig. VI-1a). L’unité de Campo est ensuite exhumée dans des niveaux crustaux intermédiaires (~ 4 kbar soit ~12 km de profondeur) entre 310 et 290 Ma avant l’intrusion du gabbro permien de Sondalo (Fig. VI-1b). Cette exhumation est éventuellement associée aux déformations Dc2 dans l’unité de Grosina. La mise en place durant le Permien (289–285 Ma, âges U–Pb sur zircon) du pluton mafique de Sondalo est responsable d’un métamorphisme de haute température, dont l’intensité augmente en s’approchant du pluton, des roches loin de l’encaissant dans l’unité de Campo (à 4 kbar) aux xénolites de l’encaissant incorporés par le pluton (Fig. VI-1c). Une auréole migmatitique est développée autour du gabbro de Sondalo, par fusion partielle de l’encaissant métasédimentaire. Dans cette auréole, les échantillons suivent une évolution contrastée, en étant soit (1) uniquement exhumés (de 6 kbar/750°C à 5 kbar/725°C), soit (2) tout d’abord enfouis (de 4,5 kbar/500°C à 5,2 kbar/800°C) pour être finalement décomprimés sous 4.8 kbar (Fig. VI-1d). Ces déplacements verticaux sont associés au développement d’une foliation de haute température entourant le pluton dans l’auréole métamorphique de contact (Sc4). Lors de l’intrusion, des xénolites dérivés de l’encaissant sont incorporés. Le métamorphisme dans ces roches atteint le faciès des granulites (5,5 kbar/930°C) avant qu’elles soient finalement exhumées à 4 kbar pendant la déformation Dc4 (Fig. VI-1d). En revanche, loin de l’intrusion, le métamorphisme est indiqué par la cristallisation statique d’andalousite et de cordiérite.

La relation complexe entre magmatisme et métamorphisme décrite dans la croûte moyenne, avec la présence d’une auréole migmatitique et de xénolites granulitiques, est également observée dans les systèmes plus profonds de la croûte inférieure (p. ex. Redler et al., 2012; Redler et al., 2013). L’augmentation de chaleur est responsable d’un métamorphisme, à la limite entre le métamorphisme de contact et le métamorphisme régional, affectant des unités qui parfois ne présentent pas de gabbros, comme documenté par exemple dans les Alpes (Schuster

& Stüwe, 2008). La chaleur nécessaire au métamorphisme régional est advectée dans la croûte continentale par les gabbros eux-mêmes (p. ex. Annen et al., 2006). De plus, l’état thermique particulièrement élevé du manteau, inhérent à sa fusion partielle, participe au réchauffement de

197

Chapitre V : Exhumation et refroidissement pendant le rifting

Time (Ma)

Carboniferous Variscan metamorphism Late-Carboniferous Early-Permian Exhumation

Sondalo gabbro intrusion Phase I Sondalo gabbro intrusion Phase II

Slow cooling of Campo and Grosina Slow exhumation through ESZ

Fast cooling Fast exhumation through detachments

0 10 20 30 40 50 p(km)

(g) 300°C 400°C 500°C 600°C

300°C 400°C 500°C 600°C 300°C 400°C 500°C 600°C

300°C 400°C 500°C 600°C 100 20 30 40 km

10

0 20 30 40 km Extraction fault

Extraction fault Gabbro

Magmatism

Granitoid Diorites

Triassic sedimentsLower Jurassic sediments (early rifting)Upper Jurassic sediments (late rifting) Upper crust Middle crust Lower crust Upper subcont. mantle Lower subcont. mantle Asthenospheric mantle Prograde eventRetrograde event

Pre-rift architecture

Detachment faults Exhumation faults Stretching faults

210275245285290310350185

Fig. VI-1: Synthèse de l’évolution des unités de Campo et de Grosina du Carbonifère au Jurassique.

Voir texte et chapitres précédents pour détails.

198 Formation et exhumation des granulites permiennes

Partial Melting Area

Pre-rift cross section (Permian to Triassic)

(b) Syn-rift cross section (Jurassic)

Gabbro

Magmatism

Granitoid Diorites Triassic sediments

Lower Jurassic sediments (early rifting) Upper Jurassic sediments (late rifting) Upper crust during rifting (~ 180 Ma)

intrusion

P-T-t path of the Malenco crust-mantle boundary (pre-rift Lower crust)

P-T-t path of the Sondalo gabbro (pre-rift middle crust)

Jurassic rifting

Fig. VI-2: (a) Coupe schématique de la croûte continentale au Permien, dans les nappes austroalpines.

Modifiée d’après Mohn et al. (2012). (b) Coupe schématique syn-rift le long de la marge adriatique au Jurassique. Voir chapitre V pour détails. S : Sondalo ; G : Grosina ; C : Campo ; B : Braccia. Les trajets P–T–t de (c) Sondalo sont de cette étude et (d) de Malenco/Braccia sont de Müntener et al. (2000).

199 Chapitre VI : Discussion générale

la croûte continentale par conduction.

Cependant, si la relation entre le métamorphisme régional préexistant et le métamorphisme de contact, associé à la mise en place des gabbros, est assez claire dans l’unité de croûte moyenne étudiée, elle demeure en revanche assez floue dans la croûte inférieure. En effet, dans la zone d’Ivrée, la majeure partie des corps mafiques s’est mise en place dans une unité encaissante ayant déjà subi un métamorphisme dans le faciès des granulites (Barboza et al., 1999). Certains auteurs associent ce métamorphisme à des injections de liquides mafiques plus anciennes que le corps mafique principal (p. ex. Peressini et al., 2007). Dans ce contexte, le métamorphisme de haute température permien serait plus ou moins dans la continuité des chemins P–T d’exhumation post-orogéniques (Barboza & Bergantz, 2000). Ainsi, le sous-plaquage mafique serait synchrone de l’exhumation de l’unité encaissante (kinzigite formation).

Cette évolution contraste notablement avec celle de l’unité de Campo, où les pressions enregistrées par les roches encaissantes loin du pluton stagnent à 4 kbar avant, pendant et après l’intrusion, ce qui suggère que le magma mafique se met en place dans une croûte déjà exhumée à la fin de l’orogénèse varisque.

En conclusion, l’amincissement du manteau lithosphérique au Permien est responsable d’un magmatisme mafique mis en place dans la croûte continentale, ainsi que d’un état thermique mantellique particulièrement élevé. Tous deux causent un métamorphisme de haute température décrit dans plusieurs localités en Europe de l’ouest ; toutefois la contribution relative de chacun reste difficile à déterminer, en particulier dans les unités crustales les plus profondes.

2. q

permiennes

? (c

iii & iv)

La dynamique d’ascension et de mise en place des magmas mafiques dans la croûte continentale, en dehors des corps mafiques sous-plaqués, reste assez peu documentée.

Les relations entre structures magmatiques et métamorphiques d’une part et paragénèses métamorphiques d’autre part indiquent que l’intrusion du gabbro de Sondalo a été opérée en deux phases distinctes, entre 289 et 285 Ma (± 4-6, âges U–Pb sur zircon), caractérisées par des comportements rhéologiques différents des roches encaissantes de l’unité de Campo. Dans un premier temps (Fig. VI-1c & VI-3b), le liquide magmatique a utilisé et flué le long de la foliation sub-verticale préexistante de l’unité de Campo (Sc2), produisant une foliation magmatique parallèle à Sc2. Les très faibles déformations de l’encaissant métapélitique indiquent que l’ascension du magma a été réalisée par dyking. Ce processus a également été proposé pour la mise en place de magmas mafiques denses dans la croûte inférieure (Rutter et al., 1993). Dans un second temps (Fig. VI-1d & VI-3c), le cœur du pluton est exhumé « en masse », entraînant

200 Formation et exhumation des granulites permiennes

les xénolites équilibrés à 6 kbar dans des niveaux moins profonds (~12 km, 4 kbar). Ce transfert est réalisé par cisaillement dans l’auréole métamorphique de contact devenue ductile, pendant la formation de la foliation entourant le pluton (Sc3), mais également dans les parties externes du pluton, comme indiqué par la transposition des foliations magmatiques dans ces zones. Ainsi, lors de cette deuxième phase intrusive, le magma profite de l’adoucissement rhéologique dans l’auréole métamorphique de contact pour atteindre des niveaux plus superficiels.

Les corps mafiques mis en place dans la croûte inférieure présentent de nombreuses déformations synchrones ou postérieures à leur mise en place et sont dès lors décrits comme syn-extensifs (Handy & Streit, 1999; Quick et al., 1994; Zibra, 2006). D’une manière générale, les zones de cisaillement sont particulièrement liées aux intrusions magmatiques, soit parce qu’elles créent l’espace nécessaire à leur mise en place (Rosenberg, 2004), soit inversement parce que le magma les localise (Hollister & Crawford, 1986). De même, bassins sédimentaires, activité volcanique et éventuellement détachements sont fréquemment associés dans la croûte supérieure (Cassinis et al., 1995; Froitzheim et al., 2008; Lago et al., 2004). En revanche, dans les niveaux intermédiaires étudiés, l’absence de déformations sub-solidus permiennes empêche toute association directe entre l’intrusion et la déformation tectonique. La tectonique peut au contraire jouer un rôle dans la mobilisation du magma dans la croûte inférieure, afin de permettre son ascension (Fig. VI-3, p. ex. Handy & Streit, 1999). Dans des niveaux superficiels, elle participe éventuellement à l’ouverture des structures le long desquelles le magma percole la croûte – comme par exemple lors de la première phase de l’intrusion du gabbro de Sondalo – mais sa contribution demeure peu contrainte.

À l’opposé des corps mafiques de croûte inférieure qui documentent plutôt des transferts horizontaux de magma (voir p. ex. Rutter et al., 1993), les structures magmatiques du gabbro de Sondalo mettent en évidence un déplacement vertical de magma au travers de la croûte continentale. Une étude géochimique pourrait potentiellement augmenter la compréhension des systèmes magmatiques permiens, et en particulier le lien entre les liquides peu différenciés (p.

ex. le corps mafique d’Ivrée), et les liquides plus différencies documentés dans les unités plus superficielles (p. ex. Serie dei Laghi). Dans ce contexte, il reste à déterminer si le gabbro de Sondalo pourrait représenter un intermédiaire magmatique entre les intrusions peu différenciées et différencies.

201 Chapitre VI : Discussion générale

0 continentale. Le magma est extrait de corps mafiques de la croûte inférieure par des zones de cisaillement d’échelle crustale. Modifié d’après Handy & Streit (1999) et Rutter et al. (1993). Le schéma n’est horizontalement pas à l’échelle. (b) Modèle schématique de mise en place du pluton de Sondalo où le magma profite de l’anisotropie mécanique de l’encaissant (Sc2) pour remonter et (c) où le centre du pluton remonte en-masse avec les xénolites lors du développement de la foliation Sc3 dans l’auréole métamorphique de contact et éventuellement dans la zone bordière du pluton. Voir chapitre IV pour détails.