GRADIENT THERMIQUE ET PARADOXE THERMIQUE ARCHEEN. Les modélisations des
désintégrations radiogéniques indiquent que 2 à 3 fois plus de chaleur était produite à l’Archéen par rapport à l’actuel. Ajoutée à la chaleur d’accrétion primordiale, le flux de chaleur mantellique archéen était donc plus fort qu’aujourd’hui. L’occurrence des komatiites en serait l'une des expressions (e.g. Nisbet et al. 1993). Or un flux de chaleur mantellique supérieur influence énormément la dynamique du manteau et la rhéologie de la lithosphère. Cependant les modalités d’évacuation de cette chaleur restent débattues, autrement dit les modalités géodynamiques (par exemple la possibilté d’une croûte advective, la taille des plaques ; pour des discussions détaillées voir par exemple de Wit et Hart 1993, Hamilton 1998). De plus, l’enregistrement métamorphique dans les roches archéennes ne montre pas particulièrement d'exces de chaleur, c’est-à-dire ne montre pas un régime thermique élevé comparé aux mesures à l’actuel (figure 2‒7). C’est ce qui constitue le paradoxe thermique archéen.
Figures 2‒7 : Diagramme P‒T
illustrant le domaine de stabilité de granulites archéennes (Percival 1994)
Les parties A et B exposent les données relatives à la pétrologie des roches intrusives et effusives et les modalités pétrogénétiques associées. La transition vers les modèles géodynamiques interprétatifs impose la compréhension de la tectonique ayant affectée ces roches.
RELATIONS PLUTONS-CRV(synthèse d’après Kusky et Vearncombe 1997, Chardon
1997, Choukroune et al. 1997). Dès lors que les roches supracrustales et plutoniques sont spatialement associées, les modèles géodynamiques doivent intégrer les contraintes apportées par ces deux types d’objets. Dans ces zones, les roches magmatiques sont dominantes (> 60% ; Shakelton 1995). Les CRV se répartissent différemment d’un craton à l’autre (figure 2‒8a) mais sont souvent linéaires et parallèles. La géométrie des CRV en profondeur dans les cratons est obtenue grâce aux données géophysiques. Elles montrent des objets généralement peu profonds par rapport à leur largeur (figure 2‒8c). À l’échelle plus petite de la CRV, les relations sont diverses avec les plutons :
- Un contact normal, sédimentaire (discordance basale) peut être observé entre la CRV et son socle sous-jacent. C’est commun dans les CRV du craton du Dharwar occidental, mais plus rare ailleurs (reporté dans le craton du Kaapvaal pour la CRV de Pietersburg, de Wit et al. 1992b).
- Plus souvent, c’est un contact tectonique qui sépare les séquences crustales des plutons : le contact peut être un chevauchement plat de décollement basal (sole thrust ; figure 2‒8b, rares exemples dans la CRV de Giyani, de Barberton, de Selukwe, par exemple Chardon et al. 1996) ou un cisaillement vertical (figure 2‒8b3 ; c’est la règle dans le craton de Ylgarn ou dans la Province Supérieure).
- Mais la relation caractéristique, illustrée sur la figure 2‒8a, consiste en des CRV aux contours courbés autour de granitoïdes elliptiques intrusifs typiquement tardifs et potassiques. Ce « motif » est nommé le dome-and-basin pattern (par exemple dans le craton du Pilbara et du Zimbabwe).
Caractéristiques structurales. Au premier ordre, les CRV sont caractérisées
par des structures pervasives très pentées à verticales (foliations et plis upright), souvent à cinématique inverse. Ces structures très pentées restent ambiguës, elles sont interprétées :
- comme des plis d’interférence complexes
- comme des dômes diapiriques (balloning) quand les plutons montrent peu de déformations et des foliations parallèles en bordures à celles de la CRV (figure 2‒8b cas 1)
- comme des phénomènes de sagduction des CRV (enfouissement des séquences supra-crustales dans les granitoides peu résitants, sans contrastes de densité ; figure 2‒9b, droite)
- comme des nappes chevauchant les plutons ou internes à la CRV
- comme des champs de déformation coaxiale homogène à grande échelle quand les foliations sont retrouvées dans les terrains plutoniques (y compris dans les granites tardifs).
Les trois dernières interprétations traduisent essentiellement un raccourcissement crustal horizontal, alors que les dômes diapiriques font d’avantage appel à un processus gravitaire vertical. Concrètement, les CRV sont fortement tectonisées. Les études structurales proposent souvent plusieurs phases tectoniques et invoquent parfois la combinaison ou la succession de ces processus (figure 2‒9b).
En dehors de ces structures, la synthèse de Kusky et Vearncombe (1997) et Chardon (1997) insistent sur la nature précoce des phases chevauchantes à faible angle (parfois même synsédimentaires). De même, des cisaillements-décrochements verticaux à cinématique horizontale sont attribués à des déformations tardi- orogéniques localisantes et peuvent former des réseaux anastomosés. Un caractère structural essentiel des terrains archéens est la quasi-absence de structures extensives avérées : les déformations observées sont toujours convergentes (Kusky et Vearncombe 1997).
Figure 2-8: (a) Ceinture idéalisée de Anheusser et al. (1969) montrant une ceinture moulée par
des plutons ou des recoupements (noir). (b) Géométries en coupe de ceintures de roches vertes compilées à partir des données géophysiques (lithologies des ceintures en noir, granitoïdes en blanc ; de Wit et Ahwal 1997). (c) Trois types de relation plutons–ceintures de roches vertes (ceintures de roches vertes en gris, pluton avec croissillons ; Kusky et Vearncombe 1997) (1) en dôme (2) bifurquante (3) linéaire.
LE METAMORPHISME. Les CRV sont quasi-exclusivement les objets sur lesquels le
métamorphisme des terrains archéens est estimé. Le métamorphisme varie de faciès prehnite-pumpellyite à granulitique, mais il est communément dans le faciès schiste vert entre 2.5 et 4.5 kbar (e.g. Shakelton 1995). Il semble que le métamorphisme régional soit homogène à l’intérieur d’un grade, i.e. identique au "socle". Il est donc logiquement syn-tectonique. Plusieurs événements métamorphiques sont parfois reconnus mais montrent essentiellement des gradients thermiques de basse pression- haute température (50-70°C/km) ou moyenne pression-moyenne température (30- 40°C/km ; figure 2‒7).
Les avancées récentes principales dans l’étude des CRV révèlent une certaine diversité avec l’association de degrés métamorphiques différents dans une même CRV et dans les CRV d’une même zone (terrane, références dans Block et al. 2012). De plus, l’absence de roches signant des processus de subduction (eclogites, schistes bleus) est remise en cause par les études de Dziggel et al. 2006 et Moyen et al. 2006. Cette dernière documente des enclaves de haute pression-basse température à un gradient similaire à l’actuel (15°C/km).
Il existe un large panel de modèles de formation des terrains archéens. Un pôle actualiste argumente en faveur d’une tectonique horizontale d’accrétion de blocs dans des conditions similaires à l’actuel tandis qu’un pôle "archéen" favorise une géodynamique spéciale de points chauds et de diapirs, provoquant une tectonique gravitaire verticale (figure 2‒9b). Les déformations archéennes ne sont pas uniformément interprétées et plusieurs contextes tectoniques sont possibles.
Aujourd’hui, la pétrologie des roches intrusives et le métamorphisme des CRV soulignent de plus en plus la diversité des terrains. Ceci argumente en faveur non pas d’une seule mais de plusieurs contextes archéens comme cela était déjà proposé dans les années 1990 (e.g. de Wit et Ashwal 1997). Ainsi, les modèles géodynamiques intermédiaires, ou bien évolutifs ou encore variables spatialement, réconcilient ces différences, en proposant par exemple la co-existence de sudbuctions chaudes, de collisions de blocs continentaux et de panaches.
Figure 2‒9 : (a) Variabilité cartographique des cratons archéens : de gauche à droite Kaapvaal,
Yilgarn ; Dawhar ; Zimbabwe (noir : volcanites et sédiments ; croix : granitoïdes ; gris ou blanc : couverture ; Shackleton 1995). (b) Coupes schématiques de Choukroune et al. (1997) comparant l’évolution tectonique de l’Abitibi (gauche) et du Dawhar (droite).
LA CEINTURE DE ROCHES VERTES DE MURCHISON
Peu de modèles géodynamiques ont été proposés pour la ceinture de Murchison. Pourtant, les terrains de bas grades comme celui-ci permettent d’observer les relations entre les roches des CRV et les plutons intrusifs, ainsi que les conditions métamorphiques. L’étude qui suit propose un nouveau modèle tectonique.