Les orogènes présentent des caractéristiques majeures différentes dans le temps mais aussi dans l’espace.
Au premier ordre, c’est dans le temps que les orogènes présentent le plus de différences.
En effet, les orogènes phanérozoïques (ainsi que certains orogènes protérozoïques),
impliquant des lithosphères résistantes sont caractérisés par une localisation de la
déformation accommodée par le développement de chevauchements d’échelle crustale ou lithosphérique. Certains domaines épaissis peuvent ensuite subir de l’extension syn à post- épaississement, associée au développement de zones de cisaillement extensives. Le fonctionnement de ces grandes structures permet la superposition de domaines pouvant présenter des signatures métamorphiques très différentes (depuis la diagénèse jusqu’à l’UHP). La croissance crustale associée au développement de ces orogènes est faible et ceux ci correspondent surtout à des sites de recyclage de croûte héritée.
D’un autre côté, certains orogènes précambriens, impliquant notamment des lithosphères
déformation sont souvent associées à un étirement vertical indiquant une prédominance de mouvements verticaux. Au sein de ces domaines, la déformation semble être distribuée et l’épaississent plutôt homogène. Le métamorphisme associé est souvent lui aussi très homogène et de type HT-MP (faciès amphibolite à granulite). Ces zones de convergence sont souvent le site d’une importante croissance crustale, avec un magmatisme syn-tectonique important. Les évidences d’assemblages de type HP-BT ainsi que la préservation d’ophiolites sont souvent absentes. Dans ce type d’environnement, un modèle d’orogenèse classique est difficile à appliquer.
Comment expliquer des comportements mécaniques si différents (caractérisés par le développement de structures et de métamorphisme particuliers) entre différentes lithosphères continentales soumises à une même composante de raccourcissement horizontal ?
Le comportement mécanique d’une lithosphère continentale en compression est directement contrôlé par son profil rhéologique. De plus, les enveloppes rhéologiques caractérisant ce profil sont directement déterminées par la composition chimique des roches constituant la lithosphère, la température et le taux de déformation.
La température semble être un facteur critique pouvant expliquer les différences de comportement de ces différentes lithosphères continentales. Or, les estimations sur les paléo- géothermes tendent à montrer que les géothermes globaux au sein des lithosphères continentales anciennes n’étaient pas très différents des géothermes actuels. Cependant, la croissance crustale est un paramètre souvent négligé dans les calculs de paléo-géothermes et son influence sur la modification des géothermes semble être primordiale. Si l’on considère que le Précambrien est une période de croissance crustale importante, il est possible que localement, des lithosphères continentales aient pu présenter des gradients géothermiques anormalement élevés. Dès lors, dans des zones où il existait un apport magmatique lié à de la croissance crustale non négligeable, les températures au Moho devaient être localement plus importantes. Une variation de la température au Moho de l’ordre de 100°C pourrait réduire la résistance globale de la lithosphère continentale d’un facteur de 2-3 (Sandiford et Mc Laren,
2002) (Figure I.4.1). Dès lors, les lithosphères continentales comportant une forte proportion
de matériel juvénile devaient certainement être moins résistantes que les lithosphères continentales actuelles stables.
Figure I.4.1 : Dépendance de la résistance de la lithosphère continentale à la température au Moho normalisée pour une température au Moho de 500°C (d’après Sandiford et Mc Laren, 2002).
Finalement, nous allons essayer de comprendre « Comment et Pourquoi » des structures ainsi qu’un métamorphisme particuliers (difficiles à interpréter en terme de tectonique « classique » impliquant des mouvements tangentiels dominants) se sont développés au sein de domaines orogéniques impliquant des lithosphères juvéniles où des géothermes anormalement chauds peuvent être supposés . Ce travail s’intéressera ainsi particulièrement aux problématiques suivantes :
Pourquoi des lithosphères qui présentent des caractéristiques thermiques élevées (et donc une rhéologie molle) se déformeraient de façon atypique ?
Quel serait alors le mécanisme de déformation de telles lithosphères peu résistantes en compression ?
De plus, il semblerait que nombres de terrains d’âge protérozoïque (et notamment d’âge paléoprotérozoïque), impliquant des lithosphères juvéniles, présentent des caractéristiques archaïques comparables à celles observées au sein de domaines archéens. Ainsi, si la transition entre l’Archéen et le Protérozoïque représente une réelle période de modifications
thermiques et pétrologiques (Richter, 1985-1988 ; Rey et al., 2003 et références incluses), nous pouvons nous demander si cette période constitue également une vraie limite tectonique.
Dans ce travail, deux études de terrain ont été réalisées dans des domaines de même âge (paléoprotérozoïque) en Finlande mais correspondant à des types d’orogènes différents (Windley, 1992). La première étude concerne un orogène d’accrétion (Svécofennides de Finlande) où des lithosphères juvéniles sont impliquées et où le gradient géothermique associé semblait être plutôt chaud tandis que la seconde étude concerne une orogène de collision (Ceinture de Granulites de Laponie), où la composante de croissance crustale est plus faible et le gradient géothermique supposé plus froid. Les résultats de ces deux études sont comparés et discutés (Partie 2). De plus, des expériences analogiques ont été réalisées afin de tester le comportement mécanique de lithosphères « molles » soumises à un raccourcissement horizontal. Les résultats de cette modélisation sont présentés et discutés dans la partie 3. Enfin, les principaux résultats obtenus par les deux approches (étude de terrain et modélisation analogique) ainsi que les questions soulevées par ce travail sont discutés dans la
Partie 4. Enfin des conclusions seront tirées, concernant le mode de déformation de