ESE d.\\\eso.eS~
7.3 Résultats : subsidence totale et subsidence tectonique
7.3.1 Modes de représentation
Chapitre 7
Pour éviter une présentation fastidieuse des 83 diagrammes de subsidence, trois modes de représentation ont été retenus: cartographie des taux de subsidence moyens (subsidence totale), courbes représentatives dans leur cadre palinspastique et discussion plus détaillée de quelques profils.
Cartographie de la subsidence totale (Fig. 7.12) : les taux de subsidence moyens (avec décompaction et corrections bathymétrique et eustatique) ont été calculés pour six intervalles:
Trias moyen et supérieur (de 240 à 210 M.a.), Lias (de 210 à 179 M.a.), Dogger (de 179 à 152 M.a.), Malm (de 152 à 131 M.a.), Crétacé inférieur (de 131 à 108 M.a.) et Albien (de 108 à 96 M.a.). L'interpolation a été faite de façon automatique (inverse de la distance); cette méthode introduit quelques artefacts, notamment dans les angles NW, NE et SE de la carte palinspastique (Fig. 7.11) où il n'y a pas de points d'échantillonnage. C'est également le cas à la limite entre le domaine Helvétique s.l. et le Plateau ("unknown area" de Wildi et al., 1989, Fig. 2). Le tracé de courbes d'isosubsidence n'implique pas nécessairement une transition graduelle entre les valeurs de chaque profil : ces valeurs ne sont "vraies" que pour chacun des 83 points d'échantillonnage. Les six cartes présentées permettent de séparer aisément les zones fortement subsidentes des zones peu subsidentes et de distinguer les périodes durant lesquelles la subsidence est globalement élevée ou au contraire faible.
Courbes représentatives (Fig. 7.13) : 27 profils ont été sélectionnés; ils sont représentatifs pour plusieurs sections voisines soumises à un régime de subsidence comparable (forme des courbes identique, mais parfois avec des amplitudes variables : p. ex., sur les 4 profils établis pour la nappe de Morcles, un seul est figuré). Chaque diagramme comporte deux courbes : subsidence totale et subsidence tectonique (avec décompaction, corrections eustatique et bathymétrique [moyenne des deux courbes]). Afin de garder une vision de la répartition de la subsidence dans 1 'espace, ces sections sont replacées dans le cadre palinspastique (Fig. 7.11 simplifiée). Ces 27 profils permettent un groupement de courbes dont le régime de subsidence est similaire; au moins une courbe détaillée caractéristique est présentée pour chaque ensemble (Fig. 7.14A-J).
7.3.2 Cartographie (subsidence totale)
La subsidence totale exprime la somme de plusieurs phénomènes évoluant de façon différentielle dans le temps : apports sédimentaires (par le biais des épaisseurs), variations bathymétriques et eustatiques, subsidence thermo-tectonique du soubassement. Les images obtenues offrent une vision globale de l'évolution sédimentaire d'un domaine ou ensemble de domaines. Les cartes de la Fig. 7.12 ne laissent donc en rien présager des mécanismes moteur de la subsidence. La discussion de la subsidence totale ayant été faite précédemment (Wildi et al., 1989), je me contente d'en rappeler ici les traits principaux: répartition spatiale époque par époque, dans un premier temps, et, dans un second temps, répartition temporelle.
7 .3.2.1 Répartition spatiale Al Trias (Fig. 7.12A)
La subsidence est particulièrement élevée dans une zone -comprenant le Jura occidental et une partie du Plateau; cet axe subsident est oblique par rapport aux futures lignes tectoniques qu'il recoupe même. Ce n'est pas le cas de la bordure NW du domaine Helvétique s.l., remarquablement parallèle aux lignes d'isosubsidence. La répartition des taux est très homogène dans l'Helvétique s.l., de même que dans le Jura septentrional et oriental.
Histoire de subsidence 181 BI Lias (Fig. 7.12B)
La tendance triasique s'est inversée : le Jura et le Plateau sont caractérisés par des valeurs inférieures à 10 m/M.a., alors que la subsidence est maintenant concentrée dans le domaine Helvétique s.l. (jusqu'à 30 m/M.a.), plus précisément dans les domaines en positions Morcles-Doldenhom et Wildhom. Néanmoins, les zones fortement subsidentes au Trias conservent leur caractère négatif. Parmi les régions peu subsidentes, 1 "'île du Mont Blanc" et la "Terre alémanique" se dessinent. Le "couloir" peu subsident au S et SW des futures Alpes glaronnaises (profils Mu, Lu et Av) est un artefact.
C/Dogger (Fig. 7.12C)
La répartition de la subsidence est comparable à celle du Trias, avec des valeurs plus élevées dans le Jura que dans l'Helvétique s.l. La tendance négative amorcée au Lias dans le domaine Morcles se confirme tout en diminuant dans le reste de l'Helvétique s.l. Dans le Jura, les lignes d'isosubsidence reprennent en partie celles du Trias. Sur le Plateau, la région d'Essertines [Es] et de Courtion [Co] conserve des valeurs élevées.
D/Malm (Fig. 7.12D)
La subsidence est marquée dans l'ensemble des domaines. Un axe très subsident d'orientation SW-NE se dessine. Des régions jusqu'ici non ou peu subsidentes montrent des valeurs élevées : futur massif de 1' Aar (de V attis [Va] à Stechelberg [St]), bassin genevois (Faucigny [Fa] et Rumilly [Hu]); on relève ainsi une obliquité de l'axe subsident par rapport aux futures lignes tectoniques. L'image du Jurassique supérieur frappe également par le caractère plus ponctuel de la subsidence : les grandes ondulations des périodes précédentes ont cédé le pas à un régime plus serré ou "pointu".
EICrétacé inférieur (Fig. 7.12E)
La répartition de la subsidence change complètement: seul l'Helvétique s.l. est subsident, avant tout dans ses parties SE : Aravis [Ar], domaine Wildhorn (Prabé [Pr], Aermighorn [Ae], etc.) et Alvier [Av]. Le Crétacé est lacunaire dans le Jura Net NE de sorte que l'histoire de subsidence de cette zone nous est méconnue; cette lacune est sans doute à mettre en relation avec les valeurs très fortes du domaine Helvétique ("bombement" généralisé). Le Crétacé inférieur marque un tournant dans l'évolution des domaines considérés.
FIA/bien (Fig. 7.12F)
Cet intervalle est une véritable crise de subsidence; il représente autant l'érosion anté-tertiaire que la subsidence du Crétacé "moyen". Seules quelques zones, correspondant d'ailleurs à celles du Crétacé inférieur, montrent une tendance négative : les modifications du régime de subsidence amorcées au Crétacé inférieur se trouvent confirmées.
7.3.2.2 Répartition temporelle
Des six intervalles présentés, celui du Jurassique supérieur est de loin le plus subsident, et ceci de façon généralisée; pour les autres, des valeurs élevées ne sont atteintes que localement. Le Lias et le Dogger semblent marquer une pause entre le Trias et le Malm. Dès le Crétacé inférieur, un nouveau régime de subsidence s'installe avec des taux élevés au SSE, diminuant vers le NNW; il se confirme à l' Albien. Pour la zone plus précisément étudiée dans le cadre de ce travail:
- le Trias est peu subsident (valeurs moyennes de 1 à 3 m/M.a.);
- au Lias, les domaines Morcles-Doldenhorn et Wildhorn présentent des valeurs jusqu'à 25 m/M.a.; les aires positives sont individualisées;
- seul le domaine Morcles-Doldenhorn est fortement subsident au Dogger, et de façon assez ponctuelle; la très forte valeur du profil "Morcles" (40 m/M.a.) est liée aux épaisseurs de 1 'Aalénien qui ne peuvent être qu'estimées;
- la subsidence est relativement peu marquée au Jurassique supérieur, à part au toit du massif de 1 'Aar;
- au Crétacé inférieur, les valeurs élevées sont concentrées en position sud-helvétique;
- cette dernière tendance se confirme à 1 'Albien.
182 A: TRIAS [nVM.a.)
260 70
240
220 60
200
50 180
160 40
140
120 .. , 30
100 80
i
~:; ~ 20:::<;
60 ~;~
:·:·:
40 ·;·· 10
20 0 0
[km) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
N
"'
\0 CD 0 N -"'
'Û - cO 0 N N N"'
N 'Û N cO N 0 n N n"'
n -10B: LIAS [IT'/M.a.]
260 70
240
220 60
200 180 50
160 40
140 120 100 80 60
40 10
20
0 0
[km) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
N
"'
\0 CD 0 N -"'
'Û - cO 0 N N N"'
N 'Û N cO .N 0 n N n"'
n -10C: DOGGER [nVM.a.)
260 70
240
220 60
200 180 50
Fig. 7.12 :Représentation cartographique 160 40
des taux de subsidence moyens 140 (en m/M.a.) pour le Jura, le Plateau 120
et l'Helvétique si. durant le Trias (A), <·. 30
le Lias (B) et le Dogger (C) : 100 t:1 ~·>
subsidence totale, avec décompaction 80 ;;: 20
et corrections bathymétrique et 60 eustatique.
Le système de coordonnées [km] est 40 identique à celui de la Fig. 7.11 et 20
permet la localisation des profils. 0 0
[km) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
N
"'
'Û co 0 - N"'
- \0 - CD 0 N N N 'T N 'Û N co N 0 n N n 'T n -10Histoire de subsidence
Fig. 7.12 (suite) : Représentation
cartographique des taux de subsidence moyens (en m/M.a) pour le Jura, le Plateau et l'Helvétiques/. durant le Malm (D), le Crétacé inférieur
[Berriasien-Aptien] (E) et l'Albien (F) : subsidence totale, avec décompaction et corrections bathymétrique et eustatique.
Le système de coordonnées [km] est identique à celui de la Fig. 7.11 et
E: CRETACE inférieur (Berriasien-Aptien) 260
184 Chapitre 7
7.3.3 Profils significatifs (subsidence tectonique)
La Fig. 7.13 présente les résultats de la subsidence tectonique pour l'ensemble de la plate-forme. Toutes les sections du Jura et du Plateau dont la subsidence tectonique a été reconstruite et une sélection de profils provenant de l'Helvétique s.l. y sont figurés (comparer les Fig. 7.11 et 7.13); les diagrammes non représentés ne comportent aucune variation notable, et seule leur amplitude est différente. Les 27 profils de la Fig. 7.13 se veulent ainsi représentatifs de l'ensemble du domaine étudié.
Bien que la subsidence totale ait été présentée au paragraphe précédent et par les cartes de la Fig. 7.12, j'ai néanmoins retracé la courbe totale pour montrer sa forte dépendance par rapport à l'accumulation sédimentaire: des changements brusques de pente ne se retrouvent pas nécessairement, ou alors très fortement atténués, dans la courbe de subsidence tectonique. Une étude limitée à une description de la seule subsidence totale ne peut pas, en conséquence, remonter véritablement aux mécanismes de formation du bassin.
Les conditions de travail définies au paragraphe 7.1.7 ont été appliquées: décompaction, corrections bathymétrique et eustatique; afin de ne pas trop charger la figure, une moyenne des courbes minimales et maximales a été faite.
La Fig. 7.13 permet de dégager 7 groupes de courbes dont le régime de subsidence est comparable. Les groupements établis, légèrement subjectifs, sont quelconques : ils peuvent correspondre soit à une zone paléogéographique ou situation tectonique actuelle, soit à une zone géographique recoupant les lignes paléogéographiques ou les futures lignes structurales. Un ou plusieurs profils de chaque groupe est présenté de façon agrandie (sans moyenne des courbes minimales et maximales; Fig. 7.14A-J). Enfin, la Fig. 7.15 offre une vue synthétique des principales phases reconnues dans chaque domaine.
Remarques préliminaires :
- les amplitudes signalées dans la discussion doivent être comprises de façon large et à titre indicatif; ces valeurs permettent une comparaison avant tout qualitative, de type 'non-subsident', 'peu', 'moyennement', 'fortement', ou 'très fortement' subsident. Les diverses imprécisions portant sur les données brutes et la considération d'un modèle Airy ne permettent pas d'obtenir des amplitudes "vraies";
- la forte subsidence de l'Eocène-Oligocène n'est pas considérée dans les estimations des amplitudes; en effet, cette phase fait partie d'une autre histoire, celle de la formation du
"foreland basin" (flexure de l'avant-pays sous le poids des masses chevauchantes, p. ex.
Homewood et al., 1986). De plus, un modèle Airy est on ne peut plus inapproprié dans un contexte géodynamique compressif;
- selon l'allure des courbes ou de portions de courbes, trois types de subsidence sont distingués : forme en creux correspondant à un cycle de décélération de la subsidence, forme en bosse liée à un cycle d'accélération de la subsidence, et forme linéaire signifiant une subsidence constante;
- une tendance ou un mouvement qualifié de "positif' signifie une remontée du soubassement, un mouvement dit "négatif' indique un enfouissement;
- dans les paragraphes ci-dessous, la subsidence tectonique est présentée de façon brute : la caractérisation en termes de "subsidence contrôlée par failles" et de "subsidence thermique"
se fera au chapitre 8 (Modélisation).
7.3.3.1 Passwang [Pw], Pfaffnau [Pf] et Entlebuch [En]; Besançon [Be]
Les trois premiers profils ont un air de parenté très net (subsidence exponentielle) et proviennent d'une zone relativement restreinte, située à cheval sur la limite Jura/Plateau (Fig.
7.11 ou 7.13). Le dernier est par contre légèrement différent (subsidence presque linéaire), signe vraisemblable de son appartenance au domaine jurassien oriental; il sera traité en fin de paragraphe.
Histoire de subsidence 185 Les valeurs finales de subsidence tectonique atteignent 150 à 500 rn, dont les 2/3 sont acquis durant le Trias déjà. Deux cycles peuvent être dégagés (Fig. 7.14A):
- phase en creux débutant au Trias moyen, achevée à la fin du Lias: d'une durée d'environ 70 M.a., c'est la phase principale, très bien marquée dans les trois profils. Toute la subsidence a lieu au Trias, le Lias correspondant à un plateau;
- un second cycle débute au Dogger inférieur et se termine au Dogger supérieur; sa durée est d'environ 27 M.a. Son expression est variable: forme en creux nette pour Pfaffnau [Pf]
(Fig. 7 .14A), phase peu marquée à Passwang [Pw] et événement inexistant à Entlebuch [En], où une période de léger soulèvement est plutôt observée. Dans ce dernier profil, une nouvelle phase débute à la base du Tithonique (140 M.a.); les données ne dépassant pas la base du Crétacé inférieur, il n'est pas possible de la caractériser. Cette phase n'est pas observée dans les autres profils.
Par opposition à la forme de décroissance exponentielle des trois premiers profils, la subsidence de la section Besançon [Be] est pratiquement linéaire du Trias inférieur au Barrémien où une phase de soulèvement s'amorce. Les nombreuses déviations, de faible amplitude, par rapport à une courbe lissée ne peuvent être caractérisées.
Résumé : ce premier groupe de profils est marqué par une phase en creux commençant au Trias inférieur, s'amortissant durant le Lias; les 2/3 de la totalité de la subsidence tectonique sont acquis durant cette période. Une seconde phase d'expression variable marque le Dogger.
Le profil Besançon, par sa décroissance linéaire, s'écarte de ce schéma général.
7.3.3.2 Orgelet-le-Bourget [Or], Essavilly [Ev], Essertines [Es] et Rumilly [Hu]
Ce groupement traverse la limite Jura/Plateau: les deux premiers font partie du domaine jurassien, les deux autres du Plateau. La subsidence tectonique de ces profils atteint des valeurs de 650 à 1100 m. Ils ont une histoire triasique commune alors que la période post-triasique est variable:
- la subsidence débute de façon brusque au Trias moyen (vers 240 M.a.) et suit un chemin pratiquement linéaire jusqu'à la base du Rhétien où un amortissement se dessine (Fig.
7.14B). Les taux de subsidence sont compris entre 15 et 22 m/M.a. (ou entre 15 et 22 mm/1000 ans);
- pour le profil Rumilly [Hu] (Fig. 7.14C), ce premier événement s'achève par un plateau durant le Lias; dès le Dogger inférieur, la subsidence dessine une légère forme en bosse qui s'achève au sommet du Valanginien (vers 120 M.a.). Le reste du Crétacé dessine un plateau;
- à part la phase triasique, la subsidence est pratiquement nulle pour le profil Orgelet-le-Bourget [Or] : 0,7 mm/1000 ans entre la base du Lias et le Valanginien (Fig. 7.14B);
quelques ondulations de faible amplitude affectent le Dogger;
- les profils Essavilly [Ev] et Essertines [Es] suivent un chemin post-triasique linéaire entre le Lias inférieur à moyen et le sommet du Valanginien (Fig. 7.13 et 7 .15); un soulèvement comparable à celui de Besançon (voir ci-dessus) affecte la section Essavilly durant 1 'Hauterivien-Barrémien.
Résumé : la phase majeure a lieu au Trias moyen et supérieur où 50 à 80 % de la subsidence finale sont acquis en 25 à 30 M.a. (taux de 15 à 22 mm/1000 ans); ce fait était déjà pressenti par les valeurs exceptionnellement élevées de la subsidence totale (Fig. 7.12A). Le chemin post-triasique (du Lias inférieur au Valanginien) est variable: plateau très peu subsident (0,7 mm/1000 ans), phase linéaire (3 à 7 mm/1000 ans) ou légère forme en bosse (10 mm/1000 ans). Un soulèvement est perceptible au Barrémien (profil Essavilly).
7.3.3.3 Champfromier [Ch] et Faucigny [Fa]
Ces deux profils sont pratiquement identiques, tant par leur forme de détail que par les valeurs atteintes (environ 1000 rn); comme pour les groupes précédents, ils sont situés de part et d'autre de la limite Jura/Plateau. Deux périodes sont séparables: