HAL Id: tel-00166220
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Submitted on 2 Aug 2007
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Alpes Penniques. Modélisations thermo-mécanique et
paléogéographique.
Nicolas Carry
To cite this version:
Nicolas Carry. De la subduction continentale à l’exhumation dans les Alpes Penniques. Modélisations
thermo-mécanique et paléogéographique.. Autre. Université Rennes 1, 2007. Français. �tel-00166220�
N
o
ORDRE : 3512 de lathèse THÈSE présentéeDEVANT L'UNIVERSITÉ DE RENNES 1 pour obtenir legrade de :
DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE RENNES 1 mention : S ien es de la Terre
PAR
CARRY Ni olas
Équipe d'a ueil : Géos ien es Rennes UMR 6118 CNRS É ole do torale : S ien es de la Matière
Composante universitaire: U.F.R. Stru ture et Propriétés de la Matière
DE LA SUBDUCTION CONTINENTALE A L'EXHUMATION DANS LES ALPES PENNIQUES
Modélisations thermo-mé anique et paléogéographique.
.
SOUTENUE LE 19janvier 2007 devantla ommission d'Examen
COMPOSITION DU JURY :
Romain BOUSQUET : UniversitätPotsdam- Rapporteur Jean Mar LARDEAUX : Université de Ni e- Rapporteur
Evgenii BUROV : Université ParisVI - Examinateur Didier MARQUER : Université de Fran he-Comté - Examinateur
Mi hel BALLEVRE : Université de Rennes1 - Examinateur Jean Pierre BRUN :Université de Rennes 1 -Dire teur de thèse Fredéri GUEYDAN :Université de Rennes 1 -Co-dire teur de thèse invité
.
Avant propos
Ce travail est avant tout une tentative de modélisation thermo-mé anique de la subdu tion ontinentale et des mé anismes de l'épaississement rustal syn hrone du métamorphisme de Haute Pression.
Maisl'exempledesAlpesPenniquesyo upeunepla e entraleentantquesupport de départ et de base quantitative de validationa posteriori. Bien qu'une modeste étudepersonnelle d'un onta tde l'empilementdes nappes penniquessoitprésenté dans e mémoire,je me suis, pour l'essentiel,fortement appuyésur lestravaux an-térieurs.
J'espère qu'en tentantd'enfournir unedes riptionsynthétiquesous forme d'ex ur-sion, je n'ai pas trahiles trés nombreux auteurs qui depuis Argand ontdéfri hé e domaineparti ulièrementspe ta ulaire des Alpes.
Au oursdelaréda tionde ettethèse, ertainspassagessesontavérésépineux,d'autresplusaisés.C'estave unréelplaisirquej'é risleslignesquisuiventpuisqu'ellesmepermettentderemer iertous euxquiont ontribué àl'aboutissementde ettethèse.
Mer iàJeanPierre BRUN(legrandgourou pourlesgens extérieuraumilieudelare her he)pourle mer-veilleux adeauqu'ilm'afait:unsujetpalpitantetsurlesAlpes.Mer idem'avoirfait on an eet emêmequand jen'enavaisplusenmoi[CouDemou,2004℄.Jetienségalementàteremer ierpourtadisponibilitéendépitdetes va-et-vientperpétuels etpourlesdis ussionsparfoisanimées, on ernantLaRe her he,L'Enseignementettoutes essortesde hoses...
Jen'oubliepasFredéri GUEYDAN, le o- hef,pourlesnombreusesheurespasséessurlesaspe tsnumériques [GalEre,2004;NumEri ,2005℄,les onseilspourlaréda tionet l'aidepré ieusepourlesarti les.
Mer i àDidier MARQUER(l`'expatrié Bretonen Fran he-Comté) dem'avoirfaitdé ouvrir les AlpesTi inoises [PhilTrippe,2004;TairRin,2005℄,d'avoirprisdesontempspourm'a ompagnersurleterrainetpoursona ueil auLaboratoiredeBesançon(moi,unComtoisàRennes).Mer iégalementàBrunoVRIELYNCKpoursona ueil àParisVIet l'aidepré ieuseen e qui on ernelespaléore onstru tions[PalEo,2006℄.
Mer i aux membres de mon jury d'avoira epté de lire le manus rit et d'assister à la soutenan e, Romain BOUSQUET,JeanMar LARDEAUX,EvgeniiBUROV,DidierMARQUER,Mi helBALLEVREetBruno VRIE-LYNCK.Mer iàeuxpourlesdis ussionssu itéeslorsdelasoutenan e.
Mer iàtouslesthésardsetDEAGeos ien esRennespourlesmoments inoubliables[LeePia hon2003,YvesRogne2004,UnboneMurge2006℄ pas-sésautourd'un aféoud'unoudouzeverres.Parmiseux,jepense parti uliè-rementàNi o( ouragetutienslebonbout),Fabien(pareiltuyespresque), Olivierqui nousas doublé au sprint nal, Nol,Nuno, Ben, Célinequi pro- tedu limatHollandais.Unepla eparti ulièreestréservéeàFlosansqui, probablement, eslignes (etlessuivantes) n'auraientpas étéé rites.Mer i Flopourtonsoutientet aussitonaideaulabo.
Mer iàJJKpourthete hni alsupportaulabo.Mer iàVDDpourlesdis ussionssurlaprogressiond'unethèse. A la le ture de es lignes, on peut se demander pourquoi elles sont ornées d'images desPink Floyd. Toutsimplement ar, si ommele dit une musique du début du XX
ème
: sans hanson pas de oeur au boulot, de la musique OUI! Mais non pasdesPanzani maisdes Pink Floyd.Ces photos sont également l'o - asionderemer ierXavierpoursabonnehumeuretsonenduran eàl'é outedes Floyd.
Mer iàtous euxquiontpartagerleurgoûtdel'enseignementJa ques,Pierre, Syl-vain,Mi hel,Erwan,Philippe,...Mer iàAlainHervépourlesFêtesdelaS ien es 2004 et 2005 ainsi que les interventionsà l'é ole Primaire de Saint-Sulppi e-la-Forêt.
Mer iàmesvieuxdem'avoirfaitdé ouvrirtrést tlamontagneetdem'avoirpermidepoursuivredelongues étudesuniversitaires.Vousaviezraison,lagéologie 'est mieuxque oupeurdevirage.Mer iaussiàlafrangine et aufrangin.Cesdernières lignesvontàmablonde qui setrouveêtrebrune.Mer iKd'avoirpartagéave moi mesgalèresetmes joies,d'avoirsupporté esderniersmois.
Santé,bonheur(versionFran -Comtoise), Bonvent(versionBretonne).
Resumé
Au oursde laformationdes eintures orogéniques,des ro hes sontenfouies àdesprofondeurs pouvantdépasser 100 km puis exhumées. Depuis la dé ouverte de es dépla ements verti aux, la questiondes mé anismespermettant leur existan e est posée.
Lapartie interne des Alpes présentedes ro hes omposées d'assemblages minéralogiques ara té-ristiques de profondeurs allant de trente à plus de ent kilomètres. Les Alpes sont lassiquement dé rites ommeétantune haînede ollisiontype omportantdes unitésd'origineo éaniquemises en pla e par hevau hement anormal de la lithosphère o éanique sur la lithosphère ontinentale et omportant des unités d'origine ontinentale mises en pla e lors de la ollision. La ollision provoque la formation de hevau hements d'é helle rustale à lithosphérique responsables de la stru ture a tuelledes Alpes.
Cependant, les données métamorphiques permettant d'estimer la profondeur d'enfouissement etgéo hronologiques quipermettentde daterlemomentde l'enfouissementindiquentque l'essen-tielde l'histoiredes Alpess'est déroulée en ontexte de subdu tion. Lesunités internes de Haute Pression se sont formées au ours de subdu tions ontinentales de plusieurs mi ro- ontinents. L'enfouissementet l'exhumationdes unités omposant lapartieinternedes Alpessesont produit avant la ollision marquée dans les Alpes par le onta t entre les plaques te toniques Europe et Apulie.
La réalisation de modèles thermique 1D et thermo-mé aniques 2D permet de mettre en évi-den eler ledelavitesseetdel'angledesubdu tionsurlaformationdesunités ristallinesinternes au ours de lasubdu tion ontinentale. L'individualisationpar é aillagede es unités survient en raisondu ré hauement au sommetde la lithosphère subduite.
Lesmodèles réaliséspermettent de quanti er l'angleetla vitesse de subdu tionà partirdes don-nées Pression - Température, permettant ainsi de re onstruire la géométrie 3D de la subdu tion Alpine etd'évaluer son évolution au ours du temps.
L'étudedel'évolutionde lasubdu tionAlpinegrâ eauxmodèlesnumériquespermetdevalider unnouveau modèlepour expliquerl'exhumation:l'extensionasso iéeauretraitdelasubdu tion. Ce modèle suggère que l'exhumation,dont le moteur est la ottabilité des unités,est a omodée parl'extensionasso iée auretrait delasubdu tion. Laréalisationde modèles paléogéographiques permet d'imager e modèle d'exhumation, mettant en éviden e le fon tionnement simultané de l'exhumation et du retrait de la subdu tion qui survient lors de l'enfouissement d'un domaine o éaniqueà la suite d'un domaine ontinental.
LesAlpesne sontpas une haînede ollisionmais une eintureorogénique forméepar subdu -tions su essives de domaines o éaniques et ontinentaux. La subdu tion d'un blo ontinental provoque l'enfouissementet l'é aillaged'unités ristallinesqui sont exhumées lorsdu retraitde la zonede subdu tionprovoqué par l'arrivée d'undomaineo éaniqueà lasuite du blo ontinental. L'exhumation est a omodée par l'extensionde laplaque hevau hante quia ompagne leretrait de lazone de subdu tion.
I Introdu tion 11
1 Problématique 15
2 Les zones de onvergen e 17
2.1 Subdu tion o éanique. . . 19
2.2 Subdu tion ontinentale . . . 20
2.3 Déta hement de la lithosphèreen subdu tion . . . 21
2.4 Collision . . . 21
3 Modèles 23 3.1 Introdu tion . . . 23
3.2 Lesmodèles d'enfouissement . . . 24
3.2.1 Enfouissementpar hevau hement . . . 24
3.2.2 Enfouissementpar subdu tion . . . 25
3.3 Lesmodèles d'exhumation . . . 26
3.3.1 Exhumation due auxfor es de volume . . . 26
3.3.2 Exhumation due auxfor es auxlimites . . . 27
4 Plan de la thèse 29 II Traits géologiques majeurs des Alpes Centrales 31 5 Orogènes et Alpes 39 5.1 Cinématique globalede lafermeture de laTéthys . . . 40
5.2 Chronologiete tonique du domainealpin . . . 41
5.3 Histoire alpinedes unités ristallines . . . 47
5.4 Stru tures d'é helle rustale etlithosphérique . . . 50
5.4.1 Introdu tion . . . 50 5.4.2 Sismique . . . 50 5.4.3 Gravimétrie . . . 53 5.4.4 Tomographie . . . 54 5.4.5 Con lusion. . . 59 6 Stru ture et emplilement 61 6.1 Introdu tion . . . 61
6.2 Des riptionsimpli éedes Alpes . . . 62
6.2.1 Introdu tion . . . 62
6.2.2 Lesgrands domaines . . . 63
6.3.1 Le domaineinterne . . . 67
6.3.2 Les intrusions magmatiques alpines . . . 70
6.3.3 Le domaineexterne . . . 72
6.4 Traverse 1 - Lesalpes entrales . . . 74
6.4.1 Journée 1 Cristallinsexternes . . . 75
6.4.2 Journée 2 Cristallinsinternes européens . . . 81
6.4.3 Journée 3 Zone de ra ineet Pennique supérieur . . . 87
6.4.4 Coupe te tonostru turale synthétique . . . 88
6.5 Traverse 2 - LesAlpesdu Nord-Ouest . . . 91
6.5.1 Journée 1 Les Préalpes etles Cristallinsexternes . . . 91
6.5.2 Journée 2 Aiguilles Rouges, etdomaineinterne . . . 94
6.5.3 Journée3Conta t te toniqueentre 2unitésBriançonnaisesdans lamassif du GrandParadis . . . 98
6.5.4 Coupe GéologiqueSynthétique. . . 102
6.6 Impli ationsà l'é helle de l'ar Alpin . . . 104
6.6.1 Coupe Ouest-Est du domaineinterne . . . 104
6.6.2 Données thermobarométriques etgéo hronologiques . . . 104
6.6.3 Con lusion . . . 106
7 Exemple de l'unité Adula 107 7.1 L'unité ristallineinterne Adula . . . 107
7.1.1 Présentation générale . . . 107
7.1.2 Géologie . . . 108
7.1.3 Métamorphisme . . . 108
7.2 Déformation liéeà l'épaississement . . . 110
7.2.1 Le sommetde l'unitéAdula . . . 110
7.2.2 La base de l'unité Adula . . . 111
7.2.3 Déformation de l'unité Adula . . . 113
7.3 Adula, Cima-Lungaet leurs équivalents . . . 116
7.3.1 Des ription des unités etde leur onta ts . . . 116
7.3.2 Carte synthétique du oeur du Lepontin . . . 119
7.3.3 Regroupement des unités ristallinesinternes . . . 119
7.4 Con lusion . . . 121
8 Bilan et Problèmes soulevés 123 III Subdu tion d'une marge passive 127 9 Introdu tion 131 9.1 Problématique . . . 131
9.2 Prin ipede lamodélisation . . . 132
9.2.1 Prin ipe . . . 132
9.2.2 Cal ul du géotherme : . . . 133
9.2.3 Cal ul du pro l rhéologique : . . . 133
9.2.4 Pro ls rhéologiques obtenus . . . 134
9.3 Résultats majeurs . . . 134
10 ARTICLE 1 137
10.1 Introdu tion . . . 138
10.2 1D modellingof HP/LT prograde path . . . 139
10.2.1 Model set-up . . . 139
10.2.2 Prograde PT path . . . 140
10.3 Isolines of verti al burial velo ities. . . 142
10.4 Validation of the 1D modelling. . . 143
10.4.1 Case of a singleHP/LTnappe:Adula, entralAlps . . . 143
10.4.2 Case of a syn hronous metamorphi belt: The Cy ladi blues hists . . . 144
10.5 Impli ationfor the Aegean slab dynami s through times . . . 145
10.6 Con lusion . . . 147
10.7 Remarques on ernantl'arti le. . . 151
11 ARTICLE 2 153 11.1 Introdu tion . . . 154 11.2 Model . . . 156 11.2.1 2D Thermalmodelling . . . 156 11.2.2 Strength estimate . . . 158 11.2.3 Sta kingpredi tion . . . 158
11.3 2D Thermaland Material Strength Evolution . . . 160
11.4 Sta king predi tion . . . 161
11.4.1 1D Analysis . . . 161
11.4.2 2D Sta king Analysis . . . 162
11.5 Parametri study . . . 164
11.5.1 Roleof Dip Angle and Velo ity . . . 164
11.5.2 Roleof Crustal Rheology . . . 165
11.6 Comparisonwith the Lepontine CrustalUnits . . . 166
11.7 Con lusion . . . 168
11.8 Remarques on ernantl'arti le. . . 174
11.8.1 Profondeur minimum d'é aillage . . . 174
11.8.2 Evolution de latempératurede latransitionfragile-du tileave laprofondeur174 11.9 Perspe tives . . . 176
12 ARTICLE 3 177 12.1 Introdu tion . . . 178
12.2 1D model: inferred burialvelo ity from peak pressure . . . 181
12.3 2D model: inferred subdu tiondip angle and velo ity fromsta k unit length . . . 182
12.4 Impli ationfortheEo enekinemati sand3DgeometryoftheAlpineslab(45-35My)183 12.5 Con lusion . . . 184
IV Mé anisme de l'exhumation dans les Alpes 191 13 Exhumation et retrait de la subdu tion 197 13.1 Prin ipe du retrait de la subdu tion . . . 198
14 ARTICLE 4 201
14.1 Introdu tion . . . 201
14.2 Mise en éviden e des variationsde vitesse . . . 203
14.3 Subdu tionAlpine à l'Éo ène . . . 204
14.4 Con lusion . . . 206
15 Paléogéographie 209 15.1 Méthodologie . . . 209
15.1.1 Les méthodes lassiques . . . 209
15.1.2 La méthode suivie . . . 210
15.2 Paléore onstru tion de la formationdes Alpes . . . 210
15.2.1 P les de rotation . . . 211 15.2.2 Cartes paléote toniques . . . 213 15.3 Elargissementà laméditerranée . . . 218 15.3.1 P les de rotation . . . 219 15.3.2 Cartes paléote toniques . . . 223 16 Con lusion 231 V Con lusion générale 233 17.1 Les Alpes ne sont pas une haîne de ollision . . . 237
17.2 Subdu tion ontinentale . . . 239
17.3 E aillage en profondeur lié àla subdu tion ontinentale . . . 240
17.4 Subdu tionAlpine à l'Éo ène . . . 240
17.5 Retrait de la subdu tionAlpine . . . 241
17.6 Exhumation etroll-ba k . . . 242
VI ANNEXES 263 18 Comment fabriquer de nes et longues unités de haute pression durant la su-bu tion ? 279 18.1 Introdu tion . . . 279
18.2 Modélisation. . . 281
18.2.1 For es et ontraintes agissant sur la margesubdu tée . . . 282
18.2.2 Modèle thermique2D . . . 282
18.2.3 Cal ul de la résistan e des ro hes. . . 282
18.2.4 Détermination de l'individualisation. . . 283
18.3 Évolutionde latempératureet de la résistan e . . . 283
18.4 Individualisation des unités . . . 284
18.4.1 In uen e de l'angle et de lavitesse de subdu tion . . . 284
18.4.2 In uen e de la lithologiede la roûte . . . 284
18.5 Comparaison du modèle ave lesunités du Lepontin(AlpesCentrales). . . 286
18.6 Dis ussion etCon lusion . . . 287
19 Signi ation des variations latérales de la profondeur de formation des unités internes des orogènes modernes. 291 19.1 Introdu tion . . . 291
19.3 Apport de lalongueur des unités . . . 294 19.4 Géométrieetdynamiquede lalithosphère briançonnaiseau ours de sasubdu tion
àl'Yprésien(Éo ène - 45-40 Ma) . . . 295 19.5 Con lusion . . . 296 20 Court historique de l'étude des orogènes 301 20.1 UneTerre statique . . . 301 20.2 UneTerre en évolution - lesthéories mobilistes. . . 303 20.3 UneTerre en ontinuel mouvement - lathéorie de la te tonique des plaques . . . . 304 20.4 Unenouvelle appro he des orogénèses . . . 305
1 Problématique 15
2 Les zones de onvergen e 17
2.1 Subdu tion o éanique. . . 19
2.2 Subdu tion ontinentale . . . 20
2.3 Déta hement de la lithosphèreen subdu tion . . . 21
2.4 Collision . . . 21
3 Modèles 23 3.1 Introdu tion . . . 23
3.2 Lesmodèles d'enfouissement . . . 24
3.2.1 Enfouissementpar hevau hement . . . 24
3.2.2 Enfouissementpar subdu tion . . . 25
3.3 Lesmodèles d'exhumation . . . 26
3.3.1 Exhumation due auxfor es de volume . . . 26
3.3.2 Exhumation due auxfor es auxlimites . . . 27
Problématique
LesAlpessont lassiquementdé rites ommeétantune haînede ollisiontype[Lemoineetal., 2000; Pomerol etal., 2005℄.La stru ture a tuelle des Alpes résulterait :
1. de l'obdu tion 1
de fragments de lithosphère o éanique au ours de lasubdu tion de l'o éan Alpinliéeà la onvergen e Afrique -Europe,
2. et de la ollision entre les plaques te toniques Apulie et Europe qui a provoqué les hev au- hementsresponsablesdel'ar hite turea tuellede la haînedesAlpes[Pomeroletal.,2005℄.
Cependant, lapartieinterne des Alpes(lePennique)est onstituée d'unités forméesde roûte ontinentale qui présentent un métamorphisme Haute à Ultra-Haute Pression, Basse T empéra-ture au début de leur histoire alpine [Bousquet et al., 1997; S hmid et al., 2004; Maxelon and Man ktelow, 2005℄. Ce métamorphisme, preuve de l'enfouissement à grandes profondeurs (pou-vantdépasser labase delalithosphère,soitune entaine dekilomètres),ne peut pasêtre expliqué parles hevau hements rustauxetlithosphèriquesdusàla ollision.De plus,lesunités dela par-tieinternedes Alpessesont forméesavantquelesplaques te toniques ApulieetEurope ne soient en onta t[Stamp ietal.,1998;Gebauer,1999;S hmidetal.,2004;RosenbaumandLister,2005℄.
Lemétamorphisme Haute Pression-BasseTempératureest ratta hé auxzones de subdu tion où l'enfouissement est su samment rapide pour que les ro hes n'aient pas le temps d'atteindre l'équilibrethermique.DanslesAlpes,laprésen ede ro hesdenatureo éaniquemontrel'existen e d'une ou plusieurs subdu tion(s) Alpine(s) [S hmid et al., 1997a;Stamp i et al., 1998; Gebauer, 1999; O'Brien, 2001; Rats hba her et al., 2004; S hmid et al., 2004; Maxelon and Man ktelow, 2005℄. Dans un ontexte de subdu tion, les unités ristallinesinternes se sont formées par indivi-dualisation au ours de la subdu tion ontinentale dont lesmé anismes ommen ent seulementà être ompris [vanden Beukel,1992; Ranalli, 2000℄.
L'exhumation des unités internes dans les Alpes reste le sujet de nombreuses études, au un des mé anismes a tuellement proposés ne permettant de omprendre intégralement les données re- ueillies sur leterrain.
Cette étude a pour obje tif d'apporter des éléments de réponse aux questions de l'enfouisse-mentetde l'exhumationdanslesAlpes. Dans etteétude,lesAlpesCentrales onstituentlazone de terrainprivilégiéepourl'observationde lagéométrieetdes stru turesliées auxpro essus d'en-fouissementetd'exhumationdanslesAlpes.Desmodèlesserontréalisésa ndemieux omprendre es pro essus.
1
obdu tion :mise enpla epar hevau hementd'unfragmentdelithosphèreo éaniqueau-dessusd'une litho-sphère ontinentale
Evolution des zones de onvergen e
Les mouvements relatifsdes plaques te toniques entraînent l'existen e de zones de divergen e oùlesplaqueste toniquess'éloignentlesunesdesautres,etdezonesde onvergen e oùlesplaques te toniquesserappro hentlesunesdesautres( gure2.1).La onvergen epeutavoirlieusoitentre
Fig. 2.1 Frontières majeures des plaques te toniques Cette planisphère représente les prin ipales plaques te toniques et la dynamique de leur frontière : onvergente en rouge ou divergente en bleu[Lallemandet al.,2000℄.Lesétoilesindiquentlesempla ementsoù desro hesayantétéàgrandeprofondeursontobservées[Chopin,2003℄. 1-Arabie, 2-Somalie, 3-Capri orne,4-Indonésie, 5-Philippines, 6-Chine, 7-Okotak,8-Co os,9-Caraïbes,10-S otia.
deux plaqueste toniques ontinentales,soitentre uneplaque te tonique ontinentaleetune o éa-nique. Les orogènes issus de la onvergen e de deux plaques te toniques ontinentales, omme l'Oural par exemple, ne présentent pas de ro he de Haute-Pression. Enrevan he, la onvergen e de plaques te toniques ontinentales séparées par une plaque te tonique o éanique génère des haînes de montagnes, omme l'Himalaya et les Alpes par exemple, omportant des ro hes de Haute Pression etUltra-Haute Pression [Chopin, 2003℄.
La onvergen e de deux plaques te toniques ontinentales séparées par une plaque te tonique o éanique, onduit à la fermeture du domaine o éanique par subdu tion ( gure 2.2 - à gau he). La subdu tion peut onduire àla formationd'une ordillièrevol anique.Lorsque toutela plaque te tonique o éanique a disparu dans la zone de subdu tion, les deux plaques te toniques onti-nentales entrent en ollision ( gure 2.2 - à droite), donnant naissan e à un orogène de ollision. Classiquement,lasubdu tionestdé rite ommeétantl'enfouissementd'unelithosphèreo éanique
Fig. 2.2 Sudu tion et ollision
Subdu tion d'une lithosphère o éaniquesousunelithosphère ontinentale(àgau he),et ol-lision entre deux lithosphères ontinentales(à droite).
sousune autrelithosphère (lithosphère hevau hante o éaniqueou ontinentale). Lorsquela tota-litéde la lithosphère subduite a disparu dans la zone de subdu tion, la lithosphère ontinentale àsa suite parvient à son tour dans la zone de subdu tion. Cette étape est appelée selon Pomerol [Pomerolet al.,2005℄ ollisionsi lalithophère hevau hante est ontinentale et obdu tion si la lithosphère hevau hante est o éanique.
Ensuite, sous l'eet de la tra tion du panneau de lithosphère o éanique subduite, la lithosphère ontinentaleest enfouieenprofondeur, 'estlasubdu tion ontinentale.Lorsquelalithosphère en subdu tion se rompt, les deux lithosphères s'arontent, ette étape est lassiquement appelée ollision(évolution intra- ontinentale [Pomerol etal., 2005℄).
Dans un tel s énario, subdu tion et ollision peuvent être dé nies selon deux points de vue mé aniques :
En terme de stru ture, il est ommunément admis que la subdu tion est le pro essus de onvergen e sans épaississement de la lithosphère en subdu tion. Au ontraire, la ollision estsystématiquementmarquéeparl'épaississementdela roûte.La ollisionesta ompagnée de grands hevau hements en avant et en arrière de la zone de subdu tion responsables de l'épaississement.
En termede for e, lasubdu tionest le pro essusgouverné par le slab-pull(lafor emotri e est le poids de la lithosphère o éanique subduite) e qui n'est plus le as dans la ollision. Lorsde la onvergen e dedeuxlithosphères ontinentales,la ollisionestlestadequisu ède au déta hement de lalithosphère subduite (slab).
Par onséquent,au ours d'uneorogénèse,issue de lafermetured'undomaineo éanique,trois étapes sesu èdent : subdu tion o éanique, subdu tion ontinentale et ollision( gure 2.3).
Fig.2.3Evolution d'une zone de onvergen e La fermeture d'un domaine o éanique est marquée par trois étapes su èssives (de haut en bas) : subdu tion o éanique, subdu tion onti-nentale, ollision.
2.1 Subdu tion o éanique
La fermeture d'un domaine o éanique débute toujours par la subdu tion de la lithosphère o éanique onstituant e domaine( gure2.3).
La subdu tion de la lithosphère o éanique survient le plus souvent (67% des subdu tions [Lal-lemand et al., 2000℄) sous une lithosphère ontinentale. La plaque o éanique Naz a (Sud-Est de l'o éan Pa i que), par exemple, subduit sous la plaque ontinentale Amérique du Sud. La lithosphère o éanique, plus dense que la lithosphère ontinentale, subduit et s'enfon e dans l'as-thénosphère. L'é art de densité entre les deux lithosphères augmente ave l'âge de la lithosphère o éanique. Lerefroidissement de lalithosphère augmentesadensitéet, dans une beau oup moins grande mesure, la ompa tion des sédimentsà lasurfa e ontribue à etteaugmentation.
La subdu tion de la lithosphère o éanique peut avoir lieu sous une autre lithosphère o éanique (15% des subdu tions [Lallemand et al.,2000℄). Dans e as, omme par exemple laplaque Pa i- que sous laplaque Philippine,la lithosphère laplus âgée, don plus dense, subduit sous l'autre. Au ours de la subdu tion, la lithosphère est abraséeet un prismed'a rétion o éanique peut se former.La partiesupérieurede lalithosphère (notammentlessédiments àsasurfa e) est é aillée. Cet é aillagene onduitpas à un épaississementimportantde lalithosphère.
Commelemontrentlestransformationsmétamorphiquesdesro hes,lasubdu tionestmarquée par des dépla ements verti aux importants des ro hes situées dans la partie supérieure de la lithosphèresubduite.Lesdépla ementssefontprin ipalementendire tiondelazonedesubdu tion et vers la profondeur (enfouissement). L'é aillage de fragments de roûte o éanique au sein du prismed'a rétionestpossibleetprovoquelaremontée dero hesdepuisuneprofondeur de30km maximum.
Au un relief n'est rée sur la lithosphère en subdu tion. Si l'angle de subdu tion est faible, la lithosphère hevau hanteest en ompressionetun reliefapparaîten raisondel'épaississementqui souvent augmentepar lemagmatisme asso ié, leplutonisme et levol anisme.
Pendant la subdu tion, l'élévation de la température provoque la déshydratation des minéraux ontenusdans la roûte.Cettedéshydratationde la roûtesefaitaupro tdel'asthénosphère sus-ja ente modi ant ainsi sa température de fusion partielle. Le magmatisme a ide asso ié à ette
fusionpartiellegénèredes vol ansandésitiques, omme ilen existe dans la Cordillièredes Andes.
2.2 Subdu tion ontinentale
En omparaisonave unelithosphèreo éanique,lafaibledensitédelalithosphère ontinentale ne permeta priori pas sasubdu tion. Cependant, l'enfouissement de lithosphère ontinentale de-vientpossiblesi ettelithosphèreesttra téeparunelithosphèreo éaniquepréalablementsubduite ( gure2.3 - Subdu tion ontinentale).
Dans le as d'une subdu tion intra-o éanique, la subdu tion de la lithosphère ontinentale s'ee tue alors sous une lithosphère o éanique provoquant ainsi l'obdu tion de la lithosphère o éanique au-dessus de la lithosphère ontinentale. Ce phénomène d'obdu tion est ontraire à l'é artde densitéentre lesdeux lithosphèresquiprovoquelasubdu tionde lalithosphèrelamoins dense sous la plus dense. Pourtant, e phénomène est observé (1% des subdu tions [Lallemand et al., 2000℄), par exemple en Oman, où des ophiolites (portions de lithosphère o éanique) se trouvent au-dessus du ontinent Arabie.
Lasubdu tiond'unelithosphère ontinentaleest responsabledudéveloppement de hevau he-ments à l'é helle de la roûte etde la lithosphère.Ces hevau hements provoquent un épaississe-ment de la lithosphère subduite.
Ces hevau hementssontmarquéspar laprésen e àlasurfa ede ro hes qui,àtraversleur ompo-sitionminéralogique,ontenregistréleurpassageàmoyenneougrandeprofondeur(HautePression etUltra-HautePressionrespe tivement).Cesro hesontpuêtreenfouiespuisexhuméesàdes pro-fondeurspouvant dépasser une entaine de kilomètres[Chopin, 2003℄.
Comme dans le as de la subdu tion o éanique, la subdu tion ontinentale est marquée par d'importantsdépla ementsdes ro hes appartenantàlalithosphèresubduite.Les dépla ementsse fontvers lazonede subdu tionetlaprofondeur(enfouissement),maiségalementdelaprofondeur vers la surfa e (exhumation). Cette diéren e majeure ave lasubdu tion o éanique est due à la faible densité de la roûte ontinentale qui au ours de sa subdu tion s'individualise en é ailles qui tendent à remonter vers la surfa e. L'exhumation se produit alors que la dynamique globale est en onvergen e et ne devant onduire qu'à de l'enfouissement.
La réationd'un faiblereliefsur lalithosphère subduite peut se produire lorsde l'exhumation des unités ristallines. Un relief peut apparaître sur la lithosphère hevau hante si l'angle de subdu tion est faible [Boutelier,2000; Lallemandet al.,2003, 2000℄.
Lasubdu tionpuisl'exhumation,àmoyenne(30à100km)etgrande(plusde100km)profondeur, de lithosphère ontinentale ne peut être réalisée que pour des ensembles ontinentaux de petite tailleou pour lesbordures amin ies(marges) de grands ontinents. Cette né essité répond àune questionde ottabilité de lalithosphère subduite :
Dans le as de petits blo s, si leur longueur est supérieureà 500 km, ils atteignentalors la dis ontinuitésituéeà640kmdansl'asthénosphèreetnepeuventplusêtreexhumés[Martinod et al.,2005℄.
Dans le as d'un grand ontinent, sa rigidité et sa faible densité l'empê hent de subduire. Seule sa marge, qui du fait de son amin issement présente une densité plus grande, peut subduire.
A priori, la subdu tion ontinentale n'entraîne pas de magmatismeimportant.La lithosphère ontinentale subduite ne fournit pas su samment d'eau pour permettre la fusion de
l'asthéno-sphère se situant au-dessus d'elle. La roûte ontinentale peut fondre partiellement et donner naissan e à un magmatisme al alin,peu abondant, qui onduit à laformationde granitoïdes.
2.3 Déta hement de la lithosphère en subdu tion
Enraisondesafaibledensité, lalithosphère ontinentalene peutpas êtresubduite;lorsqu'elle parvient dans une zone de subdu tion, l'enfouissement se trouve bloqué. La tra tion de la litho-sphère o éaniquesubduite se poursuivant,le déta hement de la partiela plusenfouie (au-delàde 100 km) de la lithosphère subduite se produit (slab break-o), libérant dans l'asthénosphère la lithosphère déta hée.
Larupture de la lithosphèreen subdutionprovoqueune remontéeasthénosphérique auniveaudu déta hement provoquant ainsi le ré hauement du oin de manteau
1
. Ce ré hauement onduit àlafusionpartielledu manteauetaboutitàlaformationd'ensemblesgranitiques ara téristiques.
Eneet,lalithosphère ontinentalenepouvantsubduire,lalithosphèreserompt,libérantdans l'asthénosphère la lithosphèreo éaniquesubduite.
La subdu tion de la lithosphère o éanique étant le moteur du mouvement de onvergen e et de l'enfouissement de la lithosphère ontinentale, la vitesse de onvergen e diminue alors et la lithosphère ontinentale ne subduit plus.
2.4 Collision
Lorsque ledomaineo éaniqueestrefermé, etquelalithosphère ontinentalene subdu teplus, les deux lithosphères ontinentales entrent en ollision ( gure 2.3 - Collision). Les Alpes et l'Hi-malayasont deux haînes de montagnes a tuellement en régime de ollision.
De nombreux hevau hements d'é helle rustale à lithosphérique se forment sur ha une des li-thosphères en ollision. Ces hevau hements peuvent provoquer un épaississement important des deux lithosphèresetun élargissementde lazonede onvergen e. Ce systèmede hevau hementen pop-up
2
d'é helle lithosphériqueest ladernière étape de la formationd'une haîne de montagne. Ladiéren e d'évolution entre lasubdu tion ontinentale etla ollision provient de ladisparition de latra tiondelalithosphèreo éaniquesubduite.Au unedes deuxlithosphères ontinentalesne pouvants'enfon er dansl'asthénosphère, leurrappro hementse ralentitet onduitàlaformation d'une stru ture en pop-up.
A la diéren e de la subdu tion o éanique ou ontinentale, la ollision engendre des mouve-mentsde ro he de plus faibleamplitude. Lesmouvements horizontauxsontlimitéspar la dispari-tiondelazonede subdu tion,quipermettaitd'a omoderla onvergen eparl'enfouissementdela lithosphère subduite. Lespro essus d'enfouissements etd'exhumations sont restreints à la roûte (jusqu'à 60-70km sil'épaississementest très important)et ne dépassent en au un as l'é hellede la lithosphère(une entaine de kilomètre).Les ro hes présentant des assemblages minéralogiques ara téristiques d'Ultra-Haute Pression (des endues dans l'asthénosphère) ne peuvent pas être réés au ours de la ollision.
1
oin de manteau : partie mantellique (lithosphérique et asthénosphérique) hevau hant la lithosphère en subdu tionquiformeunezoneentriangle.
2
Contrairement à la subdu tion ontinentale, où l'épaississement se réalise en profondeur, au oursdela ollision,les hevau hements rustauxprovoquenten surfa el'empilementd'unités qui onstitue l'épaississement. Au ours de la ollision, les hevau hements rustaux provoquent un épaississementqui est a ompagnéde laformationde relief.
Au ours de la ollision, si l'épaississement est su samment important, les ro hes situées à la base de la roûte peuvent fondre partiellement. L'épaisseur importante de ro he de la roûte ontinentaleà forteteneuren élémentsradioa tifsprovoqueuneforteélévation delatempérature ave la profondeur. Lesro hes situées en profondeur fondent partiellement etse transforment en migmatites
3 .
3
Modèles d'enfouissement et d'exhumation
3.1 Introdu tion
Dès le début du XIX ème
siè le, la ompréhension des pro essus à l'origine des stru tures géo-logiques a né essité la réalisation de modèles. En 1815, James Hall réalise un modèle a n de démontrer par l'expérien e la validité du mé anisme qu'il propose pour expliquer les plis qu'il observe dans une falaise du Berwi kshire (E osse). Le modèle de James Hall utilise un empile-ment de mor eaux de tissu soumis a un ra oursissement horizontal à l'aide de oups de maillet ( gure 3.1 - gau he). Aux vues du résultat de ette expérien e simpliste, James Hall onçoit la
Fig. 3.1 Expérien es de James Hall, 1815 Sour e: Geomanips [CNRS, 2004℄
même année un appareil qui lui permet de déformer en ompression des lits d'argile ( gure 3.1 - droite). Les expérien es de James Hall seront poursuivies dans la deuxième moitié du XIX
ème siè lepar AlphonseFavre,CharlesLyell,AugusteDaubrée quidéploreleslimites,à etteépoque, de l'expérimentationmé anique pourla ompréhensiondesstru tures géologiquesen omparaison des apports des expérien es physiques ou himiques (Daubrée1878 [CNRS, 2004℄). Ainsique par Hans S hardt, Henry Cadell, Bailey Willis, et Stanislas Meunier au début du XX
ème
siè le qui ommen e àtester l'in uen e des paramètres, tels que ladispositiondu poids appliqué au-dessus des modèles.
Le développement des mathématiques dans la première moitié du XX ème
siè le permet le déve-loppement de théories de dimensionnement, développées par Hubbert [Hubbert, 1937, 1951℄ qui permettent l'avènement de modèles analogiquesdimensionnés.
Dans lase onde moitié du XX ème
siè le, lathéoriede late tonique des plaques [LePi hon, 1968; Dewey and Bird, 1970℄ apporte une ausalité aux dépla ements horizontaux et laisse le hamps libre aux développement de nouveaux modèles plus dèles à la réalité bien que peu diérents,
dans leprin ipe,des premiersmodèles réalisés en 1815 par James Hall. Aujourd'hui, lesmodèles réalisés en laboratoire sont appelés modèles physiques à l'é helle [Chorley, 1967℄ par opposition auxmodèlesphysiquesanalogiquesounon-dimensionnésetauxmodèlesnumériquesapparus ave l'essorde l'informatique.
La présen e dans les ro hes d'assemblages minéralogiques stables en profondeur 1
montre que es ro hes ont été en profondeur au ours de leur histoire. L'observation de es ro hes, à la surfa e du globe, prouve que es ro hes ont dû remonter à la surfa e depuis leur position en profondeur (exhumation). Par ailleurs, ertaines ro hes telles que les sédiments, formées à la surfa e, omportentégalementdesassemblagesde minérauxstablesenprofondeur. Cesro hes ont été amenées en profondeur (enfouissement) puis exhumées.
Cette onstatation minéralogique soulève des questions quant aux mé anismes qui permettent l'enfouissement etl'exhumationdes ro hes.
3.2 Les modèles d'enfouissement
L'enfouissementdero hespeutêtreexpliqué par3pro essus:lasédimentation,lagravitéetla te tonique.L'enfouissementpar sédimentationestdû àl'empilementprogressifde sédimentssuite àleurdép t.Cetenfouissementpeutamenerune ro he àsetrouversous 10à15kmde sédiments. L'enfouissement pargravitation orrespond àdu diapirismeinverse, 'est àdire àl'enfouissement verti al d'un ensemble de ro hes sous son propre poids. Même si e phénomène est physiquement possible,iln'estjamaisobservé ar ilné essite quelesro hes en aissantes
2
soienttrésdéformables etbeau oup moinsdenses que lesro hes enfouies.
Late toniqueestlepro essusmajeurdel'enfouissementquipeutatteindrelalimiteAsthénosphère -Noyau, soit2885 kmde profondeur. Deux phénomèneste toniques onduisentàl'enfouissement de ro hes en profondeur : les hevau hements et lasubdu tion.
3.2.1 Enfouissement par hevau hement
Les hevau hements provoquent la superpositiond'ensembles de ro hes (unités ausens te to-nique) lesunes sur les autres.Les ro hes des unitéssituées dans lapartie basale de l'empilement setrouvent enfouies en profondeur ( gure 3.2).
De nombreux modèles de subdu tion mantellique [Willett et al.,1993℄ basés sur une résolution paréléments nis[Fullsa k,1995℄ouphysiques[Ellis,1996℄générentdes hevau hementsd'é helle lithosphérique.Lafor emotri ede es modèlesrésidedansla onvergen eentredeux lithosphères. Cesmodèles baséssur un pointde dis ontinuité de vitesse, lepointS [Braun,2003℄, permettent de quanti er l'in uen e de la rheologie de la roûte [Beaumont et al., 1994℄, de l'obliquité de la onvergen e [Braun and Beaumont, 1995℄, des onditions basales [Beaumont et al., 1996℄. Ces modèlesontpermisd'étudier l'évolutionàgrandeé helledesorogènes telsquel'Himalaya[Willett and Beaumont, 1994℄ ou les Alpes [Es her and Beaumont, 1997; P ner et al.,2000℄ et de om-prendrel'in uen edel'étatthermiquedeslithosphèresetdela ompositionde la roûteinférieure sur lemode de onvergen e [Toussaint et al.,2004℄.
Lesmodèlesd'enfouissementpar hevau hement,validéspardesétudesde terrainmettanten évi-den el'enfouissement par hevau hement [Hois h et al., 2002℄ etl'imagerie sismique, permettent d'expliquerl'enfouissementdero hesjusqu'àlabasedelalithosphère(une entainedekilomètres).
1
plusrigoureusement,stableàunepressionsupérieureà elleexistantàlasurfa edalaTerre 2
Fig. 3.2 Modèle d'enfouissement par hevau hement Exemple de modèle réalisé par Beaumont [Beaumont etal., 2000℄ montrant une évolution intra ratonique ave pour exemple les Pyrénées.
3.2.2 Enfouissement par subdu tion
Les zonesde subdu tions sont marquéespar l'enfouissementd'unelithosphère dans l'asthéno-sphère provoquant ainsi un enfouissement des ro hes qui onstituent la lithosphère subduite ( -gure 3.3)quipeuventatteindre ladis ontinuitéd situéeàlabase du manteau inférieur(2885km de profondeur).
De nombreuses études se sont intéressées à l'évolution thermique dans une zone de subdu tion [Pea o k, 1996; Davies, 1999; Ha ker et al., 2003a; Conder, 2005℄, à l'évolution minéralogique [Pea o k, 1996; Ha ker etal.,2003b℄,età ladynamique[Shemenda, 1993,1994; Was hbus h and Beaumont, 1996; Chemenda et al., 2000; Ranalli et al., 2005; Abers et al., 2006; Royden and Husson, 2006℄.
Desétudessurl'enfouissementdero hes ontinentalesdansleszonesdesubdu tionontégalement
Fig. 3.3 Modèled'enfouissement par subdu tion Exemple de modèle réalisé par Shemenda [Shemenda, 1994℄ montrantl'évolutiond'une subdu tion.
été réalisées dé rivant l'eet de la faible densité des ro hes ontinentales [England and Holland, 1979; vanden Beukel, 1992; Hynesetal.,1996; Ranalli,2000; Ranallietal.,2005℄, l'in uen e des for es agissant dans la zone de subdu tion [van den Beukel, 1992℄. Les mé anismes responsables de l'empilementd'é aillesau oursde lasubdu tionsont dis utés et regroupésen deux théories: l'érosion te tonique au ours de la subdu tion [von Huene et al., 2004℄ ou le déta hement dû au onditions physiques [van den Beukel, 1992; Cloos, 1993; Hynes et al., 1996; Roselle and Engi, 2002℄.
3.3 Les modèles d'exhumation
L'exhumation des ro hes situées en profondeur s'ee tue sous l'a tion de deux types de pro- essus :les for es aux limiteset lesfor es de volumes.
3.3.1 Exhumation due aux for es de volume
Les for es de volumes dépendent des propriétés intrinsèques des ro hes, dont notamment la densité(in uen ée par la température)
La ottabilité :La ausepremière de laremontéedes ro hes estla ottabilitérésultantdu poids des ro hes et de la densité relative des ro hes par rapport à leur en aissant [Ranalli, 2000℄. Moins les ro hes sont denses, plus elles auront tendan e à remonter, e phénomène est dé ritparleprin iped'Ar himède.La ottabilité ontribuesouventàl'exhumationmais n'estpasindispensable,puisquel'exhumationdumanteauestpossible.Laremontéedero hes par ottabilité seule est illustrée par le diapirisme : remontée des ensembles magmatiques dans le manteau.
L'édu tion Après que la lithosphère subduite se soit déta hée (slab break-o), la litho-sphère à laquelle la lithosphère subduite était ra ordée regagne une position horizontale [Davies and von Blan kenburg, 1995; von Blan kenburg and Davies, 1995; Burov et al., 2001; O'Brien, 2001; Olker et al., 2003℄. L'horizontalisation de la lithosphère est supposée provoquer l'exhumation des ro hes situées aux dessus ( gure3.4). L'édu tion est
probable-Fig. 3.4 Edu tion
mentàl'originedel'exhumation nalede lapartieinternedes Alpes[vonBlan kenburgand Davies, 1995; O'Brien,2001℄.
L'é aillage :Lesfragmentsde roûteé ailléeau oursdelasubdu tionsontexhumésgrâ e àdeuxmé anismes ouplés:d'unepart,la ottabilitéqui onstituelemoteurdelaremontée (l'é aille rustaleétantmoinsdense quelemilieuquil'entoure),etd'autrepart,une érosion intense qui libère de l'espa e au niveau de la zone de onvergen e ( gure 3.5 - [Chemenda et al.,1995, 1996; Pomerol etal.,2005℄). Dans e mé anisme, l'érosion onstitue un fa teur limitant de l'exhumation. La remontée de ro hes depuis l'intérieur du globe n'est possible quesilesro hes présentes enamontdanslazone desubdu tionsontdégagées, lespro essus de surfa e (érosionet transport) étant lesseuls à jouer e r le.
Cette dynamique est a tuellement observée dans les Alpes de Nouvelle Zélande où le taux d'érosion aufront de l'orogène est trés important en raison de la situationgéographique de la Nouvelle Zélande, seule terre émergée à ette latitude[Battand Braun, 1995℄.
Fig. 3.5 E aillage
3.3.2 Exhumation due aux for es aux limites
L'exhumation par le biais des for es aux limites ne dépend pas des ro hes exhumées mais de ladynamique de e qui lesentoure.
le henal dynamique orrespond à un mouvement en retour des ro hes à l'intérieur du anal de subdu tion, zone de faible résistan e et faible vis osité située entre les deux li-thosphères en onvergen e ( gure 3.6 - [Cloos, 1982; Cloos and Shreve, 1988a,b;Allemand and Lardeaux, 1997℄). Lors de l'enfouissement, des é ailles rustales s'individualisent et se retrouvent entourées de ro hes de vis osité plus faible dans le anal de subdution.Le anal de subdu tiona unedynamique d'enfouissement du té de lalithosphère subduiteet d'ex-humationdu tédelalithosphère hevau hante( gure3.6), equipermetl'exhumationdes fragments de roûte enfouis à grande profondeur [Cloos, 1982; Cloos and Shreve, 1988a,b; Allemand and Lardeaux, 1997℄. L'exhumation de ro hes au niveau du anal de subdu tion né essite l'érosion des ro hes exhumées ar la remontée de quantité importantede ro hes à lasurfa e sansmaintien de l'équilibretopographiqueprésente un fortdéséquilibre in ompa-tible ave la dynamique naturelle.
Ce mé anisme, dé rit par exemple en Norvège [Jolivet et al., 2005℄, est supposé permettre l'exhumation de ro hes aussit t après leur enfouissement dans la zone de subdu tion. La dynamique d'un henal en retour large peut être favorisée par le sous plaquage d'é ailles rustales légères [Platt, 1986℄.
Fig. 3.6 Chenal dynamique
L'extension:Enrégimeextensif,l'amin issementlithosphériqueprovoquéparladivergen e provoquelaremontéedes ro hes situéesau oeur delastru tureextensive( gure3.7).Dans lesgrabbens(ourifts),uneextensionintensepeutpar isaillementsimpleamenerlemanteau
à l'a eurement [Brun and Bellier, 1996℄. Les d mes métamorphiques extensifs (metamor-phi ore omplex) permettent l'exhumation de ro hes situées initialement en profondeur [Werni ke, 1985; Davies and Lister, 1988; Bu k, 1991℄. L'exhumation s'ee tue grâ e aux déta hements qui onstituent laborduredes d mes métamorphiquesextensifs ( gure3.7).
Plan de la thèse
L'étudedespro essusd'enfouissementetd'exhumationmenéei isedé omposeentroisgrands volets :
EnPARTIE2, une des ription simpli éedes Alpespermet de dé rirel'évolution de la sub-du tionàla ollision.Cette partiese dé ompose en deux points :une des ription des Alpes à l'é helle de la haîne sous formede guide d'ex ursion, et la des ription de la déformation asso iée à l'épaississementdans l'unité Adula (Lepontin, Alpes Centrales).
En PARTIE 3, la quanti ation des mé anismes d'individualisation d'unités au ours de l'enfouissementestréaliséegrâ eàunmodèlethermique1Detunmodèlethermo-mé anique 2D. Ces résultats sur les mé anismes d'é aillage au ours de la subdu tion ontinentale permettent d'élaborer une hypothèse quantau mé anisme d'exhumation.
En PARTIE 4, le mé anisme de l'exhumation dans les Alpes est étudié grâ e au modèle thermo-mé anique 2D dis uté en PARTIE 2 et à des paléore onstru tions. Ces modèles permettent de dis uter de la validité d'un pro essus alternatifpour expliquer l'exhumation dans lesAlpes.
Traits géologiques majeurs des Alpes
5 Orogènes et Alpes 39 5.1 Cinématique globalede lafermeture de laTéthys . . . 40 5.2 Chronologiete tonique du domainealpin . . . 41 5.3 Histoire alpinedes unités ristallines . . . 47 5.4 Stru tures d'é helle rustale etlithosphérique . . . 50 5.4.1 Introdu tion . . . 50 5.4.2 Sismique . . . 50 5.4.3 Gravimétrie . . . 53 5.4.4 Tomographie . . . 54 5.4.5 Con lusion. . . 59 6 Stru ture et emplilement 61 6.1 Introdu tion . . . 61 6.2 Des riptionsimpli éedes Alpes . . . 62 6.2.1 Introdu tion . . . 62 6.2.2 Lesgrands domaines . . . 63 6.3 Carte te tonique de l'Ar Alpin . . . 64 6.3.1 Ledomaine interne . . . 67 6.3.2 Lesintrusionsmagmatiques alpines . . . 70 6.3.3 Ledomaine externe . . . 72 6.4 Traverse 1 -Les alpes entrales . . . 74 6.4.1 Journée1 Cristallinsexternes . . . 75 6.4.2 Journée2 Cristallinsinternes européens . . . 81 6.4.3 Journée3 Zone de ra ine etPennique supérieur . . . 87 6.4.4 Coupe te tonostru turale synthétique . . . 88 6.5 Traverse 2 -Les Alpes du Nord-Ouest . . . 91 6.5.1 Journée1 LesPréalpeset lesCristallinsexternes . . . 91 6.5.2 Journée2 AiguillesRouges, et domaineinterne . . . 94 6.5.3 Journée3Conta tte tonique entre 2unitésBriançonnaisesdanslamassif
du Grand Paradis . . . 98 6.5.4 Coupe GéologiqueSynthétique. . . 102 6.6 Impli ationsàl'é helle de l'ar Alpin . . . 104 6.6.1 Coupe Ouest-Est du domaineinterne . . . 104 6.6.2 Données thermobarométriqueset géo hronologiques . . . 104 6.6.3 Con lusion. . . 106
7 Exemple de l'unité Adula 107 7.1 L'unité ristallineinterne Adula . . . 107 7.1.1 Présentation générale . . . 107 7.1.2 Géologie . . . 108 7.1.3 Métamorphisme . . . 108 7.2 Déformation liéeà l'épaississement . . . 110 7.2.1 Le sommetde l'unitéAdula . . . 110 7.2.2 La base de l'unité Adula . . . 111 7.2.3 Déformation de l'unité Adula . . . 113 7.3 Adula, Cima-Lungaet leurs équivalents . . . 116 7.3.1 Des ription des unités etde leur onta ts . . . 116 7.3.2 Carte synthétique du oeur du Lepontin . . . 119 7.3.3 Regroupement des unités ristallinesinternes . . . 119 7.4 Con lusion . . . 121
De nombreux orogènes liésà la fermetured'un domaine o éanique existent ou ontexisté. A -tuellement, les Alpes et l'Himalaya sont des orogènes résultant de la fermeture d'un o éan, la Téthys. L'édi ation à la n du paléozoïque (du Dévonien au Permien, 416 à 251 millions d'an-nées - f.E helle Géo hronologique,ANNEXES 1)dusuper- ontinentPangeas'est réaliséeparla fermeturedeso éansPanthalassaetIapetus onduisantàlaformationde l'Oural,desAppala hes etdu massifHer ynien. AuPré ambrien,entre 1300 et1100 millionsd'années (Ma), le super on-tinentRodinias'était formépar lafermeture d'o éans ayant onduità lasurre tion des orogènes Grenvilliensdontles tra essont visibles au Canada, en Inde, en Antartique.
Parmis tous es orogènes, présents et passés, un orogène de référen e était né essaire. La haîne des Alpes, étantpour des raisonsgéographiquesethistoriquesl'orogène leplusétudié,est utilisée omme référen e pour ette étude. Toutefois, les onnaissan es a quises dans d'autres orogènes ont ontribué au développement des on epts formulés i i,notamment la haîne Himalayenne et la haîne Her ynienne. La haîne Himalayenne, dont le ontexte est bien ontraint, permet une omparaison ave les Alpes, puisque formée durant les mêmes périodes. La haîne Her ynienne pro ure une image de lastru ture profonded'un orogène, puisque étant an ienne, sa partie som-mitale aété érodée.
Les débatssur l'orogénèseauXIX ème
sont liésà l'étudedes Alpesetont onstitués un apport onsidérable àla ompréhension de la stru ture des Alpes.
Pendantlongtemps les théoriesimmobilistes prédominaientet onduisaientà une des ription au-to htone des unités Alpines. En1849, Es her évoquait lapossibilité que le re ouvrement de Ver-ru ano par des dép ts plus ré ents puisse résulter d'un grand renversement (pour une synthèse historique, voir Dal Piaz [2001℄), il abandonnera ette idée intuitive pour adhérer à la théorie du plissement double (double fold) soutenue par Albert Heim[Heim, 1878℄ qui deviendra vite le modèlede prédile tionàl'époquepour dé rireunités ristallinesexternes(massifs duMontBlan et du Gothard) etinternes(domaine pennique).
En 1884, Mar el Bertrand publie les premiers éléments de la théorie des nappes dans les Alpes. Cette proposition supposant la mobilité des unités restera ignorée tant elle paraît, à l'époque, in on evable [DalPiaz, 2001℄.Ce n'est que quelques années plus tard, en 1893 et1898, queHans S hardt démontrant la stru ture en klippe des unités sédimentaires externes des Alpes Suisses provoque l'avènement des on epts allo htones basés sur le mobilisme[S hardt, 1893,1898℄. Ledébutdu XX
ème
voitledéveloppementrapidedes théoriesmobilistesqui onnaîtrontleur apo-gée ave laparutiondu livrede Wegener, Ladérivedes ontinents [Wegener, 1915℄.Ces théories mobilistes, défendues notamment par Argand [Argand, 1916℄, permettent l'élaboration et l'amé-liorationde lathéorie des nappes dans les Alpesdu Nord-Ouest.
A partir de ette époque, les grandes lignes de l'origine des Alpes sont posées sans que toutefois les mé anismes et pro essus ne soient expliqués. Le domaine externe est sans ambiguité dé rit omme ayant une appartenan e européenne. Le domaine interne, en revan he, soulève de nom-breuses questionsrelatives àl'origine des unités si elles- ine sont pas originairesde l'endroit où
elles se trouvent a tuellement. Toutefois, les unités Austro-Alpines (Dent Blan he) furent assez rapidement dé rites par Argand et Staub omme appartenant initialement à l'Afrique [Argand, 1924;Staub, 1928℄.Argand dé riraà etteo asionl'épaississement rustalengendré par la olli-sion [Argand,1924℄.
Pendant les dé ennies qui suivirent, la des ription des unités internes et de leur domaine paléo-géographiqued'appartenan es'a na. L'avènement de lathéorie de late tonique des plaques àla n des années1960 [LePi hon, 1968℄ permi de repla er dans son ontexte dynamique l'orogénèse alpine.
Aujourd'hui, si quelques ambiguités persistent quant à l'appartenan e paléogéographique de er-taines unités, l'ar hite ture des Alpes est omprise dans son ensemble. Les nombreuses études pétrographiques, stru turales, hronométriques,... ont permis l'élaboration de modèles paléogéo-graphiques etmé aniques de l'histoiredes Alpes.
Lades riptionfaitei idesAlpes, mêmesielledièreenquelques pointsdessynthèsesré entes existantes [Stamp i et al., 1998; Rats hba her et al., 2004; S hmid et al., 2004; Maxelon and Man ktelow, 2005;RosenbaumandLister,2005℄,apour butde synthétiserlesrésultatsdesétudes menéesjusqu'àprésentetdelesregrouperave nospropresobservations.Ce iaétéréalisédesorte à se fo aliser sur les éléments importants aux vues de la question soulevée dans ette étude et servir de référen e etvalidationpour la partiemodélisation.
Lades ription s'arti ule en trois hapitres:
le premier,présentant les Alpesde façon globale dans leur ontexte temporel etspatial, le se ond, dé rivant l'épaississementdans les Alpes, sous formede guide d'ex ursion, le troisième,proposant lades ription d'une unité ristallineinterne : l'unitéAdula.
En hapitre 8, les dédu tions et apports pour la ompréhension de la formation des Alpes et du problèmede l'épaississement seront synthétisées.
Orogènes et Alpes
Sommaire
5.1 Cinématique globale de la fermeture de la Téthys . . . 40 5.2 Chronologie te tonique du domainealpin . . . 41 5.3 Histoire alpine des unités ristallines . . . 47 5.4 Stru tures d'é helle rustale etlithosphérique . . . 50 5.4.1 Introdu tion. . . 50 5.4.2 Sismique . . . 50 5.4.3 Gravimétrie . . . 53 5.4.4 Tomographie . . . 54 5.4.5 Con lusion . . . 59
5.1 Cinématique globale de la fermeture de la Téthys
Les Alpes sont nées de la onvergen e entre le ontinent eurasiatique et le ontinent afri ain. Cette onvergen e a onduità la fermetured'un domaineo éanique,la Néo-Téthys, qui ompor-taitde nombreux mi ro- ontinents formés lorsde l'ouverture du domaineNéo-Téthysien.
L'ouverture du domaine Néo-Téthysien remonte à la dis lo ation de la Pangée ( gure 5.1), il y a 210 Ma (Norien). Pendant environ 65 Ma, jusqu'il y a 145 Ma (Tithonien, la Néo-Téthys est en extension. Cette ouverture est parti ulièrment pronon ée dans la partie ouest de la Néo-Téthys oùl'ouverture de l'o éanAtlantiqueSud (àpartirdu Toar ien,ily a environ180 Ma)est a ompagnéepar l'ouverture del'o éanLigureà lapla ea tuellede laméditerrannée o identale (du Golfedu Lion audétroit de Gibraltar)( gure 5.2).
Fig. 5.1 Carte au Norien (210 Ma) Fig. 5.2 Carte au Tithonien (145 Ma) Cartes re onstituant lagéographie au Norien (210 Ma environ)et au Tithonien (145 Ma environ). Ces artessontextraitesdeVisagedelaTerre parBrunoVrielyn ket PhilippeBouysse2004.
A partir du Tithonien (il y environ 145 Ma), l'avortement de la bran he Ligure au pro t de l'Atlantique Nord est responsable de la onvergen e du ontinent eurasiatique et du ontinent afri ain. La onvergen e des deux ontinents entraîne la fermeture de la partie o identale du domaineNéo-Téthysienprovoquant ainsi la formationde la haîne des Alpes.
La fermeture du domaine Néo-Téthysien o idental a onduit à la surre tion d'un orogène qui s'étend du détroit de Gibraltar au Cau ase Septentrional en passant par le Rif, la Kabylie, la Si ile,lesApenninsetleNorddelaCorse,lesAlpes,l'Egéeetl'Anatolie( gure5.3).Lesnombreux mi ro- ontinents initialementprésentsdans etterégionontétéa rétés aux ontinentsAfri ain etEuropéen au ours de lafermeture du domaineNéo-Téthysien o idental.Dans les haînes de montagnedupourtourméditerranéen,desfragmentsdesmi ro- ontinentstéthysienssetrouvent auvoisinage de ro hes d'origineo éanique( gure 5.3 - [Mattauer, 1998℄).
Fig. 5.3 Orogène Téthysien
La présen e de ro he d'origine o éanique dans les haînes de montagne du pourtour méditerranéentraduitl'existen ed'unouplusieursan ien(s)o éan(s)àl'empla ement a tueldelaméditerranée,laNéo-Téthys.
5.2 Chronologie te tonique du domaine alpin
La formationdes Alpes ommen eau Tithonien(il y environ 145 Ma)lorsde l'avortementde l'ouverture de l'o éan Ligure [Nairn etal.,1988; Der ourt etal.,2000; Stamp iand Borel,2002℄. L'ouverturede l'Atlantiqueprovoque, auNord,ledépla ementdel'Ibérieparrapportau ontinent eurasiatique et, auSud, la onvergen e du ontinentafri ain vers le ontinenteurasiatique [Nairn et al.,1988; Der ourtet al.,2000℄.
Ces deuxmouvementsprovoquent lafermeturedu domaineo identaldelaNéo-Téthys onstitué d'un domaine o éanique parsemé de mi ro- ontinents (ou blo s ontinentaux - [Nairn et al., 1988;Der ourtetal.,2000;S otese, 2001;Stamp iand Borel,2002℄).Lesfragmentsde es mi ro- ontinents qui se trouvent a tuellement dans les Alpes permettent d'établir une hronologie des évènements de laformationde la haîne alpine( gure5.4). La ompilationdes données hronolo-giques et paléogéographiques disponibles permet d'obtenir le s énario lassique présenté i-après ( gure 5.5).
Téthys et Néo-Téthys (220-110 Ma)
L'o éan Téthys se réelorsde larupture du ontinentunique Pangée(220 Ma)quiexistait au débutdel'ÈreSe ondaire(Mésozoïque). L'o éanTéthyss'ouvre entre220et130Ma[Nairnetal., 1988; S hmid et al., 1997a; Gebauer, 1999; Stamp i and Borel, 2002℄ délimitant ainsi la bordure sud du ontinent Eurasie.Ladorsaleo éaniquetéthysiennes'étendait àl'ouest jusqu'entre la Ca-labre et la Si ile, séparant l'Apulie ( gure 5.6) de l'Afrique [Nairn et al., 1988; Der ourt et al., 2000℄.
Au Sinémurien (autour de 180 Ma), la partie o identale de la Téthys (la Néo-Téthys) s'ouvre en raison de l'extensionde l'o éan Ligure( gure 5.6 - [Nairn et al.,1988; Stamp iet al.,1998; Der ourtetal.,2000℄).Ladorsaleo éaniqueàl'originede etteouvertureprovientdel'Atlantique entralprovoquant son ouverture [Nairn et al., 1988; Stamp iet al., 1998; Der ourt et al.,2000; S otese, 2001℄.
Fig. 5.4 Géo hronologie du domaine alpin
L'évolution hronologique te to-niquedesdiérentsensembles al-pins est progressiveet migre du Sud vers le Nord. L'alternan e entredomaineso éaniqueset do-maines ontinentaux a ondi-tionnél'évolutionalpine.La sub-du tion des domaines à a nité o éanique entraîne en profon-deur à leur suite les mi ro- ontinents.
Lesétagesgéo hronologiques, re-présentésàl'é helle,sontissusde la hartestratigraphiquede2004 [IUGS,2004℄.
Fig. 5.5 Evolution s hématique des Alpes S hémaprésentantendixétapesl'évolutiondesAlpes
L'ouverturedel'o éanAtlantiqueSudpuisNords'a élérant,l'ouverturedudomainenéo-téthysien avorte [S hmidetal.,1997b;Stamp ietal.,1998;Stamp i,2001℄.L'abandon del'extension o éa-niqueLigureestmarquéeàlalimiteJurassique-Créta é(145Ma)parun ourtépisoded'ouverture du domaineLanzo (dé ro hement extensif - ( gure5.6)), provoquant l'arrêt de ladorsaleLigure auBarrémien (autour de 130 Ma). L'ouverture du domaine Lanzo déta he un mi ro- ontinent à labordurenord de l'Apulie :leblo Austro-Alpin ( gure 5.6- [Gebauer, 1999;O'Brien, 2001℄). La vitesse moyenne d'ouverture du domaine Lanzo est estimée autour de 2 m.an
−1
± 1
. Cette estimationest basée sur l'espa e maximal disponible etla duréemaximale de l'ouverture.
Cet épisode est de ourte durée puisque àpartir de l'Albien, l'ouverture de l'Atlantique Nordest prépondérante [Nairn et al., 1988; Stamp i et al., 1998; Der ourt et al., 2000; S otese, 2001℄ et l'ouverturedu domaineLanzo s'arrête.
Fig. 5.6 Le domaine Néo-Téthysien
Carteàl'Albien(105Ma) per-mettantdesituerlesdiérents élémentsdudomaine néotéthy-sien. Les ensembles ontinen-taux sont représentés en vert et les domaines o éaniques en blan bordé de bleu. Cette représentation ne présume en riendesenvironnementset er-taines parties des ensembles ontinentauxsontimmergées. Re onstru tion réalisée ave BrunoVrielyn k. Pourplusde détails sur les re onstru tions, seréféreràlaquatrièmepartie.
Début de la onvergen e (130-65 Ma)
L'ouverture de l'Atlantique Nord à par-tirde l'Aptien(130Ma)provoquelarotation de l'Ibérie [Der ourt et al., 2000℄. Le
dépla- ement de l'Ibérie vers l'Est provoque un dé ro hement extensif [Stamp i, 2001℄ sur la bordure sud de l'Europe qui onduit à la réation d'un domaine o éanique, le Valaisan ( gure 5.6). Le mouvement dé ro hant et extensif d'ouverture du domaine est rapide (de l'ordre de 4 m.an
−1
) est étroitement lié à l'ouverture de l'Atlantique Nord et sa dynamique. L'ouverture du domaine Valaisan provoquela séparation du mi ro- ontinent Briançonnais ( gure 5.6) de lamarge eu-ropéenne [Nairn et al.,1988; Der ourt etal.,2000; Gebauer, 1999; Stamp i, 2001℄.
Dans la partie Sud, le mouvement vers le Nordde l'Afrique se poursuit en raison de l'ouverture de l'AtlantiqueSud. La onvergen e Afrique - Europe qui en dé oule provoque la subdu tion du domaineLanzo (àune vitesse de l'ordrede 0,5 à 1 m.an
−1
).
A la suite du domaine Lanzo, le mi ro- ontinentAustro-Alpinestenfouisous l'Apu-lieàpartirduMaastri hien(70Ma- gure5.4
- [Rosenbaum and Lister, 2005℄). L'existen e d'un domaine o éanique Lanzo, indépendant du Liguro-Piémontais,est ontroversée.Toutefois,l'enfouissementdu mi ro- ontinentAustro-Alpin à grande profondeur né essite la présen e d'une lithosphère o éanique entraînant la lithosphère ontinentale austro-alpine. Les ro hes ophiolithiques de Lanzo, situées au Sud-Est des unités Austro-Alpines, stru turalement au-dessus, peuvent onstituer une relique de e domaine o éa-nique. L'enfouissement du mi ro- ontinent Austro-Alpin se termine au Selandien (60 Ma - -gure 5.4 - [Rosenbaum and Lister, 2005℄).
Subdu tion Liguro-Piémontaise (60 à 50 Ma)
SituéauNorddumi ro- ontinent Austro-Alpin( gure5.6), l'o éanLiguro-Piémontais s'engage à la suite de l'Austro-Alpin dans la zone de subdu tion à partir du Selandien
-Thanetien [Costa and Caby, 2001; Rosenbaum and Lister, 2005℄. La subdu tion du Liguro-Piémontais s'ee tue à une vitesse évaluée entre 1 et 2 m.an
-1
et se poursuit jusqu'au Lutétien (45 Ma - [Costa and Caby, 2001℄). Dans le même intervalle de temps, du Selandien à l'Yprésien (60à50Ma),lesunitésAustro-Alpinessontexhuméesjusqu'àlabasede la roûte[Stamp ietal., 1998; Rats hba her etal., 2004;Rosenbaum and Lister, 2005℄.
Enfouissement du Briançonnais (50-35 Ma)
A partir de l'Yprésien (environ 50 Ma), l'évolution entre les Alpes Centrales et les Alpes o identales devient dia hrone. Dans la partie entrale des Alpes, l'o éan
Liguro-Piémontais se lot à l'Yprésien (environ 50 Ma) entraînant la subdu tion à sa suite du mi ro- ontinent Briançonnais[O'Brien, 2001; Rosenbaum and Lister, 2005℄. Dansla partieo identale des Alpes, l'o éan Liguro-Piémontais disparaît au Lutétien (environ 45 Ma), lors de la mise en pla e de l'Ibérie [Der ourt etal., 2000℄ qui par ollisionave l'Europe provoque la formation des Pyrénées.
Au oursdu Lutétien(entre45et40Maenviron),l'enfouissementdumi ro- ontinent Briançon-nais dans la zone de subdu tion provoque l'individualisationdes unités Briançonnaises : Suretta, MonteRosa etMontFort,GranParadisoetMoney,DoraMairapuisTambo,l'ensembleduGrand SaintBernard (Siviez-Mis habel,Pontis,MontMort...)[Stamp i, 2001;S hmidetal.,2004℄. L'in-dividualisation en profondeur des unités Briançonnaises se traduit par la présen e en leur sein d'assemblages minéralogiques ara téristiques de la Haute Pression [Meyre and Pus hnig, 1993; Meyre, 1998;Rutti, 2003; Le Bayon, 2005℄.
Au Norddu mi ro- ontinent Briançonnais, le do-maineValaisansubdu teensuitesousl'Apulie,grandie danssapartieNordduprismeorogénique onstitué de-puis le début de la onvergen e. Le domaineValaisan, plus vaste dans la partie entrale des Alpes [Stamp- iet al., 1998; Rosenbaum and Lister, 2005℄, se ferme
à la n du Lutétien et pendant le Bartonien (40 à 38 Ma) à une vitesse moyenne estimée à 0,5 m.an
-1
.Danslapartie entraledesAlpes,l'enfouissementdu Valaisans'ee tuepluspré o ément quedans lapartieo identale.Les unitésValaisannes (MisoxouMeso o, Bündners hieer, zone valaisanne de Brigue-Sion-Courmayeur) sont onstituées en majorité de s histes lustrés. L'exhu-mationmantellique(jusqu'à labasede la roûtesoituneprofondeur de30kmenviron) des unités Briançonnaisesest datée de la mêmepériode [Rosenbaum and Lister, 2005℄.
Enfouissement de la Marge Européenne (40-35 Ma)
La marge européenne est entraînée dans la zone de subdu -tion à la suite du domaine Valaisan au Priabonnien - début du Rupélien (entre 37 et 30 Ma - [Stamp i et al., 1998; Gebauer, 1999;S hmid etal.,2004℄). L'enfouissement en profondeur de la margeEuropéenne entraînel'individualisationde lapartie
supé-rieurede sa roûte,formantainsilesunités Européennes quisontessentiellement visiblesdans les AlpesCentrales.Lesunités Européennes originairesde lapartiedistalede lamarge(lespremières formées Adula, Cima-Lunga)ont été enfouies àplus grande profondeur quelesunités suivantes (Simano Antigorio, puis Lu omanio Leventina Verampio - [S hmid et al., 1997a; Stamp i etal.,1998; Maxelon and Man ktelow, 2005℄).
Déta hement de la lithosphère subduite (40-30 Ma)
Lalithosphère ontinentale Européennene pouvantpas s'en-fon erdanslazonede subdu tion,lemouvementde onvergen e ralentit. Dans la partie entrale des Alpes, la lithosphère sub-duite, située dans l'asthénosphère, se déta he de la lithosphère
ensurfa e(slabbreak-o),provoquantdumagmatisme[vonBlan kenburg,1992;Mar hant,1993; Davidson etal., 1996; Berger et al.,1996℄. Dans les AlpesCentrales, e magmatisme est marqué par les Granodiorite et Tonalite du Bergell (30 Ma - [von Blan kenburg, 1992; Davidson et al., 1996; Berger et al., 1996; von Blan kenburg et al., 1998,?℄) ainsi que le Granite d'Adamello (43-31Ma),pluspré o e en raisonde lamigrationvers l'Ouestduslab break-o[Mar hant,1993;von Blan kenburg etal.,1998; Penna hioni etal.,2006a℄.
La subdu tion n'ayant plus lieu, au une des deux lithosphères (Européenne ou Adriatique) ne subdu te. Les lithospères Adriatique et Européenne entrent en ollision [S hmid et al., 1997a, 2004℄.
Surre tion Lepontine (35-25 Ma)
A la n de L'Eo ène (35 à 32 Ma), le déta hement de la lithosphèreensubdu tion(slab break-o)est a ompagnéd'une remontée de la partie la plus profonde de la marge européenne (partielaplusauSud),déformantlesunitésdansleur partiesud
delaligneInsubrienne[Nagel etal.,2002b;MaxelonandMan ktelow, 2005℄.LaligneInsubrienne, zone initiale de la subdu tion devient alors la zone qui permet l'exhumation rustale(de la base de la roûtesoit environ30 kmà la surfa e)des unitésinternes.
La onvergen e sepoursuitetsetraduitparlaformationdegrands hevau hementsensurfa e.Ces hevau hements bivergents onstituent un pop-up, provoquant la n de l'exhumation des unités internesquisetrouventalorsbordéespardeux hevau hementsantithétiques:laligneInsubrienne auSud-EstetleFrontPenniqueauNord-Ouest [Nageletal.,2002b;S hmidetal.,2004;Maxelon and Man ktelow, 2005℄.
Formation des Cristallins Externes (25-20 Ma)
A partir du Mio ène, la haîne des Alpes se propage vers l'avant, le hevau hementfrontaln'estplus leFrontPenniquemaislefrontdes ristallins externes [S hmid et al.,
1997a,b℄. La formation des massifs ristallins externes se réalise grâ e à un pop-up onstitué au Nord du front des massifs ristallins,au entre du hevau hement qui onstitue a tuellementles zonedeUrserenetdeChamonixetauSudduFrontPenniquequifon tionnealorsen sensinverse, à lafaveur des ristallinsexternes [Marquer, 1987; Neubauer, 2002℄.
Dans la partie o identale des Alpes la lithosphère subduite, toujours présente, ne permet pas l'exhumation rustale des unités ristallinesinternes. Seules lesunités situées stru turalement au sommet de l'empilementpennique sontvisibles.
Laformationdubassin Panonienprovoque larotationde l'Apuliequientraîneunemigrationvers l'Ouestdes hevau hements frontaux.
Chaîne "morte" (depuis 15 Ma)
La onvergen e, fortementralentie,provoquelasurre tiondu Jura en avant de la haîne (au Nord-Ouest) à partir de 12 Ma [Gebauer,1999;Neubauer,2002℄.Lasurre tiondela haîne, pro-voquée par la ollision, esse et fait pla e à l'eondrement
gra-vitaire de la haîne marqué par les failles normales du Simplon, d'Engadine... qui onduisent à l'eondrement progressif de la haîne [Mosar, 1999℄.
L'érosion des reliefsalpins provoque depuis 30Ma et prin ipalementau ours du Mio ène la for-mation des bassins molassiques de part et d'autre de la haîne : le bassin Helvétique au Nord et laplaine du P auSud-Est.
5.3 Histoire alpine des unités ristallines
La haîne alpine, que e soit dans sa partie interne ou externe, omporte des unités ristal-lines.Ces unités de so lesont,danslesAlpes, fréquementappelées nappes[Stamp i, 2001;Ste k, 2001; S hmid et al., 2004℄. Cette dénomination s'applique également aux unités de onverture ( onstituées uniquement de sédiments mono-métamorphiques) des domaines internes et externes des Alpes. Nousavons don hoisi d'éviter d'employerleterme nappes etd'utiliserles dénomina-tions unité ristallineou unité de ouverture quisont plus expli ites.
