Subductions cisaillantes et création de nappes sans racine dès l'origine

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Subductions cisaillantes et création de nappes sans racine dès l'origine

AMSTUTZ, André

Abstract

Les notions nouvelles qu'impliquent les subductions cisaillantes de l'arc alpin sont ici récapitulées, soit pour les hauts de la lithosphère, soit pour les causes profondes. Parmi les conséquences de ces subductions, sont décrites trois nappes importantes nées sans racine.

AMSTUTZ, André. Subductions cisaillantes et création de nappes sans racine dès l'origine.

Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. D, Sciences naturelles, 1976, vol. 283, p.

1277-1280

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:150671

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R. Acad. Se. Paris, t. ^{283 (8 novembre1976)} Série D _— 1277

TECTONIQUE. — Subductionscisaillanteset création de nappessans racine dès l'origine.

Note ^(*) de M. André Amstutz, présentée par ^{M. Jean Piveteau.}

Lesnotionsnouvelles qu'impliquentles subductionscisaillantes del'arc _{alpin sont} ici récapitulées, soitpour ^{les hauts de la} lithosphère, soit pour ^les causes profondes. Parmi les conséquences de ces subductions, sont décrites trois nappes importantes nées sans racine.

Parla complexitéde _ses structures,et par^le grand nombrede documentscartographiques dont _on dispose pour l'analyser, la chaîne alpine _{est sans} doute la zone du globe la plus

apte à _mettre à l'épreuvela valeurdes conceptionsqui traitent des déformationsde l'écorce terrestre. Aucuneautre ^chaîne,en^effet, ne^présente, en^plus d'unetelle diversitéde structures et de complicationstrès importantes, une telle densité de données cartographiques.Il y a donc là un critère particulièrementprobant, un ^ensemble particulièrement apte à _mettre

" en^évidencelajustessed'explicationssurl'orogenèse,ou^legenred'erreursqu'ellescomportent.

Dès lors, pour placer dans un cadre juste les subductions^('). cisaillantes et ^les nappes sansracinequi s'étendentdanslachaîne alpineet quipeuventégalement existerdans d'autres chaînes, voyonstout d'abord la valeur de la conception structuraleet ^{génétique qui règne}

depuis une cinquantaine d'années sur la géologie alpine, et rappelons pour ^{cela les trois} principesdirecteursqui sont à ^{la base} de toutes ^les variantesde cette conception. Ce sont :

1° le déversement généralisé des nappes penniques vers l'avant-pays,

2° l'enracinement collectif de _ces nappes dans une zone dite des racines,

3° une culmination ^de toutes _ces nappes dans le segment Ossola-Tessin.

Or, les structuresqui apparaissentau^flancseptentrionaldes massifsMont-Roseet Grand- Paradis démontrenttrès nettementque^{les deux} premiersprincipes (solidairesl'un de l'autre) impliquent une erreur fondamentalede ^géométrie et une erreur essentielle de mécanique élémentaire. De même, les structures que l'on observe entre ^le massif Mont-Rose et ^le Tessin montrent _que tant ^{le troisième} principe que ^{les deux} premiers ont ^conduit à des constructionsirréelles, impossibles en réalité. Cette impossibilité est clairementdémontrée aux pages ¹⁵ et ¹⁶ du travail paru l'an dernier dans les Archives des sciences(2) et ^il n'y _a donc pas ^lieu de reprendre _cette démonstration ici, dans une courte Note.

Tandis qu'à rencontre des deux premiers principes directeurs, tous ^les faits que l'on peut ^observer dans l'arc alpin s'enchaînent complètementpour montrer que ^{les déver-} sements de _masses Saint-Bernard dans la fosse géosynclinale Mont-Rose correspondent

-aux premiers grands mouvements de l'orogenèse alpine, et non à un encapuchonnement tardif de Nappe Mont-Ro$e,impossible en réalité. Le retroussementde digitations ^Saint- Bernardpar ^les déversements Sesia s'ajoute d'ailleursà _ces faitspour montrerl'antériorité des recouvrements SB/MR et mettre encore mieux en évidence l'ordre de succession des grands diastrophismes alpins.

Ayant ainsi assaini notre connaissance de l'orogenèse, alpine, considérons maintenant

le mécanisme créateurdes diastrophismescorrespondant au titre de cette Note-ci.^Voyons

les structures qui en résultent dans ^les hauts de l'écorce terrestre et tentons d'en ^discerner

les causes profondes.

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Rappelonspour ^{cela, afin} d'en tirer des corollaires nouveaux, ^les deux notions _que

j'ai

avancées dans _ces Comptes rendus en ¹⁹⁵⁵ et ^{1957 (voir première} Note infrapaginale), notions qui étaient alors tout à ^{fait nouvelles :}

1° Les principalesnappes de la chaîne alpine résultent de subductionscisaillantes pro- venant d'entraînementpar ^les courants suberustaux^(phénomèneprimordial)^suivies d'écou- lement par ^{gravité dans} les dépressions crééespar ^les subductionselles-mêmes(phénomène complémentaireet amplificateur).

2° Les subductionscisaillantesproduisent régulièrement_cesdeuxphénomènes -.laminage et étirementaurdessous de la surface principalede cisaillement, avec « schistosité de ^sub- duction _» parallèle à cette surface; compression au-dessus de cette surface, sous forme d'écaillés, plis _ou simplement froncements, et _coupure de strates, avec des angles variant de 0

à

90°.

Parmi les corollaires qui découlent^de _ces ^deux notions, il faut attacher une importance particulière à ceux-ci,car ^ils expliquent clairementet complètementdes structures qui aupa- ravant n'ont jamais été comprises :

1° Lors de subductionscisaillantesfaitesensérie, successivementetl'une

à

côtédel'autre,

le modede formation des nappes est à concevoir ainsi ; la première des nappes à la ^surface dusol comme dos et lepremiercisaillementcomme base (par_ex. Verosso-Berisàlet Donnaz- Dt. ^{Blanche), mais} pour ^{toutes les suivantes,} par ce système de cisaillements, le dos de la nappe se formé avant la ^base.

2° Un peu d'obliquité dans _{ces séries} de cisaillements successifs, peut ^faire _{couper une}

surface de cisaillementpar ^la suivante, et ainsipeut _se ^créer une nappe dépourvuede racine dès sa naissance. Ainsi, la coupure de la ^surface dorsalepar le cisaillement basai doit ter- miner l'arrière d'une nappe en forme de biseau,

de

coin effilé. Tel est le cas de la nappe

simplonique Lebendun*et tel est aussi le cas desnappeshelvétiquesWildhorn et Diablerets, qui sont représentées ci-contre par ces deux coupes et dont ^le mode de formation devient donc clair.

Ces trois ^exemples de nappes dépourvuesde racine dès leur naissance sont de typiques cas d'intersectionlors de subductionscisaillantes faites successivementet côte

à

^côte, _autre-

ment dit, lors de subductions appartenant_{à une} même sérié. L'angle de leurs obliquités

n'est pas grand. Tandis que ^{des angles} variant de 0 à ^90° caractérisentles intersections, lescoupuresentreséries différentes.

Par

^{exemple,dans la}zone compriseentre massifMont- Rose et Tessin, la première des quatre subductions cisaillantes simploniques coupe avec des angles très ^{divers (60°} dans la figure ci-jointe) ^les surfacesde cisaillement de laPremière phase ^tectogène. Mais ne nous arrêtons pas dans cette courte Note à d'autres ^exemples de coupuresentre séries différentesde cisaillements,ettentonsplutôt^{de discerner les} causes /profondes du mécanisme des subductions cisaillantes.

De toutes^les hypothèses émisespour^expliquerl'orogenèsealpine, une^seulepeut^expliquer véritablement,logiquementet complètement, l'amoncellementd'observations_que

j'ai

^faites pendanttrente années de travail cartographiqueet pétrographiquedanscette^chaîne. C'est tout d'abord ^l'action d'un courant subcrustal s'enfonçant ^sôus Pavant-pays et créant un

géosynclinal ^(cf. Rittmann), puis une ^immense subduction cisaillante et en conséquence

un bourrelet asymétriqueengendrantun ^second courant plus fort _que le premier, créateur des déversements Sesia en sens inversé de ceux qui ont ^auparavant rempli le géosynclinal.

D'où, _un ensemble créant ensuite une série de subductions alternant tantôt _vers l'avant-

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à gauche: Coupe NNW-SSE au ^1/200.000 de Gondo à Camughera

En noir: la nappe Lebendum,seterminantàl'arrièreen coin,entre^les nappessimploniques Monte-Leone et Antigorio,dontla schistosité de subductiondiminuegraduellementdehauten bas.— En stratification ondulée:lé PaléozoiqueSaint-Bernard,_déversésur le Mésozoique (gris clair) et le Paléozoique(gris foncé) de la zone Mont-Rose,ex-fosse géosynclinale,lors d'une Première phase tectogène.

La 2e surface de cisaillement simplonique, dontrésultent la base^de Monte-Leoneet ^le dos de Lebendun, a été coupéeobliquementpar ^{le 3e} cisaillement,dont résultentla basede Lebendunet le dos d'Antigorio.

à droite: Coupe NNW-SSEau ^1/300.000 de Mordes à Sembrancher

En gris foncé:le PaléozoiqueMont-Blanc. Au-dessus: sédiments alpins anté-priabonienset ^{3 lames} de PaléozoiqueSaint-Bernard(grisé).—En gris clair: le PaléozoiqueAiguilles-Rouges. Au-dessus et dans le synclinal de Chamonix: autochtone_et N.Morcles(hachuré).— Au-dessus de N.Mordes:le profil des nappes Diableretset Wildhorn avant l'érosion, d'après ^leurs structuresautour du Gellihorn.

La surface de cisaillement dontrésulte le dos de Wildhorn a été coupée par le cisaillement dont résultent la baséde Wildhorn et ^{le dos} de Diablerets. Idem lors du cisaillementsuivant: Diablerets-Mordes.

pays, tantôt vers Farrière-pays, au ^{gré des} alternancesde la résultante des forces d'entraî- nement émanant ^{des deux} courants en action sous ^le bourrelet infracrustal.

Tant ^{les règles de} la mécaniquerationnelle _que tous ^les

faits

qu'on _peut observer dans l'arc alpin convergentpour ^{montrer le bien-fondéde cette} façon de comprendre^les _causes profondes, à laquelle une ^objection techniquement_sérieuse

n'a

d'ailleurs jamais été faite.

Mais, dans l'espacelimité de cette Note, n'ajoutons rien à l'essentiel ainsi formulépour ^les

causesprofondes,et_voyonsplutôt_{commentse transmet}jusqu'auxdiastrophismesde surface l'énergie des courants suberustaux.

Entre la lithosphère _{et la zone} magmatique sous-jacente il y a probablement une zone de transition graduelle où viscosité et friction transmettent aux masses rocheuses basales une partie du _mouvementdes courants. De _ces parties basales, particulièrementrhéomor-

phiques,_cetentraînementpar^frictiondoit_sepropagerau^traversde zones demoins_enmoins rhéomorphiques,et^créerdans^leshauts relativementrigides de l'écorceterrestre,des tensions

si ce ne sont des mouvements. On a donc, au-dessus des convections subcrustales, une multitude de mouvements^effectifs ou sinon de tensions, de forces latentes à composantes horizontale et ^verticale, à peu près parallèles au courant magmatique. Tandis qu'en ^face de _ces ^forces plus ou moins descendantes tendant à modifier l'état _structure préexistant, s'opposentdes forces s'appuyant sur l'avant- ou l'arrière-pays,^sises hors du champd'action du courant, et ne comportant donc pas, ^elles, de composante ^verticale.

Or, lorsquedes forces s'opposentnon pas en sens strictementinversemais_avecune ^diffé- rence angulaire dans leurs directions, il _se crée non pas un simple écrasement, mais _ce que l'on dénommeen mécaniquerationnelleun effort tranchant, une tendance au cisaillement.

Il _y a ^{donc là} un état ^{de choses qui} ne peut durer ^: un ^ensemblede forces mouvantesdans

les parties rhéomorphiquesde l'écorce terrestre,et simultanément une accumulation^{de ten-} sionsdansles partiesrelativement rigides sus-jacentes.Une rupture sous forme de ^subduction cisaillante dans ^les hauts, _et conjointementune augmentation rapide ^des translations flui-

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à

cetteaccumulationde tensions.

Mais, avant le paroxysme de l'effort tranchant et ^le déclenchementdu cisaillementprin- cipal, _ces tensions doivent cependant créer des myriades de glissements microscopiques et de recristallisations concomitantes, et opérer^ainsiun début de schistosité.Lors du grand cisaillement et du ^laminage _se produisant entre la masse mobile surmontant ^le courant magmatique et la masse immobile, pesante, surmontant la surface de cisaillement, cette schistosité initiale s'accentue évidemment beaucoup et devient ce que je _propose de dé- nommer ^: schistositéde subduction. Tandis _que dans la _masse maintenue stationnairepar

son appui contre des masses relativement passives, il se produit des compressions (imbri- cations, plis) et des coupures ⁽⁰ à 90°), conformément aux vues exposées ci-avant.

Tel est, à_{mon sens,} le mécanismequi transmet^{dans les}hautsde l'écorce terrestre^l'énergie des courants suberustauxet qui ^crée là les subductions cisaillantes, suivies d'écoulement, que la chaîne alpine montre ^{si bien.}

Une subduction cisaillante dérivant d'un ^effort tranchant, implique:

un laminage-étirementet une «schistositéde subduction» sous la sur- face de cisaillement, des coupures et des compressions au-dessus, et

unécoulementsubséquentdans la dépression crééepar la subduction.

"(*) Séance du 27 septembre 1976.

(') Subductionestun mot quej'ai crééet^employépour^despublicationsparuesen ¹⁹⁵¹ et ^1952. Approuvé par ^{M. Gignoux}en ^{1952, il} fut aussi agréépar ^l'Académiedes sciences dans le titre de Notesprésentéespar M. Pruvost_en 1955 et ^{1957 (241,} p. ⁹⁶⁷ et ^243, p. ^2531). En 1970 les géologues de l'« _{Esso »} l'ontadoptéet montré en même temps leur intérêt pour mon travail dans ^{les Alpes} (Bul. geol. Soc. Amer., 81, p. ^3431), et c'est depuis leur initiative que ce terme est devenu très employé dans le langage géologique.

(²⁾ Arch. Se. (Genève), 28, p. 6-40, 1975.

41, quai Wilson, 1201 Genève.