Passé mouvementé de la Terre : marges, ophiolites, chaînes

Domaines continentaux d’âges variés et ceintures orogéniques, ophiolites et sutures, métamorphisme des ophiolites subduites et chemins pression-température, rifts et marges passives, cycle orogénique, histoire des Alpes et paléogéographie.

À propos de cette page

Cinq problèmes sur documents : le Chenaillet et le Viso, deux ophiolites aux destins différents ; le fossé rhénan, un rift qui n’est pas devenu un océan ; les schistes bleus de l’île de Groix dans la chaîne varisque ; le Limousin, témoin d’une chaîne disparue ; les Alpes, du rifting à la collision.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : sa nature (observation de terrain, tableau, carte, datation), s’il s’agit de valeurs réelles ou simplifiées, les unités (km, GPa, °C, Ma, mm/an).
Je repère les indices : âges, association de roches, minéraux du pic et de la remontée, failles et géométrie des sédiments, alignements.
Je calcule dans l’ordre des questions : durée, profondeur $h = \frac{P}{ρ g}$ (P en Pa), gradient, allongement, vitesse.
J’associe chaque indice à un événement du cycle : fragmentation, océan, subduction, collision, érosion.
Je conclus par une histoire ordonnée, en citant les valeurs des documents.

Problème 1 · Deux ophiolites alpines, deux destins★★★Facile

Document 1 — Deux massifs des Alpes occidentales.

	Chenaillet (près de Briançon)	Mont Viso (Italie)
Roches	serpentinites, gabbros, basaltes en coussins	serpentinites, métagabbros, métabasaltes
Minéraux des gabbros	hornblende, chlorite, actinote	grenat + jadéite ; glaucophane et chlorite en couronne autour des grenats
Coussins de lave	bien conservés, arrondis	aplatis et étirés

Document 2 — Mesure d’un coussin du Viso (valeurs choisies) : 72 cm de long pour 18 cm d’épaisseur ; on admet qu’il était arrondi à l’origine.

1. Roche commune aux deux massifs qui représente le manteau hydraté : .
Les serpentinites : des péridotites du manteau hydratées par l’eau de mer. Avec les gabbros et les basaltes en coussins, elles forment la succession d’une lithosphère océanique : les deux massifs sont des ophiolites.
2. Les coussins arrondis du Chenaillet montrent une lave figée au contact de l’.
De l’eau de mer : la lave s’est épanchée sur un fond océanique.
3. Faciès atteint par les métagabbros du Viso : .
Grenat + jadéite : faciès éclogite, haute pression et basse température.
4. Mode d’émergence du Chenaillet, qui n’a que des minéraux de dorsale : .
L’obduction : charrié sur la marge sans enfouissement profond.
5. Les couronnes de glaucophane et de chlorite autour des grenats du Viso se sont formées pendant la de la roche.
Pendant la remontée (exhumation) : à plus basse pression, des minéraux hydratés remplacent en partie ceux du pic (rétromorphose).
6. Un élève dit que le Chenaillet, sans minéral de haute pression, ne vient pas d’un océan. En fait, l’absence de ces minéraux prouve seulement que ce fragment n’a pas été .
Il n’a pas été subduit. L’origine océanique se prouve par la nature et la succession des roches, pas par le métamorphisme.
7. D’après le document 2, le coussin a été aplati d’un facteur .
72 ÷ 18 = 4 : le Viso a été fortement déformé pendant son enfouissement, alors que le Chenaillet est resté intact. Deux fragments du même océan : l’un subduit puis exhumé, l’autre obduit.

Problème 2 · Le fossé rhénan, un rift qui n’est pas devenu un océan★★★Moyen

Document 1 — Le fossé rhénan (d’après Hinsken et coll., 2007). Entre les Vosges et la Forêt-Noire, ce fossé, long d’environ 300 km, est limité par de grandes failles bordières ; sa partie sud mesure de 35 à plus de 60 km de large. Il s’est ouvert surtout de la fin de l’Éocène moyen à l’Oligocène inférieur et s’est rempli de plusieurs kilomètres de sédiments. L’extension horizontale est estimée à 4 à 5 km.

Document 2 — Une coupe simplifiée (valeurs choisies). Largeur actuelle du fossé : 36 km. Sur les épaules (Vosges, Forêt-Noire), le socle affleure vers 800 m d’altitude ; au centre du fossé, la plaine est à 150 m d’altitude et le socle se trouve sous 3 200 m de sédiments, plus épais contre les failles bordières.

Document 3 — L’Afar. Dans l’Afar, le rift a déjà mis en place des basaltes ; plus au nord, la mer Rouge possède une dorsale et un plancher océanique.

1. Type des failles qui bordent le fossé : .
Des failles normales : elles traduisent une extension de la lithosphère continentale.
2. Les sédiments déposés pendant le jeu de ces failles, plus épais contre elles, sont .
Des sédiments syn-rift.
3. Avec une extension de 5 km, le fossé de 36 km mesurait avant l’étirement environ km de large.
36 − 5 = 31 km (en admettant que toute l’extension s’est faite dans le fossé).
4. Allongement relatif par rapport à la largeur initiale ≈ % (à l’unité).
5 ÷ 31 ≈ 0,161, soit 16 % : un étirement modeste.
5. Dénivelé entre le socle des épaules et le socle du centre du fossé : m.
Socle du centre : 150 − 3 200 = −3 050 m (sous le niveau de la mer) ; 800 − (−3 050) = 3 850 m.
6. Si une seule faille bordière de pendage 60° réalisait ce dénivelé, elle allongerait la croûte d’environ km (au dixième).
$\frac{3 850}{\tan 60 °} \approx \frac{3 850}{1, 732} \approx 2 223$ m, soit 2,2 km.
7. Deux failles bordières identiques donneraient ≈ km d’allongement (au dixième).
2 × 2 223 ≈ 4 446 m, soit 4,4 km : du même ordre que les 4 à 5 km du document 1.
8. Resté continental, sans dorsale, contrairement à la mer Rouge, le fossé rhénan est un rift .
Un rift avorté : l’étirement s’est arrêté avant la rupture du continent. L’Afar et la mer Rouge montrent au contraire les stades suivants, jusqu’à l’océan.

Problème 3 · L’île de Groix, des schistes bleus dans la chaîne varisque★★★Moyen

Document 1 — L’île de Groix, au large de Lorient, appartient au domaine varisque du Massif armoricain. Elle est célèbre pour ses schistes à glaucophane et ses éclogites.

Document 2 — Trois zones de métamorphisme (d’après Bretagne Environnement, « L’île de Groix, témoin de l’histoire géologique »), conditions maximales :

Zone	Minéraux principaux	Pression maximale	Température
I	omphacite (pyroxène sodique) + grenat + glaucophane	1,0 à 1,2 GPa	400 à 500 °C
II	glaucophane + grenat, sans pyroxène	0,8 GPa	environ 400 °C
III	actinote + chlorite + épidote	0,3 GPa	environ 300 °C

Des études plus récentes (Bosse et coll., 2002) estiment des pressions plus fortes, jusqu’à 1,4 à 1,8 GPa ; on utilise ici les valeurs du tableau.

Document 3 — Âges. Les datations des roches de Groix s’étalent de 420 à 320 millions d’années. Données : ρ = 3 000 kg/m³ ; g = 9,8 N/kg.

1. Faciès de la zone III : .
Actinote + chlorite : faciès schistes verts.
2. Profondeur maximale de la zone II ≈ km (au dixième).
$\frac{0, 8 \times 10^{9}}{3 000 \times 9, 8} = \frac{0, 8 \times 10^{9}}{29 400} \approx 27 211$ m, soit 27,2 km.
3. Gradient de la zone II ≈ °C/km (au dixième).
400 ÷ 27,2 ≈ 14,7 °C/km, deux fois moins que 30 °C/km.
4. Profondeur de la zone I pour 1,2 GPa ≈ km (au dixième).
$\frac{1, 2 \times 10^{9}}{29 400} \approx 40 816$ m, soit 40,8 km.
5. Gradient de la zone III ≈ °C/km (au dixième).
Profondeur : $\frac{0, 3 \times 10^{9}}{29 400} \approx 10 204$ m ; 300 ÷ 10,2 ≈ 29,4 °C/km, proche de celui d’une croûte stable.
6. Les zones I et II, au gradient faible, enregistrent un métamorphisme HP-BT, marque d’une .
Une subduction : un océan a disparu dans la chaîne varisque.
7. Durée couverte par les âges du document 3 : Ma.
420 − 320 = 100 Ma : une longue histoire, de l’enfouissement à l’exhumation.

Problème 4 · Le Limousin, témoin d’une chaîne disparue★★★Difficile

Document 1 — Observations dans le Limousin (Massif central) : des lentilles d’éclogite (grenat + pyroxène sodique) emballées dans des gneiss, bordées d’une auréole d’amphibolite ; des serpentinites et des métagabbros alignés sur plusieurs dizaines de kilomètres ; des migmatites et des granites mis en place vers 320 Ma (Carbonifère) ; des altitudes modestes et des reliefs arrondis ; en bordure du massif, des calcaires du Jurassique horizontaux reposent sur ces roches, dont les feuillets sont redressés.

Document 2 — Une remontée (valeurs simplifiées). Des migmatites se sont formées vers 21 km de profondeur ; les sédiments détritiques des bassins voisins montrent qu’elles affleuraient environ 42 Ma plus tard.

Document 3 — Repère. Le Jurassique commence vers 201 Ma.

1. Les serpentinites et les métagabbros alignés sont les restes d’une démantelée.
Une ophiolite : un océan a existé ; son alignement marque une suture.
2. Les éclogites, roches de haute pression et basse température, témoignent d’une .
Une subduction : la lithosphère a été enfouie profondément en restant froide.
3. L’auréole d’amphibolite autour des éclogites résulte d’une pendant la remontée.
Une rétromorphose : à plus basse pression, l’eau a transformé la bordure en amphibole ; le cœur a gardé la paragenèse du pic.
4. Les migmatites et les granites témoignent de la fusion d’une croûte épaissie et chaude.
Fusion partielle : la croûte, épaissie par la collision, s’est réchauffée en profondeur.
5. Vitesse moyenne de remontée des migmatites : mm par an.
$\frac{21 \times 10^{6} mm}{42 \times 10^{6} ans} =$ 0,5 mm par an.
6. Entre la mise en place des granites et le début du Jurassique, la chaîne a disposé d’au plus Ma pour être arasée.
320 − 201 = 119 Ma : les calcaires du Jurassique reposent en discordance sur la chaîne déjà arasée.
7. Sans relief mais riche en roches formées en profondeur, le Limousin appartient à une chaîne .
Une chaîne ancienne (varisque) : océan, subduction, collision puis érosion y sont enregistrés, alors que le relief a disparu.

Problème 5 · Les Alpes, de la marge étirée à la collision★★★Difficile

Document 1 — L’Oisans. Le demi-graben de Bourg-d’Oisans conserve des sédiments du Jurassique inférieur disposés en éventail contre une faille normale, recouverts par des dépôts plus récents que la faille ne décale pas.

Document 2 — Les ophiolites alpines (Chenaillet, Queyras, Viso) s’alignent le long de la chaîne. Leurs gabbros ont cristallisé entre 166 et 158 Ma environ (Li et coll., 2013 ; Nicollet et coll., 2022).

Document 3 — Deux roches de très haute pression. Éclogites océaniques du Viso : pic vers 45 Ma. Roches continentales de Dora-Maira, à coésite (au moins 2,6 GPa environ) : pic vers 35 Ma, puis remontée d’environ 120 km en 5 à 6 Ma (Gebauer et coll., 1997). Pour la croûte continentale : ρ = 2 800 kg/m³ ; g = 9,8 N/kg.

1. Les dépôts plus récents, que la faille ne décale pas, sont des sédiments .
Des sédiments post-rift : la faille avait cessé de jouer ; les sédiments en éventail, plus anciens, sont syn-rift.
2. L’éventail montre l’étirement de la marge européenne qui a précédé l’ouverture de l’océan : c’est le .
Le rifting, au Jurassique inférieur, avant l’ouverture de l’océan alpin.
3. Durée pendant laquelle la dorsale a produit ces gabbros, d’après leurs âges : Ma.
166 − 158 = 8 Ma : l’océan alpin a produit sa croûte en peu de temps.
4. L’alignement des ophiolites dessine la alpine.
La suture entre la marge européenne et la plaque apulienne.
5. Profondeur minimale atteinte par Dora-Maira ≈ km (à l’unité).
$\frac{2, 6 \times 10^{9}}{2 800 \times 9, 8} = \frac{2, 6 \times 10^{9}}{27 440} \approx 94 752$ m, soit 95 km au moins : de la croûte continentale a été entraînée très profond.
6. Vitesse moyenne de remontée de Dora-Maira, pour 120 km en 6 Ma : cm par an.
$\frac{120 \times 10^{5} cm}{6 \times 10^{6} ans} =$ 2 cm par an au moins (en 5 Ma, ce serait 2,4).
7. Ordre des événements alpins : étirement de la marge, ouverture de l’océan, , collision.
La subduction (éclogites du Viso vers 45 Ma) ; la marge continentale suit vers 35 Ma (coésite), au début de la collision.

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