Ophiolites et formation des chaînes de montagnes

La formation des chaînes de montagnes et la présence d'ophiolites

La formation d'une chaîne de montagnes implique un contexte compressif, résultant de la convergence des plaques tectoniques. Ce processus entraîne la fermeture d'un océan et la collision entre deux lithosphères continentales. Il se caractérise par un raccourcissement et un épaississement de la croûte, menant à la formation de reliefs montagneux. On y trouve des structures telles que des failles inverses, des plis et des chevauchements, ainsi que des ophiolites.

Introduction

La lithosphère océanique se forme au fond des océans, à environ 2 000 mètres de profondeur, dans un contexte tectonique de divergence. Cependant, des fragments de cette ancienne lithosphère océanique peuvent être retrouvés à plus de 3 000 mètres d'altitude au sein des chaînes de montagnes, qui se forment dans un contexte de convergence. Ces fragments sont appelés « ophiolites ». Il est donc pertinent de se demander si les chaînes de montagnes renferment des indices géologiques permettant de retracer le scénario de leur formation, notamment là où existait autrefois un océan. Ces indices doivent permettre de démontrer la présence antérieure d'un océan, sa disparition ultérieure, et enfin, la remontée de fragments de cet ancien océan en altitude.

1. Les indices géologiques de la présence d'un ancien océan

Avant la formation de la chaîne de montagnes, un océan séparait deux masses continentales. La recherche d'indices géologiques permet de valider cette hypothèse. Ces indices peuvent être structuraux, pétrographiques ou paléontologiques.

A. Des marqueurs tectoniques d'une ancienne marge passive

Dans certaines chaînes de montagnes, comme les Alpes, il est possible d'observer un ensemble de failles d'inclinaison variable. Ces failles séparent des blocs rocheux de tailles diverses, plus ou moins basculés. Ces failles normales témoignent de contraintes tectoniques en distension, caractéristiques des marges passives anciennes.

B. Des marqueurs sédimentaires

Au sein des chaînes de montagnes, on peut retrouver des séries sédimentaires parfois très épaisses (plusieurs centaines de mètres). Celles-ci sont souvent formées par l'alternance de couches épaisses de calcaires et de marnes contenant des fossiles marins (ammonites, bélemnites, oursins, etc.). Ces roches, souvent associées aux marges passives, ont une origine marine commune. Leur présence peut donc être interprétée comme un indice de l'existence d'un ancien océan, plus ou moins profond selon les endroits. Par exemple, la présence de fossiles d'oursins indique une faible profondeur, tandis que celle d'ammonites suggère un océan plus profond. Les radiolarites, roches composées d'assemblages de tests de radiolaires, sont un marqueur d'un océan très profond.

C. Des marqueurs d'une ancienne lithosphère océanique : les ophiolites

On peut également trouver dans les chaînes de montagnes une série de roches superposées :

• Des basaltes à l'aspect en coussins
• Des gabbros, situés en dessous
• Des péridotites

Les basaltes et les gabbros ont subi un métamorphisme hydrothermal durant la phase d'expansion de la lithosphère océanique. Les péridotites sont également métamorphisées. Cette association de roches est inhabituelle dans une croûte continentale, car elle constitue la nature même de la lithosphère océanique. Ces roches sont donc les vestiges de l'ancien plancher océanique. Ces fragments de lithosphère océanique retrouvés dans les chaînes de collision sont appelés « ophiolites ». Les roches qui les constituent (péridotites métamorphisées, dites serpentinisées, gabbros et basaltes) sont les vestiges d'une ancienne lithosphère océanique.

II. Les indices géologiques de la disparition d'un ancien océan

L'ancien océan s'est formé dans un contexte de divergence. Si les contraintes tectoniques changent, induisant un contexte de convergence, cet océan disparaît. La lithosphère océanique, plus dense que la lithosphère continentale, entre en subduction lors de la convergence. Des indices dans la chaîne de montagnes permettent de valider cette disparition.

A. Métamorphisme de haute pression et basse température

À l'affleurement, on peut retrouver des roches telles que des métagabbros à glaucophane et des éclogites. Ces roches témoignent d'une subduction d'une lithosphère océanique aujourd'hui disparue.

• Les métagabbros à glaucophane sont d'anciens gabbros métamorphisés. Les gabbros, roches magmatiques caractéristiques de la croûte océanique, sont composés de feldspath plagioclase et de pyroxène. La glaucophane est un minéral qui se forme dans des conditions de moyenne température et de haute pression, typiques de grandes profondeurs (environ 20 km).
• Les éclogites contiennent du grenat, un minéral qui se forme dans des conditions de très fortes pressions, indiquant une profondeur très importante (environ 50 km).

Ces transformations minéralogiques, qui se produisent à l'état solide, attestent de l'enfoncement d'une lithosphère océanique, froide et rigide, dans l'asthénosphère. Ces roches formées en profondeur peuvent réapparaître en surface lors de la collision ou grâce à l'érosion. La présence de métagabbros à glaucophane et/ou d'éclogites dans une chaîne de montagnes suggère donc l'existence passée d'un domaine océanique qui a disparu par subduction.

III. Les indices géologiques de la collision

Dans un contexte de convergence, la disparition de l'ancien océan s'accompagne du rapprochement de deux masses continentales, menant à leur collision. Lors de cette collision, des indices de cet affrontement, c'est-à-dire des roches ayant subi des contraintes convergentes, doivent être visibles en surface.

A. Structures tectoniques

On peut ainsi trouver des plis, des failles inverses et des chevauchements. Toutes ces structures tectoniques sont des indicateurs de raccourcissement et d'épaississement des terrains sous l'effet des contraintes convergentes. La présence d'ophiolites au sein des chaînes de montagnes implique que des fragments de l'ancienne lithosphère océanique aient échappé à la subduction. Au moment de la collision, ces fragments ont été transportés en altitude par charriage, le long d'une faille inverse. La présence de ces ophiolites en altitude dans les chaînes de montagnes est donc un indice de convergence et de collision entre deux lithosphères continentales.

Conclusion

Les ophiolites sont les vestiges d'une ancienne lithosphère océanique retrouvés à plus de 3 000 mètres d'altitude dans les chaînes de collision. Pour expliquer leur présence à cette altitude, alors que la lithosphère océanique se forme au fond des océans, le scénario suivant doit être reconstitué :

• Un ancien océan occupait l'emplacement de la chaîne de montagnes actuelle.
• Cet ancien océan a disparu, en partie par subduction.
• Au cours de la collision des deux masses continentales, une partie de la lithosphère océanique a échappé à la subduction et a été charriée en surface, en altitude.