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La chaîne Varisque

La chaîne varisque d’Europe de l’ouest et plus particulièrement le Massif Central Français sont des chantiers historiques de l’école montpellieraine, mis en valeur par les différentes synthèses publiées par Ph. Matte (Franke et al., 2005 ; Matte, 2005) qui vient d’obtenir pour l’ensemble de ses travaux le prix Pruvost 2007 de la SGF. Au cours de ces dernières années les études entreprises ont systématiquement couplé l’approche U/Pb et Ar/Ar.

Depuis le Sud du Portugal jusqu’en Pologne, les terrains anté-mésozoïques forment le substratum de toute l’Europe centrale et occidentale. A part quelques très rares noyaux précambriens, ces témoins ont été consolidés pendant l’orogènése varisque entre 420 et 290 Ma. Ils sont constitués essentiellement de sédiments paléozoïques (Cambrien à Carbonifère) et de magmas granitiques plus ou moins transformés par le métamorphisme. Ce substratum varisque affleure dans de grands massifs stables (Péninsule Ibérique, Massif Armoricain, Massif Central, Ardennes, Vosges, Forêt Noire, Harz, Massif de Bohême, mais il forme également le socle anté-mésozoïque de toutes les chaînes alpines d’Europe (Chaîne Bétique, Pyrénées, Alpes, Carpathes) où ils sont plus ou moins transformés par la tectogénèse et le métamorphisme alpins.

Discordance du Trias sur le Carbonifère plissé, sur la cöte atlantique, 5 km au nord du Cabo de Sao Vicente, sud du Portugal. Hauteur de la falaise environ 25 m (Photos de Matte).






L’orogénèse varisque s’accompagne de déformation et de métamorphisme qui ont culminé entre 380 et 300 Ma avec sans doute des reliefs importants de type alpin. Ces reliefs ont été érodés à la fin du Carbonifère et ont été pénéplanés avant le Permo-Trias qui recouvre en discordance angulaire des terrains intensément plissés. A cette époque les racines ont disparu et le Moho est remonté à -30/-35 km. La croûte européenne a gardé cette épaisseur jusqu’à nos jours dans les massifs stables.
















La chaîne varisque se caractérise par son allure sinueuse avec deux courbures principales : l’arc ibéro-armoricain entre le Massif Armoricain et le NW de la Péninsule Ibérique et l’arc de Bohême au niveau de la Pologne.

L’arc ibéro-armoricain (Matte, 2005).

On trouve dans la chaîne varisque de nombreuses caractéristiques communes à beaucoup de chaîne phanérozoïques de type subduction-collision continentale : 1/ grands chevauchements, 2/ métamorphisme plurifacial avec un stade précoce de HP à très HP et un stade final de plus basse P et haute T, 3/ l’obduction de terrains océaniques, sur le continent, 4/ la migration dans le temps et l’espace des événements tectonométamorphiques depuis les zones internes les plus métamorphiques (420-380 Ma) vers les bassins externes carbonifères anchizonaux (300-290 Ma).

La chaîne varisque a également des caractéristiques propres : 1/ une très grande largeur des zones plissées (jusqu’à 800 km) ; 2/ une allure en éventail avec un double déversement (chevauchement de sens opposé sur les deux bords de la chaîne) ; 3/ une abondance extraordinaire de granites variés, pratiquement tous issus de la fusion crustale : des granites issus de la fusion humide de la partie moyenne de la croûte lors de l’épaississement crustal (350-310 Ma) ; des granites et granodiorites plus tardifs issus de la fusion séche de la croûte profonde plus basiques formés lors du désépaississement crustal, avec probablement advection d’asthénosphère chaude lors du break-off des dalles de subduction. A ce magmatisme granitique crustal d’un volume inconnu dans les autres chaînes est associée une « crise métallifère » avec de nombreux gisements métalliques (étain, plomb, zinc, or et uranium).

La chaîne varisque est donc une chaîne « chaude » à la différence des Alpes, de l’Oural ou de la chaîne Calédonienne où la fusion crustale et la production granitique ont été minimes.

En terme de tectonique des plaques, la chaîne varisque est issue du rapprochement de deux grands continents, le Gondwana et le continent Euro-americain et de petites plaques intermediaires. Leur collision au Dévonien s’est produite avec resorption de deux zones oceaniques (océan Rhéïque et Galice Massif Central par subduction opposées).

L’arc Ibéro-Armoricain (d’après Matte, 2005).

La chaîne varisque donne l’opportunité d’observer des terrains métamorphiques qui se trouvaient jusqu’à 40 km de profondeur et qui affleurent actuellement sous le Carbonifère supérieur ou le Permien. Elle peut être un modèle pour l’évolution future des chaînes alpines.
La chaîne varisque est encore peu connue, en particulier en ce qui concerne la datation des évènements tectonométamorphiques de HP et de MP, notamment dans le Massif Central, ou seulement deux éclogites ont été datées. Il est donc indispensable pour affiner les relations entre les deux branches française et ibérique de l’arc ibéro-armoricain de préciser : 1/ la datation et l’origine des magmas granitiques paléozoïques anté-varisques. 2/ L’origine et la conservation des bassins carbonifères et l’âge des minéraux détritique du Carbonifère inférieur et moyen.

Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à certains secteurs de la chaîne varisque afin de préciser les différentes périodes de son évolution.

  • 1 - La chaîne Varisque d’Europe de l’ouest

Une tectonique tangentielle syn à post-cinématique avec la formation de grandes nappes (200 km) est particulièrement bien développée dans l’arc Ibéro-Armoricain. L’âge du métamorphisme HP-HT (éclogite et granulite) présent dans l’unité supérieure des complexes allochtones basiques à ultra-basique d’Espagne et du Portugal était très contreversé : il était en effet considéré comme d’âge varisque ou ordovicien en Espagne (les massifs du Cabo Ortegal, Ordenes, Malpica Tuy) et précambrien au Portugal (les massifs de Bragança et Moraïs). Afin de lever cette incertitude, nous avons daté par la méthode U/Pb sur zircons et rutiles les éclogites rétrogrades dans les granulites du massif de Bragança (NW Portugal). L’âge du métamorphisme HP a été daté par intercept supérieur à 390 ± 4 Ma et un modèle géodynamique permettant d’expliquer le métamorphisme HP d’âge dévonien qui affecte l’unité supérieure des massifs allochtones ibériques a été proposé (Roger et Matte, 2005).

Un modèle géodynamique à l’échelle des plaques lithosphériques
  • 2 - Le Massif Central français

En ce qui concerne la migration des épisodes tectono-métamorphiques dans le temps et l’espace plusieurs secteurs du Massif Central français ont été étudiés par notre équipe.

A/ Dans le Rouergue, les épisodes principaux du métamorphismes ont été datés en Ar/Ar par S. Costa (1990), les phases majeures se situent entre 350-330 Ma selon les secteurs. Ce matériel métamorphique reprend un magmatisme plus ancien dont les vestiges sont représentés par des métagranites pré-varisques, constituant une zone abritée et protégée des déformations varisques. Une approche conjointe Ar/Ar (biotites) et U/Pb (zircons) sur ces métagranites a permis de déterminer des âges synchrones par les deux méthodes (533±11, 519±15 Ma). On peut relier cette convergence d’âge à une quasi-absence de déformation qui est marquée par un très faible degré de recristallisation et à une absence de circulation de fluides au sein de ces granites pré-varisques, bien qu’ils aient été affectés au cours de cet épisode par une température de 650°C (Maurel et al., 2003).

B/ Dans les Cévennes l’étude (U/Pb sur zircons TIMS et SIMS et Ar/Ar sur biotites) sur les granites Aigoual Saint Guiral-Liron et Mont Lozère (Brichau et al., 2007) a permis de démontrer un âge de mise en place identique pour tous ces massifs à 306 ± 2.4 Ma renforçant l’hypothèse d’un lien très étroit avec la mise en place du massif du Velay daté par U/Pb à 301 ± 4 Ma (Mougeot et al., 1997).

Diagramme concordia U/Pb sur zircons (TIMS et SIMS) du granite de l’Aigoual (Bricheau et al., 2007).

C/ Dans le Limousin (Gebelin, 2004), et les Cévennes (Bouilhol et al., 2006), l’accent a été mis, grâce à la géochronologie Ar/Ar et U/Pb, sur les relations entre la mise en place des granites, le fonctionnement des grands accidents et le refroidissement des roches magmatiques et métamorphiques. Ces événements sont très rapprochés dans le temps ce qui suggère un lien étroit entre déformation d’échelle lithosphérique, génération de magmas granitiques, mise en place et refroidissement quasi-instantané de ces magmas vers 315 Ma (Gébelin, 2004 ; Gébelin et al., 2007).

Résultats 40Ar/39Ar effectués sur les leucogranites mylonitiques (éch. 246 et 232) du décrochement dextre de St Michel de Veisse (Gébelin, thèse Montpellier, 2004)

La mise en place syntectonique des leucogranites du Millevaches, datée à 313 Ma (U-Pb) se fait par des systèmes de conduits magmatiques verticaux générés par les décrochements. Elle est contemporaine d’un métamorphisme granulitique basse pression (U/Pb : 315 Ma) subi par les roches encaissantes (Gébelin, 2004).

D/ La région de Brioude montre plusieurs épisodes d’anatexie superposés. La datation de monazites en sonde électronique et celle des micas en Ar/Ar démontre l’existence de deux phases de fusion : l’une ancienne, très peu conservée, vers 360 Ma, et l’autre majeure, entre 315 et 300 Ma, qui a affecté une grande partie du Massif Central. Cette étude montre également qu’au cours du cycle varisque, la phase "tardi-orogénique" a été la période de fusion majeure de la croûte européenne, impliquant sans doute la participation du manteau lithosphérique pendant le réajustement thermique terminal et pendant l’ouverture des bassins stéphaniens (Grange et al., soumis).

E/ Le segment le plus méridional du Massif Central est représenté par la Montagne Noire. Ce massif a constitué traditionnellement le terrain de jeu des tectoniciens Montpelliérains dont les travaux ont permi une approche très fine en ce qui concerne la datation des phases tectono-métamorphiques qui l’ont affecté. On a pu dater le jeu principal des failles décrochantes normales qui encadrent au N et au S la zone axiale à 297 ±3 Ma (Maluski et al., 1991). La datation des orthogneiss oeillés de la Zone axiale de la Montagne Noire par la méthode U/Pb sur zircons (456 ± 3 et 450 ± 6 Ma) a permis de lever les incertitudes sur l’âge des protolithes.

Diagrammes U/Pb sur zircons de l’Orthogneiss des Gorges d’Héric (MN 7) et de l’Orthogneiss du Pont de Larn (MN 15) (Roger et al., 2004)

Ces âges ordoviciens sont interprétés comme l’âge du protolithe granitique (Roger et al., 2004) et démontrent que ces protolithes correspondent à des laccolites granitiques au sein des séries cambro-ordoviciennes, et non au socle précambrien de ces séries, éliminant ainsi l’hypothèse de nappes penniques dans la zone axiale. L’importance du magmatisme extensif ordovicien apparaît ainsi de plus en plus grande.