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Géochronologie de la déformation intracontinentale

Age et vitesse des grands décrochements lithosphériques à l’échelle géologique

Le modèle de la Tectonique des Plaques s’applique t’il « aux continents » ?

  • Participants : N. Arnaud, P. Monié, M. Jolivet, H. Maluski, F. Roger, J. Malavieille, M. Brunel
    La faille du Karakorum
    La faille du Karakorum

Les modèles « localisants » de déformation lithosphérique impliquent que l’essentiel de la déformation est prise en compte par les grandes failles lithosphériques qui délimitent des régions rigides. Les grands décrochements intra-continentaux sont donc peut-être l’expression la plus convaincante qu’une partie importante de la déformation continentale est bien concentrée aux frontières de plaques. Cependant le rôle de ces failles dans l’accommodation des grandes collisions continentales est encore très controversé. Les modèles globaux ont été testés avec des données de cinématique de très court terme (GPS) ou de court terme (vitesse de glissement sur les failles moyennées sur l’Holocène). Ces observations, instantanées par rapport aux durées de la déformation continentale ne sont pas discriminantes vis-à-vis des modèles. Pour pouvoir comprendre la mécanique derrière la tectonique des plaques « à terre » il faut obtenir une image dynamique à l’échelle géologique en accédant à la chronologie des déformations.

Les grands décrochements Tibétains sont des marqueurs privilégiés de la déformation de l’Asie au cours du tertiaire, et peut-être aussi la preuve que la Tectonique de Plaques s’applique aussi "à terre". Malheureusement beaucoup de ces accidents ont une structure et des âges hérités [1], [2] d’une longue histoire géologique indiquant qu’au cours du tertiaire certains des grands décrochements ont réutilisé, à certains endroits des zones de fragilité. Celà implique que l’utilisation de marqueurs transcrustaux pré-cénozoïques de part et d’autre de ces décrochements peut surestimer largement la déformation finie tertiaire. A l’inverse, la faille du Karakorum est un bon exemple de ce qu’apporte la complémentarité des méthodes thermochonologiques (U/Pb, 40Ar/39Ar, traces de fission et U-Th/He) entre les hautes et les basses et très basses températures . Dans cet exemple on peut démontrer que cette faille est active depuis au moins 22 Ma, bien plus que les quelques kilomètres ou dizaines de kilomètres proposé par de nombreux auteurs. Ceci implique un rejet d’au moins 300 Km, enfin en accord avec les observations géologiques [3], [4].

Association des méthodes géochronologiques thermochronologiques de haute température (U/Pb in situ et par analyse conventionnelle) à basse (40Ar/39Ar) et très basse température (traces de fission) permettant de caler dans le temps les différentes phases de déformation ductiles et cassantes le long de la faille du Karakorum dans la région de Shiquanhe. [3]

 [3]

De plus cette étude montre que la cinématique de cette faille a été continue depuis 22 Ma mais a profondément changé il y a 10 Ma, avec un partitionnement plus important en faveur de jeux normaux exprimés le long de la chaîne ou dans les bassins en pull-apart de Gar-Baer, ayant permis une grande partie de l’exhumation des hauts sommets de la chaîne du Karakorum.

Dans le Massif Central Français, la zone de Décrochement allant de la pointe de la Bretagne au Limousin caractérise une » Pop Up structure » d’échelle lithosphérique longue de plus de 700 Km, probablement équivalente d’un système identique se développant en Galice de l’autre côté de la virgation Galice-Massif central de la Chaîne Hercynienne. Cette zone a fait l’objet de la thèse de Aude Gébelin [5]. L’étude conjointe des caractéristiques tectoniques , pétrostructurales de ces grands accidents et mylonites associées menée de pair avec des datations multiméthodes Ar/ Ar et U-Pb [6] des roches déformées et leucogranites associés démontre que le fonctionnement de cette grande zone cisaillante débute vers 350Ma et finit vers 300Ma.

Structure crustale de la Grande zone de cisaillement Bretagne Massif Central à l’Hercynien, montrant le rôle prédominant des grands accidents crustaux verticaux pour la genèse et la mise en place des magmas de fusion crustale.

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 subi par les roches encaissantes.

Les projets se concentrent le long de la faille Nord-Anatolienne. Long de plus 1500 km il est marqué sur toute sa longueur par une forte activité sismique avec une récurrence globale de quelques dizaines d’années à 150 ans tout au plus. Sur toute sa longueur la faille est marquée par des relais en échelon avec des ruptures historiques, des plis miocènes à et de nombreux bassins en pull-apart.

La convergence des méthodes d’analyse chronologique des marqueurs de la déformation (ici le long de la Faille Nord Anatolienne, Arnaud et al., étude en cours) permettra de caler son mouvement sur des fenêtres de temps de quelques dizaines de milliers d’années à quelques millions d’années.

Enfin cet accident est marqué sur toute sa longueur par une activité volcanique, bien qu’il soit difficile de dire si cette activité est localement génétiquement liée à l’existence de la faille ou si, plus simplement, la faille « focalise » la remontée de produits dépendants de l’histoire volcanique générale de l’Anatolie. Il est donc possible de mesurer précisément des déplacements finis (totaux) et de déterminer leurs âges, et documenter alors l’évolution du système, accéder aux vitesses de propagation et aux variations de cette vitesse sur des intervalles de temps variables. Etudier le faille Nord-Anatolienne c’est donc en quelque sorte « boucler » le puzzle géodynamique depuis l’Arabie jusqu’à l’Egée en apportant les contraintes géologiques, et donc temporelles, sur l’évolution de toute cette région très active, en synergie avec les études du champs de vitesse actuel.

L’étude géochronologique de ces accidents est compliquée par un fort héritage et une exhumation souvent faible qui ne met à l’affleurement que des roches thermodynamiquement mal équilibrées dans leur régime de déformation, à des températures faibles, ou au contraire dans des épisodes très brefs de « flash melting ». Il faut donc développer les méthodes nécessaires pour analyser à très forte résolution spatiale des minéraux de taille très réduite (par exemple généraliser l’application du laser ultra-violet à des échantillons d’âge tertiaire), et parallèlement développer l’analyse thermochronologique des régions
voisines de la faille pour tenter d’y identifier les traces de son activité. La datation de travertins récents décalés par la faille par les méthodes des déséquilibres radioactifs complètera l’étude.


[1Arnaud et al., 2003

[2Delville et al., 2001

[3Valli et al., Tectonics, 2007

[4Lacassin et al., 2004

[5Gébelin et al., 2004

[6Gébelin et al., 2006