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Subduction, orogènes et prismes orogéniques

Les interactions tectonique-érosion-sédimentation et les processus d’exhumation

Dans cette seconde partie, nous présentons les projets relatifs à l’évolution des prismes orogéniques impliquant la lithosphère continentale seule ou la lithosphère continentale (arc compris) et océanique. Les objets étudiés sont soit des modèles analogiques d’orogènes théoriques, soit des cas réels appartenant à divers systèmes orogéniques continentaux ou péri-océaniques.

2a. Rôle des couplages tectonique-érosion-sédimentation sur la dynamique des prismes orogéniques : modèles analogiques et cas des Alpes et de Taïwan.

Nous étudions le rôle de l’érosion et de la sédimentation dans la dynamique d’un prisme orogénique grâce à deux approches complémentaires : 1- L’étude de chaînes actives ou récentes (Taiwan, Alpes, Pyrénées) en intégrant les bassins d’avant-chaine. L’évolution morphologique et tectonique de l’orogène est étudiée en insistant sur les relations avec les mouvements verticaux et horizontaux. 2- La modélisation analogique de l’impact des couplages tectonique-érosion-sédimentation-climat sur differents types de prismes orogéniques.

Notre recherche s’appuiera sur nos résultats récents concernant les modèles analogiques de prismes orogéniques, simulant l’érosion des reliefs et la croissance des bassins d’avant-chaîne. Deux approches complémentaires seront utilisées. (1) La première visera à étudier ces processus en coupe afin de mieux cerner le rôle du transfert d’une partie des matériaux érodés, redéposés en avant du prisme sur les mécanismes de déformation. (2) La seconde consistera à modéliser l’évolution des reliefs d’une chaîne en 3D en se concentrant sur les processus de surface (dynamique de la morphologie prenant en compte la pluviométrie). Notre objectif est de démontrer que l’érosion joue un rôle majeur sur les mécanismes de déformation interne et la dynamique du prisme. Le système étant supposé « steady state », on évaluera l’importance relative prise par les processus d’érosion et de dépôt dans le contrôle de la géométrie des failles et leur évolution au cours du temps, dans les transferts de matière et dans les vitesses d’exhumation au sein du prisme orogénique.

A gauche : Impact de l'érosion et de la sédimentation sur l'exhumation dans un modèle de prisme orogénique (application aux Alpes sur une transversale des préalpes suisses, thèse de C. Bonnet, travaux en cours)

A gauche : Impact de l’érosion et de la sédimentation sur l’exhumation dans un modèle de prisme orogénique (application aux Alpes sur une transversale des préalpes suisses, thèse de C. Bonnet, travaux en cours).
A droite : Vue en plan d’un modèle analogique d’avant-pays de chaîne couplant Tectonique/Erosion/Sedimentation (thèse de F. Graveleau en cours)

    • Participants du laboratoire : C. Bonnet (doctorante), J. Malavieille, S. Dominguez, A. Taboada,
    • Collaborations extérieures : Université de Fribourg Suisse, Jon Mosar, Université Nationale deTaïwan, C.Y. Lu

2b. Le cas du prisme des Pyrénées sur la transversale de Gavarnie ; tectonique et thermochronologie, approche intégrée.

L’objectif de ce projet est d’étudier le couplage entre l’activité des chevauchements et les processus de dénudation et de transfert vers le bassin d’avant-chaîne au cours de l’orogenèse. L’approche est basée sur une intégration étroite de l’analyse tectonique et de la thermochronologie multiméthodes (Ar/Ar, traces de fission, U-Th/He). Le cas pyrénéen est un modèle de prisme orogénique d’intérêt majeur, en raison de sa relative simplicité et de l’exceptionnelle préservation du système chevauchant et du bassin d’avant-chaîne sud. Sur ce chantier, proche de notre laboratoire, l’approche thermo-chronologique reste nouvelle.

Nous étudions la transversale complète de la chaîne dans sa partie centre-ouest (Gavarnie). La thermochronologie permet de mesurer les vitesses de refroidissement dans les différents blocs chevauchants de la Zone Axiale et de la partie interne du bassin, et de les corréler avec les principales phases tectoniques enregistrées par l’histoire sédimentologique du bassin. Une première étape préliminaire a été réalisée avec le soutien du laboratoire (DEA M. Campani, 2005). Ce travail a montré la propagation vers le sud des chevauchements crustaux de la Zone Axiale. Elle suggère aussi une activité des chevauchements du bord sud de la Zone Axiale jusqu’au moins 18 Ma, soit un âge plus jeune que celui admis jusqu’ici pour la fin de la compression pyrénéenne. La suite du projet bénéficie d’un soutien du programme Dyeti de l’INSU (resp. P. Labaume).

En collaboration avec E. Burov (Paris VI), les résultats seront intégrés dans une modélisation numérique thermomécanique, incluant le transfert sédimentaire, qui permettra de tester l’évolution de l’orogène à l’échelle lithosphérique, en contraignant en particulier le comportement de la croûte inférieure qui reste débattu dans les Pyrénées. Cette modélisation intègrera aussi une nouvelle tomographie sismique de la lithosphère pyrénéenne qui sera réalisée par A. Souriau (Toulouse). Ainsi, notre travail sera inclus dans une approche plus large permettant d’étudier les couplages entre les phénomènes superficiels et profonds à l’échelle lithosphérique.

Ages traces de fission sur apatites sur les massifs granitiques de Néouvielle et Bielsa, respectivement au

Ages traces de fission sur apatites sur les massifs granitiques de Néouvielle et Bielsa, respectivement au toit et au mur du chevauchement de Gavarnie (Campani, 2005).

    • Participants du laboratoire : P. Labaume, M. Jolivet, M. Brunel, P. Monié, N. Arnaud, M. Lopez
    • Collaborations extérieures : Toulouse (A. Souriau, M. de Saint-Blanquat), Paris VI (E. Burov), Barcelone (A. Teixell)

2c. Extension et exhumation lors de la formation du prisme orogénique de Nouvelle- Calédonie : effet sur les minéralisations supergènes de Ni

Des travaux récents (Lagabrielle et al., 2005) montrent l’importance, jusqu’alors insoupçonnée, des structures extensives dans l’orogène néo-calédonien. Celles-ci ont pu apparaître pendant ou après la
mise en place de l’ophiolite (Eocène sup.). Nous avons déjà identifié et échantillonné plusieurs zones de failles extensives à faible pendage, ayant valeur de décollement, reprises par des failles normales à plus fort pendage. Ces zones de failles, à histoire polyphasée, se développent dans les péridotites
et dans les terrains sédimentaires du soubassement. Elles contrôlent nettement la topographie régionale ainsi que la position et la morphologie du front des ophiolites et des côtes de la Grande-Terre. Leur rôle est capital pour comprendre l’évolution tectonique et morphologique de la Grande-Terre et le développement des minéralisations supergènes en nickel (intensification de l’altération météorique en régime extensif).

Notre projet s’appuie d’abord sur l’exploitation d’une campagne terre-mer réalisée au milieu de l’année 2004, la campagne CALGON (1) (CALédonie-laGON) avec pour objectifs l’étude en mer des failles actives du lagon sud de la Nouvelle-Calédonie et la mise en évidence de leur prolongation à terre. On étudie également leur liaison avec les failles tertiaires plus anciennes qui structurent les péridotites et leur soubassement. L’autre aspect du projet s’appuie sur le GDR Transmet qui finance une étude de terrain des failles à terre (2005-2006). Trois volets seront développés.

-*traitement des données microstructurales et contraintes thermodynamiques sur le fonctionnement des structures extensives.

  • datation d’échantillons de granites post-obduction (Ar/Ar, TF) et contraintes de l’histoire thermique et tectonique du prisme sédimentaire infra-ophiolitique (processus d’exhumation).
  • approche d’ensemble sur la structure de la chaîne et modélisation. Il s’agit en effet d’un exemple unique dans le monde où la lithosphère océanique obductée du massif du sud représente un backstop encore peu érodé. L’importance et le rôle des structures extensives dans le modèle et la géométrie actuelle du prisme orogénique néo-calédonien seront alors discutés et pris en compte.
    • Participants du laboratoire : A. Chauvet, M. Jolivet, Y. Lagabrielle, J. Malavieille, R. Soliva
    • Collaborations extérieures : IRD Nouméa (B. Pelletier, G. Cabioch), BRGM (P. Maurizot), Cerege (A. Braucher).