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Exhumation et Thermochronologie basse température

La quantification des mouvements verticaux est un axe de recherche incontournable en Sciences de la Terre. Il intervient de manière quasi systématique dans les études de formation et d’évolution des chaînes de montagnes ou des bassins sédimentaires. Plus récemment la quantification des mouvements verticaux superficiels a permis d’aborder des thèmes aussi variés que les vitesses de surrection des reliefs, les bilans érosion - sédimentation, ou encore les couplages entre tectonique, érosion et climat.

  • Participants : N. Arnaud, P. Monié, M. Jolivet, H. Maluski, J. Malavieille, M. Brunel

Le laboratoire Géosciences Montpellier dispose d’un panel complet de méthodes géochronologiques et thermochronologiques permettant de suivre le refroidissement des roches depuis environs 800°C jusque 50°C. Les principaux géochronomètres utilisés sont l’U-Pb, le Rb-Sr, l’Ar/Ar, les traces de fission, et U-Th/He. Appliquées conjointement sur un même objet, ces techniques donnent accès, non seulement aux différents épisodes majeurs qui conduisent à l’édification d’un orogène donné mais également parfois à des phénomènes thermiques antérieurs liés à des orogenèses plus précoces. Le groupe GEODE utilise cette approche dans de nombreux projets notamment en Asie et en Europe (Asie Centrale, Tibet, Vietnam, Turquie, Pyrénées, etc.).

Granite du Wei Shue Shan, 6004 m.
Kunlun Ouest. Photo M. Jolivet, 1997
Exemple d’utilisation conjointe des méthodes U-Pb, Rb-Sr et traces de fission sur apatite et zircon : refroidissement de deux granites dans la chaîne du Kunlun (Nord Tibet). Jolivet & al., Tectonics, 2003.

 [1]

Courbe de refroidissement des granites de Mont Louis et du Canigou (Pyrénées, France). Maurel, 2003.

 [2]

Outre le suivi du refroidissement complet des roches profondes, le groupe GEODE développe également les techniques de thermochronologie basses températures qui permettent d’aborder des phénomènes plus superficiels tels la formation des reliefs, l’érosion et la sédimentation. Dans certains systèmes orogéniques, comme par exemple les chaînes de montagnes d’Asie Centrale (Mongolie, Sibérie) [3], l’exhumation des roches est très faible et parfois même ne dépasse pas la valeur du relief. La quantification des mouvements verticaux ne peut alors se faire que par des thermochronomètres tels l’Ar/Ar sur feldspaths, les traces de fission ou l’U-Th/He, enregistrant des températures entre 200°C et la température de surface.

Chemin thermique statistique d’un échantillon à la base du plateau d’Ih Bogd (Mongolie) calculé à partir de données traces de fission sur apatite. Ce modèle met en évidence l’age très récent (entre 8 et 3 Ma) de la surrection de ce massif qui culmine à près de 4000 m d’altitude. Vassallo, 2006.

Ces thermochronomètres permettent également de contraindre l’enfouissement et le retour à la surface de sédiments dans des contextes tels que la formation d’un prisme d’accrétion ou l’évolution d’un bassin sédimentaire .

Modèle d’évolution du prisme orogénique sud Pyrénéen d’après des données de thermochronologie traces de fission sur apatite et Ar/Ar sur feldspath. Jolivet et al. (2007)

 [4]


[1Jolivet, M., M. Brunel, D. Seward, Z. Xu, J. Yang, J. Malavieille, F. Roger, A. Leyreloup, N. Arnaud, and C. Wu, Neogene extension and volcanism in the Kunlun Fault Zone, northern Tibet : New constraints on the age of the Kunlun Fault, Tectonics, 22(10), 1052, doi:10.1029/2002TC001428, 2003.

[2Maurel O., 2003, L’exhumation de la zone axiale des Pyrénées orientales : Une approche thermo-chronologique multi-méthodes du rôle des failles. Thèse de Doctorat, Université Montpellier II, 219 p.

[3Vassallo R., 2006, Chronologie et évolution des reliefs dans la région Mongolie-Sibérie : Approche morphotectonique et géochronologique. Thèse de Doctorat, Université Montpellier II, 262 p.

[4Marc Jolivet, Pierre Labaume, Patrick Monié, Maurice Brunel, Nicolas Arnaud, Marion Campani, Thermochronology constraints for the propagation sequence of the south-Pyrenean basement thrust system (France-Spain). Tectonics, In review