Première preuve sismologique de subduction continentale sous les Alpes occidentales
Publié par Adrien le 25/10/2015 à 00:00
Source: CNRS-INSU
Dans les années suivant l'avènement de la tectonique des plaques, les scientifiques pensaient la subduction continentale impossible, du fait de la faible densité de la croûte continentale. Dans un article publié dans la revue Geology, une équipe associant sismologues et géologues de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) des sciences de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la...) de Grenoble (CNRS/UJF/UDS/IRD/IFSTTAR), l'Institute of Geophysics and Geology (Chinese Academy of Sciences, Pékin (Pékin (ou Beijing) (?? ; pinyin : B?ij?ng   Écouter la prononciation en mandarin , « la capitale du nord ») est la capitale et l'un des centres culturels de la République populaire de...), Chine), l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Gênes (Gênes (Genova en italien, Zena en ligurien) est une ville italienne, capitale de la Ligurie, deuxième port de la Méditerranée derrière Marseille. Elle...) & Bologne (Bologne est une ville italienne d'environ 375 000 habitants, située dans le nord-est du pays, entre le Pô et les Apennins. C'est le...), Italie) et l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Milano-Bicocca (Milan, Italie) apporte des preuves décisives de l'enfouissement de croûte continentale européenne dans le manteau adriatique sous le massif (Le mot massif peut être employé comme :) de Dora Maira.

C'est la découverte par le français Christian Chopin en 1984, de coésite, minéral de ultra-haute pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) (UHP) formé à plus de 90 km de profondeur, dans des roches métamorphiques du massif de Dora Maira (Alpes occidentales) qui a apporté la première preuve de l'enfouissement (et de l'exhumation) de croûte continentale à grande profondeur.

Depuis cette date, de nombreux affleurements de roches métamorphiques de UHP aux caractéristiques similaires à celles de Dora Maira ont été découverts dans toutes les chaînes de collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.). Le concept de subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de densité plus faible, en général une plaque océanique sous une plaque continentale ou sous une plaque océanique plus récente.) continentale est donc très largement accepté aujourd'hui. Pourtant, il est extrêmement rare qu'un lien direct puisse être établi par imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La...) géophysique entre la présence de coésite en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) et celle de croûte continentale enfouie à grande profondeur.

Dans les Alpes occidentales, les traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission...) les plus profondes du Moho (La discontinuité de Mohorovi?i?, abrégée Moho, est la limite entre la croûte terrestre et le manteau supérieur de la Terre. La crôute continentale, ayant une épaisseur moyenne de 35 kilomètres (allant jusqu'à 75 km sous les chaînes...) européen (limite croûte-manteau) ont été détectées par sismique réflexion grand-angle à 50 km sous le massif du Grand Paradis lors des expériences ECORS-CROP (1986-1987), donc bien en deçà des 90 km indiqués par la coésite.


(Haut) Carte des expériences sismiques et sismologiques dans les Alpes occidentales, dont le profil ECORS-CROP et l'expérience CIFALPS ; (Milieu) Profil sismique en fonctions récepteur, après migration-profondeur, le long du profil CIFALPS (de la vallée du Rhône (Le Rhône est un fleuve d'Europe. Long de 812 kilomètres, il prend sa source, dans le glacier du Rhône, à Gletsch, en Suisse, à l'extrémité est du canton du Valais, dans les Alpes uranaises. Il...) à la plaine (Une plaine est une forme particulière de relief, c'est un espace géographique caractérisé par une surface topographique plane, avec des pentes...) de Pô). Les zones en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) correspondent aux discontinuités où la vitesse (On distingue :) sismique augmente avec la profondeur. Les zones en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan à une...) correspondent à celles où la vitesse décroit vers le bas. Le trait noir continu est le Moho européen. La courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les...) en pointillés marque le contact entre le manteau adriatique (corps d'Ivrée) situé en position haute et les roches métamorphiques de la croûte européenne en profondeur. (Bas) Coupe interprétative d'échelle lithosphérique. FPT: Chevauchement Pennique frontal (Un frontal est un équipement informatique.) ; Br: Zone Briançonnaise ; SL: Schistes lustrés ; DM: Dora Maira.

Les résultats de l'étude actuelle sont issus de l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens pouvant exister entre les...) de l'expérience sismologique CIFALPS* menée en 2012-2013 dans les Alpes franco-italiennes (voir carte dans figure ci-dessus) par Zhao Liang, Anne Paul et collaborateurs. L'expérience a consisté en l'installation sur une durée de 14 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de 55 stations sismologiques. En utilisant les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) issues de séismes lointains et réfractées par les discontinuités de vitesse sous le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...), les auteurs prouvent que le Moho européen s'enfonce jusqu'à 75 km de profondeur sous Dora Maira (voir figure).

Ils montrent également que la zone de suture entre les deux lithosphères (européenne et adriatique) est très épaisse et caractérisée par une décroissance de la vitesse des ondes sismiques du haut vers le bas. Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) prouve que la croûte inférieure européenne enfouie à 75 km, dont la vitesse sismique est relativement lente (La Lente est une rivière de la Toscane.), est surmontée par des roches de vitesses plus rapides, donc appartenant nécessairement au manteau. La démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de propositions...) est ainsi faite que la lithosphère (La lithosphère (littéralement, la « sphère de pierre ») est la partie superficielle et rigide du matériau dont sont faits les astres telluriques, dont la Terre, Mars, Vénus,...) continentale européenne plonge dans le manteau de la microplaque Adria.

Les géologues et géophysiciens de l'équipe CIFALPS proposent finalement une nouvelle coupe interprétative construite sur la base des contraintes géologiques et géophysiques (sismologiques et gravimétriques) dont ils ont testé la conformité avec les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) par modélisation (voir figure).

Les nouvelles données géophysiques du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration...) CIFALPS et cette coupe d'échelle lithosphérique établissent, pour la première fois, un lien direct entre la lithosphère européenne enfouie par subduction dans le manteau adriatique et les minéraux de UHP en surface. Ce lien est démontré, non seulement là où la coésite fût découverte, mais aussi sous la seule chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de collision continentale qui conserve l'intégralité de l'enregistrement métamorphique, structural et stratigraphique de la subduction et de l'exhumation.
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