Partie 2, exercice 2 : Compte-rendu d'une excursion géologique dans les Alpes

Énoncé

On cherche à montrer comment des données de terrain peuvent permettre de comprendre des événements géologiques anciens.
Vous avez effectué une excursion géologique dans les Alpes et rapporté des échantillons et des photographies.
En vous appuyant sur ces données de terrain et d'autres informations présentes dans le dossier, rédigez un compte rendu de votre excursion, illustré par un ou plusieurs schémas, et montrant en quoi les indices recueillis permettent de comprendre certaines étapes de l'histoire de la formation de cette chaîne de montagnes.
Votre réponse s'appuiera sur l'exploitation du dossier. Aucune étude exhaustive des documents n'est attendue.
Document de référence
Carte simplifiée des Alpes
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Source : R. Cirio, Centre briançonnais de Géologie alpine (CBGA), http://planet-terre.ens-lyon.fr
Document 1. Coupe géologique dans le massif ophiolitique du Chenaillet
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Les basaltes supérieurs sont âgés de 100 millions d'années.
Les plus vieux sédiments océaniques (non figurés sur la coupe) qui surmontent les basaltes ont 65 millions d'années.
Source : Comprendre et enseigner la planète terre, Caron et al, Ophrys
Document 2. Domaines de stabilité de quelques associations de minéraux de la croûte océanique
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On précise que des minéraux formés dans un domaine de température et pression donné peuvent être encore présents même si la roche n'est plus dans ce domaine (minéraux reliques).
Source : documents du Centre Briançonnais de Géologie Alpine
Document 3. Observation microscopique d'un métagabbro du Mont Viso (Alpes italiennes) et son schéma interprétatif
Document 4. Rochers de Leschaux dans les Alpes (Massifs des Bornes, Haute-Savoie, Nord de Grenoble) et croquis d'interprétation
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Cinf 1 et Cinf2 : couches datées du Crétacé inférieur.
Cinf 1 est une couche plus ancienne que Cinf2. Elle est constituée d'épaisses masses de calcaires blancs à Rudistes et Orbitolinidés (mollusques et foraminifères marins fossiles).

Corrigé

Compte-rendu
Le massif du Chenaillet : des lambeaux d'un océan disparu (document 1)
Lors de notre excursion géologique dans les Alpes, nous nous sommes rendus à l'est de Briançon dans le massif du Chenaillet. Ce massif présente un intérêt géologique remarquable. En effet lors de l'ascension de ce massif, nous avons d'abord marché sur des péridotites métamorphisées. On trouve ces roches au Chenaillet à 2 200 mètres d'altitude alors que les péridotites constituent normalement les roches du manteau terrestre. Puis, un peu plus haut, nous avons observé des gabbros présentant des basaltes en filons. Plus en altitude, à partir de 2 400 m nous avons trouvé des basaltes en cousins, qui forment le sommet du Chenaillet.
Ainsi le massif du Chenaillet est constitué de roches de la lithosphère océanique, qui se trouvent normalement au fond des océans. Ces roches observées au Chenaillet (péridotites – gabbros – basaltes) sont donc un morceau du plancher océanique situé actuellement en domaine continental : il s'agit d'ophiolites. Ces ophiolites témoignent de la présence à l'emplacement actuel des Alpes d'un océan aujourd'hui disparu : l'océan Alpin.
La datation des basaltes supérieurs du Massif du Chenaillet est de − 100 Ma, tandis que les plus vieux sédiments océaniques surmontant ces basaltes sont datés de − 65 Ma. On peut donc estimer que la mise en place de ce morceau de lithosphère océanique de l'océan Alpin date d'environ − 100 Ma, et fut suivie d'une sédimentation océanique.
Les métagabbros du Mont Viso : témoins d'une subduction passée (documents 2 et 3)
Nous nous sommes alors rendus à l'est du Chenaillet en Italie dans le Massif du Mont Viso, où nous avons échantillonné des métagabbros. Les métagabbros sont des gabbros de la croûte océanique qui ont subi un métamorphisme. Le gabbro est une des roches de la croûte océanique. Ainsi les métagabbros du Mont Viso sont d'anciennes roches de la croûte océanique ayant subi un métamorphisme.
L'observation macroscopique et microscopique de ces métagabbros montre la présence de minéraux métamorphiques : grenat, glaucophane et jadéite. Nous avons alors cherché à déterminer dans quelles conditions de température et de pression s'était mise en place cette association de minéraux métamorphiques.
L'étude du graphique présentant les domaines de stabilité de certaines associations de minéraux de la croûte océanique montre que l'association minérale grenat, glaucophane et jadéite se met en place pour une température d'environ 500° C et une pression de 1 GPa. Il s'agit donc d'un métamorphisme haute pression – basse température, caractéristique d'une zone de subduction, comme le représente le schéma suivant.
Ainsi les métagabbros du Mont Viso témoignent d'une subduction passée de la lithosphère océanique de l'océan Alpin.
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Subduction d'une lithosphère océanique sous une lithosphère continentale
Nous nous sommes enfin rendus au nord de Grenoble dans le massif des Bornes pour observer les rochers de Leschaux. Nous avons observé un contact anormal entre deux unités : une unité supérieure, constituée de calcaires du Crétacé inférieur 2 et une unité inférieure, constituée de roches du Crétacé supérieur et du Crétacé inférieur 2. Il s'agit d'un chevauchement du Crétacé inférieur 2 sur l'unité formée du Crétacé supérieur et du Crétacé inférieur 2, comme le représente le schéma suivant. Cette déformation importante des roches résulte d'une tectonique en compression qui s'inscrit dans le cadre de la collision continentale, à l'origine de la surrection des Alpes.
On peut dater le chevauchement par datation relative. En effet selon le principe de recoupement, tout structure qui en recoupe une autre lui est postérieure, or la couche la plus récente affectée par le chevauchement est le Crétacé supérieur : le chevauchement s'est donc mis en place après le Crétacé supérieur.
De plus nous avons observé dans les calcaires du Crétacé inférieur 1 la présence de fossiles de Rudistes (Mollusques) et Orbitolinidés (Foraminifères), tous deux marins. La présence de ces fossiles marins prouvent que les calcaires se sont mis en place dans un domaine océanique, à l'époque du Crétacé inférieur 1.
Ainsi les sites observés et les échantillons récoltés lors de notre excursion géologique dans les Alpes ont permis de mettre en évidence 3 grandes étapes : une expansion océanique au sein de l'océan Alpin, une subduction et une collision continentale.