La convergence lithosphérique et ses conséquences : convergence et collision continentale

Par François Labolle, Lycée Mangin - SARREBOURG

Matériel nécessaire :
- un jeu de cartes géologiques de la France au 1 : 1 000 000
- une feuille de papier calque par élève
- un jeu de crayons de couleur par élève
- un jeu d'atlas

Supports utilisés :
- échographie sismique des Alpes
- photographie de pli
- photographie de faille inverse
- bloc-diagramme d'une nappe de charriage (annexe 1)
- la représentation cartographique du bloc diagramme (annexe 2)
- un transparent du contour de la nappe des schistes lustrés (annexe 3)
- un transparent de la klippe de la Dent blanche et du contour de la nappe correspondante (annexe 4)
- un transparent des ophiolites (annexe 5)
- un transparent du coloriage de la nappe des schistes lustrés (annexe 6)
- calque obtenu (même résultat avec tous les transparents) (annexe 7)
- un document permettant de mettre en évidence des témoins minéralogiques des conditions de pression et de température d'une subduction
- un schéma bilan (annexe 8)

Objectifs cognitifs

Du I :
Lorsque deux lithosphères continentales convergent, il y a collision. La collision conduit à la formation d'une chaîne de montagne. Lors de la collision, les marges continentales sont déformées. Les conséquences de la convergence sont ici le raccourcissement et l'épaississement de la lithosphère continentale. Les manifestations les plus visibles de cette convergence sont :
- une topographie particulière (des reliefs associés à une racine crustale),
- des plis, des failles et des charriages.

Du II :
La collision fait en général suite à la fragmentation d'un continent (sédiments, blocs basculés), au fonctionnement d'un océan (ophiolites) et à une subduction (témoin d'un métamorphisme HP-BT).

Objectifs méthodologiques :

Utiliser une carte géologique afin de repérer différents éléments associés à une collision.
Mettre ensuite en relation les données recueillies pour répondre aux problèmes posés.

Temps nécessaire : Une séance de travaux pratiques pour les études cartographiques plus une heure de cours pour la mise en commun et pour dresser le rapide bilan de la dynamique de la lithosphère, de l'ouverture océanique à la naissance d'une chaîne de montagne.

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La progression proprement dite :

LA CONVERGENCE LITHOSPHÉRIQUE ET SES CONSÉQUENCES :
CONVERGENCE ET COLLISION CONTINENTALE

Lors de la subduction, une lithosphère océanique dense plonge dans l'asthénosphère. Par ailleurs, la subduction aboutit souvent à la rencontre de deux lithosphères continentales, toujours moins denses que l'asthénosphère. La convergence ne peut donc pas, dans ce cas, être absorbée par la plongée d'une lithosphère continentale dans l'asthénosphère.

Problème : comment évolue la lithosphère lorsque la convergence aboutit à la rencontre de deux lithosphères continentales ?

I. À la recherche d'indices

1) Les indices d'un épaississement : une topographie particulière

a) Utilisez un atlas ou vos connaissances pour indiquer quelle est l'altitude la plus élevée dans les Alpes.

b) Utilisez le document " échographie sismique des Alpes " pour indiquer jusqu'à quelle profondeur on rencontre de la croûte continentale dans les Alpes.

c) Calculez alors l'épaisseur de la croûte continentale dans les Alpes. Comparez cette valeur à l'épaisseur moyenne de la croûte continentale.

2) Les indices d'un raccourcissement

a) Des plis (photographie d'un pli)

b) Des failles inverses (photographie d'une faille inverse)

c) Des charriages = nappes de charriage

Quelques définitions : Nappe de charriage : ensemble de terrains qui a été déplacé et est venu recouvrir un autre ensemble dont il était très éloigné à l'origine Front de la nappe : parties les plus avancées de la nappe Flèche : amplitude du recouvrement Fenêtre : zone où affleurent les terrains recouverts par la nappe et complètement entourée par cette dernière. Si les terrains recouverts ne sont pas complètement entourés, on parle de demi-fenêtre. Klippe : lambeaux isolés de la nappe.

§-1) Sur le bloc-diagramme et sur la carte (voir annexes 1 et 2), coloriez en rouge la nappe et en bleu le substratum (= les roches sur lesquelles repose la nappe). Annotez le bloc-diagramme et la carte à l'aide des termes suivants : front de la nappe, fenêtre, klippe. Représentez la distance minimale sur laquelle le matériel a été charrié sur la représentation cartographique.

§-2) La nappe des schistes lustrés
- Repérez la nappe des schistes lustrés dans les Alpes sur la carte géologique (cette nappe est notée j2c sur la carte géologique de France au 1 : 1 000 000). Repérez la demi-fenêtre ainsi que la klippe la plus éloignée.
- En utilisant un calque, reprenez le contour de la nappe des schistes lustrés et de la klippe repérée précédemment. On simplifiera les contours. Annotez le schéma obtenu avec les termes suivants : front de la nappe des schistes lustrés, demi-fenêtre, klippe.
- Calculez la distance minimale, en km, sur laquelle le matériel a été charrié en utilisant l'échelle de la carte.

§-3) La klippe de la Dent Blanche
- Repérez la klippe de la Dent Blanche sur la carte géologique (les élèves peuvent s'aider de l'atlas si on leur indique que le Cervin fait partie de cette klippe).
- Reportez cette klippe sur votre calque, coloriez-la en rouge.
- Repérez le front de la nappe correspondant à cette klippe.
- Reportez le contour de cette nappe sur votre calque. Coloriez la nappe en rouge. Calculez la distance minimale, en km, sur laquelle le matériel de la Dent Blanche a été charrié.

 

Bilan du I

Lorsque deux lithosphères continentales se rencontrent, les marges continentales se raccourcissent et s'épaississent, ce qui aboutit à la formation d'une chaîne de montagne. Les conséquences les plus visibles du raccourcissement et de l'épaississement de la croûte continentale sont : - une topographie particulière (des reliefs élevés associés à une racine crustale), - des plis, des failles et des charriages.

 

La collision correspond au dernier stade de la formation d'une chaîne de montagne.

Problème : comment a évolué la lithosphère avant la collision ?

II. Reconstitution des stades ayant précédé la collision

1) Les témoins de la fragmentation d'un continent à l'origine de l'océan alpin Faire observer les blocs basculés cartographiquement sur la carte au 1 : 1 000 000.

2) Les témoins du fonctionnement de l'océan alpin : les ophiolites

Définition Ophiolites : portions de croûte océanique et du manteau supérieur d'anciens océans qui ont été charriées sur de la croûte continentale lors d'une collision

Repérez les ophiolites sur la carte géologique de la France. Reportez les ophiolites les plus importantes sur le calque précédent et coloriez-les en violet. Coloriez alors la nappe des schistes lustrés en vert.

3) Les témoins d'une subduction anté-collision Utilisez le document (permettant de mettre en évidence des témoins minéralogiques des conditions de pression et de température d'une subduction) et vos connaissances pour prouver l'existence d'une subduction anté-collision dans les Alpes.

Bilan du II

Dans les Alpes affleurent des témoins d'une marge passive (sédiments, blocs basculés), des témoins de croûte océanique non subduite et des roches qui contiennent des témoins minéralogiques des conditions de pression et température d'une subduction. Avant la collision, il y a donc eu : 1. fragmentation d'un continent et ouverture d'un océan, 2. fonctionnement d'un océan 3. subduction

 

Bilan général sous forme d'un schéma : voir l'annexe 8 intitulée " L'histoire des Alpes : de l'ouverture océanique à la naissance d'une chaîne de montagne ".

Réponses attendues aux questions concernant la carte (voir aussi les annexes) I. 2) c) a) Bien insister sur le fait que si on ne dispose que de la carte, on ne peut que donner la distance minimale sur laquelle le matériel a été charrié. Cette distance correspond à la distance comprise entre le fond de la fenêtre et le front de la klippe. I. 2) c) b) Pour calculer la distance minimale de charriage, prendre radialement, en extrapolant, la distance comprise entre le fond de la demi-fenêtre et le front de la klippe. On trouve 4,5 cm sur le calque, soit 45 km en réalité. I. 2) c) g) Pour calculer la distance minimale de charriage, prendre la distance comprise entre le front de la nappe proprement dite et le front de la klippe de la dent blanche, on trouve 4 cm sur le calque, soit 40 km en réalité. NB : le calque obtenu est fourni en annexe, il se construit progressivement au cours de la séance. Les étapes de construction correspondent aux différents transparents également fournis en annexe. Ce jeu de transparents permet de réaliser des mises au point en cours de séance en superposant les transparents adéquats.

 

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