Journées Subduction

Subduction Continentale

1. Arrêt de Quincinettolieu-dit Chiapetti (fig. 1)

Photo 1 - Des classes de Terminale S visitent régulièrement le site des Chiapetti.

 GPS : N 45°34’55’’ ; E 7°47’50’’ ; petite route au N du chef-lieu pour la centrale électrique, à 2,7 km de la sortie autoroute A5, face au panneau jaune E24 de l’oléoduc.

 Objet n° 1

 Situation

Il s’agit d’un bloc de dimension métrique en bord de route et sur rive de la Doire. Ce n’est donc pas un affleurement. Sur cet arrêt les objets suivants ne le seront pas non plus.

Néanmoins, sur ce rocher les angles sont vifs et les arêtes coupantes : le transport n’a pas été long, et il ne s’est pas effectué dans l’eau de la rivière. Par la morphologie et par l’affinité lithologique il a été établi que ces blocs se sont éboulés à partir de la paroi rocheuse ci-dessus.

 Les minéraux

 Ce que l’on voit du premier abord c’est le mica blanc omniprésent qui brille au soleil (fig. 2). Les feuillets de mica, assez grands et très serrés entre eux, s’ordonnent en bandes, lentilles, « virgules », plis arrondis ou anguleux à toutes les échelles sur toute la surface, donc avec des orientations préférentielles. Nous savons déjà que le mica révèle et exalte les contraintes : la roche a été soumise à des tensions d’intensité et direction variables.

Photo 2 - Le premier rocher constitué majoritairement de mica blanc.

Le mica est un minéral riche en silice. Il contient toujours du potassium et de l’aluminium, ce qui en fait un minéral typique de la croûte continentale. Nous ne l’avons pas rencontré dans la nappe voisine qui provient de la plaque océanique profonde. Dans ce contexte-ci il ne peut être ni sédimentaire (structure) ni magmatique (orientation), donc il est métamorphique. Le protolithe doit être cherché parmi les roches continentales : sédiments argileux, certains granites, schistes. En revanche, à l’œil nu rien ne nous renseigne sur l’intensité du métamorphisme, qui est de faible pression en général pour les micas mais peut monter à haute pression dans le cas des phengites, micas blancs ferrifères.

De petits filons de quartz, millimétriques à décimétriques, tordus et déformés, sillonnent le rocher. Ils contribuent à rendre siliceuse la masse rocheuse.

En se penchant un peu du côté de la rivière, d’autres minéraux apparaissent. Une grosse lentille sombre en haut, un rognon bleu foncé en bas à droite (fig. 3). Sur la surface fraîche de ce dernier, le minéral bleu foncé apparaît en fines aiguilles strictement adossées ou enchevêtrées, concentré en bandes centimétriques séparées par des niveaux de mica, de quartz ou d’un autre minéral vert. Une fois détecté, le minéral bleu se reconnait aussi en petits agrégats aciculaires parsemés parmi les feuillets de mica. Avec une loupe et un peu de chance, la section en losange et les clivages à 120° peuvent être reconnus : il s’agit bien d’une amphibole, donc d’un minéral ferromagnésien et hydroxylé (présence d’eau dans son environnement originaire). La couleur nous aide à préciser son identité : nous sommes en présence d’amphibole bleue ou glaucophane.

Photo 3 - Sur le premier rocher, nodules et bandes d’amphibole bleue.

Le glaucophane se forme à des pressions (donc à des profondeurs) assez ou très élevées mais surtout à des températures très modérées : il craint la chaleur. Le glaucophane nous fixe sur l’environnement thermodynamique de formation de la roche, et donc sur le scénario de cette étape de la formation des Alpes.

La liste des minéraux de ce rocher comprend aussi des cristaux verts mieux observables sur les objets suivants, des grenats, des épidotes et des carbonates dont la signification sera discutée plus loin.

Sur ce premier objet nous pouvons conclure que la masse rocheuse le comprenant appartenait à une plaque continentale, et qu’elle se situait ou avait été à proximité de sources mantelliques (elle était relativement riche en matériel ferromagnésien). Ensuite la masse rocheuse a été entraînée à une certaine profondeur dans un système à très faible gradient géothermique.

Objet n° 2

Situation

comme pour l’objet n° 1. Un peu plus au N, descendre le talus au bord de la rivière, petite plage.

Minéraux

Toute la surface orientée au Sud expose surtout les glaucophanes et les grenats déjà vus (fig. 4), accompagnés d’un minéral vert qui ne montre pas volontiers son habit cristallin. Il montre quand-même souvent des bandes à cassure orthogonale, faisant penser aux pyroxènes. Il s’agit en fait d’un pyroxène sodique qui remplace les plagioclases à grande profondeur. En effet, ces pyroxènes sont stables à très haute pression et en général se déséquilibrent à des profondeurs inférieures à 40 km. La formule de ce pyroxène est fondamentalement celle simple de la jadéite, mais elle peut s’enrichir en ferromagnésiens donnant lieu à l’omphacite. Avec le grenat, l’omphacite constitue par définition l’éclogite basique ; avec le quartz, la jadéite constitue par définition l’éclogite acide. Nous discuterons sur ces objets éclogitiques basiques et acides dans les prochains arrêts.

Photo 4 - Amphibole bleue, pyroxène sodique (vert) et grenat : l’éclogite basique sur la face sud du deuxième rocher, au bord de la rivière.

Çà et là, des figures de déformation apparaissent sous forme de « boudins » et nodules (fig. 5) : ces figures sont soulignées par des fines lentilles claires d’épidote beige ou jaunâtre, minéral lié à la présence d’eau, qui facilite le rééquilibrage pendant la décompression lors de la remontée de la roche.

Photo 5 - Deuxième rocher : pli dans une fine lentille de quartz et épidote.

Du côté de la rivière (fig. 6), le rocher montre en section la série de bandes stratiformes tordues avec beaucoup de mica blanc que maintenant nous pouvons appeler phengite du fait de la pression subie (les analyses le confirment aussi).

Foto 6 - Deuxième rocher : boudins d’amphibole bleue et de pyroxène vert dans la masse de mica blanc et de grenat. Le quartz souligne les figures de déformation.

Des inclusions arrondies de pyroxène, en relief et aux contours très nets, sont aisément identifiables (fig. 7).

 
Photo 7 - Cailloux de pyroxène vert englobés dans la masse plus fluide.

Le glaucophane est présent en bandelettes et il est aussi dispersé dans les lentilles micacées.

La conclusion maintenant est plus précise : une nappe continentale a bien rejoint les profondeurs de la subduction (présence d’omphacite) avant de remonter en surface.

Échantillonnage

Les rives de la Doire sont riches en échantillons intéressants, provenant de tout le bassin versant à partir du Mont-Blanc. En revanche, les échantillons concernant la subduction continentale ne proviennent que des parois qui nous dominent, et ils sont assez rares.

2. Arrêt d’Ivozio

Situation (fig. 8)

Photo 8 - La tonnelle « géologique » d’Ivozio est régulièrement visitée par les classes de Prépa et les enseignants en formation.

 À la base de la paroi rocheuse parsemée de vignobles, une dalle de roche sombre, faiblement inclinée et joliment polie par les glaciers pléistocènes, soutient une vigne. Il s’agit de l’affleurement d’une roche en place mesurant une dizaine de mètres de long, en continuité avec la paroi rocheuse supérieure.

 Minéraux

 Pyroxène sodique, grenat et glaucophane (fig. 9) en beaux cristaux centimétriques constituent la masse de la roche. Le pyroxène sodique cristallise ici en baguettes vertes. Phengite et épidote sont quasiment absents.

Photo 9 - Pyroxène vert, amphibole bleue et grenat, en cristaux centimétriques, affleurent sous les grappes de raisin.

L’ensemble de ces minéraux nous évoque un protolithe basaltique à la base de la croûte continentale. Nous avons ainsi atteint les niveaux profonds de la plaque continentale passée en subduction.

L’ensemble des éclogites continentales de la région a été daté sur les micas et les zircons à la limite Crétacé-Tertiaire (65 ± 5 Ma) (Rubatto et al., 1999), âge du pic métamorphique et donc de la subduction. L’exhumation a été datée entre 33 et 30 Ma (traces de fission, inclusions fluides, rhéologie du quartz) (Malusà et al., 2006) avec une vitesse moyenne de remontée de 0,2 cm/an qui a permis de garder intactes les paragenèses éclogitiques.

 3. Arrêt de Lillianesbord du Lys

Chemin aménagé sur le bord W de la route régionale pour Gressoney juste avant de traverser le torrent de Bouroz à la limite avec Fontainemore. Descendre sur la rive gauche du Lys et marcher 50 m vers l’aval.

Situation (fig. 10)

Photo 10 - Les rochers dans le lit du torrent Lys entre Lillianes et Fontainemore gardent souvent la structure magmatique de la roche bien que les minéraux soient transformés.

 Plusieurs blocs dans le lit du torrent, polis et arrondis par le transport. Affleurement de roches de même nature.

 Pétrographie

La texture de la roche pointillée de blanc attire notre attention : il s’agit incontestablement d’un ancien ensemble granitique (fig. 11), modérément déformé en litages (gneiss). La structure granulaire, régulière, est reconnaissable par les grains blancs de quartz, alors que les autres cristaux sombrent dans une alternance de rose (grenat) et de verdâtre (jadéite).

metagranito
Foto 11 - Voilà un ancien « crapaud » dans un granite, transformé en pyroxène sodique.

Des bandes blanches (méta-aplites) se peuplent de beaux grenats centimétriques (fig. 12), alors que de très nombreuses inclusions basiques plus sombres (anciennes biotites/amphiboles) tachent ou sillonnent les blocs.

Photo 12 - De beaux grenats se développent dans le filon blanc (aplite) d’un ancien granite.

La réaction principale intervenue sur les anciens granites pour donner ces éclogites acides est : plagioclase sodique donne jadéite plus quartz. L’eau est absente de la réaction, indice ultérieur d’une subduction continentale.

Des pyroxénites sont repérables dans le lit du torrent.

Arrêt de Colombit

Après le chef-lieu de Fontainemore la route régionale traverse le Lys. À 1 km du chef-lieu une petite route a droite retraverse le torrent (panneaux Pillaz et autres villages). S’arrêter quelques centaines de mètres plus loin.

Situation (fig. 13)

Photo 13 - Le front de taille de l’ancienne carrière de marbre de Colombit est au bord de la route de la « colline » de Fontainemore.

En bord de route, front de taille d’une ancienne carrière de marbre.

Minéraux

Le marbre ancien est blanc à grain fin. Du mica brille dans tous les blocs cassés au sol. Le front de taille montre des taches vertes très plissées et boudinées, qu’on peut mouiller pour mieux faire ressortir les couleurs (fig. 14). Les cristaux visibles sont des bâtonnets d’amphibole : il s’agit d’inclusions basiques. L’association d’un minéral d’origine sédimentaire superficielle comme le calcaire (ici recristallisé en marbre) avec un minéral d’origine magmatique profonde comme le basalte (ici recristallisé en amphibolite) n’est pas un fait banal et il témoigne de conditions de départ de la plaque continentale assez inhabituelles. En fait, en datant toutes les roches magmatiques de la marge africaine à la fin du Paléozoïque, certains évoquent pour notre secteur un amincissement crustal comme première manifestation des rifts destinés à fissurer la Pangée. La subduction serait intervenue plus tard sur notre nappe continentale « contaminée » par le manteau sous-jacent et tout proche. Ce mélange, tout comme son équivalent l’ophicalcite océanique, est fort apprécié sur les marchés de pierre ornementale. Cet affleurement nous montre les modalités de la subduction au niveau des couches supérieures de la croûte continentale.

Photo 14 - Les figures vertes dans le marbre blanc sont des noyaux basiques éclogitisés.

 Arrêt de FontainemoreJardin des roches

Collection de roches issues de la subduction. Pique-nique.

Arrêt de Pontboset

Situation (fig. 15)

Photo 15 - Vue d’ensemble de la vallée de Pontboset à Hône.

Affleurement de roche en place mise à découvert par le torrent Ayasse sur la marge extérieure de la nappe continentale. Observation à partir du pont en bois de Frontière, en aval du chef-lieu. L’affleurement est de meilleure qualité en commune de Hône au lieu-dit Le Tre Goye (fig. 16), mais le sentier de visite y est plus dangereux.

 
Photo 16 - Cisaillement ductile sur les roches à quartz-jadéite rééquilibrées avec épidote.

Pétrographie

Nous sommes au bord externe de la nappe continentale, proches de la nappe océanique qui affleure en amont dans la vallée. Quartz, épidote et minéraux du faciès schistes-verts apparaissent dans l’affleurement : ce sont des constituants habituels de la croûte continentale. Plus haut, en lieu inaccessible aux cars, ce matériel continental est encore en faciès éclogitique avec quartz + jadéite, exploité dans la carrière des Lauzes de Courtil.

En revanche, nous découvrons ici l’intensité de la déformation sur nos roches (fig. 17). Une succession régulière et continue de fines bandes claires s’allonge à l’infini en direction NW-SE. Le cisaillement ductile transpose sur de longues distances (plus de 4 km) ce secteur de la nappe continentale. Nous avons vu dans les arrêts précédents que la roche du secteur interne, bien que fortement rééquilibrée dans le faciès éclogitique, n’était pratiquement pas déformée. Qu’y a-t-il de nouveau ici par rapport au secteur interne de la nappe ?

Photo 17 - Cisaillement ductile à Frontières (Pontboset) sur des roches plus basiques.

Les deux nappes, continentale et océanique, se sont enfouies en subduction étant déjà collées l’une à l’autre. La nappe océanique, dans ce secteur représentée surtout par des sédiments de haute mer, était gorgée d’eau. Au cours de l’enfouissement, la pression croissante pouvait essorer la plaque océanique et tremper tout le secteur. L’eau baisse le degré métamorphique et rend fluide, voire très fluide la roche qui glisse le long des directions des contraintes. Dans ce secteur de l’arc alpin, la direction tectonique principale est toujours NE-SW, parallèle à l’axe de la chaîne. Voilà ce qui pourrait expliquer ces différences à l’intérieur de la même nappe continentale.

Conclusion

Au cours des cinq arrêts de la journée, nous avons pu observer la lithologie de différents niveaux d’une plaque continentale ayant subi d’abord une lamination tectonique (réduction en « nappe de socle ») et ensuite une subduction orogénique. La discussion à propos des affleurements et des blocs a concerné soit la structure de la roche, en particulier les figures de déformation, soit la minéralogie, en particulier l’enregistrement minéralogique des étapes marquantes du parcours thermobarométrique P-T-t au cours de la subduction alpine (fig. 18).

Photo 18 - Schéma du parcours d’enfouissement et exhumation des roches continentales subduites.

Le faciès éclogitique est l’assemblage minéral qui correspond à l’arrivée de la roche dans la zone de subduction, zone froide (moins de 550°C à 40 km) et profonde dans la croûte (jusqu’à 70 km dans ce secteur). Les divers arrêts ont concerné des points où cette roche éclogitique non seulement avait atteint la surface après son enfouissement, mais elle avait aussi préservé l’assemblage minéral acquis à la profondeur maximale.

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