La zone piémontaise des Alpes occidentales : un paléocomplexe de subduction. Arguments métamorphiques, géochronologiques et structuraux
Résumé
Abstract
THE PIEMONTESE ZONE (WESTERN ALPS)A PALEO-SUBDUCTION
COMPLEX : METAMORPHIC, GEOCHRONOLOGIC AND STRUCTURAL
EVIDENCES.
This PhD Thesis presents a multidisciplinary approach (petrology, tectonics, fissiontracks
chronometry and geophysics) of the geodynamic evolution of the Piemontese zone
from the western Alps (Pelvoux-Dora Maira geotraverse of GéoFrance 3D programm).
This zone corresponds to the tectonic juxtaposition of two main domains :
-The Queyras Schistes lustrés in which different metamorphic P-T paths, reflecting a
progressive evolution under blueschist facies conditions, have been recognized. These
rocks have been buried at depth of 20-35 km under paleo-gradients of 25-30°C/km.
-The eclogitic units (Monviso and Dora Maira massifs), characterized by heterogeneous
high-pressure conditions (numerous pressure gaps), reflecting contrasted conditions of
burial under a very low thermal gradient of 4-6°C/km.
These two domains are interpreted as the remnants of different structural levels of an
intra-oceanic subduction zone. The Queyras Schistes lustrés, with an important metasedimentary
component and ocean-derived detritism, are regarded as a crustal
accretionary wedge, while the eclogitic units corresponds to a deep-seated wedge
composed by serpentinized peridotites and crustal slices sampled at different depths along
the Benioff zone. The exhumation of blueschists and eclogites is diachronous and
achieved, while subduction was still active, throught contrasted mechanisms. The tectonic
pile of the Piemontese zone was created at 30 Ma and its exhumation achieved by the
combination of erosion and extension. This syn-convergence extension occured under
greenschist facies conditions corresponds to the tectonic denudation, toward west, of the
eclogitic massifs. In the Queyras Schistes lustrés, the greenschist facies related structures
have been tilted toward the west during the exhumation. In the Piemontese zone,
extensional tectonics was synchronous of thrust development and shortening of the
european foreland and is still active today.
The crustal scale geometry of the internal zones is characterized by the occurence of a
mantle identor. This rigid, apulian, mantle back-stop was responsible for the stacking of
deep crustal slices derived from the european margin. The mantle identor is divided in
two units by crustal scale inverse faults and promotes the present-day strain partioning of
the western Alps. In this context, syn-convergence extension corresponds to the
accomodation of the vertical identation of the HP units, in relation to the continous NW /
SE convergence.
Key words: Western Alps, Piemontese zone, HP-LT metamorphism, intra-oceanic
subduction, exhumation, syn-convergence extension, mantle back-stop.
THE PIEMONTESE ZONE (WESTERN ALPS)A PALEO-SUBDUCTION
COMPLEX : METAMORPHIC, GEOCHRONOLOGIC AND STRUCTURAL
EVIDENCES.
This PhD Thesis presents a multidisciplinary approach (petrology, tectonics, fissiontracks
chronometry and geophysics) of the geodynamic evolution of the Piemontese zone
from the western Alps (Pelvoux-Dora Maira geotraverse of GéoFrance 3D programm).
This zone corresponds to the tectonic juxtaposition of two main domains :
-The Queyras Schistes lustrés in which different metamorphic P-T paths, reflecting a
progressive evolution under blueschist facies conditions, have been recognized. These
rocks have been buried at depth of 20-35 km under paleo-gradients of 25-30°C/km.
-The eclogitic units (Monviso and Dora Maira massifs), characterized by heterogeneous
high-pressure conditions (numerous pressure gaps), reflecting contrasted conditions of
burial under a very low thermal gradient of 4-6°C/km.
These two domains are interpreted as the remnants of different structural levels of an
intra-oceanic subduction zone. The Queyras Schistes lustrés, with an important metasedimentary
component and ocean-derived detritism, are regarded as a crustal
accretionary wedge, while the eclogitic units corresponds to a deep-seated wedge
composed by serpentinized peridotites and crustal slices sampled at different depths along
the Benioff zone. The exhumation of blueschists and eclogites is diachronous and
achieved, while subduction was still active, throught contrasted mechanisms. The tectonic
pile of the Piemontese zone was created at 30 Ma and its exhumation achieved by the
combination of erosion and extension. This syn-convergence extension occured under
greenschist facies conditions corresponds to the tectonic denudation, toward west, of the
eclogitic massifs. In the Queyras Schistes lustrés, the greenschist facies related structures
have been tilted toward the west during the exhumation. In the Piemontese zone,
extensional tectonics was synchronous of thrust development and shortening of the
european foreland and is still active today.
The crustal scale geometry of the internal zones is characterized by the occurence of a
mantle identor. This rigid, apulian, mantle back-stop was responsible for the stacking of
deep crustal slices derived from the european margin. The mantle identor is divided in
two units by crustal scale inverse faults and promotes the present-day strain partioning of
the western Alps. In this context, syn-convergence extension corresponds to the
accomodation of the vertical identation of the HP units, in relation to the continous NW /
SE convergence.
Key words: Western Alps, Piemontese zone, HP-LT metamorphism, intra-oceanic
subduction, exhumation, syn-convergence extension, mantle back-stop.
Ce mémoire présente une approche pluridisciplinaire, pétrologique, tectonique,
géochronologique par traces de fission, et géophysique, de l'évolution géodynamique de la zone
Piémontaise des Alpes occidentales (géotraverse Pelvoux-Dora Maira du programme GéoFrance
3D). La zone Piémontaise correspond à la juxtaposition de deux domaines tectonométamorphiques
métamorphiques majeurs:
-Les Schistes lustrés du Queyras présentent des chemins "pression-température" diversifiés mais
compatibles avec une évolution progressive dans les conditions du faciès des schistes bleus.
L'ensemble de ces unités a été enfoui à des profondeurs de 20 à 35 km avec des paléo-gradients
thermiques de 25 à 30°C/km.
-Les unités éclogitiques, correspondant au massif ophiolitique du Monviso et au complexe de
croûte continentale de Dora Maira, présentent des conditions métamorphiques hétérogènes avec
de fortes sautes en pression témoignant de profondeurs d'enfouissement supérieures à 50 km dans
un environnement thermique faible de 4 à 6°C/km.
Ces deux types de domaines sont interprétés comme différents niveaux d'une zone de subduction
intra-océanique, où les Schistes lustrés du Queyras, à forte composante sédimentaire et détritisme
océanique, sont assimilables à un prisme d'accrétion crustal tandis que les ensembles
éclogitiques correspondent à une portion d'un prisme profond constitué de péridotites hydratées,
associées à des morceaux de croûte océanique échantillonnés à différentes profondeur, le long du
plan de Benioff.
L'exhumation des schistes bleus et des éclogites s'effectue de façon diachrone, plus précoce pour
les schistes bleus que pour les éclogites, par des mécanismes différents, propres à la dynamique
interne de chacun des deux prismes, alors que la subduction est encore active. Ce n'est qu'à partir
de 30 Ma que l'édifice actuel de la zone Piémontaise est constitué et qu'il est mis en surface dans
un contexte strictement collisionnel sous l'effet combiné de l'érosion et de l'extension. Cette
extension syn-convergence débute dans les conditions du faciès des schistes verts et correspond
dans les domaines éclogitiques à une extension multi-directionnelle, localement cisaillante à
vergence Ouest, qui reflète l'exhumation par dénudation tectonique de l'ensemble des unités
éclogitiques. Par contre dans les Schistes lustrés du Queyras, les structures syn-schistes verts ont
été basculées vers l'Ouest de plusieurs dizaines de degrés au cours de l'exhumation. Le régime en
extension de la zone Piémontaise s'initie clairement alors que la chaîne est en raccourcissement
global, synchrone des grandes structures chevauchantes et de l'écaillage de la croûte européenne,
et se poursuit encore aujourd'hui alors que le système alpin est toujours en convergence.
La géométrie actuelle d'échelle crustale des zones internes se caractérise par la présence d'un coin
de manteau en position superficielle sous le massif de Dora Maira. Ce morceau de manteau
apulien, froid et rigide, a joué tout au long de la collision continentale, le rôle d'un indenteur
produisant l'écaillage de la marge européenne sous les zones internes. Ce poinçon mantellique,
est découpé en deux parties par l'intermédiaire d'un système de failles inverses verticalisées en
surface. Le découpage de ce butoir est à l'origine du partitionnement de la déformation récente à
actuelle des Alpes occidentales. L'extension syn-convergence dans la zone Piémontaise est la
conséquence du poinçonnement vertical généré par le racourcissement NW / SE enregistré à
l'échelle des plaques.
Mots clés: Alpes occidentales, zone Piémontaise, métamorphisme HP-BT, subduction intraocéanique,
exhumation, extension syn-convergence, indenteur mantellique.
géochronologique par traces de fission, et géophysique, de l'évolution géodynamique de la zone
Piémontaise des Alpes occidentales (géotraverse Pelvoux-Dora Maira du programme GéoFrance
3D). La zone Piémontaise correspond à la juxtaposition de deux domaines tectonométamorphiques
métamorphiques majeurs:
-Les Schistes lustrés du Queyras présentent des chemins "pression-température" diversifiés mais
compatibles avec une évolution progressive dans les conditions du faciès des schistes bleus.
L'ensemble de ces unités a été enfoui à des profondeurs de 20 à 35 km avec des paléo-gradients
thermiques de 25 à 30°C/km.
-Les unités éclogitiques, correspondant au massif ophiolitique du Monviso et au complexe de
croûte continentale de Dora Maira, présentent des conditions métamorphiques hétérogènes avec
de fortes sautes en pression témoignant de profondeurs d'enfouissement supérieures à 50 km dans
un environnement thermique faible de 4 à 6°C/km.
Ces deux types de domaines sont interprétés comme différents niveaux d'une zone de subduction
intra-océanique, où les Schistes lustrés du Queyras, à forte composante sédimentaire et détritisme
océanique, sont assimilables à un prisme d'accrétion crustal tandis que les ensembles
éclogitiques correspondent à une portion d'un prisme profond constitué de péridotites hydratées,
associées à des morceaux de croûte océanique échantillonnés à différentes profondeur, le long du
plan de Benioff.
L'exhumation des schistes bleus et des éclogites s'effectue de façon diachrone, plus précoce pour
les schistes bleus que pour les éclogites, par des mécanismes différents, propres à la dynamique
interne de chacun des deux prismes, alors que la subduction est encore active. Ce n'est qu'à partir
de 30 Ma que l'édifice actuel de la zone Piémontaise est constitué et qu'il est mis en surface dans
un contexte strictement collisionnel sous l'effet combiné de l'érosion et de l'extension. Cette
extension syn-convergence débute dans les conditions du faciès des schistes verts et correspond
dans les domaines éclogitiques à une extension multi-directionnelle, localement cisaillante à
vergence Ouest, qui reflète l'exhumation par dénudation tectonique de l'ensemble des unités
éclogitiques. Par contre dans les Schistes lustrés du Queyras, les structures syn-schistes verts ont
été basculées vers l'Ouest de plusieurs dizaines de degrés au cours de l'exhumation. Le régime en
extension de la zone Piémontaise s'initie clairement alors que la chaîne est en raccourcissement
global, synchrone des grandes structures chevauchantes et de l'écaillage de la croûte européenne,
et se poursuit encore aujourd'hui alors que le système alpin est toujours en convergence.
La géométrie actuelle d'échelle crustale des zones internes se caractérise par la présence d'un coin
de manteau en position superficielle sous le massif de Dora Maira. Ce morceau de manteau
apulien, froid et rigide, a joué tout au long de la collision continentale, le rôle d'un indenteur
produisant l'écaillage de la marge européenne sous les zones internes. Ce poinçon mantellique,
est découpé en deux parties par l'intermédiaire d'un système de failles inverses verticalisées en
surface. Le découpage de ce butoir est à l'origine du partitionnement de la déformation récente à
actuelle des Alpes occidentales. L'extension syn-convergence dans la zone Piémontaise est la
conséquence du poinçonnement vertical généré par le racourcissement NW / SE enregistré à
l'échelle des plaques.
Mots clés: Alpes occidentales, zone Piémontaise, métamorphisme HP-BT, subduction intraocéanique,
exhumation, extension syn-convergence, indenteur mantellique.