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Exhumation récente de l’avant-pays alpin en relation avec des chevauchements profonds

par Chargé(e) de communication - 7 février 2017

Une équipe française composée de chercheurs de l’Institut des sciences de la Terre (ISTerre/OSUG, CNRS / IRD / UGA / IFSTTAR / Université Savoie Mont Blanc) et du laboratoire Géosciences Paris Sud (GEOPS/IPSL, CNRS / Université Paris Sud) a publié les premières données thermochronologiques basses températures permettant de quantifier la séquence d’enfouissement et d’exhumation de sédiments détritiques au front de l’arc alpin dans la région de Digne (Alpes de Haute Provence). L’histoire thermique modélisée de ces bassins indique que les sédiments détritiques tertiaires ont été recouverts, entre - 12 et - 6 Ma, par 3 à 4 km d’épaisseur de nappe sédimentaire mésozoïque puis ramenées à la surface grâce à la formation d’un relief progressivement érodé. Cette exhumation régionale est interprétée par les chercheurs comme étant liée à la propagation de la déformation compressive dans la croûte supérieure de l’avant pays alpin par chevauchements et écaillage du socle cristallin.

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Carte géologique simplifiée des Alpes occidentales (modifiée d’après Schwartz et al., 2017)
Les sites étudiés sont localisés au front de la nappe de Digne. Le développement des bassins tertiaires reflètent la propagation progressive de la déformation vers l’ouest en relation avec la collision alpine et le fonctionnement du chevauchement pennique frontal (CPF) qui a débuté vers 34 Ma

Du fait de la propagation de la déformation compressive alpine, vers le sud-ouest, certaines parties des bassins tertiaires d’avant-pays, y compris le synclinal du "Vélodrôme", ont été enfouies sous la couverture sédimentaire mésozoïque de la nappe de Digne, dont le front représente le front de déformation le plus externe de l’arc alpin occidental. La nappe de Digne chevauche ainsi plusieurs bassins tertiaires qui néanmoins affleurent localement à la faveur d’une demi-fenêtre d’érosion d’échelle régionale. La présence de cette structure érosive au front de la chaîne suggère un soulèvement et une exhumation récente de l’avant pays.
Afin de quantifier cette séquence d’enfouissement et d’exhumation enregistrée par les sédiments détritiques des bassins tertiaires, une étude thermochronologique basse température couplant traces de fission et (U-Th)/He sur apatite a été menée conjointement par deux équipes des laboratoires ISTerre et GEOPS. A l’aide d’un travail d’inversion des données thermochronologiques, l’histoire thermique de la zone a été déterminée. Cette modélisation indique qu’il y a 10 Ma, les sédiments détritiques tertiaires étaient enfouis à une profondeur proche de 3-4 km, en relation avec la mise en place de la nappe de Digne par chevauchement. À partir de 6 Ma, les sédiments tertiaires ont enregistré une exhumation rapide (de l’ordre du mm/an), en relation avec l’initiation d’une structure érosive d’échelle régionale contemporaine de la création du relief. La mise en place de ce relief et de son érosion reflète l’implication du socle cristallin lors de la propagation de la déformation compressive au sein de l’avant-pays. L’exhumation s’est produite en même temps que la crise de salinité messinienne (MSC, 5,96-5,33 Ma). Or, l’érosion associée au MSC est connue pour produire des phénomènes d’incision localisés (canyons et gorges) mais pas pour générer de l’érosion à grande échelle comme celle observée dans le cas de la formation de la demi-fenêtre d’érosion. Quant au changement climatique lié au MSC, il pourrait avoir facilité l’érosion de la nappe de Digne, mais il ne peut être considéré comme le contrôle principal de cette exhumation. Les chercheurs estiment que la signature érosive documentée au sein de la nappe de Digne met plutôt en évidence un contrôle des processus tectoniques de la croûte profonde sur le développement du relief de l’avant-pays au front de l’arc alpin.

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Exemples de deux sites d’échantillonnage dans les bassins tertiaires situés au nord (A-Faucon du Caire) et au sud (B-Esclangon) de la demi-fenêtre d’érosion et la modélisation thermique associée
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Coupes tectoniques schématiques illustrant l’évolution de la déformation de l’avant-pays européen, de - 12 Ma à l’actuel
(A) Entre - 12 Ma et - 6 Ma, bassins tertiaires et couverture sédimentaire sont enfouis sous la nappe de Digne. (B) À partir de - 6 Ma, l’écaillage du socle par chevauchements produit un soulèvement régional et une érosion conduisant à une demi-fenêtre d’érosion, où affleure actuellement les bassins tertiaires.

Source :
Stéphane Schwartz, Cécile Gautheron, Laurence Audin, Thierry Dumont, Jérôme Nomade, Jocelyn Barbarand, Rosella Pinna-Jamme and Peter van der Beek, 2017. Foreland exhumation controlled by crustal thickening in the Western Alps. Geology, vol. 45, pp. 139-142, DOI:10.1130/G38561.1

Contact scientifique local :
- Stéphane Schwartz, ISTerre/OSUG : stephane.schwartz (at) univ-grenoble-alpes.fr, 04 76 63 59 04

Cette actualité est également relayée par
- l’institut national des sciences de l’Univers du CNRS (INSU)

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