La formation des chaînes de montagnes : cours de Terminale SVT

Quand tu regardes un paysage de montagne, tu vois un relief. Quand un géologue le regarde, il voit surtout une déformation figée : des couches de roches qui ont été pliées, cassées, empilées. Ce cours t'apprend à lire ces traces pour reconstituer ce qui s'est passé, parfois il y a des centaines de millions d'années.

Les montagnes sont depuis longtemps considérées comme l'ossature de la Terre, son squelette, et on les représente le plus souvent sous forme de chaînes, comme les Alpes ou les Pyrénées.³ Mais l'explication scientifique de leur origine est récente à l'échelle de l'histoire humaine : la question de la naissance des grands reliefs occupe philosophes et scientifiques depuis l'Antiquité, et elle ne s'oriente vers une réponse positive qu'à partir du XIXe siècle, quand la géologie devient une science cohérente.⁴

Dans ce chapitre, tu vas répondre à quatre questions :

• Qu'est-ce qu'une chaîne de montagnes de collision ?
• Quelles traces de déformation y observe-t-on, et comment les mesurer ?
• Pourquoi deux chaînes comme les Alpes et l'Himalaya ne se sont-elles pas déformées de la même façon ?
• Comment utiliser ces traces pour raconter le passé d'une région, y compris très ancienne ?

Tu t'appuieras sur ce que tu as déjà vu : la chronologie relative (qui est plus ancien que quoi) et la chronologie absolue (donner un âge en années).

Le mot clé est convergence : les plaques se rapprochent et la zone qui se trouve entre elles est comprimée. Cette compression ne produit pas partout le même résultat. Les chaînes de collision présentent en effet des styles de déformation et des quantités de déformation très variables.²

C'est cette variabilité qui pose problème et qui intéresse les chercheurs : si le mécanisme général est le même, pourquoi les résultats diffèrent-ils d'une chaîne à l'autre ?

Une chaîne de collision se compose de couches sédimentaires plissées et de chevauchements : ce sont ces structures qui absorbent le raccourcissement de la croûte terrestre.² Reprenons ces mots un par un.

• Un pli est une couche de roche initialement à peu près horizontale qui s'est courbée sous l'effet d'une compression, comme une nappe qu'on pousse sur une table.
• Un chevauchement est une cassure le long de laquelle un ensemble de roches glisse et vient recouvrir un autre ensemble.
• Le raccourcissement est le résultat : la même série de roches occupe désormais, à l'horizontale, une largeur plus petite qu'avant la déformation.

Le niveau de découplage est donc une caractéristique mesurable d'une chaîne : on peut dire qu'il est « profond » (de l'ordre de 20 km) ou « superficiel » (moins de 10 km).² Retiens bien ce vocabulaire, car c'est lui qui permet de comparer les chaînes.

Une équipe de l'iSTeP, à Paris, associée à un chercheur de l'université d'Oxford, a publié en août 2013 dans la revue Nature Geoscience un résultat remarquable : il existe un lien entre la structure des chaînes de collision et les propriétés mécaniques de la lithosphère.²

Ce résultat relie deux grandeurs que tu viens de rencontrer, le niveau de découplage et le pourcentage de raccourcissement :

• Les chaînes à découplage profond, dans la croûte moyenne et inférieure (environ 20 km), ont un raccourcissement compris entre 20 et 45 %. Les Alpes en sont l'exemple.²
• Les chaînes à découplage plus superficiel, inférieur à 10 km, ont un raccourcissement plus important, entre 45 et 70 %. L'Himalaya en est l'exemple.²

Pourquoi ces différences ? Les chercheurs retiennent deux explications possibles : une variation du couplage aux limites des plaques, ou une variation des propriétés mécaniques de la lithosphère, héritées d'épisodes tectoniques antérieurs à la convergence, qu'ils aient été en extension ou en compression.² La première cause semblait évidente. Quant à l'héritage tectonique, il n'avait été compris jusque-là que de façon qualitative, et parfois même ignoré.²

Ce résultat est surprenant si on raisonne intuitivement. On pourrait penser que plus les plaques se rapprochent vite, plus la chaîne se raccourcit. L'étude montre que ce n'est pas le critère principal : ce qui compte surtout, c'est l'état de la lithosphère avant la collision, c'est-à-dire son histoire. La lithosphère garde la mémoire des épisodes qu'elle a déjà vécus.

C'est un bon exemple de raisonnement scientifique : l'héritage tectonique, longtemps compris seulement qualitativement, est ici confronté à des données mesurées.²

Les Alpes et l'Himalaya sont des chaînes que l'on voit en relief. Mais des chaînes beaucoup plus anciennes peuvent aussi se reconnaître, à condition de lire les roches. La Guyane en fournit un exemple : dans le secteur de la « Montagne d'Or », les roches datent du Paléoprotérozoïque. Il s'agit de basaltes et de rhyolites, des roches volcaniques rattachées à la ceinture de roches vertes du Paramaca.⁵

Aujourd'hui érodées, ces roches sont les restes d'un arc volcanique apparu il y a 2,18 à 2,13 milliards d'années. Pendant l'édification de la chaîne transamazonienne, elles ont été plissées en synclinaux.⁵

Voici comment raisonner à partir de cette information, en mobilisant tes acquis :

• Chronologie relative : les roches volcaniques sont plissées, donc elles existaient déjà quand la chaîne s'est formée. La formation de l'arc est antérieure à la déformation qui les a plissées.
• Chronologie absolue : l'arc s'est formé entre 2,18 et 2,13 milliards d'années, c'est-à-dire sur une période d'environ $2{,}18 - 2{,}13 = 0{,}05$ milliard d'années, soit 50 millions d'années.
• Lecture de la déformation : des plis (ici des synclinaux) sont la trace d'un raccourcissement, comme dans les chaînes actuelles.

Ce que tu apprends aujourd'hui repose sur des outils qui se sont construits progressivement. Au XIXe siècle, les descriptions régionales se multiplient et reposent sur des bases solides. On peut alors proposer des cartes et des coupes géologiques, voire des représentations en trois dimensions.⁴

Ces documents permettent ensuite de représenter la structure d'une région à différentes époques de son histoire. En réunissant ces étapes par des dessins intermédiaires, comme cela a été fait pour les Alpes françaises, on obtient une sorte de film qui permet de retracer la « cinématique » d'une chaîne.⁴

Cette idée reste au cœur de ton raisonnement : à partir de coupes et de datations, on reconstitue une succession d'états d'une région. C'est exactement ce que tu fais quand tu compares la longueur d'une série avant et après déformation.