Le massif du Tanneron et l’évolution géologique de la région

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Responsable du dossier : Urs Schärer Références bibliographiques : 1) P. Matte, Terra Nova

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, p.122-128, 2001. 2) A. Demoux, U. Schärer, M. Corsini, J. Geol. Soc. London

165

, p.467-478, 2008. 3) F. auf der Maur, P. Heitzmann, P. Lehner, B. Schenk, Echo from the Swiss Underground Results from the National Research Programme (

NFP/NRP 20

) of the Swiss National Science Fondation on the Deep Geological Structure of Switzerland.

Le Tanneron – Contenu du dossier

1) Contexte géodynamique global de l’orogenèse hercynienne 2) Phénomènes métamorphiques et magmatiques liés à la collision continentale. 3) Evolution de la chaine hercynienne jusqu’à aujourd’hui 4) Carte et coupe du massif du Tanneron actuel, âges radiométriques et les 4 lieux d’observations 5) Descriptions et observations à faire sur ces lieux. 2

Le massif hercynien (varisque) du Tanneron

Structuration il y a 420-280 Ma, essentiellement par collision continentale ( épaississement crustal), suivi d’exhumation et d’érosion. Types de roches : -- métamorphiques méta-sédiments (paragneiss) intrusions métamorphisées (orthogneiss) -- intrusions juvéniles (roches ignées) -- charbon de bois 3

Le massif hercynien du Tanneron représente un des très nombreux massifs du Paléozoïque, exhumés par l’érosion de la couverture permienne, triasique, jurassique, crétacée et tertiaire, en directe relation avec la formation de la chaine alpine entre 30 Ma et aujourd’hui. Ces morceaux de socle hercynien avaient déjà subi une première exhumation et érosion pendant le Paléozoïque, vers la fin de l’orogénèse hercynienne (ca, 280-240 Ma ). La configuration géodynamique avant et pendant l’événement hercynien (ou varisque) est illustrée dans les figures suivantes, qui montrent 4 reconstructions paléogéographiques pour 465 Ma (Ordovicien moyen), 425 Ma (Silurien moyen), 375 Ma (Dévonien), et 340 Ma Carbonifère inférieur. Pendant l’Ordovicien moyen, l’essentiel des masses continentales (environ 30% de la surface de la Terre) se trouvaient assemblées dans l’hémisphère sud, appelé

Gondwana

. Les autres continents au Nord étaient fragmentés en 3 grands morceaux :

Laurasia

,

Siberia

et

Baltica

. Entre ces 2 grandes masses se trouvaient 2 continents plus petits :

Avalonien

au nord et

Armoricain

. A partir d’environ 500 Ma, l’océan entre ces continents commence à se fermer et les continents entrent successivement en collision, créant l’énorme continent

Pangée

, qui comprenait à l’échelle globale presque tous les continents actuellement présents à la surface de la Terre. 4

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Lors de ces collisions continentales (370 et 340 Ma), se produit un empilement de segments de croûte continentale du Nord au Sud, pour produire une croûte de grande épaisseur, entre 60 et 80 km . Une croûte normale en équilibre ne fait que 30 km. La diapositive de la page 8 illustre cette situation, indiquant également la limite (MOHO) entre le manteau et la croûte de la lithosphère continentale. L’observation importante est que, grâce à la grande épaisseur de la croûte, l’énergie radioactive produite par des isotopes des éléments Uranium, Thorium et Potassium est suffisamment importante pour déshydrater les minéraux et induire une fusion partielle de la croûte, contemporaine au métamorphisme des roches de la croûte ancienne. Le schéma de la page 9 montre un assemblage de minéraux, soumis à une augmentation de température et pression. Ces changements de paramètres physiques provoquent la diffusion d’éléments chimiques ( éléments incompatibles ) qui quittent les réseaux cristallins pour se concentrer le long des joints des grains de minéraux. Une roche métamorphique est créée, et quand la diffusion progresse, le matériel autour des grains commence à fondre et les cristaux de la roche mère recristallisent pour former des migmatites, composées de liquide anatectique (néosome) et de la roche-mère résiduelle (paléosome). Finalement, un granite est formé par migration et accumulation de ces liquides anatectiques. Il est important de noter que ce type de fusion est toujours partielle ; il reste systématiquement de grands volumes de roches-mères. 7

Migmatites et granites anatectiques Chaleur et déshydratation des minéraux fusion partielle de la croûte.

Moho 60 km 8

Diffusion d’ions et libération d’eau (métamorphisme) Liquide anatectique (roche mère + liquide =

migmatite

) Accumulation de liquide

Granite

vers 9

Le dessin suivant (page 13), montre l’évolution de la zone de collision continentale entre

Gondwana, Armorica, Avalonia et Laurasia

, pour environ 300 Ma (Carbonifère), 280 340 Ma (Permien) et 200 Ma (Triasique). A 300 Ma la zone de collision se trouve encore proche de l’altitude du niveau de la mer et de grandes forêts se forment, présentes aujourd’hui comme charbon fossile. Vers 280 Ma , l’exhumation de la chaine hercynienne commence, accompagnée par l’érosion et la sédimentation des produits érodés. Pendant l’exhumation, des zones d’extension se forment, en relation avec des montées de diapirs mantelliques asthénosphériques, qui amincissent la lithosphère continentale de la Pangée. Dans la tête de ces diapirs (

péridotites lherzolitiques)

se forment, par fusion partielle de 15-20 %, des

magmas basaltiques

qui migrent dans des grandes failles lithosphériques vers la surface. Ces liquides basaltiques induisent une fusion partielle de la croûte continentale. Le produit de cette fusion est un magma très acide qui est extrudé d’une façon hautement explosive comme roches volcaniques (

rhyolitique et ignimbritique

). Dans notre région, ces roches sont connues comme le massif de l’

Esterel .

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Vers

240 Ma

(figure page 13) la chaine hercynienne est largement érodée et couverte par les sédiments permiens, essentiellement des

conglomérats, brèches et sables

. La disparition de la chaine hercynienne est suivie d’une transgression marine triasique à l’échelle globale, formant des mers relativement peu profondes (Est de l’Amérique, Europe et Asie). Le climat pendant le Trias (

250-210 Ma

) est très chaud (absence de calottes glaciaires) et le niveau de l’eau des océans et mers est d’environ 80 m plus haut qu’actuellement. La forte évaporation de ce climat provoque un assèchement de ces mers plates et des

évaporites

sont formées :

calcaire, dolomite, gypses et sels

(NaCl et KCl), formant aujourd’hui les dépôts mondiaux de sels. La première des trois figures de la page 14 illustre cette situation, il y a 200 Ma (Trias), et montre un fossile marin de plusieurs mètres de long, qui peuplait les mers à cette époque : les ancêtres des dinosaures. Déjà pendant ces temps, la convergence des continents cède et un diapir du manteau asthénosphérique monte vers la plaque continentale, pour provoquer une cassure de la Pangée. 11

Des magmas basaltiques se forment dans la tête du panache asthénosphérique, pour former une dorsale océanique (chaine de volcans sous-marins). Cet océan, le (la)

Téthys

sépare l’Europe de l’Afrique pendant le Jurassique (

210-140 Ma

), comme illustré sur la page 15, qui montre également l’exemple d’un pillow (coussin) de laves basaltiques, extrudé par les volcans sous-marins. Au début du Crétacé, le mouvement d’extension s’inverse (ouverture de l’Atlantique) et, vers

90 Ma

(page 16), la plaque continentale de l’Europe et la plaque océanique téthysienne s’enfoncent sous la marge de la plaque continentale africaine (dessin page 16). Vers

55 Ma

les deux continents se touchent et la Téthys a complètement disparu, laissant derrière des mers intra-plaques, relativement peu profondes, pendant que les chevauchements en profondeur continuent (roches métamorphiques alpines). Vers

30

Ma l’exhumation des Alpes commence et la chaine alpine se forme. Elle est encore en formation aujourd’hui et les produits d’érosion remplissent les bassins de molasse au Nord et au Sud des Alpes, régions entre Jura et Alpes, plaine du Po, ainsi que les bassins de Vienne (Autriche) pannonien (Hongrie). Dans notre région, ce sont les dépôts de conglomérats et sables qui dominent. 12

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Il y a 200 Ma

14

Il y a 150 Ma

15

Il y a 90 Ma

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Apres cette revue de l’histoire depuis l’événement hercynien aux temps actuels, la dernière page de texte est consacrée aux massifs hercyniens, et en particulier au massif du Tanneron exhumé vers 20-15 Ma lors de l’orogenèse alpine. Les dessins pages 18 et 19 résument la situation vers

30 Ma

quand le socle hercynien est encore profondément enfoui sous les sédiments triasiques, jurassiques et tertiaires. Après 30 Ma, l’exhumation de l’ensemble et l’érosion commencent, et les sédiments alpins se forment, pour finalement dénuder le socle hercynien (l’ancienne chaine hercynienne). Un phénomène important qui accompagne cette exhumation est la formation de grands chevauchements (nappes, dessin page 19), pour compenser la convergence persistante entre l’Europe et l’Afrique après la collision initiale à 55-50 Ma. C’est ce type de charriage qui domine l’arrière-pays des Alpes du Sud. Le cliché page 20 montre l’énorme étendue de la chaîne hercynienne sur notre globe. Les trois figures suivantes (pages 21, 22, 23) montrent les cartes géologiques des massifs des Maures et du Tanneron, séparés par le massif plus jeune de l’Esterel. Le profil page 23 (la coupe) montre l’importance des grandes failles qui séparent les différents blocs des massifs. La carte qui montre uniquement le Tanneron (page 23) indique aussi les âges radiométriques (U-Pb sur monazite) qui varient entre 320 et 297 Ma , avec l’exception d’un bloc du massif qui s’est déjà refroidi à partir de 440 Ma , tandis que les granites anatectiques dans les autres segments du Tanneron se trouvaient encore en profondeur. 17

exhumation Crétacé Triasique

so

socle hercynien Oligocène

A 30 Ma, la chaine hercynienne est couverte d’une épaisse couche de sédiments (Perm-Oligocène), suivie de l’exhumation et érosion alpine.

rhyolites h Eocène

chc

charbon

h 18

Il y a 20 Ma

19

Extension de la chaine hercynienne après l’ouverture de l’Atlantique et de l’océan Indien 20

Tanneron 21

22

4 3 2 1

23

La dernière série de clichés montre des photos de roches que nous visiterons directement sur le terrain . Les lieux d’observation 1 à 4 sont indiqués sur la carte du Tanneron (page 23). Le premier lieu est dominé par un granite à très grands feldspaths potassiques (orthoses) , fortement affectés par la compression et l’épaississement crustal provoqués par la collision continentale , pour donner un gneiss œillé granitique. Tous les cristaux d’origine ont recristallisé et il y a eu diffusion des éléments incompatibles pour amplifier et agrandir les couches claires ( felsiques ), tandis que les couches sombres sont complémentairement plus petites et enrichies en éléments compatibles ( mafiques ). Après cette transformation métamorphique (aucune fusion), deux générations de filons (dikes) granitiques coupent d’une façon oblique le massif. Un des filons a été daté à 297 Ma. Au deuxième lieu d’observation (site 2), nous découvrons des roches qui ont été déformées sous le régime ductile, produisant une roche à couches métamorphiques très fines (millimétriques) qu’on appelle une mylonite . Trois des clichés (pages 25-27) montrent cette progression de déformation ductile (comportement comme la plastiline). Tous ces processus sont irréversibles. Les derniers clichés (pages 28-43) montrent en détail les variétés de roches rencontrées dans les sites 2 à 4 (voir carte Tanneron, page 23). Nous discuterons toutes ces structures de roches et leurs assemblages minéralogiques lors de la visite sur le terrain. 24

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26

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Affleurement d’un gneiss oeillé granitique Cannes la Bocca

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Même gneiss oeillé

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Grand K-fsp, enroulé et recristallisé dans le gneiss

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Grand K-fsp, encore automorphe, ayant survécu à la forte déformation

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Vue d’ensemble de la déformation du vieux granite, produisant le gneiss oeillé

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Filon Gneiss oeillé Filon microgranitique dans le gneiss

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Deuxième génération de filon microgranitique, perpendiculaire à la foliation du gneiss Filon à grain fin au

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au contact avec le gneiss

35 Boudinage Mylonite (site 2) avec filon boudiné

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Mylonite (site 2) produit par aplatissement extrême

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Granite ordinaire, non déformé, avec K-fsp, plagio et quartz

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Réseau de filons (apophyses) du granite de Grim (voir carte géol. du Tanneron)

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Même cortège de filons granitiques

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Je remercie tous mes amis de l’Association pour les discussions stimulantes et constructives

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