Corrigé

Introduction

Les chaînes de montagnes récentes, comme les Alpes et l'Himalaya, sont caractérisées par des reliefs positifs très accusés : plus de 8 000 m pour l'Himalaya, contrastant avec l'altitude moyenne du relief continental inférieur à 1 000 m. En revanche, les chaînes de montagnes anciennes comme le Massif armoricain ont une altitude beaucoup plus basse. Autrefois, elles ont pourtant été des montagnes aux reliefs accusés : des mécanismes ont donc contribué à la disparition de leurs reliefs au cours de leur histoire.

Nous allons explorer les mécanismes à l'origine de la formation des reliefs des chaînes de montagnes avant d'aborder ceux provoquant leur disparition.

I. La formation des reliefs des chaînes de montagnes

A. L'épaississement de la croûte des chaînes de collision

Dans les chaînes de montagnes récentes, les reliefs sont associés à un épaississement de la croûte. Celle-ci atteint une épaisseur de 50 km dans les Alpes, et jusqu'à 70 km à certains endroits de l'Himalaya, alors que l'épaisseur moyenne de la croûte continentale est de l'ordre de 30 km. Cet épaississement affecte la couverture sédimentaire de la croûte et le socle. Au niveau du socle, cela se traduit par une racine crustale.

Les mécanismes qui assurent l'épaississement de la croûte continentale sont aussi ceux en jeu dans la création des reliefs. Ces mécanismes sont dits tectoniques car ils se traduisent par des déformations des roches de la croûte.

B. Les déformations de la couverture sédimentaire (figure 1)

La présence de plis affectant les roches de la couverture sédimentaire est très fréquente dans les reliefs des chaînes de montagnes. Or les sédiments à l'origine de ces roches se sont initialement déposés en couches quasi horizontales. Lors de la formation de la chaîne, les sédiments ont subi une déformation sous l'effet de forces compressives, provoquant un raccourcissement et un épaississement de la couverture sédimentaire.

Cela est particulièrement net pour les plis couchés, où les deux flancs sont quasiment parallèles et superposés.

D'autres déformations dues à des contraintes compressives sont les failles inverses et les plis failles. Une faille est une fracture selon un plan, avec déplacement relatif des deux blocs situés de part et d'autre.

Lors d'une faille inverse, le compartiment situé au-dessus de la faille surmonte le compartiment situé en dessous, ce qui traduit une déformation en compression et s'accompagne d'un raccourcissement et d'un épaississement par rapport à la situation initiale.

Les chevauchements, et surtout les nappes de charriage sont des déformations de plus grande ampleur. Dans ces deux cas, un déplacement horizontal d'un compartiment rocheux amène des terrains à chevaucher d'autres terrains. Lors d'un chevauchement, le déplacement est d'ampleur modérée (quelques kilomètres) alors que, dans une nappe de charriage, il peut dépasser une centaine de kilomètres.

Ces déformations conduisent souvent à une disposition anormale des formations sédimentaires, où des couches plus anciennes se trouvent au-dessus de couches plus récentes.

Chevauchement et nappe de charriage entraînent un raccourcissement important et un épaississement de la couverture sédimentaire participant à la formation de relief.

C. Les déformations du socle de la croûte des chaînes de montagnes

Par l'intermédiaire de données sismiques, on obtient un accès indirect à la structure profonde de la croûte d'une chaîne de montagnes. On constate un empilement d'écailles de croûte de nappes crustales superposées les unes aux autres et se chevauchant.

Ces déformations de grande ampleur participent au rétrécissement et à l'épaississement de la croûte, et donc à la formation de la racine crustale associée aux reliefs.

D. Le contexte tectonique créateur de l'épaississement crustal

La chaîne de montagnes de collision résulte d'une longue histoire. La collision a été précédée d'un long épisode où de la lithosphère océanique séparant deux lithosphères continentales a subducté sous l'une des lithosphères continentales (convergence). Lorsque toute la lithosphère océanique a disparu par subduction, les deux lithosphères continentales sont entrées en collision. La convergence des deux lithosphères continentales a causé des déformations dans la lithosphère continentale subduite, ce qui a entraîné la formation de la chaîne. C'est ainsi que l'Himalaya résulte des déformations de la lithosphère de l'Inde suite à sa collision avec la lithosphère asiatique.

Une fois la lithosphère océanique complètement résorbée, la subduction de la lithosphère continentale succède à celle de la lithosphère océanique. La majeure partie de la croûte continentale se désolidarise du manteau lithosphérique qui poursuit sa subduction. Du fait du blocage de sa subduction, la croûte se fracture et donne naissance à une première écaille de croûte sous laquelle la croûte continentale continue à s'enfoncer. Le phénomène se renouvelle tant que dure la convergence, de sorte que la croûte continentale se débite en plusieurs écailles superposées les unes aux autres, Ces écailles participent à la formation des reliefs. Les sédiments océaniques de la lithosphère océanique qui a subducté n'entrent pas pour leur majorité en subduction. Ils sont intensément déformés lors de la collision.

II. Les mécanismes contribuant à la disparition des reliefs

A. L'eau, agent principal de la destruction des reliefs

Cette action de l'eau débute dès la formation de la chaîne.

Action mécanique. Les roches affleurant en altitude dans les montagnes sont fissurées et soumises à des températures variables, souvent basses. L'eau qui circule dans les fissures passe souvent de l'état liquide à l'état solide et inversement. Ce passage s'accompagnant d'une augmentation de volume, la glace fait éclater la roche, entraînant la formation d'éboulis constitués de fragments de roches. En avançant, les glaciers, masses de glace en mouvement, rabotent le fond et les parois de la vallée glaciaire, entraînant également la fragmentation de la roche encaissante.

Action chimique : l'altération. L'eau attaque les minéraux des roches selon deux processus principaux :

La dissolution, particulièrement active lorsque l'eau est riche en CO2 dissous, concerne surtout les roches calcaires et aboutit à la disparition du calcaire solide sous forme d'ions solubles, les ions .

L'hydrolyse affecte surtout les roches magmatiques comme le granite, et les roches métamorphiques comme les gneiss, et plus précisément certains de leurs minéraux constitutifs : feldspaths micas. Certains ions participant à la composition de ces minéraux entrent en solution (Na+, K+, Ca++). À partir des autres constituants de ces minéraux altérés se forment d'autres minéraux comme les argiles. Le quartz résiste, lui, à l'altération chimique. La roche ayant subi l'altération devient friable et sensible à l'action mécanique de l'eau.

Érosion et sédimentation. Les fragments solides et les ions en solution produits par les actions mécanique et chimique sont entraînés par les eaux de ruissellement qui, par gravité, gagnent les torrents puis les fleuves. Ils sont finalement déposés dans des bassins continentaux et surtout des bassins océaniques. Le volume des dépôts sédimentaires de ces bassins peut être considérable et représente un transfert de matière des reliefs vers les bassins. Cela contribue à l'effacement des reliefs.

B. Phénomènes tectoniques et disparition des reliefs

La disparition des reliefs ne se limite pas à pénéplaner la chaîne de montagnes. En effet, l'épaisseur de la croûte des chaînes de montagnes anciennes est de l'ordre de 30 km, ce qui correspond à l'épaisseur moyenne de la croûte continentale : la racine crustale a disparu. Cela suppose la disparition, outre des reliefs positifs, de 20 à 30 km de croûte. Cela est dû à un réajustement isostatique marqué par une remontée de la lithosphère suite à l'érosion des parties superficielles de la chaîne. Ce mouvement vertical, lié au fait que la lithosphère tend à être en équilibre sur l'asthénosphère, fait que la racine crustale est soumise à l'érosion jusqu'à retrouver une épaisseur normale.

Il semble cependant que l'érosion même associée à la remontée isostatique de la croûte soit insuffisante pour rendre compte de la disparition des reliefs et que d'autres phénomènes tectoniques d'étirement et d'effondrement de la croûte y contribuent.

Conclusion

La formation des reliefs d'une chaîne de montagnes s'intègre dans la dynamique globale de la planète, c'est-à-dire dans la tectonique des plaques. La convergence de deux lithosphères continentales entraîne des déformations de la croûte de la plaque subduite qui se traduisent par un raccourcissement et un épaississement de la croûte générateurs de reliefs. Ainsi, des mouvements horizontaux des plaques engendrent des reliefs verticaux.

La destruction des reliefs, qui débute dès la formation de la chaîne, est due en grande partie à des phénomènes géologiques externes où l'action de l'eau est prépondérante.

Ainsi, les chaînes de montagnes sont des systèmes dynamiques qui évoluent pendant des dizaines de millions d'années. La figure 2 traduit cette évolution : le pli est caractéristique de la formation des reliefs. La surface où des couches sédimentaires horizontales reposent en discordance sur les roches plissées évoque la destruction de la chaîne qui a été pénéplanée et recouverte ensuite par une mer.