Surrection et déformations des massifs subalpins septentrionaux


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Les massifs subalpins, et notamment le massif de la Chartreuse, doivent leur existence en tant que reliefs, indépendamment des effets de l'érosion, qui les a seulement individualisés, à deux phénomènes fondamentaux, savoir :
- une déformation "tectonique" de leurs matériaux constitutifs (en l'occurrence leurs strates sédimentaires), qui consiste fondamentalement en un raccourcissement est-ouest par plis et chevauchements. Le problème est d'en comprendre la cause et les modalités.
- une surrection (soulèvement vertical), que l'on peut qualifier d'orogénique parce que c'est elle, à proprement parler, qui a mis la chaîne en relief. Ces mouvements, d'ensemble et/ou par panneaux, posent la question de leurs rapports, chronologiques et de causalité, avec la déformation.

1 - La surrection

Le soulèvement, depuis leur position de fond marin plus ou moins profond, des strates des chaînes subalpines affecte en réalité, au même titre, les régions voisines qui les encadrent, y compris notamment le "Sillon molassique périalpin", car la surface de comblement de cet ancien sillon marin, bien que restée plane, est maintenant surhaussée jusqu'à environ 1000 m dans les collines du Voironnais. Le soulèvement est encore plus important dans les massifs cristallins externes, puisqu'il a porté à plus de 3000 m le socle cristallin de celui de Belledonne, qui y a été mis à nu par l'érosion, alors qu'il semble se situer à plus de 5000 m de profondeur sous la Chartreuse.
Ce soulèvement résulte certainement en partie de la déformation tectonique de la couverture sédimentaire et de celle du socle cristallin, puisque cette déformation traduisait un raccourcissement horizontal, ce qui devait nécessairement être compensé par un accroissement d'épaisseur de la tranche déformé (les proportions et les modalités de détail en sont d'ailleurs susceptibles de prêter à discussions).
Mais ce n'en est certainement pas la cause exclusive. En particulier ce soulèvement correspond aussi à un surhaussement global de la chaîne, traduisant un rééquilibrage de flottaison de la croûte continentale. C'est en effet la réaction (dite "isostatique") qu'a dû nécessairement avoir cette dernière, à la suite de son allégement : celui-ci résulte d'une part de l'enfouissement de matériaux légers qui s'était produit antérieurement sous l'effet des déformations tectoniques des zones internes, et d'autre part des effets additionnels de l'ablation de matière due à l'érosion.

Il faut noter qu'un mouvement de surrection se poursuit à l'heure actuelle, à un taux de l'ordre de 1 mm par an, taux dont la valeur décroît progressivement vers les marges de la chaîne et atteint par contre 1,5 mm / an dans ses zones les plus hautes (secteurs dépassant 3000 m). Toutefois on discute pour savoir si ce soulèvement actuel représente une telle réaction, tardive à la formation de la chaîne, ou s'il résulte d'une poursuite de certaines des déformations tectoniques qui l'ont créée.



(figure agrandissable)

Coupe d'ensemble du chaînon subalpin de la Chartreuse, dans ses rapports avec les régions voisines
Cette coupe, schématique et simplifiée, montre la position de l'interface cristallin / couverture sur la transversale du massif de la Chartreuse (d'après les sondages sismiques de la campagne ECORS).

Le "synclinal bordier de Belledonne" correspond, en profondeur, à la zone de changement de pendage de l'interface socle cristallin - couverture. Son axe passe sur cette coupe à l'emplacement de Chamechaude (où l'anticlinal de l'Écoutoux change de sens de plongement axial).
Dans le socle les demi-flèches encadrant la ligne de tirets et de points d'interrogation indiquent l'hypothétique surface de chevauchement du massif de Belledonne (pour plus de détail voir la page spéciale consacrée à cette hypothèse).


2 - La déformation tectonique

Il s'avère que ses effets révèlent la combinaison de deux sortes de mouvements, les uns transverses à l'allongement des massifs subalpins et cristallins externes, c'est-à-dire plus ou moins est-ouest, les autres longitudinaux, c'est-à-dire plus ou moins nord-sud.

- Mouvements transverses

L'aspect le plus fondamental de la déformation est un raccourcissement transverse, grossièrement est-ouest (du moins au sud des Bornes), qu'expriment plis et chevauchements (il faut préciser que ce raccourcissement est susceptible d'avoir été compensé en faible partie par l'étirement longitudinal de ces massifs, mais que cet aspect reste très accessoire).
Le déversement de ces plis et chevauchements, dirigé très prioritairement vers l'ouest, montre que ce raccourcissement était associé à une composante de cisaillement dans le plan horizontal : en d'autres termes la déformation de la tranche de roche plissée comportait également une composante de mouvement relatif, vers l'ouest, de ses parties hautes par rapport à ses parties basses.

À ce niveau de l'analyse deux questions se posent :
- Ce raccourcissement - cisaillement est-il antérieur ou postérieur à la surrection des massifs cristallins externes ?
- Le cisaillement concerne-t-il seulement la couverture ou implique-t-il également le socle?

Deux conceptions des relations entre plissement et soulèvement
dans les chaînes subalpines septentrionales et les massifs cristallins externes
(inspiré par la structure des collines bordières de Belledonne)

- en haut : conception ancienne (années 1940) : le soulèvement de Belledonne [1] est la cause du plissement. Ce dernier résulte d'un glissement [2] sur la pente ainsi créée ;
- en bas : conception qui découle des études plus récentes : les plis sont dus à un cisaillement tangentiel [1] par rapport à la surface du socle, puis ont été basculés [2] par le soulèvement de Belledonne.

À la question des rapports avec la surrection de Belledonne fut donnée, dans les années 40, une réponse tellement séduisante qu'elle est, encore de nos jours, adoptée avec faveur par tous ceux qui en entendent parler pour la première fois. C'est celle d'une déformation des massifs subalpins dont le moteur aurait été le glissement gravitaire de la couverture : la formation du bombement, allongé NE-SW, de Belledonne aurait entraîné, au faîte de ce dernier, la déchirure de la couverture (par la traction de son propre poids) et celle-ci aurait glissé sur les flancs du chaînon cristallin en se froissant.

Il faut malheureusement renoncer à cette explication, pour plusieurs raisons :

-- a) le cisaillement et le plissement de la couverture se manifeste, toujours orienté vers l'ouest, sur l'un et l'autre des deux flancs du chaînon cristallin (au revers est des massifs cristallins externes il faudrait donc que le glissement de la couverture lui ait fait remonter la pente !)
En outre on connaît de larges affleurements de couverture sédimentaire préservés de l'érosion à la voûte même du cristallin, par exemple au sud, dans le massif du Rochail (Grand Renaud), et au nord, aux abords de Megève (Mont Joly : ils n'y ont donc pas été enlevés par une déchirure tectonique. En outre ils y montrent d'ailleurs des déformations (compressives, et non extensives) très similaires à celles que l'on observe sur les flancs du bombement de socle.

-- b) les plis et chevauchements ne se disposent pas perpendiculairement à la ligne de plus grande pente du flanc du chaînon cristallin et lui sont obliques d'environ 60° en général. Par rapport au faîte de la voussure du cristallin leurs axes font un angle de 30°. De plus ils sont d'orientation plus N-S au sud des Bornes, tandis qu'au nord des Bornes leur orientation s'incurve pour devenir presque E-W.
Cette disposition azimutale variable se complète par le fait que, au nord comme au sud des Bornes, tous les plis des massifs subalpins septentrionaux prennent aux approches du sillon subalpin une inclinaison axiale qui les fait plonger vers l'opposé de l'axe de Belledonne. Les prolongements de ces plis, avant l'érosion qui a créé le sillon subalpin, devaient donc s'élever vers l'est pour passer par dessus la chaîne de Belledonne. Cela s'accorde avec l'idée d'un basculement de plis formés antérieurement à la surrection de Belledonne mais aucunement avec celle d'un glissement spontané sur le flanc d'un bombement du cristallin.

figure agrandissable
 Schéma résumant de façon simplifiée les rapports entre le plissement principal des massifs subalpins septentrionaux et la surrection de la chaîne de Belledonne.

1 = formation des plis et chevauchement
(le nord est à gauche et l'allongement du bloc est perpendiculaire à celui de la future chaîne de Belledonne).

2 = surrection de la voûte du cristallin de Belledonne et formation d'un large synclinal bordier du côté nord-ouest.
Les axes des plis s'inscrivent en biais au flanc de la chaîne et y plongent vers le nord.

l'action des érosions qui ont conduit au relief actuel est représentée dans une autre figure

NB : la géométrie représentée par ce schéma ne s'applique strictement que du nord du Vercors au sud des Bornes inclus. Plus au nord, dans le Haut-Giffre, le sens de l'obliquité des plis s'inverse, du fait de leur torsion azimutale par la virgation des Bornes (qui est donc antérieure à la surrection du socle cristallin) et les axes de plis s'élèvent symétriquement, du sud-ouest vers le nord-est.

En fait toutes les données accumulées ces dernières décennies montrent que la surrection de l'axe anticlinal des massifs cristallins externes, de Belledonne au Mont-Blanc, est un phénomène relativement tardif, en tous cas postérieur au plissement général des chaînes subalpines septentrionales. En outre ces données montrent que l'édification tectonique des massifs subalpins septentrionaux ne s'est pas faite en une fois mais a été le fruit d'une longue séquence d'événements distincts, dont la structure actuelle est le résultat des effets superposés : plusieurs moteurs de déformation se sont donc succédés...

À la question du comportement tectonique du socle la réponse implicitement donnée de longue date était que ce socle, réputé rigide, avait participé au raccourcissement - cisaillement en se brisant en lames imbriquées par le jeu de multiples failles "inverses" (compressives). Cette conception fût particulièrement bien illustrée par le dessin animé que réalisa Léon Moret dans les années 50.
Mais, dans les années 60 à 80, les études de terrain montrèrent qu'il n'y avait en fait pratiquement pas de structures de ce type à l'interface socle - couverture (elles n'y sont pas seulement masquées sous la couverture, comme on avait voulu le croire) et que cette interface dessinait, au contraire, de vastes coupoles allongées N-S, coupées de failles d'extension.
C'est sur ces entrefaites que, pendant, dans les années 80, la communauté géologique française adopta sans autre examen, parmi des concepts relatifs aux charriages qui nous parvenaient du nouveau monde, celui selon lesquels toutes les déformations de la couverture, plis et chevauchements, étaient l'écho de charriages plus profonds et, en dernier ressort, de grandes failles plates émergeant de niveaux plus profonds du socle. Il devint donc évident, pour beaucoup, au mépris des faits contraires et malgré l'absence de toute preuve, que, comme l'imposait ce schéma, les massifs cristallins externes ne pouvaient être que charriés avec leur couverture.

En réalité l'étude tectonique des confins du socle cristallin et de sa couverture montre que cette dernière s'est déplacée par rapport aux coupoles de socle sous-jacentes en subissant un étirement de plus en plus cisaillant aux approches du socle. Ce dernier s'est par contre raccourci plus modérément, sa déformation se faisant par le basculement vers l'ouest de la surface des blocs découpés par l'extension jurassique, par un écrasement diffus du cristallin de ceux-ci (écrasement souvent dispersé sur des cassures mineures à très fort pendage), ainsi que par des coulissements longitudinaux entre ces blocs.
Il n'y a donc aucune solidarité socle - couverture, et la tectonique de déplacement vers l'ouest, tangentiellement à la surface terrestre, ne concerne véritablement que la couverture, qui s'est, dans ce mouvement, avancée vers l'ouest plus que le socle. Ce déplacement de la couverture lui a donc été imposé par le haut (et non par le bas), de sorte que l'on est tenté d'y voir un écho de l'effet d'entraînement* qu'a certainement exercé, plus à l'est, l'avancée des nappes internes sur leur autochtone.

Il faut ajouter enfin que, à ce mouvement relatif originel "proverse", s'est surajouté un mouvement tardif inverse, le socle tendant à s'enfoncer alors vers le sud-ouest sous sa couverture. Ces déformations rétroverses (à plis et chevauchement déversés vers l'est) sont spécialement illustrées dans les chaînons qui enveloppent l'extrémité méridionale de la chaîne de Belledonne, à la marge est de la Chartreuse, dans le Vercors au sud de Grenoble (environs de Gresse) et dans la Matheysine. Leur localisation porte à penser qu'il s'agit des effets d'un déplacement en "sous-charriage" du socle de Belledonne vis-à-vis des massifs subalpins sous lesquels la voûte du cristallin s'ennoie du côté méridional, c'est-à-dire d'un déplacement de ce massif vers le sud-ouest.

- Mouvements longitudinaux

Les mouvements coulissants, plus ou moins longitudinaux à la chaîne, s'expriment surtout par des décrochements (dont l'importance est tout-à-fait remarquable en Chartreuse). Ils traduisent un allongement grossièrement N-S, longitudinal par rapport aux massifs subalpins septentrionaux. Globalement il faut sans doute y voir un effet d'étirement, induit par l'incurvation de la chaîne alpine en un arc saillant vers le sud-ouest : c'est ce que suggère le fait que ces accidents sont de plus en plus importants que l'on approche du point d'inflexion maximale de l'arc alpin, qui se situe peu à l'est de Grenoble.
Le fait que ces décrochements viennent se terminer en bordure du sillon subalpin, sans pénétrer dans le socle de Belledonne (alors que ces cassures s'amortissent d'est en ouest), suggère qu'il s'agit d'accidents de second ordre induits par un mouvement cisaillant horizontal d'ordre supérieur : il est séduisant de penser que ce dernier correspond au coulissement vers le sud-ouest de la chaîne de Belledonne qu'indiquent les déformations rétroverses de son enveloppe immédiate.


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Rapports du Grésivaudan avec les plis et décrochements de la Chartreuse orientale. (schéma perspectif)

Le cisaillement dextre exprimé par le fonctionnement des décrochements (demi-flèches de taille moyenne) est hypothétiquement attribué à un coulissement relatif de la chaîne de Belledonne par rapport à la partie occidentale du massif de la Chartreuse (très grandes demi-flèches). Un tel coulissement implique, du fait de son obliquité par rapport aux axes des plis, une composante de déplacement relatif vers l'ouest du massif cristallin sous sa couverture.
Le schéma en cartouche montre que l'origine du rejet vertical occasionné secondairement par les décrochements est due à l'inclinaison vers l'ouest du vecteur déplacement. Cette inclinaison serait due à ce que les décrochements seraient associés à un mouvement relatif de la couverture par rapport au socle, parallèlement à la surface de ce dernier. C'est ce mouvement qui serait également responsable du cisaillement en rétroverse (symbolisé par les plus petites demi-flèches) qui affecte les plis aux approches du massif cristallin.
Pour plus de développements consulter la publication142


Cette interprétation est renforcée par l'évidence d'un pivotement dextre des axes de plis aux confins de la Chartreuse et du Vercors avec le Jura. En effet les plis de l'extrémité sud du massif du Jura, déjà apparus à l'Oligocène avec ceux de la Chartreuse W, ont été bousculés vers le SW, à la fin du Miocène, par l'avancée du chevauchement de la Chartreuse orientale. Cette déformation a en grande partie été permise par la formation de la faille de Voreppe, dont le rejet chevauchant s'accroît du nord vers le sud.
Cette torsion des plis du Jura de la Chartreuse W a sans doute conduit le mouvement le long du chevauchement de la Chartreuse orientale à acquérir une composante de coulissement vers le S, composante qui est absorbée en partie par le jeu dextre des décrochements qui affectent la Chartreuse orientale.

 

Schéma cartographique 

montrant les déformations qui sont intervenues dans les chaînons plus occidentaux du massif et dans ceux de l'extrémité méridionale du Jura, du fait de l'avancée du chevauchement de la Chartreuse orientale : torsion des plis et décrochements "accomodent" le déplacement "en crabe" (avec coulissement vers le sud-ouest) de la Chartreuse orientale.

Au sujet des plis du Jura voir aussi la page
"Avant-Pays : structure du sous-sol"

Ce pivotement des plis, aux confins du Jura et de la Chartreuse doit sans doute être attribué à ce que leurs extrémités sud-orientales se sont trouvés soumises à un coulissement dextre vers le sud, alors qu'ils étaient, plus à l'ouest, bloqués sous la chape, de plusieurs milliers de mètres d'épaisseur, des molasses du sillon périalpin, dans laquelle ils avaient été ennoyés durant le Miocène.

Il n'est pas exclu que la disposition "en échelons" des plis de la Chartreuse orientale (voir la page spécialement consacrée au plissement de ce domaine) soit en outre originellement liée à un déplacement de cette dernière "en crabe" avec une composante de translation vers le sud le long de sa surface de chevauchement, peut-être en rapport avec un coulissement dextre longitudinal du socle cristallin de la chaîne de Belledonne. On peut même supputer que ce soit ce même mouvement qui se manifeste encore à l'heure actuelle par l'activité de la "faille de Belledonne" des sismologues (dont les mécanismes au foyer sont également dextres).


En résumé l'architecture géologique des chaînes subalpines septentrionales résulte de toute une série de déformations tectoniques dont la principale notamment (qui est responsable des traits les plus marquants de leur structure plissée) est antérieure à la surrection des massifs cristallins externes. Par contre leur surrection est certainement l'effet de la déformation du socle, en un bombement allongé NE-SW, qui est à l'origine de la mise en relief des massifs cristallins externes et à laquelle se sont ajoutés les réajustements d'altitude qui ont concerné toute la chaîne alpine, à l'aube du quaternaire, dès que l'activité tectonique s'y est calmée.


La chronologie des déformations des massifs subalpins septentrionaux
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