Structure alpine et surrection de la chaîne de Belledonne

(massifs cristallins entre Arc et Romanche)

voir aussi la page "tectonique du massif de Belledonne proprement dit"

1/ Forme de l'interface socle / couverture

La déformation subie par le chapelet des massifs cristallins externes dont fait partie le massif de Belledonne, lors de la formation de la chaîne alpine, se déduit de la géométrie actuelle de la surface de séparation entre socle cristallin et terrains sédimentaires (ancienne surface de la pénéplaine anté-triasique). Cette géométrie est fondamentalement d'une grande simplicité puisqu'elle consiste, à des détails près, en une vaste et ample voûte anticlinale. Cette voûte culmine sur deux de ses transversales, d'une part au Mont-Blanc et d'autre part à la traversée de la vallée de l'Arc ; elle s'abaisse d'une part au nord, en Valais, plus au sud en Beaufortain septentrional, et d'autre part vers le sud à la latitude de Grenoble (partie sud du massif de Belledonne proprement dit). Elle est d'autre part très dissymétrique :
- le flanc occidental de cette voûte du socle cristallin supporte en contact stratigraphique normal une couverture sédimentaire dont les termes compris entre le Trias et le Bajocien constituent le balcon de Belledonne et ses collines bordières. On trouve en de nombreux points des témoins de la surface de l'ancienne pénéplaine anté-triasique et l'on peut constater que celle-ci est simplement incurvée, son pendage s'accentuant en s'éloignant de la voûte du pli
- du côté sud-est au contraire un système de failles à fort pendage vers l'est effondre en marches d'escalier la limite socle - sédimentaire, et ce sont souvent des termes d'âge nettement post-triasique qui viennent en contact plus ou moins direct avec le socle cristallin.


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Coupe schématique à la latitude du massif de la Chartreuse

Le "synclinal bordier de Belledonne" correspond, en profondeur, à la zone de changement de pendage de l'interface socle cristallin - couverture. Il est représenté plus au nord, dans les Bornes, par le trans-synclinal de Serraval.
Le dessin de l'interface socle-couverture est celui fourni par les sondages sismiques de la campagne ECORS. 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/ Surrection de Belledonne :
L'hypothèse d'un chevauchement profond :

Pour expliquer la formation de ce bombement et pour interpréter les données gravimétriques, qui suggèrent que l'enfoncement du socle cristallin s'accroît d'ouest en est sous les massifs subalpins septentrionaux (jusqu'à un maximum assez peu distant du faîte de la chaîne), on a proposé l'hypothèse selon laquelle le cristallin de Belledonne chevaucherait en profondeur, un coin de matériel sédimentaire, lequel représenterait en quelque sorte un enracinement* des massifs subalpins sous les massifs cristallins externes.
Cette hypothèse a été accueillie avec faveur par beaucoup de chercheurs, en grande partie parce qu'elle s'inscrivait bien dans un schéma interprétatif devenu classique depuis qu'il a été importé du "nouveau monde" dans les années 70, savoir celui selon lequel
- 1) tout pli serait la traduction superficielle d'un raccourcissement qui s'exprimerait en profondeur par une faille inverse et
- 2) toute chaîne serait le fruit d'un empilement de chevauchements.

Malgré la pertinence que ce schéma a pu manifester dans beaucoup de cas, hors des Alpes surtout, il ne semble pas qu'il soit réellement en accord avec la structure révélée par les recherches de terrains dans le cas présent. Celles-ci montrent en effet que les cassures du socle sont le plus souvent des failles extensives anciennes qui ont été redressées par la tectonique compressive plus récente et qu'elles ne peuvent être considérées comme l'émergence de chevauchements profonds.
L'un des accidents majeurs supposés par les tenants de la tectogenèse par failles inverses du socle est le prétendu "chevauchement de Belledonne et du Mont-Blanc". Disons tout net que rien, pour le géologue de terrain, ne confirme sa présence. Plus précisément il est patent que là où il est supposé émerger à l'air libre, c'est-à-dire en bordure occidentale du Mont-Blanc il n'y a tout simplement aucune cassure mais une simple torsion anticlinale, en demi arche, de l'interface cristallin / sédimentaire.

Voir le schéma interprétatif de ce secteur que suggèrent les observation de surface

L'hypothèse du chevauchement de Belledonne a en général pour corollaire plus ou moins implicite que le plissement des massifs subalpins septentrionaux en était la conséquence. Mais on observe, d'une façon générale et plus spécialement en Beaufortain, que, au dessus des voûtes des blocs de cristallin qui sont juxtaposés par des failles très redressées, la couverture est déformée par cisaillement sub-horizontal (parallèle à l'interface socle / couverture).

Ceci montre que la tectonique de déplacement vers l'ouest de la couverture n'est pas induite par des chevauchements dans le socle mais plutôt par un mouvement imposé par le haut (sans doute lié à la progression des nappes internes). La plupart des études ont d'ailleurs mis en évidence le fait que ce glissement de la couverture par rapport au socle sous-jacent a été une étape initiale de la déformation, antérieure notamment au plissement principal des chaînes subalpines septentrionales.
A l'appui de cette manière de voir s'inscrit notamment le fait que les plis de la couverture sont obliques à la voûte anticlinale dessinée par le massif de Belledonne (au sens large), qu'ils sont enroulés par elle, car les axes de ces plis se relèvent à l'approche de la chaîne et qu'ils se poursuivent de part et d'autre. C'est ce que l'on l'observe de façon particulièrement nette à l'extrémité méridionale de Belledonne, où cesse le hiatus d'érosion qui affecte ailleurs la voûte de la chaîne.

D'autre part on ne peut qu'être frappé par le grand contraste entre cette tectonique très tangentielle de la couverture au dessus de la voûte des blocs cristallins et l'enfoncement subvertical des bandes de couverture, qui sont restés pincées dans d'étroits synclinaux entre ces blocs. Cet aspect est évidemment lié à la déformation du socle lui-même et résulte (à l'évidence en certains points comme la région de Bourg-d'Oisans) de l'écrasement d'anciens hémigrabens* jurassiques entre les blocs basculés qui les jouxtaient : les flancs de ces derniers ont été fortement redressés, parfois jusqu'à la verticale, mais on n'y observe aucune trace d'un rejeu en faille inverse des anciennes failles extensives (contrairement à ce qui a souvent été affirmé gratuitement en parlant de leur "inversion"). Les blocs de socle cristallin eux-mêmes sont très généralement ployés en larges voûtes anticlinales.
La déformation du socle traduit donc un écrasement NW-SE, sans qu'on y relève d'indice de cisaillements en imbrications d'écailles.
Plus au sud, en Oisans, on observe des traces de déformations par chevauchements vers le NW et vers le SE : elles semblent se rattacher à la phase anté-Nummulitique des plis du Dévoluy et, en tous cas, sont également sans rapports avec une inversion des failles extensives jurassiques.

Enfin il faut bien remarquer que les profils sismiques profonds tels ceux de la campagne ECORS n'ont strictement mis en évidence aucune structure susceptible de s'accorder avec l'hypothèse de départ des tenants du charriage de Belledonne, savoir un enfoncement de matériel sédimentaire sous les massifs cristallins externes : au contraire c'est apparemment par une douce inflexion synclinale que la surface du socle de ces derniers se raccorde à celle du soubassement des massifs subalpins septentrionaux.


figure agrandissable

Profils ECORS, d'après Mugnier et al.,1989 (présentation retouchée)
La couverture se distingue du socle cristallin par l'existence d'une multitude de réflecteurs, en moyenne parallèles à l'interface socle / couverture.

Dans le socle C désigne un réflecteur profond dans lequel il a été proposé de voir la surface de chevauchement de Belledonne ; D est un autre réflecteur dans lequel on a proposé de voir le prolongement de C ; E est un réflecteur qui s'identifie aisément à la limite socle / couverture au revers oriental de Belledonne.
On relève l'absence totale d'indice du "coin" de matériel sédimentaire qu'aurait dû dessiner l'interface socle / couverture à l'ouest de la chaîne de Belledonne pour satisfaire à l'hypothèse proposée pour expliquer les résultats gravimétriques.

    Pour plus de développements sur ce sujet, voir le texte qui est consacré spécialement aux déformations des massifs cristallins externes

3/ Hypothèses alternatives :

a) Bombement par écrasement

La déformation en bombement anticlinal du socle cristallin implique un raccourcissement orthogonal à l'axe de l'anticlinal qui en résulte. Elle implique donc nécessairement, par effet de compensation, une surélévation de la voûte du pli. Cela veut dire qu'il y a eu écrasement du matériel cristallin, ce qui a pu se produire de deux manières :
- soit que le cristallin se soit écrasé d'une façon "continue", c'est-à-dire répartie dans toute la masse du socle (certains auteurs en font état...) ;
- soit que cet écrasement se soit effectué par le jeu de failles multiples à surfaces de cassure subverticales. Une déformation par ce dernier processus a d'ailleurs été mise en évidence en Suisse dans les massifs de l'Aar et du Gothard, où l'on a reconnu un tel réseau de failles mineures subverticales.
Des études structurologiques cherchant à dater les déformations mineures du socle cristallin pour déterminer la part de déformation alpine récente seraient donc précieuses pour confirmer ou infirmer le rôle et le taux d'un tel écrasement transverse des massifs cristallins externes.

On notera que l'élévation de la voûte de l'interface cristallin - couverture s'accroît, de façon apparemment assez régulière, depuis le SW (environs de Grenoble) vers le NE, pour atteindre un maximum dans le massif du Mont-Blanc. La théorie du charriage ne rend en aucune manière compte de ce phénomène, si ce n'est en invoquant un épaississement de la tranche charriée, dont l'origine serait ici totalement énigmatique. Mais surtout le grand obstacle est que précisément l'absence de charriage est patente et indiscutable sur cette transversale de surrection maximal e qu'est celle du Mont-Blanc ...
Par contre le fait que l'importance des charriages et l'intensité de la déformation aillent croissantes du sud au nord dans la couverture (ce que l'on sait de longue date) permet d'envisager que le socle ait également été soumis à des efforts d'écrasement croissants, justifiant l'accroissement de sa surrection dans cette direction.

b) Coulissements longitudinaux

Au niveau de la région grenobloise la voûte du cristallin de la chaîne s'abaisse très régulièrement vers le sud-est (au point de disparaître sous sa couverture au SE de Vizille). Cette géométrie a pour effet qu'un éventuel coulissement dextre entre cette chaîne et sa bordure ouest (parallèlement aux limites actuelles de affleurements du socle) aboutit à une surélévation relative de la voûte du cristallin. Ceci porte à envisager également que la surrection du socle cristallin ait pu, au moins partiellement, résulter de tels mouvements de coulissement longitudinal.

Or plusieurs groupes de données portent à prendre en considération cette hypothèse d'un déplacement dextre du socle de Belledonne par rapport à celui des massifs subalpins septentrionaux :

1 - Les massifs subalpins septentrionaux du Vercors, de Chartreuse et des Bauges présentent des caractères structuraux qui permettent d'y voir un large couloir de cisaillement horizontal, d'une largeur de l'ordre de 20 km. Le principal est que l'on y observe une torsion sigmoïde des axes des plis et des chevauchements post-miocènes. (voir à ce sujet, notamment, les pages "relations Chartreuse - Jura" et "Chartreuse orientale : plis").

À la marge sud-est de ce couloir, à l'aplomb du massif de Belledonne, ces accidents traversent en biais la voûte du massif. La torsion des plis s'observe réellement dans la couverture à l'extrémité sud des affleurements du socle cristallin, dans la Matheysine septentrionale, où cette couverture est conservée. On y constate que les accidents compressifs de la couverture prennent, à l'est de l'axe de la chaîne de Belledonne, une direction N160 à N150 (qu'ils conservent d'ailleurs jusque loin vers le sud dans les massifs subalpins méridionaux).
La marge nord-ouest de cette zone de torsion se situe à la limite des massifs subalpins et du Jura, secteur où les plis retrouvent une direction voisine NNW-SSE au moment où ils s'ennoient dans le bassin molassique péri-alpin.

Entre les deux, c'est-à-dire dans les massifs subalpins septentrionaux, et tout spécialement en Chartreuse, ces accident prennent un azimut beaucoup plus méridien, NNE-SSW (en moyenne N15). Ce pivotement des azimuts dans le sens horaire s'ajoute au fait que ces plis s'avèrent :
- être des plis anciens, anté-oligocènes qui ont été repris et remodelés après le Miocène ;
- se disposer en échelons par rapport aux surfaces de chevauchement, qui les coupent en biseau ;
- être débités par des décrochements dextres, sans doute souvent anciens mais qui ont surtout été réactivés à la fin du remodelage des plis (après le Miocène).
Tous ces faits appuient l'hypothèse selon laquelle cette bande subalpine a été tout spécialement le siège d'un coulissement dextre post-miocène.

2 - L'existence de failles de coulissement, grossièrement orientées selon l'allongement de la chaîne (c'est-à-dire N45) est avérée. Il s'agit du faisceau des failles de Vizille (voir la page "Vizille") et de leurs prolongements méridionaux, qui semblent être constitués par les failles de La Queyrie et du Jasneuf en Vercors.
(voir les pages "collines bordières", "Matheysine", "Commiers", "Mont Aiguille", etc..)
Ces failles courent le long de la chaîne de Belledonne, en suivant grossièrement la bordure des affleurements actuels du socle cristallin. Elles y recoupent et décalent dans le sens dextre l'accident médian (avec lesquelles elles ont été confondues sur plusieurs de ses tronçons)
Il est à noter que la séismicité actuelle semble indiquer le fonctionnement de failles de ce type, en bordure précisément des affleurements actuels du socle cristallin.

3 - Le flanc sud-ouest de l'anticlinal dessiné par l'interface socle / couverture montre au sud-est de Grenoble un déversement qui va croissant vers le bas. Ce phénomène, dont on n'a aucun indice au nord de Grenoble, apparaît dès le massif du Grand Serre et s'accentue en Matheysine méridionale et en Beaumont (là cette interface bascule au delà de la verticale et fait finalement reposer le socle cristallin sur le Jurassique, par l'intermédiaire d'un tégument triasique étiré).
Cette apparition d'un déversement du pli de socle est clairement lié avec deux autres faits :
- le changement d'orientation des plis les plus récents de la couverture. Il indique que le socle cristallin de ce secteur s'est déformé en se déplaçant vers l'ouest - sud-ouest, c'est-à-dire presque longitudinalement par rapport à l'axe d'allongement actuel de Belledonne au sens large.
- une torsion azimutale de tous les accidents anciens du socle notamment de l'accident médian de Belledonne et de la faille du col d'Ornon (qui limite le bloc de Belledonne interne du côté oriental).
Cette torsion correspond au point d'inflexion majeur de l'arc des Alpes occidentales françaises. Elle fait passer les azimuts de ces cassures de N45 (au nord) à N160 puis N140 (au sud) et peut donc s'interpréter comme le crochon d'un vaste coulissement dextre, au dépens de structures initialement NW-SE.
Dans ce contexte le faisceau des failles de Vizille représenterait l'émergence dans la couverture des failles induites par ce système décrochant

4 - Des accidents (plis et chevauchements) qui ont une vergence opposée au déversement général des structures alpines se développent dans l'axe de la chaîne, aux abords des secteurs où le socle cristallin s'enfonce sous sa couverture(voir à ce sujet, notamment, les pages "Chartreuse orientale : plis","Bec Charvet" et "Gresse").
Ces accident rétrodéversés témoignent d'un mouvement relatif vers l'est des parties hautes de la couverture. Ceci porte à conclure que le socle a subi dans les phases tardives des déformations une sorte de sous-charriage que l'on peut aisément voir comme associé à un déplacement vers le sud-ouest.
On notera que de tels accidents se retrouvent loin vers le sud-ouest, toujours dans le prolongement de l'axe de la chaîne de Belledonne jusque dans le Diois : dans ce domaine, les chevauchements et déversements vers le nord-est sont d'ailleurs presque la règle (Montagne de Couspeau, Montagne d'Angèle, Montagne de Lure - Ventoux) (voir à ce sujet la page "Tectonique du Diois").

 

figure de taille normale version plus grande
Tectonogramme très schématique
de la géométrie tectonique du socle cristallin et de la couverture aux environs de Grenoble

Les grosses demi-flèches délimitent la zone du cisaillement dextre des massifs subalpins septentrionaux :
- les demi-flèches de gauche, pointant vers le nord-est, correspondent à peu près au tracé de la limite entre Jura et massifs subalpins septentrionaux ;
- les demi-flèches de droite, pointant vers le sud-ouest, correspondent à peu près au tracé des failles du faisceau de Vizille (bordure occidentale des affleurements cristallins de Belledonne).
La grosse flèche indique le déplacement supposé des massifs cristallins externes par le jeu de ce coulissement.

a.mB = accident médian de Belledonne ;
f.cO = faille du col d'Ornon : f.BE = faille de la bordure est de Belledonne (son prolongement septentrional très vraisemblable) ;
f.Ch = faille du Chambon.
ØSé = chevauchement rétroverse du Sénépy.

 

Vue d'ensemble des massifs subalpins septentrionaux
dans leur contexte, entre le Jura et le sillon périalpin à l'ouest et, d'autre part, les massifs cristallins externes et le domaine dauphinois à l'est

Image de synthèse, choisie dans une perspective similaire à celle du schéma précédent
extraite de Google-earth 02.2006  
figure de taille normale version plus grande


Il découle de tous ces faits que les massifs subalpins septentrionaux semblent bien avoir été le siège d'un coulissement dextre, entre les affleurements de socle de la chaîne de Belledonne et les affleurements du remplissage molassique du sillon miocène périalpin. Associé à l'écrasement transversal du socle, ce phénomène parait susceptible constituer une explication suffisante à la surrection des massifs cristallins les plus externes de nos Alpes occidentales françaises, sans invoquer un mythique chevauchement profond que l'on n'observe nulle part ni d'aucune manière.

N.B. : ce texte exprime des positions personnelles de l'auteur du site. Il reprend de façon plus formelle et plus explicite des indications publiées de façon dispersée et peu cohérente dans diverses notes antérieures ...


Aperçus géologiques plus locaux :

Chaîne de Belledonne au nord de l'Arc

massif du Beaufortain occidental (section Mont-Blanc)

 massifs du Grand Arc et de La Lauzière (section Maurienne)

 Chaîne de Belledonne au sud de l'Arc

 collines d'Allevard et de La Table

 massif d'Allevard - Sept Laux

collines bordières de Belledonne

massif de Belledonne proprement dit

 Chaîne de Belledonne au sud de la Romanche (section "Drac")

 (Matheysine)

 (Taillefer - Coiro)

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Dernières retouches apportées à cette page le 8/05/17