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Comment naissent les montagnes ?

vendredi 22 août 2014, par Robert Paris

Les grandes chaînes de montagne

Comment naissent les montagnes ?

Les montagnes naissent, vivent et meurent. Ce sont des ensembles dynamiques et non des structures immobiles…

Il n’y a pas si longtemps, les scientifiques croyaient que les montagnes pouvaient s’éroder mais pas s’ériger, qu’elles pouvaient descendre mais pas monter, disparaître mais pas apparaître. Bien des découvertes ont permis de montrer que les montagnes naissaient, se développaient puis s’éteignaient progressivement. Il y a eu des découvertes de coquillages du fond des mers en haut de massifs montagneux (les montagnes du désert sahélien par exemple) qui ont montré que ces montagnes avaient été formé par des matériaux existant à des niveaux d’altitude très bas et qui avaient donc dus être soulevés pour former ces montagnes. On a ainsi trouvé du loess en haut de montagnes des Pyrénées. On a remarqué que des roches sédimentaires déposées en couches plates parallèles avaient été comprimées et soulevées pour former des « chapeaux de gendarme » par exemple, c’est-à-dire des sommets de montagnes dus à la compression et au soulèvement de dépôts sédimentaires (les crêts du Jura par exemple).

L’étude du volcanisme a été une des premières à donner l’idée que des montagnes nouvelles pouvaient se former qui n’avaient pas existé au début de l’histoire de la Terre. On a pu croire un temps que les montagnes s’étaient formées par le volcanisme, ce qui ne s’est pas révélé finalement exact.

L’observation seule n’a pas permis de penser à l’idée d’une montée des roches pour former une chaîne de montagne. Pourtant, il s’est révélé que des chaînes de montagnes étaient en train de grimper sous nos yeux de même que d’autres étaient érodées. Ainsi, on trouve parmi les chaînes montantes certaines cordillères comme les Andes.

Des montagnes peuvent aussi développer des massifs en pleine mer comme actuellement dans la fosse des Mariannes. Finalement, le cadre d’interprétation de la formation et de la déformation des montagnes le plus adapté a été celui dit de la tectonique des plaques.

Tous les modes de formation et de déformation des montagnes sont liés à cette tectonique des plaques. Le cadre d’explication de la naissance des montagnes s’appelle « cycles de Wilson » et ceux-ci expliquent les plis, les nappes de charriage dus aux contraintes compressives de la croûte terrestre. Cette étude de la déformation de la croûte terrestre s’appelle l’ « orogenèse ».

Une orogène résulte de la collision entre deux lithosphères continentales, collision au sens d’une convergence plus rapide d’un facteur 2 à 5 par rapport à une vitesse de déplacement horizontal typique (de l’ordre de quelques cm/an dans le référentiel des points chauds pour la tectonique des plaques). Quand deux plaques continentales de même nature et de même densité se rencontrent, le moteur du mécanisme se bloque. Il n’est pas assez puissant pour faire plonger l’une des plaques dans l’asthénosphère à cause de leur faible densité. Les deux plaques se soudent pour n’en former qu’une seule.

Il faut noter que pendant la collision, le matériel sédimentaire est transporté en hauteur pour former des chaînes de montagnes où les roches sont plissées et faillées. La collision conduit au raccourcissement de l’écorce terrestre. Au contact des deux lithosphères continentales, la compression provoque des raccourcissements horizontaux, et donc des épaississements verticaux, première cause de création de reliefs, notamment avec des plissements. Souvent, après quelques millions d’années d’un tel régime de déformation, l’une des lithosphères monte en chevauchement au-dessus de l’autre, provoquant un redoublement crustal, seconde cause de création de relief, mais aussi des déplacements horizontaux relatifs beaucoup plus importants. Des volumes de matériaux importants peuvent être translatés sous la forme de nappes de charriage, le plus souvent impliquant essentiellement les couvertures sédimentaires décollées de leurs socles.

Pendant la durée de cette convergence, la limite des plaques qui modélisent ces lithosphères devient diffuse, lesquelles perdent aussi plus ou moins leur rigidité horizontale (déformations horizontales diffuses à l’échelle continentale). Dans cette situation, à l’échelle géographique de ces déformations continentales et pendant la durée de la collision, en général de l’ordre de quelques dizaines de millions d’années, le modèle de la tectonique des plaques ne peut plus s’appliquer localement.

Les chaînes de montagne issues d’un tel processus collisionnel s’appellent chaînes alpines, en référence à l’arc alpin. C’est le cas notamment de la chaîne de l’Himalaya, à la frontière entre la plaque indienne et la plaque eurasienne ; cette rencontre s’est produite il y a 65 millions d’années à la faveur de la fameuse migration du continent indien. Les Alpes et les chaînes de l’Atlas sont des exemples de chaîne de collision.

Dans le cas de la convergence entre une lithosphère océanique et une lithosphère continentale, une zone de subduction s’installe, avec formation d’un arc volcanique en avant de la lithosphère continentale. Le fonctionnement d’un tel système pendant quelques dizaines de millions d’années aboutit à la création d’une cordillère comme les chaînes péri-pacifiques. C’est le second type d’orogenèse, avec formation d’une zone lithosphérique de type crustale sur-épaissie amenant la formation de reliefs et donc d’une chaîne montagneuse, appelée chaîne andine.

Dans le cas de la convergence entre deux lithosphères océaniques, une zone de subduction s’installe, avec formation d’un arc volcanique sur la lithosphère océanique supérieure. Après quelques millions d’années de fonctionnement, de croissance magmatique des édifices, de maturation métamorphique des matériaux dans la racine de l’alignement volcanique, cet arc volcanique plus ou moins continentalisé au sens de la géodynamique, peut ultérieurement être accrété à une marge continentale, ce qui constitue la seconde modalité d’orogène. Éventuellement, l’arc volcanique peut se développer sur cette marge, ou plus ou moins en "profondeur" sur la croûte continentale (éloignement de l’alignement volcanique vers l’intérieur du continent). Un exemple actuel d’une telle situation est la Fosse des Mariannes. De plus, dans le cas de la convergence entre deux lithosphères océaniques, la lithosphère océanique disparaissant dans la subduction peut être suivie de lithosphère continentale. Lorsque cette croûte continentale passe dans la zone de subduction, la croûte océanique portant l’arc insulaire passe transitoirement au-dessus de la croûte continentale, ce qui correspond à un épisode d’obduction. Très rapidement (à échelle de temps géologique) la densité de la croûte continentale l’empêche de plonger et bloque le mécanisme. Si la convergence se poursuit, elle peut conduire à l’inversion du sens de la subduction, et/ou à une collision continentale.

Lorsque deux plaques continentales constituées de roches de même densité entrent en collision, la poussée qu’elles exercent l’une sur l’autre et la pression qui en résulte ne peuvent se résorber que par le plissement de l’écorce terrestre (épaississement de la croûte) ou l’enfoncement de l’une des plaques sous l’autre, qui a pour effet de soulever la croûte terrestre. Les deux phénomènes ont pour résultat l’émergence d’une chaîne de montagnes. Lorsqu’une plaque océanique, constituée de matière dense entre en collision avec une plaque continentale constituée de matière moins dense, elle s’enfonce sous la plaque continentale tout en la soulevant (zone de subduction). Ce phénomène est aussi à l’origine d’une chaîne de montagnes. Si la naissance de nombreuses chaînes de montagnes peut s’expliquer par le mouvement des plaques, d’autres par contre semblent résulter de processus quelque peu différents : éruption de matériaux provenant du centre de la terre donnant naissance aux volcans ; séparation et soulèvement de masses rocheuses à la suite d’une fracture de l’écorce terrestre causée par des pressions souterraines ; etc. Ces derniers phénomènes seraient aussi reliés au mouvement des plaques. De nombreux chercheurs pensent qu’il y a environ 650 millions d’années, toutes les masses continentales de la terre formaient un mégacontinent baptisé Rodinia, écrit Pierre-André Bourque (2003), professeur au Département de géologie et de génie géologique à l’Université Laval. Ce mégacontinent s’est fragmenté en quelques masses continentales (Gondwana, Laurentia, Sibéria, Baltica et quelques autres). Ces masses ont commencé à dériver les unes par rapport aux autres. Elles s’éloignèrent et se rapprochèrent, ouvrant et fermant au fil du temps des océans. Certaines entrèrent en collision, donnant naissance à des chaînes de montagnes.

Il y a 255 millions d’années, plusieurs masses continentales étaient à nouveau rassemblées pour former la Pangée, un mégacontinent qui, il y a 200 millions d’années, commença aussi à se fragmenter : Laurasia au nord et Gondwana au sud. Il y a environ 160 millions d’années, la fragmentation a commencé à individualiser les masses continentales actuelles. Cette lente mouvance a façonné la surface de la planète pour lui donner la physionomie que nous lui connaissons aujourd’hui. Notons enfin que le mouvement des continents se poursuit toujours, très lentement mais inexorablement.

Lorsqu’une plaque océanique, plus dense, plonge sous la croûte continentale, on parle de "subduction océanique-continentale". Il se crée alors une faille océanique, et le rebord de la plaque se plisse et se soulève. La cordillère des Andes, d’environ 17 000 km de long, est issue de ce type de subduction.

Parfois, les sédiments marins déposés sur la croûte océanique restent accrochés au bord de la plaque continentale, donnant naissance à des chaînes de montagne, le plus souvent volcaniques. Les îles de la Barbade, au large des Antilles, constituent un bon exemple de ce phénomène appelé "prisme d’accrétion".

Autre cas de figure : deux plaques continentales d’égale densité se rencontrent. Comme aucune des deux n’est plus légère, la collision est frontale : les deux plaques s’écrasent l’une contre l’autre. Avec l’énorme pression résultant de cette collision, la croute terrestre s’élève et s’épaissit, pour donner lieu à de hauts massifs montagneux.

Les Alpes sont nées de la collision entre la plaque européenne et la plaque eurasiatique, durant la phase "alpine", il y a 10 millions d’années. Elles continuent encore de s’élever chaque année de un à deux millimètres par an. L’Himalaya est aussi née de la rencontre entre les plaques indiennes et eurasiennes. La chaîne s’élève chaque année de 2 à 5 cm. Témoins de l’océan qui séparait avant les deux plaques, on y trouve encore des fossiles marins.

Dernière possibilité : la rencontre de deux plaques océaniques. L’une des deux plaques est alors comprimée dans le manteau terrestre. Il en résulte le plus souvent une activité volcanique, dont la fameuse ceinture de feu du Pacifique est un exemple. Parfois, des morceaux de croûte terrestre dérivent et viennent se souder au rebord des continents (île de Vancouver).

Lorsque les plaques s’écartent ou se cassent, il naît un fossé d’effondrement appelé rift. La poursuite de ce processus conduit à l’envahissement du rift par la mer. C’est ce qui s’est passé pour la Mer rouge, qui continue chaque année de s’élargir. Au fond des rifts océaniques, les magmas issus du manteau terrestre refroidissent au contact de l’eau et forment des laves. L’Islande est un parfait exemple de ce phénomène.

Les îles comme Hawaï (4205 m avec la Mauna Kea), le massif du Hoggar dans le Sahara, ou le pic de Teide aux Canaries sont issues de "points chauds". Ce sont des colonnes brûlantes venant du manteau terrestre. Dès qu’une plaque tectonique passe sur un de ces points chauds, il se forme une chaîne de volcans au fur et à mesure. On obtient donc des montagnes d’âge différent.

La dynamique tectonique n’est que le départ de la formation montagneuse : l’érosion vient continuer le travail de modélisation des reliefs, creusant, aplanissant, découpant la roche.

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Orogenèse ou étude de la formation et de la transformation des montagnes

La tectonique des plaques

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9 Messages de forum

  • Comment naissent les montagnes ? 21 juin 2016 14:35, par alain

    si on résumait : d’où viennent les montagnes ?

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  • Comment naissent les montagnes ? 21 juin 2016 14:49, par Robert Paris

    En rapide, on peut dire qu’elles viennent de deux mouvements :

    - le dépôt des sédiments aux fonds des mers et océans

    - la poussée sur ces couches sédimentaires exercée par le mouvement des plaques continentales dont l’énergie provient de la chaleur interne de la Terre

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  • Comment naissent les montagnes ? 21 octobre 2017 08:20

    Ce que l’on pensait autrefois du mécanisme de la formation des montagnes :

    Rapporté par d’Holbach en 1751

    Rapporté par Alphonse Esquiros en 1873

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  • Comment naissent les montagnes ? 17 novembre 2017 16:30, par alain

    Pourquoi les montagnes sous-marines sont-elles plus hautes que les montagnes continentales ?

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  • Comment naissent les montagnes ? 17 novembre 2017 16:31, par Robert Paris

    Il faut d’abord remarquer que la hauteur des montagnes sous-marines est permise par l’existence de grands fonds marins qui leur permet d’être beaucoup plus hautes que celles des continents tout en ne s’élevant pas au-dessus du niveau de la mer, donc en n’ayant pas une grande distance du centre de la Terre. Or c’est cette distance qui indique la pression du poids sur la matière de la montagne et qui limite, du coup, la hauteur des montagnes continentales. En effet, cette hauteur est limitée par la pression exercée par la masse rocheuse. Si une masse montagneuse dépasse la hauteur critique d’environ 30.000 mètres, la pression du poids est suffisante pour liquéfier la base de la montagne et la faire s’effondrer sur elle-même. Sur les montagnes sous-marines, lire ici

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  • Comment naissent les montagnes ? 31 août 06:53, par montagnes

    Les montagnes naissent, grandissent et meurent, puis disparaissent !!!

    Les Appalaches :

    https://pubs.usgs.gov/gip/birth/bir...

    Les hauts sommets déchiquetés de la deuxième chaîne de montagnes la plus haute du monde, les Andes, pourraient devoir leur stature non pas à la puissance de la Terre mais à celle de la mer. Proposez donc Simon Lamb et Paul Davis dans ce numéro (Nature 425, 792–797 ; 2003).

    La plupart des chaînes de montagnes sont créées par la collision de deux plaques continentales, comme l’action de broyage de l’Inde contre l’Asie qui a fait remonter l’Himalaya. Mais les Andes sont perchées sur un point où une plaque océanique glisse sous une plaque continentale. Les grandes montagnes ne sont généralement pas nées de telles rencontres. Les plaques océaniques lourdes et denses ont tendance à glisser sous les plaques continentales, provoquant des tremblements de terre majeurs, mais pas des montagnes de classe mondiale. Si la poussée de la crête médio-atlantique sur les plaques tectoniques était le seul facteur qui faisait remonter les Andes, un calcul montre qu’elles ne mesureraient pas plus de deux kilomètres de haut, soit la moitié de leur hauteur réelle.

    Lamb et Davis soutiennent que la poussée supplémentaire vient du fait que les forces de la collision des plaques sont concentrées sur une petite zone - un tronçon de la limite des plaques où la friction dans la tranchée entre le Pacifique et l’Amérique du Sud est particulièrement élevée. Le courant d’eau froide qui balaie la côte ouest du Pérou et du Chili depuis les hautes latitudes méridionales encourage peu d’évaporation de l’eau, et donc peu de pluie. Cela signifie qu’il n’y a pas de rivières pour rejeter les sédiments de montagne usés dans l’océan - des sédiments qui pourraient servir de lubrifiant. Au lieu de cela, la tranchée au large des côtes des Andes est rugueuse et sèche. Cette friction supplémentaire, disent les auteurs, aide à soutenir les montagnes.

    Il pourrait même y avoir une boucle de rétroaction positive en place, ce qui ferait grossir de plus en plus les montagnes au fil du temps. Plus les montagnes grandissent, plus le littoral devient sec - car tout air humide venant de l’Atlantique est bloqué par les sommets imposants - ce qui réduit encore l’érosion et renforce encore plus les montagnes.

    Des relations complexes entre la roche, l’air et la mer ont déjà été découvertes, même si ce sont généralement les montagnes qui sont censées affecter le climat, plutôt que l’inverse. On pense que l’Himalaya, par exemple, a suffisamment modifié le flux d’air pour déclencher la formation des moussons indiennes. Et alors que toute cette pluie a balayé les rochers des montagnes, le dioxyde de carbone a été retiré de l’air et envoyé en aval sous forme de carbonate, pour être enterré au fond de la mer ; on pense que cette extraction de gaz à effet de serre a refroidi le climat mondial. Mais dans les Andes, plutôt que les montagnes qui créent le climat, le climat aurait pu en fait créer les montagnes.

    Source : https://www.nature.com/articles/425781a

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  • Comment naissent les montagnes ? 22 septembre 09:12, par A.M.

    Une nouvelle théorie sur l’origine des Rocheuses :
    https://ici.radio-canada.ca/nouvell...

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