Pression de la roche en profondeur : une question de poids, mais pas uniquement !

Un article scientifique sur les variations de pression métamorphique dans la nappe tectonique du Mont Rose alpin est paru dans la prestigieuse revue Nature Communications et résulte de la collaboration de chercheurs de l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) et de l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST).

Cindy Luisier, géologue et première auteure de l’article a démontré durant sa thèse que la pression de la roche en profondeur n’est pas seulement contrôlée par le poids de la roche du terrain, qu’on dit lithostatique, mais peut varier à la même profondeur en raison de contraintes dynamiques. Les observations sur le terrain proviennent du massif du Mont Rose dans les Alpes occidentales. La thèse de doctorat de Cindy Luisier a été financée par le FNS, le SwissSIMS et a été supervisée par les professeurs Lukas Baumgartner et Stefan Schmalholz de l’ISTE, co-auteurs de la publication. Une partie de l’analyse géochimique essentielle a été effectuée en collaboration avec le professeur Torsten Vennemann de l’IDYST.

Le Massif du Mont Rose (© photo Wikipedia)

En résumé, l’article remet en question ce qu’on appelle le paradigme de la pression lithostatique, qui est couramment appliqué pour convertir la pression métamorphique d’une unité rocheuse en sa profondeur d’enfouissement. La pression métamorphique peut être obtenue à partir d’assemblages minéraux dans les roches, prélevés sur le terrain, car des assemblages minéraux spécifiques ne peuvent se former que pour des pressions spécifiques.

Clé de l’étude, le paradigme lithostatique suppose que la pression pour n’importe quelle profondeur dans la Terre peut être calculée en supposant une pression hydrostatique, comme c’est le cas dans une colonne d’eau. Cette pression lithostatique est alors essentiellement une fonction linéaire de la profondeur. Suivant ce paradigme, la pression métamorphique maximale pour une unité de roche cohérente est convertie en profondeur d’enfouissement. Au cours des dernières décennies, le paradigme de la pression lithostatique et les rapports faisant état d’estimations de pression toujours plus élevées pour des volumes de roches mineurs ont donné lieu à de multiples interprétations de l’évolution géodynamique des Alpes.

Dans l’unité tectonique étudiée du Mont Rose, des pressions métamorphiques considérablement différentes sont déterminées dans les roches adjacentes. Luisier et ses coauteurs ont déterminé que la différence de pression était d’environ 8 kbar, ce qui correspond au poids d’une colonne rocheuse d’une hauteur de 25 à 30 km. Pour être en accord avec le paradigme lithostatique, ces différences de pression s’expliquent généralement par le mélange tectonique, la régression des minéraux à haute pression ou le manque d’équilibre des ensembles minéraux. Les chercheurs de la FGSE démontrent avec des observations de terrain microstructurelles, ainsi que la pétrologie de phase et la géochimie que ces explications communes ne sont pas en accord avec les observations.

Ils concluent qu’il y avait une variation de pression dans l’unité tectonique du Mont Rose à la même profondeur d’enfouissement. Les auteurs montrent en outre à l’aide de deux modèles théoriques simples que de telles variations de pression peuvent être générées dans des roches mécaniquement hétérogènes, soit par des contraintes tectoniques dues à la collision du continent alpin, soit par des réactions minérales et les changements de volume associés. Les résultats obtenus par Luisier et ses collaborateurs peuvent avoir un impact significatif sur la compréhension de l’évolution géodynamique des Alpes, car ils suggèrent que les principales unités tectoniques, appelées nappes, ont été enterrées beaucoup moins profondément qu’on ne le pense généralement.

Référence bibliographique

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