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13.3 • Sous-charriage et métamorphisme inverse
une extension de quelques kilomètres dans la zone de chevauchement. Il est observé
dans différentes régions du globe et à différentes époques, en contexte de collision.
Citons, entre autres : au protérozoïque, dans l’état du Wyoming (États-Unis
d’Amérique) ; au paléozoïque, dans les Calédonides, en Scandinavie et dans la
chaîne hercynienne : vallée du Lot dans le Massif central français et sous la nappe de
Champtoceaux dans le Massif armoricain. L’exemple himalayen est sans doute le
plus étudié (figure 13.9). Sous les ophiolites, une « semelle métamorphique »
présente également un gradient inverse d’extension limité à quelques centaines de
mètres d’épaisseur, lié à l’obduction de la lithosphère océanique sur le continent.
Nous reviendrons sur ce cas dans un chapitre ultérieur relatif au métamorphisme des
ophiolites et de la lithosphère océanique (chap. 15).
En contexte collisionnel, le métamorphisme inverse est caractérisé, dans les lithologies pélitiques, par la superposition des minéraux index du gradient de moyenne
pression-haute température avec, du bas vers le haut : biotite-grenat-staurotidedisthène et parfois sillimanite. Dans la vallée du Lot (Massif central), les métapélites
situées au sommet de l’unité inférieure comportent des assemblages à sillimanite
+ grenat de relativement haute température, tandis que les assemblages à staurotide
+ disthène, situés plus profondément dans l’édifice correspondent à des températures
plus faibles.
L’origine de ce métamorphisme est encore discutée malgré d’abondantes études,
en particulier sur l’exemple himalayen. De nombreux modèles ont été envisagés.
• Le modèle classique du « fer à repasser » est lié au chevauchement syn-métamorphe
d’une unité chaude sur une unité froide. La chaleur de la plaque supérieure se propage
vers le bas par conduction thermique et crée un gradient métamorphique inverse (qui
diminue vers le bas) dans l’unité chevauchée. Chaleur de friction (shear heating)
et transfert de chaleur par advection de fluides libérés par déshydratation de l’unité
chevauché peuvent fournir un appoint substantiel. Le gradient apparemment
inverse dans l’unité chevauchante résulterait de la rétromorphose plus ou moins
importante des paragenèses de HP-HT.
Sur le modèle présenté dans le diagramme PT de la figure 13.9 c, le géotherme
(g1) dessine un Z. Sa forme est la conséquence du chevauchement instantané de
l’unité profonde et chaude (US) sur l’unité inférieure superficielle (UI) relativement
froide. La base de l’US est refroidie au contact, tandis que la partie supérieure de
l’UI est réchauffée par conduction. C’est la transition entre la portion de géotherme
chaud et celle de géotherme froid qui correspondrait au gradient métamorphique
inverse. Ceci laisse supposer que le gradient métamorphique coïncide avec le
géotherme, une situation tout à fait irréaliste. En effet, le géotherme en « Z » (g1)
dessiné sur la figure 13.9 c est une situation transitoire pendant le chevauchement,
mais qui se rééquilibre thermiquement rapidement par conduction à la fin du
chevauchement : l’inversion disparaîtrait en quelques centaines de milliers d’années
(g2 sur la figure 13.9 c) et a peu de chance d’être enregistrée par la recristallisation
des roches. Cependant, dans la réalité, la mise en place progressive du chevauchement, transportant l’unité « chaude » pendant plusieurs millions d’années, rend
discutable la conclusion précédente.
9782100522682-Nicollet.fm Page 191 Mardi, 29. décembre 2009 4:34 16
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13.3 • Sous-charriage et métamorphisme inverse
une extension de quelques kilomètres dans la zone de chevauchement. Il est observé
dans différentes régions du globe et à différentes époques, en contexte de collision.
Citons, entre autres : au protérozoïque, dans l’état du Wyoming (États-Unis
d’Amérique) ; au paléozoïque, dans les Calédonides, en Scandinavie et dans la
chaîne hercynienne : vallée du Lot dans le Massif central français et sous la nappe de
Champtoceaux dans le Massif armoricain. L’exemple himalayen est sans doute le
plus étudié (figure 13.9). Sous les ophiolites, une « semelle métamorphique »
présente également un gradient inverse d’extension limité à quelques centaines de
mètres d’épaisseur, lié à l’obduction de la lithosphère océanique sur le continent.
Nous reviendrons sur ce cas dans un chapitre ultérieur relatif au métamorphisme des
ophiolites et de la lithosphère océanique (chap. 15).
En contexte collisionnel, le métamorphisme inverse est caractérisé, dans les lithologies pélitiques, par la superposition des minéraux index du gradient de moyenne
pression-haute température avec, du bas vers le haut : biotite-grenat-staurotidedisthène et parfois sillimanite. Dans la vallée du Lot (Massif central), les métapélites
situées au sommet de l’unité inférieure comportent des assemblages à sillimanite
+ grenat de relativement haute température, tandis que les assemblages à staurotide
+ disthène, situés plus profondément dans l’édifice correspondent à des températures
plus faibles.
L’origine de ce métamorphisme est encore discutée malgré d’abondantes études,
en particulier sur l’exemple himalayen. De nombreux modèles ont été envisagés.
• Le modèle classique du « fer à repasser » est lié au chevauchement syn-métamorphe
d’une unité chaude sur une unité froide. La chaleur de la plaque supérieure se propage
vers le bas par conduction thermique et crée un gradient métamorphique inverse (qui
diminue vers le bas) dans l’unité chevauchée. Chaleur de friction (shear heating)
et transfert de chaleur par advection de fluides libérés par déshydratation de l’unité
chevauché peuvent fournir un appoint substantiel. Le gradient apparemment
inverse dans l’unité chevauchante résulterait de la rétromorphose plus ou moins
importante des paragenèses de HP-HT.
Sur le modèle présenté dans le diagramme PT de la figure 13.9 c, le géotherme
(g1) dessine un Z. Sa forme est la conséquence du chevauchement instantané de
l’unité profonde et chaude (US) sur l’unité inférieure superficielle (UI) relativement
froide. La base de l’US est refroidie au contact, tandis que la partie supérieure de
l’UI est réchauffée par conduction. C’est la transition entre la portion de géotherme
chaud et celle de géotherme froid qui correspondrait au gradient métamorphique
inverse. Ceci laisse supposer que le gradient métamorphique coïncide avec le
géotherme, une situation tout à fait irréaliste. En effet, le géotherme en « Z » (g1)
dessiné sur la figure 13.9 c est une situation transitoire pendant le chevauchement,
mais qui se rééquilibre thermiquement rapidement par conduction à la fin du
chevauchement : l’inversion disparaîtrait en quelques centaines de milliers d’années
(g2 sur la figure 13.9 c) et a peu de chance d’être enregistrée par la recristallisation
des roches. Cependant, dans la réalité, la mise en place progressive du chevauchement, transportant l’unité « chaude » pendant plusieurs millions d’années, rend
discutable la conclusion précédente.
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