Altitude d'une chaîne de montagne

En Janvier et Février, des questions de géologie
Gilles Gutjahr
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Altitude d'une chaîne de montagne

Messagepar Gilles Gutjahr » 16 janv. 2015, 18:06

Pour un vulgarisateur de la géologie (comme moi :oops: ), les chaînes de l'Hymalaya et des Alpes se sont formées un peu de la même façon. Si cette approximation est recevable, comment peut-on expliquer les différences d'altitudes entre ces 2 chaînes ? Est-ce que les tailles des plaques (des fronts de collision) concernées, leurs vitesses de déplacement relatif et l'érosion sont des facteurs qui interviennent dans l'expression de ces différences d'altitudes ?
Question subsidiaire : a t-on une idée de l'altitude probable de l'énorme chaîne hercynienne à ses plus beaux jours ?

Jacques MALAVIEILLE
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Re: Altitude d'une chaîne de montagne

Messagepar Jacques MALAVIEILLE » 19 janv. 2015, 10:22

C'est une question difficile car la réponse fait appel à de nombreux paramètres...
Alors, même si en effet les Alpes et l'Himalaya se sont formées d'une façon similaire, c'est à dire par des mécanismes de subduction continentale, à l'échelle des reliefs actuels, l'altitude maximum atteinte par ces reliefs est assez différente. Première remarque, l'altitude maximum d'une chaîne représente en quelque sorte une anomalie locale de topographie. Si on veut comparer l'état mécanique d'une lithosphère qui a été épaissie lors de la formation d'une chaîne, il vaut mieux s’intéresser à l'altitude moyenne qui est plus représentative. Tour d'abord, les chaînes se forment grâce à la convergence des plaques qui induit un épaississement crustal. Cet épaississement crée un relief aérien compensé par une racine crustale (la racine étant bien plus importante que la partie aérienne). L'activité tectonique de la chaîne sera donc un paramètre fondamental pour le relief. Une chaine active (jeune donc) associée à des plaques qui convergent rapidement verra ses reliefs élevés compensés en permanence par l'épaississement crustal et en même temps, ces mêmes reliefs du fait des fortes pentes et de l'anomalie topographique induite sera soumise à une forte érosion (qui elle même sera dépendante du climat). Une sorte d'équilibre ou de balance va s'établir permettant la croissance de la chaîne et des hauts sommets associés.

En revanche, une chaîne ancienne (ou inactive) verra ses reliefs progressivement rabotés par l'érosion et d'autres processus, jusqu'à ce que la croûte épaissie retrouve une épaisseur normale (à l'équilibre isostatique). Dans les Alpes actuelles, la convergence des plaques est quasiment nulle (voir données récentes du GPS), les reliefs sont donc maintenus actuellement par la remontée de la racine crustale (le Moho est encore autour de 60km de profondeur dans les Alpes). Il y a donc encore de hauts reliefs dans les Alpes. Autre paramètre important qui contrôle l'altitude moyenne d'une chaîne, c'est la résistance mécanique de la lithosphère. Le poids des reliefs est supporté par la résistance mécanique des roches qui les constituent, et cette résistance dépend bien sur de la nature des roches impliquées dans le relief et de leur état thermique qui lui même dépend du degré de maturité de la chaîne. Plus une chaîne de subduction est jeune, plus sa lithosphère est froide (donc résistante), plus elle évolue, plus elle se réchauffe et donc s'affaiblit et n'est plus à même de supporter la même charge lithostatique. Pour caricaturer, chaîne jeune et peu évoluée, croûte froide et résistante -> hauts reliefs (ou plutôt, altitude moyenne élevée), chaîne mature, large et très évoluée thermiquement, croûte chaude moins résistante -> altitude moyenne moins élevée... La vitesse de convergence joue également un rôle important dans tous ces processus (par exemple la balance entre les mouvements tectoniques verticaux et l'érosion qui déplace de la matière).

De manière très locale, l'altitude des grands sommets terrestres représente donc des singularités essentiellement contrôlées par la structure géologique (présence de grandes failles actives), la nature des roches qui constituent le “pic“ et l'érosion. Dans l'Himalaya, qui est une chaîne bien plus active que les Alpes actuelles (l'Inde converge vers le nord à des vitesses de l'ordre de 5cm/an), la croûte est très épaisse (autour de 70 km) et la zone des hauts reliefs est localisée dans le bourrelet frontal de la collision Inde Asie. De grands chevauchements actifs maintiennent en permanence très élevées les roches résistantes qui constituent les hauts sommets. L'érosion bien que très active ne suffit pas à émousser ces pics...

En ce qui concerne les reliefs de la chaîne hercynienne, qui est une chaîne ancienne donc fossile, on peut penser qu'il y avait des reliefs importants (comparables au système Himalaya - Tibet actuel). C'est en s'appuyant sur des considérations générales tout d'abord qu'on peut se faire une idée de l'altitude moyenne des reliefs hercyniens. La structure géologique de la chaîne suggère que c'était une chaine large qui avait atteint une certaine maturité (comparable à l'Himalaya-Tibet). On y trouve des roches exhumées de grandes profondeurs, la croûte était donc très épaissie, l'épaississement était contrôlé par des processus de subduction et l'érosion était très active (on trouve des sédiments dans des bassins qui témoignent de l'érosion intense de cette chaîne). Il est en revanche plus difficile d'obtenir une estimation directe de ces altitudes atteintes, la totalité des reliefs ayant été arasée à la fin de l'orogenèse. Certaines méthodes modernes indirectes (paléoaltimétrie) existent cependant et donnent une idée des altitudes atteintes.
On pourrait développer longuement ce sujet qui permet d'aborder la totalité des processus fondamentaux impliqués dans l'orogenèse...


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