Reconstitution de la morphogenèse Oligocène-Miocène des Alpes occidentales par une approche pluridisciplinaire

par Sebastien Jourdan

Thèse de doctorat en Sciences de l'univers

Sous la direction de Matthias Bernet et de Pierre Tricart.

Soutenue le 25-10-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines (équipe de recherche) .

Le président du jury était Peter Van der Beek.

Le jury était composé de Bernard Pittet.

Les rapporteurs étaient Philippe Agard, Massimiliano Zattin.


  • Résumé

    Le but de cette thèse est l'utilisation d'une approche multidisciplinaire qui combine des techniques d'analyse pétrologique, de la géochimie et de la thermochronologie afin de reconstituer l'évolution des Alpes occidentales pendant l'Oligocène et le Miocène et d'en déduire les implications géodynamiques. Ces techniques permettent à la fois d'identifier le bassin de drainage des sédiments et les taux d'exhumation dans ce bassin de drainage. L'enregistrement de cette évolution est préservé dans les bassins d'avant pays de chaque côté des Alpes occidentales en France et en Italie. Les techniques d'analyse pétrologique utilisées ici sont l'observation macroscopique, l'observation en lames minces, l'analyse par spectromètre Raman et l'étude de minéraux lourds. De nombreuses études ont été réalisées afin d'analyser les minéraux lourds des bassins alpins. Celles-ci permettent de déterminer la provenance des minéraux. Lors de ce projet, nous avons réalisé des analyses Raman sur des serpentinites permettant de distinguer les différents types de serpentinites. Or les Alpes internes montrent une gradation du métamorphisme croissant vers l'est, qui implique une variation des types de serpentinites vers l'est (association lizardites et antigorites dans les zones de basse température, antigorites exclusivement dans les zones de haute température). L'analyse de l'arrivée des différents types de serpentinites de part et d'autre de la chaîne permet de définir la position des réseaux de drainage dans les Alpes internes et de positionner la ligne de partage des eaux. La géochimie sur les basaltes détritiques permet d'analyser le type de basaltes et donc d'identifier leurs sources. Des basaltes non métamorphiques ont été identifiés en quantité importante dans les bassins d'avant-pays côté français démontrant la répartition importante de matériels océaniques obduits sur les Alpes internes à l'Oligocène. Les âges de thermochronologie détritique comparés à l'âge de dépôt permettent de déterminer le lag-time et donc le taux d'exhumation maximum de la zone érodée. En effet, la modélisation des isothermes permet de déterminer un taux d'exhumation à partir du lag-time. L'analyse des taux d'exhumation le long de la colonne stratigraphique à Barrême montre un pulse d'exhumation à partir d'une période très brève dans le temps : 30±1 Ma à des taux d'exhumation compris entre 1,5 à 2 km/Ma, qui correspond à la mise en place des Alpes internes. Ces taux d'exhumation correspondent à des taux d'exhumation importants mais inférieurs à ce que l'on peut trouver dans l'Himalaya actuellement. Ils sont toutefois comparables à l'activité d'exhumation dans des montagnes jeunes. De récents travaux de modélisation montrent que le retrait de slab peut être consécutif à une rupture de slab profond. Notre équipe propose que dans les Alpes occidentales, la rupture et le retrait de slab a permis la mise en place du corps d'Ivrea comme un poinçon au dessus du slab.

  • Titre traduit

    Multidisciplinary approach to reconstruct the Oligocene-Miocene morphologic and exhumational evolution of the western Alps


  • Résumé

    The aim of this dissertation was to use a multidisciplinary approach, combining petrologic, geochemical and geo-thermochronologic analyses, to reconstruct the topographic and exhumational evolution of the Western Alps during Oligocene and Early Miocene times, in relation to regional geodynamic events. Because the sedimentary record of this evolution is preserved in the foreland basins on the both sides of the Western Alps in France and Italy, this approach allows identifying sediment provenance and exhumation rates in the drainage areas. Petrological analyses used here were macroscopic observations in the field (pebbles counts), thin section analyses, and Raman spectrometry on detrital serpentinite pebbles and serpentine sand grains. The different serpentine species (antigorite, lizardite etc.), can be traced back to specific source lithologies because the metamorphic grade of the rocks exposed in the Western Alps increases eastward, with antigorite (HT serpentine) bearing rocks in the eastern piedmont complex and mixed lizardite-antigorite (LT serpentine) in the western piedmont complex. Analysis of serpentine species in the foreland basin deposits on both sides of the Alps allows determining changes in the paleo-Durance and paleo-Dora Riparia drainage areas and the position of the drainage divide, which have not changed since the Early Miocene. Major and trace element analyses of non-metamorphic basalt pebbles from the Barrême basin hint at the Chenaillet (or equivalent) obducted ophiolite in the internal Western Alps as the most likely source. Fission-track (FT) analysis of detrital apatite and zircon were used to determine maximum and average exhumation rates during the Oligocene. A pulse of fast erosional exhumation at about 30±1 Ma had rates on the order of 1.5-2 km/Myr, while average rates were about 0.2-0.3 km/Myr. FT and U/Pb double dating of single zircons show that the signal of fast exhumation is not an artifact caused by volcanic contamination at around 30 Ma. The rapid creation of high relief and associated exhumation rates are related to isostatic surface uplift after slab break-off beneath the Western Alps at 35-30 Ma, followed by slab retreat which allowed emplacement of the Ivrea body vertical indenter that supports the high topography in the internal Western Alps.


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