La formation de l'Himalaya (sujet national, juin 2015, partie 2, ex. 2)

Énoncé

La formation de l'Himalaya
Selon le modèle actuel, la collision continentale se réalise après disparition par subduction de la lithosphère océanique. La subduction concerne aussi l'essentiel de la lithosphère continentale qui est entraînée par la lithosphère océanique.
Synthèse
Retrouver à partir des documents des arguments qui valident la subduction de lithosphère océanique et de lithosphère continentale.
Document 1
Carte géologique simplifiée de l'Himalaya
Carte géologique simplifiée de l'Himalaya
D'après Himalaya-Tibet, le choc des continents, CNRS, 2003.
Document 2
Tomographie sismique et foyers sismiques selon une coupe nord-sud au niveau de l'Himalaya
Tomographie sismique et foyers sismiques selon une coupe nord-sud au niveau de l'Himalaya
La tomographie sismique est une technique permettant de visualiser en profondeur les variations de la vitesse de propagation des ondes sismiques.
Cette vitesse varie selon la densité du matériau traversé. Une anomalie positive correspond à des matériaux froids et une anomalie négative à des matériaux chauds.
D'après A. Replumaz et al., 2004.
Document 3
Microphotographie d'une lame mince d'une roche appartenant à la croûte continentaleCette roche a été récoltée dans la vallée du Kaghan (ouest de l'Himalaya).
Microphotographie d'une lame mince d'une roche appartenant à la croûte continentale
J.P. Pérrillat. Site : www.planet-terre.ens-lyon.fr, 2003.
Document 4
Domaine de stabilité des 2 minéraux visibles sur la roche
Domaine de stabilité des 2 minéraux visibles sur la roche
D. Boutelier, thèse de doctorat, Université de Nice-Sophia Antipolis, 2004.
Comprendre la question
Cet exercice porte sur la formation d'une chaîne de montagnes : l'Himalaya. Il s'agit de construire une démarche cohérente à partir des documents proposés pour montrer d'abord l'existence d'une subduction océanique de la plaque Inde-Australie, puis l'existence d'une subduction continentale de cette même plaque. L'utilisation des informations extraites des documents nécessite l'apport de connaissances, qui doivent être mentionnées dans la réponse. La réponse doit contenir l'introduction exposant la problématique, puis l'argumentation correctement organisée mettant en relation les éléments issus des documents et des connaissances, et enfin la conclusion répondant à cette problématique. Aucun schéma n'est exigé par l'énoncé.
Procéder par étapes
Identifiez le type de réponse attendu.
Extrayez des documents les informations en rapport avec le problème scientifique.
Construisez une réponse structurée mettant en relation les informations issues des documents et des connaissances.
Le tableau suivant présente un exemple de démarche construite au brouillon.
Parties du problème
Éléments issus des documents
Éléments issus des connaissances
Introduction : Quels sont les arguments validant la subduction de la lithosphère océanique et de la lithosphère continentale lors de la formation de l'Himalaya ?
Arguments validant la subduction de la lithosphère océanique
Document 1. Présence d'ophiolites et de sédiments marins au niveau de la suture entre la plaque Inde-Australie et la plaque Eurasie.
Document 2. Tomographie sismique :
présence de la plaque lithosphérique Inde-Australie froide plongeant sous la plaque Eurasie.
Répartition des foyers sismiques dans le plan de Wadati-Bénioff.
Bilan. Subduction océanique de la plaque Inde-Australie vers le nord, sous la plaque Eurasie.
Les ophiolites sont des lambeaux de lithosphère océanique présents en domaine continental, qui témoignent de la fermeture d'un océan par subduction.
La subduction est le plongement d'une lithosphère océanique sous une autre lithosphère chevauchante. Les foyers des séismes s'inscrivent dans le plan de Wadati-Bénioff, qui matérialise le plongement de la plaque lithosphérique en subduction.
Arguments validant la subduction de la lithosphère continentale
Document 1. Présence de chevauchements : empilement d'unités de croûte continentale, résultant d'une tectonique en compression.
Document 3. Présence dans l'Himalaya de roches contenant du quartz et de la coésite.
Document 4. Formation de la coésite à partir du quartz à grande profondeur (80 à 100 km).
Bilan. Subduction continentale de la plaque Inde-Australie vers le nord, sous la plaque Eurasie.
 
Conclusion

Corrigé

Synthèse
L'Himalaya est une chaîne de montagnes intracontinentale, présentant le plus haut relief terrestre, l'Everest, qui culmine à 8  850 m d'altitude. L'Himalaya résulte de la collision de 2 plaques lithosphériques : la plaque Inde-Australie au sud et la plaque Eurasie au nord. La collision donnant naissance à une telle chaîne de montagnes est actuellement expliquée par l'existence d'une subduction de la lithosphère océanique, qui entraîne par la suite la subduction de la lithosphère continentale. Quels sont les arguments validant la subduction de la lithosphère océanique et celle de la lithosphère continentale lors de la formation de l'Himalaya ? Dans un premier temps, nous analyserons la carte géologique de l'Himalaya, les données de la tomographie sismique et la répartition des foyers sismiques selon la profondeur pour mettre en évidence la subduction océanique. Puis, dans un second temps, nous montrerons qu'il existe des indices tectoniques et pétrographiques d'une subduction continentale dans l'Himalaya.
L'étude de la carte géologique de l'Himalaya, présentée dans le document 1, montre l'existence de deux types de roches : les ophiolites et les sédiments marins, qui sont situés au niveau de la suture entre la plaque Inde-Australie et la plaque Eurasie. Or, les ophiolites sont des lambeaux de lithosphère océanique présents en domaine continental, qui témoignent de la fermeture d'un océan par subduction. On en déduit l'existence passée d'un océan, qui est confirmée par la présence des sédiments marins, et que cet océan a disparu par subduction.
Le document 2 présente les résultats de tomographie sismique effectuée selon une coupe nord-sud au niveau de l'Himalaya. La tomographie sismique caractérise les anomalies de vitesse des ondes sismiques en fonction de la profondeur le long de cette coupe. On observe une importante anomalie positive (+ 2,6 %) d'un panneau de lithosphère partant du sud et descendant jusqu'à environ 600 km de profondeur. Or, on sait qu'une anomalie positive de vitesse des ondes sismiques correspond à la présence de matériaux froids. On en déduit qu'un panneau de lithosphère froid plonge dans le manteau sous-jacent. En outre, les foyers sismiques sont localisés sous l'Himalaya jusqu'à 300 km de profondeur dans un même plan, appelé plan de Wadati-Bénioff. Le plan de Wadati-Bénioff matérialise le plongement par subduction de la plaque lithosphérique Inde-Australie située au sud sous la plaque lithosphérique Eurasie située au nord. Les données tomographiques et la mise en évidence du plan de Wadati-Bénioff permettent de conclure au plongement vers le nord de la lithosphère froide de la plaque Inde-Australie par subduction sous la plaque Eurasie chevauchante.
La carte géologique de l'Himalaya (document 1) montre l'existence de 3 chevauchements, traduisant l'empilement d'unités de croûte les unes sur les autres. Les unités supérieures sont situées du côté de la plaque Eurasie. Ces chevauchements importants résultent d'une forte tectonique en compression en domaine continental. En outre, dans la région de Kaghan, située au nord-est de la chaîne, des roches de la croûte continentale contenant du quartz et de la coésite sont échantillonnées à l'affleurement (document 3). Or, l'étude du domaine de stabilité du quartz et de la coésite (document 4) montre que la coésite se forme à partir du quartz soumis à une forte pression (2,2 GPa à 3 GPa selon la température). Ces fortes pressions existent à des profondeurs importantes, comprises entre 80 à 100 km de profondeur. On en déduit que les roches de la croûte continentale contenant de la coésite récoltée dans la région de Kaghan ont subi un enfouissement à grande profondeur (plus de 80 km), révélant ainsi la subduction de la partie continentale de la plaque Inde-Australie vers le nord, sous la plaque Eurasie.
Ainsi, les études géologiques et sismiques, complétées par les données issues de la tomographie sismique, permettent de mettre en évidence que l'Himalaya est une chaîne de montagnes résultant de la collision entre la plaque Inde-Australie et la plaque Eurasie. Plus précisément, la partie océanique de la plaque Inde-Australie a disparu par subduction sous la plaque Eurasie. Cette subduction océanique a entraîné la subduction de la partie continentale de la plaque Inde-Australie sous la plaque Eurasie, formant ainsi une chaîne de montagnes avec un très fort relief.