La formation des reliefs associés aux chaînes de montagnes de collision (sujet national, juin 2018, partie 1)

Énoncé

Synthèse
Expliquer la formation des reliefs associés aux chaînes de montagnes de collision ainsi que les mécanismes contribuant à leur disparition.
La réponse prendra la forme d'un texte structuré et illustré.
Comprendre la question
Cette synthèse propose d'expliquer la formation des reliefs associés aux chaînes de montagnes de collision et les mécanismes contribuant à leur disparition. La principale difficulté de cet exercice est de bien délimiter la problématique : il s'agit d'abord d'expliquer la formation des reliefs résultant de l'épaississement de la croûte continentale lors de la collision sans détailler les étapes antérieures à la collision. Puis il s'agit de présenter les mécanismes de la disparition de ces reliefs. Le sujet fait donc appel à des notions traitées dans différents chapitres du programme de terminale S, ce qui constitue la principale difficulté. L'énoncé exige la présence d'un texte structuré et illustré. Il faut donc choisir des schémas illustrant la formation des reliefs et leur disparition, en veillant à leur exactitude scientifique. Il est recommandé que la synthèse contienne une introduction exposant la problématique, le développement structuré illustré et la conclusion répondant à la problématique.
Procéder par étapes
1re étape : identifier le type de réponse attendue.
2e étape : élaborer un plan détaillé de la synthèse au brouillon.
Le tableau suivant présente un exemple de démarche élaborée au brouillon :
Structure de la synthèse
Éléments issus des connaissances
Introduction : Comment expliquer la formation des reliefs associés aux chaînes de montagnes de collision et les mécanismes conduisant à leur disparition ?
I. La formation des reliefs associés aux chaînes de montagnes de collision
La formation des chaînes de montagnes.
Les témoins de l'épaississement de la croûte : des indices tectoniques visibles en surface (plis, failles, chevauchements et nappes de charriage) ; des indices pétrographiques (roches métamorphiques, traces de fusion partielle).
Présence d'une racine crustale.
Ces indices sont le résultat d'un empilement des terrains résultant de la collision entre les parties continentales de deux plaques lithosphériques.
II. La disparition des reliefs
Les roches constituant les chaînes de montagnes sont soumises à l'érosion sous l'action d'agents physiques et chimiques.
1. Altération et érosion des reliefs
Les produits issus de l'altération sont transportés jusqu'à leur lieu de sédimentation.
2. Effondrement gravitaire
Sous l'effet de forces gravitaires, le centre des chaînes de montagnes est en extension, ce qui participe à la disparition du relief.
La lithosphère subit des réajustements isostatiques par rapport à l'asthénosphère, entraînant la remontée progressive de la racine crustale.
Schéma bilan : formation et disparition des reliefs d'une chaîne de montagnes de collision.
Conclusion

3e étape : structurer l'introduction et la conclusion au brouillon.
4e étape : rédiger la réponse sur la copie.

Corrigé

Synthèse
Introduction
Les Alpes sont une chaîne de montagnes de collision et se caractérisent par des reliefs élevés, dont le point culminant est le mont Blanc à 4 810 m d'altitude. Les chaînes de montagnes de collision résultent de la convergence entre deux plaques lithosphériques. Comment se forment les reliefs associés à ces chaînes de montagnes de collision et quels sont les mécanismes expliquant la disparition de ces reliefs ? Dans un premier temps, nous expliquerons comment se forment les reliefs observés dans les chaînes de montagnes de collision, puis nous présenterons les mécanismes conduisant à l'aplanissement de ces reliefs.
I. La formation des reliefs des chaînes de montagnes
Différents indices permettent de reconstituer le scénario de la formation d'une chaîne de montagnes de collision comme les Alpes ou l'Himalaya. La première étape est l'ouverture d'un océan par rifting au sein d'un continent dû à une divergence. Un océan, contenant de la lithosphère océanique formée au niveau d'une dorsale océanique, se met en place bordé par des marges passives. Puis, au bout d'un certain temps, si des modifications des mouvements de plaques lithosphériques entraînent une convergence, cet océan se referme par subduction. La subduction est le plongement d'une lithosphère océanique âgée dans l'asthénosphère sous une autre lithosphère. Le mouvement de convergence des deux plaques conduit alors, une fois l'océan refermé, à l'affrontement des parties continentales des deux lithosphères, entraînant la formation d'une chaîne de montagnes de collision.
Au niveau d'une chaîne de montagnes, le relief est élevé (jusqu'à 8 848 m d'altitude maximale pour le mont Everest dans l'Himalaya). En surface, on observe différentes structures tectoniques : des plis (déformations des roches suite à des contraintes tectoniques en compression), des failles inverses (cassures affectant un terrain avec mouvements relatifs des deux parties affectées par la faille), des chevauchements ou nappes de charriage (structures marquées par le recouvrement d'un terrain par un autre). Ces structures visibles à l'affleurement témoignent d'un empilement vertical d'unités géologiques et d'un raccourcissement horizontal de ces terrains. Elles résultent d'une tectonique en compression, liée à la convergence entre les deux plaques. Ces structures expliquent l'existence des reliefs et témoignent de l'épaississement de la croûte continentale dans les chaînes de collision.
Des indices pétrographiques sont également observés au niveau des chaînes de collision, comme la présence de roches métamorphiques comme le gneiss, qui témoignent de réactions de transformation des roches liées à une augmentation de la pression et de la température. La présence de roches comme les migmatites ou les granites d'anatexie résultant d'une fusion partielle de la croûte continentale témoigne également d'une augmentation importante de la pression, c'est-à-dire d'une augmentation de la profondeur, à laquelle sont soumises certaines roches de la croûte continentale. Ainsi, la croûte continentale au niveau des chaînes de montagnes est fortement épaissie et certaines roches sont présentes à une grande profondeur. Les études sismiques montrent que l'épaisseur de la croûte continentale des chaînes de montagnes peut atteindre 70 km (contre 30 km en moyenne en dehors de chaînes de montagnes). En effet, les chaînes de montagnes présentent une racine crustale. Les chercheurs ont montré que la subduction océanique pouvait être suivie d'une subduction continentale où des roches de la croûte de la plaque plongeante sont enfouies profondément dans le manteau lithosphérique sous l'autre plaque, participant ainsi à la formation de la racine crustale. De plus, la racine crustale tend à s'enfoncer dans le manteau par un phénomène d'isostasie (équilibre de la lithosphère sur l'asthénosphère) en compensant la surcharge liée aux reliefs en surface. Ainsi, les différents indices tectoniques et pétrographiques mettent en évidence l'épaississement crustal au niveau des chaînes de montagnes, résultant d'un empilement des unités géologiques, associé à un raccourcissement horizontal, et résultant de la collision entre les parties continentales des deux plaques. Mais d'anciennes chaînes de montagnes aplanies sont observées comme le Massif armoricain en France. Quels sont les mécanismes expliquant la disparition de ces reliefs ?
II. La disparition des chaînes de montagnes
1. Altération et érosion des reliefs
Tout relief terrestre est soumis à l'érosion, qui est l'ensemble des phénomènes qui altèrent les reliefs, enlèvent les produits de cette altération et modifient donc le relief. L'altération des roches est la modification de ces roches suite à l'action d'agents physiques (eau, vent, végétation, alternance gel/dégel, passage des glaciers, variations de la température…) et chimiques. Le principal agent d'érosion, l'eau, a une importante action chimique : elle hydrolyse les roches en formant des produits d'altération (minéraux, ions…). Les produits de cette altération sont alors transportés par l'eau ou le vent et forment des roches sédimentaires détritiques à la surface de la croûte terrestre.
2. Effondrement gravitaire
Un autre phénomène contribue à la disparition des reliefs de chaînes de montagnes. En effet, les forces de gravitation entraînent au cœur de ces chaînes des mouvements tectoniques caractérisés par une extension. Cette tectonique en extension, repérable par la présence de failles normales, est à l'origine d'un aplanissement de la chaîne de montagnes.
Ainsi, au niveau d'une chaîne de montagnes, l'érosion et les phénomènes gravitaires font diminuer les reliefs. En parallèle, cette diminution de masse entraîne un déséquilibre isostatique de la croûte, qui est alors compensé par un réajustement isostatique où la croûte remonte. L'altitude de la chaîne diminue donc progressivement tandis que la racine crustale devient de moins en moins profonde. En surface affleurent des roches formées ou transformées en profondeur comme les gneiss et les granites d'anatexie. À la fin d'un cycle orogénique, qui constitue le cycle de formation et de disparition d'une chaîne de montagnes, l'épaisseur de croûte redevient proche de la valeur qu'elle avait avant la formation de la chaîne de montagnes, soit environ 30 km d'épaisseur.
Schéma bilan : formation et disparition des reliefs d'une chaîne de montagnes de collision
Schéma bilan : formation et disparition des reliefs d'une chaîne de montagnes de collision
Conclusion
La formation des reliefs dans les chaînes de collision résulte donc de l'affrontement entre les parties continentales de deux plaques lithosphériques : les terrains de la croûte continentale sont empilés les uns sur les autres, d'où l'épaississement crustal. Dès leur apparition, les reliefs sont soumis à l'érosion par différents agents physiques et chimiques ainsi qu'à un effondrement gravitaire : la chaîne de montagnes est aplanie. Lors de cycles orogéniques successifs, les roches de la croûte continentale subissent ainsi des transformations sous l'effet de processus tectoniques, sédimentaires, métamorphiques et magmatiques.