La formation d'un relief positif et d'une racine crustale importante (sujet national, juin 2019, partie 1)

Énoncé

Synthèse
À partir de vos connaissances, expliquer les phénomènes qui aboutissent lors d'une collision continentale à la formation d'un relief positif et d'une racine crustale importante.
L'exposé devra être structuré avec une introduction et une conclusion et pourra être accompagné de schémas.
Comprendre la question
Cette synthèse propose d'expliquer les phénomènes qui aboutissent lors d'une collision continentale à la formation d'une chaîne de montagnes, c'est-à-dire d'un relief positif et d'une racine crustale importante. La principale difficulté de cet exercice est de bien délimiter la problématique : il ne s'agit pas de détailler toutes les étapes conduisant à la formation d'une chaîne de montagnes de collision, mais de préciser la formation du relief positif et de la racine crustale correspondante lors de la collision continentale. L'énoncé demande la présence d'un texte structuré, comprenant une introduction et une conclusion. Aucun schéma n'est exigé, mais il est possible d'illustrer la réponse par un schéma-bilan.
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 : Quels phénomènes aboutissent lors d'une collision continentale à la formation d'un relief positif et d'une racine crustale importante ?
La formation d'un relief positif lors de la collision continentale
Les indices tectoniques visibles en surface d'un raccourcissement (plis, failles, chevauchements et nappes de charriage) témoignent d'un empilement et d'un raccourcissement des terrains, résultant de la collision.
La formation d'une racine crustale lors de la collision continentale
Les indices pétrographiques (roches métamorphiques, traces de fusion partielle) témoignent de l'épaississement de la croûte.
L'étude de la profondeur du Moho met en évidence l'existence d'une racine crustale.
La racine crustale résulte de la subduction continentale, suite de la subduction océanique.
L'isostasie contribue à l'augmentation de la profondeur de la racine crustale.
Schéma-bilan : Relief positif et racine crustale d'une chaîne de collision
Conclusion

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

Corrigé

Introduction
La planète Terre présente plusieurs chaînes de montagnes de collision comme les Alpes, dont le point culminant est le mont Blanc à 4 810 m d'altitude ou l'Himalaya, avec le plus haut sommet terrestre, l'Everest, situé à 8 848 m d'altitude. Les chaînes de collision se caractérisent par l'existence de reliefs élevés et d'une racine crustale en profondeur sous ces reliefs. Ces chaînes de collision résultent de la convergence des parties continentales des deux plaques lithosphériques. Quels sont les phénomènes qui aboutissent lors d'une collision continentale à la formation d'un relief positif et d'une racine crustale importante ? Dans un premier temps, nous expliquerons comment se forment les reliefs observés dans les chaînes de montagnes de collision, puis nous présenterons la formation de la racine crustale.
I. La formation des reliefs lors de la collision continentale
La formation d'une chaîne de montagnes de collision est le résultat de longs processus tectoniques. La première étape est l'ouverture d'un océan par rifting au sein d'un continent, due à une divergence entre deux plaques lithosphériques. Au sein de cet océan, une dorsale océanique fonctionne, formant la lithosphère océanique. Puis au bout d'un certain temps, si les mouvements des plaques lithosphériques entraînent leur convergence, l'océan se referme par subduction. La partie océanique d'une plaque lithosphérique plonge sous la partie continentale de l'autre plaque dite chevauchante. Une fois l'océan refermé, le mouvement de convergence des 2 plaques conduit à l'affrontement des deux lithosphères continentales, entraînant une collision continentale qui forme la chaîne de montagnes.
Au niveau d'une chaîne de montagnes, l'altitude des reliefs est élevée (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), failles inverses (cassures affectant un terrain avec mouvement relatif 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 des terrains. Elles résultent d'une tectonique en compression, liée à la convergence entre les deux plaques. Ces structures témoignent de l'épaississement de la croûte continentale et contribuent à l'existence des reliefs élevés au niveau des chaînes de collision.
II. La formation d'une racine crustale lors de la collision continentale
Au niveau des chaînes de collision, des indices pétrographiques sont également observés, comme la présence de roches métamorphiques comme le gneiss. Ces roches métamorphiques témoignent de réactions de transformation des roches, liées à une augmentation de la pression et de la température et présentant un alignement des minéraux caractéristiques. La présence de roches, comme les migmatites ou les granites d'anatexie qui résultent d'une fusion partielle de roches de la croûte continentale, met en évidence une augmentation importante de la pression. Ainsi, la croûte continentale au niveau des chaînes de montagnes est fortement épaissie. De plus, 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). Ainsi, la croûte continentale des chaînes de montagnes, fortement épaissie, présente une racine crustale en profondeur, qui correspond aux reliefs élevés visibles en surface.
Cet épaississement est lié à un empilement des unités géologiques, qui s'accompagne d'un raccourcissement horizontal, résultant de la collision entre les deux parties continentales des plaques. Les chercheurs ont montré que la subduction océanique est suivie d'une subduction continentale où les roches de la croûte continentale de la plaque plongeante sont enfouies profondément dans le manteau lithosphérique sous l'autre plaque. De plus, l'ensemble de la racine crustale tend à s'enfoncer dans le manteau par un phénomène d'isostasie (équilibre de la lithosphère sur l'asthénosphère) et compense ainsi la surcharge liée aux reliefs en surface.
Schéma-bilan : relief positif et racine crustale d'une chaîne de collision
Schéma-bilan : relief positif et racine crustale d'une chaîne de collision
Conclusion
Ainsi, dans les chaînes de collision, la présence des reliefs et d'une racine crustale profonde sous ces reliefs résulte de l'affrontement entre les parties continentales de 2 plaques lithosphériques pendant la collision. Les terrains de la croûte continentale sont empilés les uns sur les autres, d'où l'épaississement crustal, générant des altitudes élevées en surface. La subduction continentale participe à la formation d'une profonde racine crustale. Dès leur apparition, les reliefs en surface sont soumis à l'érosion. Comment évoluent alors au cours du temps les reliefs positifs et la racine crustale des chaînes de collision ?