Un Cycle de Wilson 2.0 qui prend en compte la maturité des marges dans la formation des orogènes

Le projet OROGEN a permis de mettre en évidence la nécessité de proposer une nouvelle version du Cycle de Wilson, afin que puisse être pris en compte le degré de maturité des marges continentales. Ce paramètre semble en effet jouer un rôle crucial dans la formation des orogènes, via l’héritage structural de la lithosphère.

Dans les années 1960-70, la théorie de la tectonique des plaques s’impose finalement au sein de la communauté des géoscientifiques. Elle inspire à Tuzo Wilson l’idée que l’ouverture et la fermeture des océans du globe appartiennent en réalité à un grand cycle géodynamique, qui permet notamment d’expliquer la formation et la fragmentation des supercontinents qui se sont succédé au cours du temps.

Cycle de Wilson et importance de l’héritage extensif dans la construction des orogènes

Ce cycle, dit de Wilson, comporte ainsi plusieurs phases, distribuées entre deux régimes tectoniques différents : un régime extensif (divergence des plaques) ou au contraire régime compressif (convergence). De manière simplifiée, les observations ont ainsi montré que la phase de rifting (extension et amincissement de la lithosphère continentale) était suivie par une phase d’océanisation (rupture de la lithosphère continentale et naissance d’un nouveau bassin océanique), puis par l’initiation d’une phase de convergence entrainant la fermeture de ce domaine océanique par l’initiation de zones de subduction. Cette fermeture océanique se clôture par une phase de collision continentale, qui va mener à la formation d’un orogène. L’arrêt de la convergence va finalement entrainer une pénéplanation de la chaîne de montagnes, grâce aux processus d’érosion et d’altération. Les reliefs disparaissent progressivement pour laisser la place à des bassins intracratoniques. Puis le cycle recommence avec une nouvelle phase de rifting et de fragmentation continentale.

On remarque que dans ce cycle, les orogènes se construisent en intégrant des zones de faiblesses d’échelle lithosphérique, héritées de l’histoire extensive ayant précédé la convergence. Or, ces zones de faiblesse vont jouer un rôle dans cette seconde partie du cycle, en étant préférentiellement réactivées lors des phases de convergence et notamment durant la formation de l’orogène, ou par la suite, pour l’initiation d’une nouvelle zone de rift. Cela implique que les océans se formeraient toujours à peu près aux mêmes endroits (sutures).

Un Cycle de Wilson 2.0 pour prendre en compte le degré de maturité des marges

La grande diversité des orogènes observés laisse penser que cet héritage des phases de divergence pourrait jouer un rôle majeur et décisif lors de leur formation, rendant ainsi chaque orogène unique. Toutefois, cette participation n’est pas clairement explicitée ni qualifiée. Il est possible également que la variabilité observée soit liée aux processus orogéniques eux-mêmes, à l’œuvre durant les phases de convergence. Un vaste projet nommé OROGEN, co-financé par le BRGM, le CNRS et TOTAL, s’est pendant cinq années intéressé à cette question du rôle de l’héritage, notamment extensif, dans la construction orogénique. Les résultats ont fait l’objet de nombreux articles, avec entre autres l’édition d’un numéro spécial du BSGF-Earth Science Bulletin édité par Olivier Lacombe et plusieurs collègues européens. Récemment, une synthèse globale clôturant le projet, à laquelle a participé Olivier Lacombe de l’ISTeP, a été publiée dans cette même revue.

À droite, le Cycle de Wilson 2.0 incorporant les 4 étages de maturité lors de la divergence (A, B, C, D) et les 4 étages de maturité lors de la convergence (1, 2, 3, 4). À gauche, les différents scénarios possibles d’évolution post-convergence qui dépendent du degré de maturité atteint durant la convergence © Masini et al. 2024, BSGF

L’un des principaux résultats de ce projet est la définition d’une nouvelle version du Cycle de Wilson. Ce Cycle de Wilson 2.0 répond au constat que certains orogènes peuvent dériver de systèmes extensifs plus ou moins matures. Une phase de convergence pourrait ainsi intervenir avant qu’un large océan ait eu le temps de se former. Or, le Cycle de Wilson classique ne considère que la fermeture de larges bassins océaniques. Cette « mise à jour » du concept permet donc d’intégrer un plus large éventail de cas tectoniques et de mieux expliquer la diversité des orogènes.

Définition d’un label « ORO-Genic » pour caractériser les domaines orogéniques

Pour labelliser les différents cas possibles en fonction du niveau de maturité des phases divergentes et des phases convergentes, les chercheurs ont créé un système d’identification appelé « ORO-Genic », avec un code reposant sur des critères diagnostiques rigoureux. Ce numéro d’identification permet ainsi de caractériser l’ensemble des orogènes du globe en fonction de leur histoire/héritage tectonique, et notamment de la maturité ou immaturité des phases de divergence et convergence.

En plus d’aider à la compréhension de la formation des orogènes, ce concept d’identification ORO-Genic présente également un intérêt pour l’industrie pétro-gazière, en permettant d’identifier plus facilement de potentiels gisements en fonction de l’histoire extensive antérieure à la convergence.

Brève rédigée par Morgane Gillard

Pour en savoir plus : Emmanuel Masini, Suzon Jammes, Sylvain Calassou, Olivier Vidal, Isabelle Thinon, Gianreto Manatschal, Sébastien Chevrot, Mary Ford, Frédéric Mouthereau, Olivier Lacombe and the OROGEN Team. Revisiting orogens during the OROGEN project: tectonic maturity, a key element to understand orogenic variability. BSGF 6earth Science Bulletin, 2024; 195 (1): 23. doi: https://doi.org/10.1051/bsgf/2024021

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