La datation absolue des failles et des plis : un combo gagnant pour mieux comprendre l’évolution tectonique des chaînes plissées d’avant-pays

La datation par géochronologie des failles et des plis permet, notamment grâce aux récentes avancées dans les méthodes de datations K-Ar et U-Pb, d’obtenir des informations de plus en plus précises concernant l’âge, la séquence, la durée et les vitesses des déformations tectoniques dans les chaînes plissées d’avant-pays des orogènes.

L’histoire tectonique archivée dans les failles et les plis des ceintures de plissement-chevauchement

Les chaînes plissées d’avant-pays (ou ceintures de plissement-chevauchement) constituent la partie externe des chaînes de montagnes, entre les zones internes et le bassin d’avant-pays. C’est sur ce front que la déformation se propage, via la formation de grands plis et chevauchements qui affectent les couches sédimentaires. Il existe donc au sein de ces structures de déformation des indices précieux qui permettent de reconstruire l’histoire de l’orogène et notamment l’âge, la séquence, la durée et la vitesse des déformations qui se produisent au cours du temps.

Habituellement, la déformation migre vers l’extérieur de la chaîne et l’on observe donc un rajeunissement des structures tectonique vers le bassin d’avant-pays (organisation « en séquence »). Il peut cependant arriver que ce soit l’inverse. On parle alors d’organisation « hors séquence » des structures tectoniques. La reconstruction de l’histoire tectonique des chaînes plissées nécessite donc d’évaluer les âges des différentes structures de déformation.

La datation des structures compressives s’effectue classiquement soit par l’observation des rapports géométriques entre les couches dont on connaît l’âge, soit par datation des dépôts sédimentaires syn-tectoniques. Or, ceux-ci ne sont malheureusement pas toujours préservés. Dater directement les plis et les failles devient dans ce cas nécessaire.

Des méthodes qui permettent la datation absolue des phases de déformation

La période d’activité d’une faille peut être déterminée par géochronologie du matériel broyé se trouvant au cœur de la zone de faille (on parle de gouge), ou des minéraux ayant précipité lors du glissement sur le plan de faille. Dans ce contexte, les minéraux les plus faciles à dater par radiométrie sont l’illite (datation potassium-argon K-Ar ou argon-argon Ar-Ar) et la calcite (datation uranium-plomb U-Pb). Le travail de datation est donc nécessairement précédé par l’identification, au sein des failles, des mésostructures contenant ces minéraux (gouge ou veines), dont la formation est contemporaine de l’activité de la faille. En ce qui concerne le plissement, il est possible d’identifier les mésostructures (veines, petites failles) qui se sont formées au début, pendant, ou à la fin de l’épisode de croissance du pli, et la datation absolue des minéralisations qui leur sont associées va renseigner l’âge du plissement et sa durée.

Dans un article publié dans la revue Comptes Rendus Geoscience, Olivier Lacombe et Nicolas Beaudoin font le point sur les différentes méthodes utilisées jusqu’à ce jour pour dater les plis et les chevauchements dans les chaînes plissées d’avant-pays, en s’appuyant notamment sur plusieurs cas d’études (Alpes, Rocheuses, Jura…). L’approche géochronologique est mise en lumière et révèle son efficacité, en particulier grâce aux récentes avancées techniques de datation K-Ar et U-Pb. Elle permet en effet de préciser non seulement l’âge des déformations compressives, mais également leur séquence à l’échelle régionale, ainsi que la durée d’activité des chevauchements et la durée et la vitesse de formation des plis.   

Les informations obtenues dans le cadre de ces études sur l’évolution des ceintures de plissement-chevauchement permettent également de mieux comprendre le comportement rhéologique de la croûte supérieure et de valider certaines prédictions obtenues par les modélisations numériques.

Brève rédigée par Morgane Gillard

Pour en savoir plus : Olivier Lacombe et Nicolas Beaudoin : Timing, sequence, duration and rate of deformation in fold-and-thrust belts: a review of traditional approaches and recent advances from absolute dating (K–Ar illite/U–Pb calcite) of brittle structures. Comptes Rendus Géoscience, 356, S2, 2024, online first, doi : 10.5802/crgeos.218.

Illustration de l’architecture et de la formation d’une ceinture de plissement-chevauchement au front d’un orogène. Les structures tectoniques qui permettent, grâce à leur datation absolue, de reconstruire l’histoire de la chaîne de montagne sont représentées en rouge© Lacombe et Beaudoin, 2024, Comptes Rendus Géoscience

Illustration de l’architecture et de la formation d’une ceinture de plissement-chevauchement au front d’un orogène. Les structures tectoniques qui permettent, grâce à leur datation absolue, de reconstruire l’histoire de la chaîne de montagne sont représentées en rouge© Lacombe et Beaudoin, 2024, Comptes Rendus Géoscience