La zone piémontaise des Alpes occidentales : un paléocomplexe de subduction. Arguments métamorphiques, géochronologiques et structuraux

AbstractTHE PIEMONTESE ZONE (WESTERN ALPS)A PALEO-SUBDUCTIONCOMPLEX : METAMORPHIC, GEOCHRONOLOGIC AND STRUCTURALEVIDENCES.This PhD Thesis presents a multidisciplinary approach (petrology, tectonics, fissiontrackschronometry and geophysics) of the geodynamic evolution of the Piemontese zonefrom the western Alps (Pelvoux-Dora Maira geotraverse of GéoFrance 3D programm).This zone corresponds to the tectonic juxtaposition of two main domains :-The Queyras Schistes lustrés in which different metamorphic P-T paths, reflecting aprogressive evolution under blueschist facies conditions, have been recognized. Theserocks have been buried at depth of 20-35 km under paleo-gradients of 25-30°C/km.-The eclogitic units (Monviso and Dora Maira massifs), characterized by heterogeneoushigh-pressure conditions (numerous pressure gaps), reflecting contrasted conditions ofburial under a very low thermal gradient of 4-6°C/km.These two domains are interpreted as the remnants of different structural levels of anintra-oceanic subduction zone. The Queyras Schistes lustrés, with an important metasedimentarycomponent and ocean-derived detritism, are regarded as a crustalaccretionary wedge, while the eclogitic units corresponds to a deep-seated wedgecomposed by serpentinized peridotites and crustal slices sampled at different depths alongthe Benioff zone. The exhumation of blueschists and eclogites is diachronous andachieved, while subduction was still active, throught contrasted mechanisms. The tectonicpile of the Piemontese zone was created at 30 Ma and its exhumation achieved by thecombination of erosion and extension. This syn-convergence extension occured undergreenschist facies conditions corresponds to the tectonic denudation, toward west, of theeclogitic massifs. In the Queyras Schistes lustrés, the greenschist facies related structureshave been tilted toward the west during the exhumation. In the Piemontese zone,extensional tectonics was synchronous of thrust development and shortening of theeuropean foreland and is still active today.The crustal scale geometry of the internal zones is characterized by the occurence of amantle identor. This rigid, apulian, mantle back-stop was responsible for the stacking ofdeep crustal slices derived from the european margin. The mantle identor is divided intwo units by crustal scale inverse faults and promotes the present-day strain partioning ofthe western Alps. In this context, syn-convergence extension corresponds to theaccomodation of the vertical identation of the HP units, in relation to the continous NW /SE convergence.Key words: Western Alps, Piemontese zone, HP-LT metamorphism, intra-oceanicsubduction, exhumation, syn-convergence extension, mantle back-stop.Ce mémoire présente une approche pluridisciplinaire, pétrologique, tectonique,géochronologique par traces de fission, et géophysique, de l'évolution géodynamique de la zonePiémontaise des Alpes occidentales (géotraverse Pelvoux-Dora Maira du programme GéoFrance3D). La zone Piémontaise correspond à la juxtaposition de deux domaines tectonométamorphiquesmétamorphiques majeurs:-Les Schistes lustrés du Queyras présentent des chemins "pression-température" diversifiés maiscompatibles avec une évolution progressive dans les conditions du faciès des schistes bleus.L'ensemble de ces unités a été enfoui à des profondeurs de 20 à 35 km avec des paléo-gradientsthermiques de 25 à 30°C/km.-Les unités éclogitiques, correspondant au massif ophiolitique du Monviso et au complexe decroûte continentale de Dora Maira, présentent des conditions métamorphiques hétérogènes avecde fortes sautes en pression témoignant de profondeurs d'enfouissement supérieures à 50 km dansun environnement thermique faible de 4 à 6°C/km.Ces deux types de domaines sont interprétés comme différents niveaux d'une zone de subductionintra-océanique, où les Schistes lustrés du Queyras, à forte composante sédimentaire et détritismeocéanique, sont assimilables à un prisme d'accrétion crustal tandis que les ensembleséclogitiques correspondent à une portion d'un prisme profond constitué de péridotites hydratées,associées à des morceaux de croûte océanique échantillonnés à différentes profondeur, le long duplan de Benioff.L'exhumation des schistes bleus et des éclogites s'effectue de façon diachrone, plus précoce pourles schistes bleus que pour les éclogites, par des mécanismes différents, propres à la dynamiqueinterne de chacun des deux prismes, alors que la subduction est encore active. Ce n'est qu'à partirde 30 Ma que l'édifice actuel de la zone Piémontaise est constitué et qu'il est mis en surface dansun contexte strictement collisionnel sous l'effet combiné de l'érosion et de l'extension. Cetteextension syn-convergence débute dans les conditions du faciès des schistes verts et corresponddans les domaines éclogitiques à une extension multi-directionnelle, localement cisaillante àvergence Ouest, qui reflète l'exhumation par dénudation tectonique de l'ensemble des unitéséclogitiques. Par contre dans les Schistes lustrés du Queyras, les structures syn-schistes verts ontété basculées vers l'Ouest de plusieurs dizaines de degrés au cours de l'exhumation. Le régime enextension de la zone Piémontaise s'initie clairement alors que la chaîne est en raccourcissementglobal, synchrone des grandes structures chevauchantes et de l'écaillage de la croûte européenne,et se poursuit encore aujourd'hui alors que le système alpin est toujours en convergence.La géométrie actuelle d'échelle crustale des zones internes se caractérise par la présence d'un coinde manteau en position superficielle sous le massif de Dora Maira. Ce morceau de manteauapulien, froid et rigide, a joué tout au long de la collision continentale, le rôle d'un indenteurproduisant l'écaillage de la marge européenne sous les zones internes. Ce poinçon mantellique,est découpé en deux parties par l'intermédiaire d'un système de failles inverses verticalisées ensurface. Le découpage de ce butoir est à l'origine du partitionnement de la déformation récente àactuelle des Alpes occidentales. L'extension syn-convergence dans la zone Piémontaise est laconséquence du poinçonnement vertical généré par le racourcissement NW / SE enregistré àl'échelle des plaques.Mots clés: Alpes occidentales, zone Piémontaise, métamorphisme HP-BT, subduction intraocéanique,exhumation, extension syn-convergence, indenteur mantellique