Le thermopaléomagnétisme : méthodologie et applications (tectonique, thermique et géochronologique) à la zone dauphinoise interne (Alpes occidentales, France)

Mémoires de Géologie Alpine - H.S. n° 27The velocity of exhumation (between 10 and l00°C/Ma) of some metamorphic rocks can allow them to record a succession of geomagnetic field reversals. The number of reversals recorded can be large enough for a possible correlation with the magnetostratigraphic time scale. This record is named thermopaIeomagnetic record. The thermopaleomagnetic principles are based on the additivity Iaw of the partial thermorenant magnetization (pTRMs). This law is valid only if the magnetic carrier is single domain. Laboratory experiments performed on the studied samples show clearIy that the magnetization is carried by extremely stable fine-grained, probably single domain.. The studied area correspond to the dauphinoise zone of the western Alps, east of the external crystalline massifs. This study focus on the area of Bourg d'Oisans. This area is characterised by the occurrence of pyrrhotite. The magnetization carried by the pyrrhotite is clearly acquired after the main syncleavage deformation and during the post-metamorphic cooling. The orthogonal plots are linear during the thermal demagnetization between 150°C and the maximum unblocking temperature. Therefore we can interpret the record directly in terms of intensity and this allow us to build the J =f (T) curves. These curves show a particular behaviour with up, down and flat interpreted as the record of successive chrons during the slow post-metamorphic cooling of the rocks. From the longest thermochrons, a NRM/TRM comparison allows us to calculate the paleointensity of the geomagnetic field. The calculated vaIues are particularly weak (around 10 mT) and coorespond to a period of frequent reversals of the geomagnetic field during the lower Miocene. The interpretation of the thermal demagnetization curves allow us to establish a sequence of 21 reversais of the earth magnetic field. This sequence is correlated with the magnetostratigraphic time scale in order to obtain a succession of T/age couples. This correlation allow us to obtain in a continuum the cooling history of the dauphinoise zone, with precision in age and in temperature better than with any other classical geochronological methods. The cooling curve obtained with the thermopaleomagnetic method runs from 24.12 Ma/300°C to 20.13 Ma/180eC and allow to establish the succession of event which occurred in the Bourg d'Oisans area . It is also possible to establish a succession of slides representing the spatial dispersion of the paleotemperatures and of the cooling rate and this at different times. For the first time, it is possible to show thermal heterogeneity which are probably in relation with fluids flows. These ones seem to be present during aIl the cooling. The thermopaleomagnetic tool established from this study, allows, if the sampling is suitable, to calculate thermal paleogradients. The interpretation of the results of this work and previous published data show that the tectonic history is very complex. The thickening contemporaneous than the main syncleavage folding occurs around 26.5 Ma. According to the hypothesis considered to explain the excess of heat, the Bourg d'Oisans area was buried down ta 8.6 km (fluids hypothesis) or 12.5 km (tectonic hypothesis). In both case, these depth imply the presence of the internal zones more westwards than actually. A tectonic denudation is proposed just before 24.12 Ma in order to explain our observations. After this denudation, a fast cooling occurs. It is probably in relation with the resorption of the thermal anomaly. created by the tectonic denudation, and with the increase of the erosion due to the underthrust of a crustaI slice. This interpretation is suggested by the link between the cooling and the molasse basin subsidence. Afterwards, the cooling become slowed down during this time the studied area seems to be passively carried without significant deformations. The directional data analysis shows a dispersion around the expected direction of the paleofield for the stable Europe. This dispersion is interpreted, for a part, as due to a little out of sequence thrust of the crystalline basement of the Grandes Rousses massif. This one occurs after cooling down the 150°C which is around 9 - 13 Ma. The conditions of the dauphinoise zone deformations which occur after 9 - 13 Ma are not yet weIl understood.La vitesse d'exhumation (entre 10 et 100°ClMa) de certaines roches métamorphiques permet d'enregistrer une succession d'inversions du champ magnétique terrestre en nombre suffisant pour qu'une tentative de corrélation avec l'échelle magnétostratigraphique ait des chances d'aboutir. Un tel enregistrement est nommé enregistrement thermopaléomagnétique. Les principes du thermopaléomagnétisme reposent sur la loi d'additivité des aimantations thermorémanantes partielles (ATRp) qui n'est valable que si le porteur magnétique de l'aimantation est monodomaine. Les expériences réalisées en laboratoire (ATRp artificielles) sur le matériel étudié montrent clairement la qualité monodomaine du porteur de l'aimantation. La région étudiée est la zone dauphinoise à l'Est des massifs cristallins externes et notamment la région de Bourg d'Oisans. Cette région est caractérisée par la présence de pyrrhotite ayant acquis son aimantation après la déformation principale et durant le refroidissement post-métamorphique. La linéarité des diagrammes de Zijderveld permet de raisonner uniquement en terme d'intensité de l'aimantation et légitimise la construction des courbes de désaimantation thermique, J = f (1). Ces courbes montrent des fluctuations de l'intensité qui se corrèlent parfaitement d'un site à l'autre et sont interprétées comme l'enregistrement de chrones successifs lors du refroidissement post-métamorphique. Pour les thermochrones les plus longs, les comparaisons ARN/ATR permettent de calculer des valeurs de paléointensité du champ magnétique terrestre (CMT). Celles-ci sont particulièrement faibles (environs 10 mT) et correspondent à une période de fréquents renversements du CMT au" Miocène inférieur. L'interprétation des courbes de désaimantation thermiques des échantillons étudiés a permis d'établir une séquence de 21 inversions du champ magnétique terrestre, de la corréler avec l'échelle magnétostratigraphique afin d'obtenir une succession de couples T°/âges. Cette corrélation permet d'obtenir quasiment en continu, et en tout cas avec des précisions sur les âges et sur les températures bien meilleures que les méthodes géochronologiques classiques, l'histoire du refroidissement d'une portion de la zone dauphinoise. La courbe de refroidissement ainsi obtenue s'étend de 24,12 Ma/300°C à 20,13 Ma/180'C et permet d'établir la succession des événements ayant affecté la région de Bourg d'Oisans. . Il est aussi possible d'obtenir une succession, dans le temps, d'images représentant la répartition spatiale des paléotempératures et des taux de refroidissement à des instants connus. Pour la première fois, il est possible de mettre en évidence des hétérogénéités thermiques qui sont mises en relations avec des circulations de fluides. Celles-ci semblent perdurer pendant tout le refroidissement. L'outil thermopaléomagnétisme mis au point dans cette étude permet aussi moyennant un échantillonnage convenable, de calculer des paléogradients thermiques. L' interprétation des résultats de ce travail et des données existantes, bien que cherchant à rester simple, montre que l'histoire tectonique et thermique de cette région est extrêmement complexe. L'épisode d'épaississement contemporain de la déformation principale plicative synschisteuse se situe vers 26,5 Ma. Selon l'hypothèse envisagée pour expliquer l'excès de chaleur, la région de Bourg d'Oisans est enfouie à une profondeur de 8.6 km (hypothèse des fluides) ou à 12,5 km (hypothèse tectonique). Dans les deux cas cela nécessite la présence des zones internes bien plus à l'Ouest qu'elles ne le sont actuellemment. Une dénudation d'origine tectonique est proposée juste avant 24,12 Ma, pour expliquer nos observations. A la suite de cette dénudation, il se produit un refroidissement rapide, lié à la fois à la résorption de l'anomalie thermique précédemment créée et à l'érosion accrue du fait de la mise en place par sous-charriage d'une écaille crustale. Cette influence tectonique est suggérée par la similitude entre les fluctuations du refroidissement et celles de la subsidence du bassin molassique. Par la suite, le refroidissement devient plus faible. Pendant ce temps le secteur de Bourg d'Oisans ne subit aucune déformation significative. L'analyse des données directionnelles montre des écarts notables par rapport à la direction du paléochamp pour l'Europe stable. Ces écarts sont interprétés pour partie comme résultant d'un petit chevauchement " out of sequence" du socle des Grandes - Rousses postérieur au franchissement de l'isotherme 150°C, daté plus récent que 9 - 13 Ma. Les modalités de l'ensemble des déformations affectant la zone dauphinoise interne après 9 - 13 Ma restent toutefois encore mal comprises