Cross-propagation of the western Alpine orogen from early to late deformation stages: Evidence from the Internal Zones and implications for restoration

International audienceThe internal zones of the Western Alps arc are derived from an oceanic and continental subduction wedge developed beneath the Adria plate during its paleogene northward drift. Exhumation of the internal zones proceded from early Oligocene onwards due to westward extrusion of the Adria plate. The prominent fold-and-thrust structures which follow the arc shape, either forward or backward verging, postdate the initial nappe stacking and overprint differently oriented older deformations which are relevant to proper retoration of this arcuate orogen to minimise overlap problems. We document this early stacking phase through outcrop-scale structural analysis at 55 sites between the Maurienne and Ubaye valleys, along with larger-scale examples of early structures. They consistently show an initial N-to NW tectonic transport, whose kinematic indicators are overprinted by either forward (W-to SW-directed) or backward (E-to NE-directed) deformation associated with post-nappe transport along the Penninic thrust. Accordingly, restoring the Briançonnais fold/thrust system must incorporate reconstruction of the nappe stack along the initial top N-NW direction of orogenic propagation, with careful consideration of their paleogeographic origin towards the S-SE. This stack was built during the Eocene Adria-Iberia collision, and overthrust the Subbriançonnais-Valaisan trough to the NW before involving the Dauphiné-Helvetic foreland. It includes different types of Paleozoic units, either Permo-Carboniferous sediments towards its base, or polymetamorphic basement above, which can be explained by inversion of a late Variscan basin and of its southern shoulder, whereas the uppermost Prepiedmont units result from inversion of the Tethyan margin toe. Mixed breccia, locally preserved close to the tectonic contact between the latter units and the overlying "Schistes Lustrés" oceanic nappes, are interpreted as olistostromes fed by both units in a very early collision stage. 39 Ar/ 40 Ar dating suggests that these shallow tectono-sedimentary formations were involved in the subduction wedge during the early Eocene, whereas younger (late Eocene) equivalent olistostromes mark the propagation of the Briançonnais stack over the external (Dauphiné/Helvetic) foreland. The Eocene orogenic wedge was rapidly exhumed during Oligocene westward indentation and radial spreading, in a markedly different tectonic context driven by extrusion around an Adriatic upper mantle indenter, which controlled development of the Western Alps arc in relation with the Ligurian sea opening.Les zones internes de l'arc des Alpes occidentales sont dérivées d'un prisme de subduction océanique et continental qui s'est développé sous la plaque Adria pendant son déplacement vers le nord au Paléogène. L'exhumation des zones internes a eu lieu à partir du début de l'Oligocène en lien avec l'extrusion vers l'ouest de la plaque Adria. Les principales structures de plis et de chevauchements qui suivent la forme de l'arc sont dirigées vers l'avant ou vers l'arrière, et sont postérieures à l'empilement initial des nappes car elles se superposent à des déformations plus anciennes, orientées différemment. Ces structures anciennes doivent être prises en compte pour la restauration de cet orogène arqué si l'on veut éviter les problèmes de recouvrement au coeur de l'arc. Nous documentons cette phase initiale d'empilement par une analyse structurale à l'échelle de l'affleurement sur 55 sites entre les vallées de la Maurienne et de l'Ubaye, ainsi que par des exemples à plus grande échelle de structures anciennes. Ces données montrent de manière cohérente un transport tectonique initial de N à NW, dont les indicateurs cinématiques sont affectés par une déformation plus récente soit vers l'avant (orientée W à SW), soit vers l'arrière (orientée E à NE), cette dernière étant associée au transport post-nappe le long du chevauchement pennique. En conséquence, toute restauration du système de plis et de chevauchements du Briançonnais doit d'abord prendre en compte la reconstitution de l'empilement de nappes le long de la direction initiale de propagation orogénique N-NW, ainsi donc que l'origine paléogéographique méridionale de ces nappes. Cet empilement a été édifié lors de la collision Eocène Adria-Iberia avec une vergence N-NW, et a incorporé le bassin Subbriançonnais-Valaisan subduit avant d'impliquer l'avant-pays Delphino-Helvétique. Il comprend différents types d'unités paléozoïques, dont des sédiments permo-carbonifères vers sa base et des écailles de socle polymétamorphique au-dessus, ce qui peut s'expliquer par l'inversion d'un bassin tardi-varisque et de son épaulement méridional. Les unités de marge les plus hautes, dites Prépiémontaises, résultent de l'inversion précoce du pied de marge européenne. Des brèches mixtes, localement préservées le long du contact tectonique entre ces dernières unités et les nappes océaniques inférieures des "Schistes Lustrés", sont ici interprétées comme des olistostromes alimentés par ces unités juxtaposées à un stade très précoce de la collision. Les datations 39Ar/40Ar suggèrent que ces formations tectono-sédimentaires peu profondes ont été impliquées dans le biseau de subduction au cours de l'Eocène inférieur, alors que des olistostromes équivalents plus jeunes (Eocène tardif) marquent la propagation de la pile du Briançonnais sur l'avant-pays externe (Dauphiné/Helvetique). Le prisme orogénique éocène a été rapidement exhumé pendant l'indentation vers l'ouest et la propagation radiale de l'Oligocène, dans un contexte tectonique radicalement différent dominé par l'extrusion autour d'un indenteur de manteau supérieur adriatique, qui a contrôlé le développement de l'arc des Alpes occidentales en relation avec l'ouverture de la mer Ligure