Coupe verticale des Alpes il y a 15 millions d'années. La plaque européenne subductée sous la plaque africaine ne peut pas aller plus loin, en conséquence, sa partie supérieure du manteau s'enfonce vers le nord (rollback de la dalle). La croûte inférieure européenne se détache du manteau et les forces de flottabilité permettent à la croûte européenne de s'élever fortement. Crédit :M. Herwegh, Institut de géologie, Université de Berne
La face nord saisissante des Alpes bernoises est le résultat d'une forte montée de roches des profondeurs suite à une collision de deux plaques tectoniques. Cette montée abrupte donne un nouvel aperçu de l'étape finale de la construction de la montagne et fournit des connaissances importantes en ce qui concerne les risques naturels actifs et l'énergie géothermique. Les résultats des chercheurs de l'Université de Berne et de l'ETH Zürich sont publiés dans Rapports scientifiques .
Les montagnes émergent souvent lorsque deux plaques tectoniques convergent, où la plaque océanique plus dense s'enfonce sous la plaque continentale plus légère dans le manteau terrestre selon les modèles standard. Mais que se passe-t-il si deux plaques continentales de même densité entrent en collision, comme ce fut le cas dans la région des Alpes centrales lors de la collision entre l'Afrique et l'Europe ?
Des géologues et des géophysiciens de l'Université de Berne et de l'ETH Zürich se sont penchés sur cette question. Ils ont construit la géométrie 3-D des structures de déformation à travers plusieurs années d'analyse de surface dans les Alpes bernoises. A l'aide de la tomographie sismique, similaire aux examens échographiques sur les personnes, ils ont également acquis des connaissances supplémentaires sur la structure profonde de la croûte terrestre et au-delà jusqu'à des profondeurs de 400 km dans le manteau terrestre.
Roches visqueuses des profondeurs
Une reconstruction basée sur ces données a indiqué que la lumière de la croûte européenne, les roches cristallines ne peuvent pas être subductées à des profondeurs très profondes mais se détachent du manteau terrestre dans la croûte terrestre inférieure et sont par conséquent repoussées à la surface de la terre par les forces de flottabilité. Des zones de failles abruptes se forment ici, qui poussent à travers la croûte terrestre et facilitent la montée abrupte des roches des profondeurs. Il existe des exemples de manuels de ce type de zones de failles dans la vallée du Hasli, où ils apparaissent comme des cicatrices en forme d'incisions morphologiques coupant de manière impressionnante le paysage de granit poli glaciaire.
Les couloirs raides de l'Arpelistock et de l'Ärelenhoren (vallée du Hasli) montrent les zones de failles abruptes (lignes rouges) qui ont été topographiquement façonnées par l'érosion. Crédit :M. Herwegh, Institut de géologie, Université de Berne
Le détachement de la croûte terrestre et du manteau a lieu à une profondeur de 25 à 30 kilomètres. Ce processus est déclenché par le lent affaissement et le recul de la plaque européenne dans le manteau terrestre supérieur vers le nord. Dans la terminologie spécialisée, ce processus est appelé restauration de la dalle. Les températures élevées à ces profondeurs rendent les roches de la croûte inférieure visqueuses, où ils peuvent ensuite être poussés vers le haut par des forces de soulèvement flottantes.
Avec l'érosion de surface, c'est cette forte élévation des roches des niveaux crustaux inférieurs à moyens qui est à l'origine du front nord escarpé des Alpes bernoises aujourd'hui (Titlis – région de la Jungfrau – chaîne du Blüemlisalp). Les données de soulèvement de l'ordre d'un millimètre par an et l'activité sismique actuelle indiquent que le processus de soulèvement des profondeurs est toujours en cours. Cependant, l'érosion à la surface de la terre provoque une ablation continue, c'est pourquoi les Alpes ne continuent pas à s'élever indéfiniment.
Important pour les risques naturels et la géothermie
L'analyse des zones de failles abruptes n'a cependant pas qu'un intérêt scientifique. Les failles sismiques en partie encore actives sont responsables de l'altération plus intense des roches en surface et donc des glissements de terrain et coulées de débris se produisant, par exemple dans la vallée de Halsi dans les zones extrêmement escarpées du Spreitlaui ou du Rotlaui. Les graves coulées de débris dans la région de Guttannen sont basées, entre autres, sur ce préconditionnement structurel des roches encaissantes. Les fuites d'eau chaude hydrothermale, qu'il est important d'explorer pour la géothermie et la politique énergétique 2050, peut être attribué directement à la fracturation fragile de la croûte terrestre supérieure et à l'infiltration d'eaux froides de surface. L'eau est réchauffée en profondeur et arrive à nouveau à la surface par les zones de failles abruptes - par exemple, dans la région du Grimsel. Dans ce sens, les nouvelles découvertes conduisent à une meilleure compréhension des processus de surface, qui influencent nos infrastructures, par exemple les axes de transit (rail, routes) à travers les Alpes.
Vue du bastion granitique au nord du lac Grimsel avec des surfaces granitiques polies par les glaciers fortement disséquées par des incisions morphologiques. Ces sillons (voir flèches) sont tous le résultat de zones de failles abruptes, qui a pris naissance à une profondeur de 20 kilomètres. En raison du soulèvement et de l'érosion, ils sont reconnaissables aujourd'hui à la surface de la terre comme des couloirs dans la topographie. Crédit :M. Herwegh, Institut de géologie, Université de Berne
