Aspect historique

La chaîne alpine est la première zone montagneuse dont l'étude ait donné lieu à une interprétation cohérente.

Dans ses observations, Horace-Bénédict de Saussure, un des scientifiques pionniers de l'histoire de la géologie alpine, décrit, dans « Voyages dans les Alpes » (1779-1796), la différence fondamentale entre les hautes montagnes cristallines et les systèmes plissés moins élevés qui les entourent. Comme lui, de nombreux savants cherchent la raison de ce contraste et de la hiérarchie des reliefs dans les « nœuds orographiques » et les réseaux de vallées.

Il est maintenant largement admis que la formation des Alpes et des montagnes dans un sens plus large, relève du modèle général de la tectonique des plaques, processus détecté par le même Horace Bénédict de Saussure au travers de son hypothèse des « refoulements horizontaux en sens contraires » base de la tectonique tangentielle moderne. Extrait du Tome IV chap 23-∫ 1937 d'Altdorf à Lucerne « La nature de ces montagnes, qui sont d'une pierre calcaire, compacte, et par conséquent formée par dépôt et non point par cristallisation, ne permet pas de croire que cette forme arquée soit leur forme primitive et originaire. D'ailleurs, le vide qui existe du côté de la convexité de toutes les couches de ce genre que j'ai observées, paraît prouver que c'est en se retroussant qu'elles ont laissé cette place vide, et qu'elles l'occupaient lorsqu'elles avaient leur situation primitive et horizontale. Or, un déplacement de ce genre n'a pu être produit que par deux moyens, ou par une force agissant de bas en haut qui ait rejeté la partie gauche de la montagne sur la partie droite ou par un refoulement qui ait replié l'une par-dessus l'autre. Or, l'hypothèse du refoulement me parait beaucoup plus probable que celle d'une explosion d'autant plus que nous avons déjà vu et que nous verrons encore ailleurs d'autres indices de refoulements tels qu'il les faut pour expliquer ce phénomène.»

Bien que l'homme se soit toujours interrogé sur l'histoire de la Terre, le terme « géologie » apparaît seulement vers la fin du XVIII^e siècle.

Neptunisme contre Plutonisme

À cette période et au début du XIX^e siècle, on assiste à un conflit entre 2 modèles, le « Neptunisme » d'Abraham Gottlob Werner (Ecole de Freiberg) qui explique la formation de la Terre par l'action exclusive des eaux et le « Plutonisme » de James Hutton selon lequel la formation du relief est due à l'action de la chaleur souterraine. Leopold von Buch défend les thèses des « Plutonistes » privilégiant la prépondérance des éruptions volcaniques, les « cratères de soulèvement », et pense que les Alpes sont nées de la surrection d'une zone médiane sous l'action de forces souterraines verticales et de la mise en place symétrique de versants constitués de couches de plus en plus récentes vers l'extérieur. Il crée le premier schéma d'un arc alpin né de mouvements verticaux responsables de la zone axiale primitive, flanquée de deux rangées de roches plus récentes.

Léonce Élie de Beaumont, admirateur de Leopold von Buch, considéré par Gabriel Gohau (Histoire de la géologie) comme fondateur de la tectonique, et partisan de la théorie du soulèvement, suggère la possibilité d'un effort latéral de compression, dû à la contraction progressive du noyau terrestre.
Charles Lory, s'appuie sur d'autres critères de recherche comme le recours à l'étude des fossiles, qui lui permettent d'élaborer l'échelle stratigraphique des chaines subalpines et l'organisation générale des Alpes occidentales (1864). Il inaugure ainsi la véritable géologie alpine.

Par la suite, la théorie des cratères de soulèvements sera abandonnée au profit de l'idée selon laquelle les montagnes sont presque toujours formées de roches plissées.

Fixistes contre mobilistes

Au cours du XIX^e siècle, on assiste à l'émergence de deux approches distinctes.
- D'un côté les partisans d'une orogénèse indigène, les « fixistes », une conception déjà présente chez les Anciens, soutiennent la thèse selon laquelle les formes de relief seraient stables et le moteur de tous les mouvements à la surface de la Terre proviendrait de son refroidissement, entraînant contraction et mouvement de la croûte terrestre des continents aussi bien horizontaux que verticaux, ces derniers subissant surtout l'influence des phénomènes volcaniques et plutoniques. William Davis Morris, géographe et métérologiste américain, un des fondateurs de la géomorphologie, relativise l'importance de cette théorie et considère que « le fixisme absolu fait place à un fixisme relatif ».
- De l'autre côté, les « mobilistes » promeuvent l'idée selon laquelle les continents peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres à la surface du Globe. Un certain mobilisme a toujours été envisagé par les tectoniciens qui admettaient l'existence de nappes de charriage (prévalence des mouvements horizontaux).

Au cours du dernier tiers du XIX^e siècle se généralise la thèse du mobilisme latéral, responsable des surrections d'un socle alpin ancien brisé et des plissements.
Albert Heim, expert de la plasticité et de la déformation des roches, montre que, sous l'effet de la pression, les roches peuvent devenir plastiques : compressions et déplacements horizontaux sont alors possibles. L'isostasie, exigeant l'équilibre entre les divers compartiments de l'écorce terrestre, laisse entrevoir une nouvelle possibilité d'interprétation de la surrection des Alpes. Si une partie de la lithosphère devient trop lourde, par sédimentation, ou trop légère par érosion, des mouvements verticaux de compensation rétablissent l'équilibre. Des soulèvements peuvent aussi se produire par montée de magma. Selon l'intensité de cette poussée, se forment, dans la zone de soulèvement, des plis en genou ou des plis couchés, qui peuvent ultérieurement se couper de leurs racines et aboutir à des décollements indépendants d'unités tectoniques.

Pour Eduard Suess (1875), auteur de « Die Entstehung der Alpen » et « Das Antlitz der Erde », ouvrages qui susciteront une vive impression, une poussée tangentielle venue du sud a soulevé la plus grande partie de la chaîne, l'a plissée et charriée. L'écrasement contre les môles soulevés du Massif central, des Vosges-Forêt-Noire et de la Bohème, vers l'avant, l'affaissement de la plaine padane, à l'arrière, et la disposition en arc de cercle des Alpes résultent de cette poussée.
Eduard Suess

Le géologue italien Secondo Franchi, à la suite de découvertes paléontologiques en 1898 et 1902, démontre que les schistes lustrés à « Pietre verdi » (les ophiolites) du Piémont sont mésozoïques, en grande partie.

La contreverse de Glaris

Le célèbre géologue suisse Albert Heim recourt à la théorie du « double pli de Glaris » de son maître Arnold Escher ; deux grands plis couchés entamés par l'érosion, venant à la rencontre l'un de l'autre (au Foopass), l'un provenant du Sud, l'autre du Nord. Marcel Bertrand suggère une autre interprétation basée sur l'idée d'un vaste pli unique, un seul grand chevauchement résultant d'un mouvement du Sud vers le Nord, dont la couche sommitale aurait été transportée horizontalement, à la suite de la compression alpine (un charriage important de couches permo-triasiques sur le flysch). Heim, acceptera finalement cette interprétation en 1901.

Chevauchement de Glaris


En effet, en 1884 Marcel Bertrand, « Le confucius de la tectonique » dira de lui Maurice Lugeon, dans le sillage d' Eduard Suess, émet l'idée géniale de gigantesques plis couchés, ou théorie des « nappes de charriage ».
Sa théorie sera appliquée à l'ensemble de la chaîne par ses disciples : Émile Argand, Maurice Lugeon, Rudolf Staub, Emile Haug, Pierre Termier etc.
Les années 1880-1914 voient triompher la « théorie des nappes ».

Marcel Bertrand

Par la suite, Hans Schardt démontre le mécanisme de charriage des Alpes romandes, puis en 1895, Maurice Lugeon découvre que le Chablais n'est pas enraciné en profondeur, mais constitué d'une nappe ayant glissé sur un soubassement étranger.
Émile Argand énonce, en 1910, une théorie générale des nappes, selon laquelle les Alpes auraient surgi, après une active sédimentation, d'un géosynclinal compris entre les vieux môles géologiques d'Afrique et d'Eurasie ; le môle africain glisse vers le Nord à la rencontre du bloc eurasiatique. Les forces en jeu font jaillir, du géosynclinal de la Thétys, des bourrelets anticlinaux charriés comme de gigantesques plis couchés vers le Nord et l'Ouest sur d'autres formations en partie plus récentes.
La théorie des nappes a été maintes fois modifiée et à nouveau développée, par Ampferer, E. Kraus, M. et D. Richter, par exemple.

Mais la théorie des nappes ne fait pas l'unanimité...
Une polémique se développera dans l'entre-deux-guerres, divisant nappistes et anti-nappistes.

Naissance de la tectonique des plaques

Le météorologue Alfred Wegener imagine, en 1912, la théorie de la dérive des continents. En dépit de solides arguments scientifiques, fondés sur des observations minutieuses, beaucoup de géologues restent sceptiques et refusent d'admettre ce concept. Malgré tout, certains d'entre eux avancent l'hypothèse selon laquelle les Alpes résultent de la collision entre l'Afrique et l'Eurasie.
Au cours des années 1970, la découverte de plaques terrestres et de leurs mouvements respectifs permet de moderniser cette idée.
Grâce aux nouvelles découvertes de la géophysique qui, entre autres, assimile la terre à une immense machine thermique transformant la chaleur en mouvement, la dérive des continents est réactualisée sous une formulation plus moderne. Elle est aujourd'hui universellement acceptée par les géologues sous la dénomination plus générale de tectonique des plaques.

La lithosphère, enveloppe externe de la terre où se trouvent les continents, épaisse de 100 à 150 kilomètres, flotte sur une partie déformable du manteau, l'asthénosphère (partie du manteau située entre la lithosphère et le manteau inférieur. Cette lithosphère est découpée en plaques (croûte continentale ou océanique) qui se meuvent les unes par rapport aux autres en changeant de superficie.
Il existe trois types de limites de plaques :
-les limites de plaques divergentes ou zone d'accrétion (ou d'expansion) océanique, sont le siège d'une production importante de magmas basaltiques créant ainsi de la lithosphère océanique nouvelle et se situent au niveau des dorsales océaniques. ;
-les limites de plaques divergentes le long desquelles ces espaces océaniques sont détruits en s'affaissant sous l'une des marges continentales voisines, phénomène appelé subduction ;
-les limites correspondantes à des coulissements horizontaux de plaques les unes par rapport aux autres ou il n'y a ni création ou destruction de la croute océanique, ce sont les failles et les zones transformables.

Genèse et formation

Les Alpes font partie d'un système, les Alpides, regroupant des chaînes de montagnes de l'extrême sud de la péninsule ibérique se poursuivant, au-delà de l'Autriche, par les Carpates, mais aussi plus au sud par les Dinarides et les Balkans jusqu'à l'Asie Mineure. Ces chaînes alpidiques constituent elles-mêmes une partie des chaînes périméditerranéennes, lesquelles relèvent également de l'orogenèse alpine, tout comme l'ensemble des chaînes téthysiennes, qui forment une vaste ceinture montagneuse allant des caraïbes à l'ouest, et, à l'est, un ensemble de Gibraltar à l'archipel indonésien.

Situation des Alpes dans les chaînes périméditerranéennes
Proj : Lambert conformal conic

Les Alpes sont une jeune chaîne montagneuse, la plus haute d'Europe, née de la collision des plaques continentales de l'Europe et de l'Afrique qui s'est produite au début de l'ère Tertiaire.
Plus précisément, la collision de la plaque européenne s'est produite avec un microcontinent *, nommé Apulie ou Adria, issu du morcellement de la plaque africaine, satellite ou éperon septentrional de l'Afrique. C'est cette plaque qui constituera plus tard à l'ouest l'Italie, la Provence, la Sardaigne et la Corse, et à l'est, les Dinarides, les Balkans, la Grèce et la Turquie. La fracture entre l'Apulie et l'Afrique a pour conséquence l'ouverture timide d'une nouvelle mer baptisée Mésogée par les géologues. Elle préfigure l'actuelle Méditerranée.

*appelé aussi plaque adriatique, microcontinent apulien ou apulo-africain.

En amont du cycle alpin

Le cycle alpin succède en Europe occidentale au cycle hercynien (varisque) à l'origine du Massif central, des Maures, de la Corse hercynienne, des Vosges, de la Forêt-Noire, du Massif Bohêmien. Huit petits ensembles de cette époque seront réincorporés dans le bâti alpin (Argentera, Pelvoux, Grandes Rousses, Belledonne, Mont-Blanc, Aiguilles Rouges, Aar, Gotthard) et se singularisent du fait de leur double genèse par des roches particulièrement solides. Ce sont elles qui forment actuellement les plus hauts sommets.
L'orogénèse calédono-hercynienne se déroule pendant la partie supérieure du Paléozoïque, du Silurien au Permien (de 400 à 245 Ma). Cette chaîne provient de la collision du continent Nord-Atlantique au nord et de celui du Gondwana au sud. Cette chaîne va s'éroder petit à petit laissant la place à une pénéplaine.

À la fin de l'ère Primaire et à l'aube de l'ère Secondaire (Permo-Trias) 250 Ma environ, la terre est constituée d'un continent unique, la Pangée, et d'un immense océan.
Au Trias (245 à 210 Ma), la première période de l'ère Secondaire, ce continent se morcelle en deux grands blocs Laurasie (englobant l'Amérique du Nord, l'Europe et l'Asie) et le Gondwana (englobant l'Amérique du Sud, l'Afrique, l'Arabie, Madagascar, l'Inde, l'Australie, la Nouvelle-Zélande, l'Antarctique).
La dislocation de la Pangée va engendrer l'océan Atlantique central ainsi qu'un océan appelé Téthys (auquel appartient l'océan liguro-piémontais lieu de naissance des Alpes).

Naissance du cycle alpin

Cette période marque le début du cycle alpin qui s'opère selon les phases suivantes :

- Dans un premier temps, de la fin du Trias supérieur ou du Lias (de 220 à 200 Ma) jusqu'au début du Dogger (165 Ma), un rifting, période pendant laquelle se forme un rift, fossé d'effondrement entre deux failles, se déroule entre ces deux continents.
Ce rifting ouvre un espace océanique, dit téthysien, suivi dans ce cas, d'une phase d'océanisation.

- Au milieu du Jurassique, la remontée de l'asthénosphère est à l'origine d'un début d'extension. Apparaissent alors des failles normales (cassures avec déplacement de masses rocheuses à extension horizontale) et des blocs basculés (blocs crustaux, caractéristiques de la croute continentale supérieure en expansion, limités par des failles). Cette activité entraîne l'ouverture de l'Atlantique, éloignant progressivement l'Amérique de l'Afrique et de l'Europe. C'est également à ce moment que l'Inde se détache de l'Afrique et se met à dériver en direction du continent asiatique.

- À la fin de la période du Jurassique moyen (Dogger), il y a environ 170-165 millions d'années naissent l'océan Atlantique central en premier lieu puis, l'océan liguro-piémontais. L'emplacement des futures Alpes correspond à l'océan liguro-piémontais, segment de la Téthys de l'ère Secondaire.

Durant des millions d'années couvrant les périodes du Jurassique inférieur et moyen (200 à 100 Ma) a lieu un long processus de sédimentation. Ces sédiments dits « syn-rift » se déposent sur le fond de la mer, au cours du rifting et vont s'empiler, créant ainsi de très épaisses séries sédimentaires provenant de la terre ferme et d' organismes marins morts qui vont se consolider en couches le plus souvent résistantes.
Des chapelets d'îles délimitent plusieurs domaines de sédimentation. Dans les parties océaniques, des éruptions volcaniques sous-marines liées à une intense activité magmatique profonde provoquent l'éclatement puis l'écartement des continents et la formation d'une croûte océanique avec l'apparition de dorsales d'où s'épanchent de grandes quantités de laves basaltiques, qui se mêlent aux différents sédiments. Ces résidus se sont compactés sous le poids des masses d'eau, jusqu'à devenir des roches.

Les Alpes se sont formées autour de deux anciennes fissures océaniques, comme en témoignent les restes, très écrasés et morcelés, de roches qui se trouvaient autrefois au fond de ces fissures. Elles sont appelées roches ophiolitiques ou ophiolites (on parle de trilogie ophiolitique composée de péridotites serpentinisées, gabbro, basaltes). Les ophiolites des Alpes sont issues de deux océans, l'océan liguro-piémontais déjà cité et un autre, plus petit et plus tardif appelé océan valaisan, apparu au Crétacé (entre 130 et 100 Ma).
C'est au Crétacé inférieur (150 à 110 Ma) que l'océan alpin atteint son extension maximale (entre 500 et 1000 km). Quatre grands bassins sédimentaires se juxtaposent, séparés par des isthmes de terres émergées. Les géologues les nomment : pennique, helvétique, austro-alpin et sud-alpin (les appellations correspondent aux aires géographiques où se trouvent aujourd'hui ces roches - voir structure). La stratification qui se met progressivement en place dans ces bassins sédimentaires correspond aux époques successives du Permien (fin du Primaire), du Trias, du Jurassique, du Crétacé (Secondaire) et du Tertiaire. En fonction des origines et de la structure lithologique des sédiments (dépôts limoneux des fleuves se jetant dans la mer, dépôts de surface ou néritiques, séries zoogènes), et en rapport avec les profondeurs marines se constituent dans ces bassins sédimentaires des séries très hétérogènes qui peuvent ainsi se distinguer très nettement dans le relief de la montagne actuelle.

Au stade du Crétacé supérieur (entre 110 et 65 Ma, vraisemblablement 80-85 Ma), le continent africain change de route pour se rapprocher du continent européen. Les plaques continentales entrent ainsi en phase de convergence, ce qui entraine, au début de l'ère Tertiaire, entre 65 et 50 Ma, la résorption de la lithosphère océanique et par conséquent un rétrécissement de l'océan liguro-piémontais. Ce phénomène, dû au processus de subduction de la plaque océanique qui s'enfonce sous la plaque continentale (subduction océan-continent), est à l'origine du plissement alpin, conséquence de la progression du continent africain repoussant devant lui le microcontinent apulo-africain vers le Nord.

L'orogenèse alpine

À l'Éocène (50 Ma environ) les deux marges continentales, européenne et adriatique (microcontinent apulien) entrent en collision (subduction continent-continent), marquant ainsi le début de l'orogénèse alpine. Dans cette collision, l'espace océanique qui sépare les deux continents et dont les eaux débordent assez largement sur les marges continentales bordières se trouve pincé (obduction).
Les marqueurs de cette collision s'identifient de manière suivante :
- le relief et la racine crustale des plis (épaississement de la croûte continentale à l'aplomb des chaînes de montagnes) ;
- les failles et les nappes de charriage (ensemble de terrains allochtones, qui a été déplacé et est venu recouvrir un autre ensemble de terrains autochtones) ;
- les différentes ophiolites, les blocs basculés, les sédiments de type marin.

L'ensemble est bloqué par l'obstacle des montagnes varisques (hercyniennes = Massif Central français, Vosges, Forêt-Noire, Monts de Bohême) et acquiert de ce fait l'orientation ouest-est que suit la chaîne ainsi que la forme d'arc dans sa partie occidentale. Progressivement, la plaque africaine chevauche la plaque européenne et les deux s'encastrent l'une dans l'autre sous la forme d'un gigantesque coin, comme un engrenage. Les deux plaques exercent l'effet d'un étau : les forces ainsi dégagées font soulever lentement les couches qui se sont déposées dans les fonds marins de l'océan primitif qui se désolidarisent de leurs racines et se disloquent vers le nord. À cause de la pression (plus forte dans la partie occidentale) et des hautes températures, ces couches adoptent alors une position verticale, se plissent et glissent partiellement les unes sur les autres comme des couvertures (les nappes). Dans cette phase le plissement s'opère surtout dans le sens horizontal et occasionne ainsi un empilement des nappes de charriage. Pour cette raison les Alpes ne rejoignent que des altitudes moyennes. Ces nouveaux reliefs reçoivent des géologues le nom de « chaînes subalpines » (alors que les géographes parlent de « Préalpes »).

Avec le temps, elles s'érigent de plus en plus en hauteur grâce à une nouvelle poussée de la plaque africaine (depuis 20 millions d'années). Les nappes vont encore une fois être décalées vers le Nord et se chevaucher parfois entre elles, plus fortement dans les Alpes occidentales que dans les Alpes orientales. C'est ce qui donne, de bas en haut, la superposition : nappes helvétiques, nappes penniques, nappes austro et sud-alpines. Aux endroits où, au cours du soulèvement et du plissement, les nappes rocheuses les plus importantes glissent en dessous dans un processus de subduction ou bien sont démantelées par l'érosion, il est possible de distinguer la nappe sous-jacente. Dans ce cas, les géologues utilisent le terme de « fenêtre géologique », fenêtre de l'Engadine, fenêtre des Tauern, la plus importante, et celle de Wechsel-Rechnitz, dans lesquelles apparaissent les nappes penniques suite à l'ablation des nappes des Alpes orientales. C'est seulement durant cette phase que la chaîne alpine devient véritablement une haute montagne.

À la fin du Tertiaire (Néogène) se produit un phénomène tout à fait inattendu : la plaque adriatique (ou apulienne) se met à pivoter (rotation antihoraire). S'en suit un changement de direction de la progression des nappes le long de la ligne périadriatique (insubrienne), important alignement de failles qui s'étend de la ligne du Canavese (au nord de Turin) à celle de la Gail (au sud de l'Autriche) et séparant les Alpes orientales et l'est des Alpes centrales des Alpes méridionales (voir subdivisions). Les Alpes adoptent alors une structure à double vergence orientée vers le sud dans les Alpes méridionales et vers le Nord dans les Alpes septentrionales.
On constate, en règle générale, que les forces du soulèvement et de l'érosion par les eaux et les glaciers s'équilibrent. Les Alpes gagnent en hauteur dans des phases brèves dites de soulèvement.

La convergence Afrique-Europe se poursuit aujourd'hui, suivant une direction NNW-SSE. L'orogenèse se poursuit encore et les mesures par GPS indiquent que ces massifs se soulèvent actuellement d'environ 1 mm/an (= 1 km par Ma), ainsi que leur bordure subalpine ou helvétique.

Formation des Alpes 230Ma-50Ma (© MUSE)

Formation des Alpes 50Ma-0Ma (© MUSE)