Resumen de The Oligocene orogenic pulse in the southern Penninic arc (western Alps): structural, sedimentary and thermochronological constraints

Matthias Bernet, Pierre Tricart

• English

  The Oligocene evolution of the southern branch of the western Alpine arc, more precisely the stack of metamorphic Briançonnais and Piedmont nappes composing the southern Penninic arc (SPA), are the focus of this study. We review published structural, sedimentological and thermochronological data in order to discuss exhumation of the SPA. At first, we compare bedrock zircon and apatite fission-track (FT) data from the SPA with detrital thermochronologic data (zircon FT, white mica 40Ar/39Ar) from Oligocene molasse deposits. Using improved stratigraphic ages for the Barrême basin, samples from the uppermost Rupelian "Conglomérat de Clumanc" and the Chattian "Molasse Rouge" provided zircon FT lag times of ~3.5 and 8 m.y., indicating source exhumation rates on the order of ~1.5 and ~0.75 km/m.y. respectively. These short lag times are consistent with lag times of 40Ar-39Ar ages of detrital white mica from the same formations in the same basin, and also from Oligocene molasse sediments in the Tertiary Piedmont basin. The sediment source for these grains as for the associated clasts of blueschist, is identified as the HP-LT metamorphic units of the SPA. The source cannot be the Ubaye-Embrunais nappes as classically considered, because these nappes do not bear the required metamorphic imprint. This interpretation is consistent with fast Oligocene cooling of the SPA, as attested by in situ zircon and apatite FT analyses. Such fast and relatively old cooling is a peculiarity of the southern branch of the western Alpine arc, when considering the entire arc. A second range of data concerns the structural building of the SPA. The initial stacking of metamorphic nappes in a poorly elevated accretionnary wedge was completed before the end of the Eocene. During the Early Oligocene collision, this wedge was severely refolded, acquiring its fan structure, as visible in cross section, and its curvature in map view. In such a context, we propose that fast exhumation and cooling of the SPA during the Oligocene resulted from active erosion of rapidly raised high topography. This is consistent with the sudden arrival of metamorphic Penninic clasts in the molasse basins along both flanks of the belt. Moreover, detrital and in situ thermochronological ages, suggest a strong slowing down of cooling and exhumation from the Miocene onwards, coinciding with brittle extension that dominates in the SPA during this long period. The brief Early Oligocene rise of a SPA cordillera, contrasts with the preceding and subsequent period of poor relief of the SPA. The mountainous character of the SPA today is not directly inherited from the Oligocene orogenic climax, as modern high relief and elevation are most likely related to rejuvenation under climatic control during the Quaternary.

• français

  Dans les Alpes occidentales, nous revisitons les effets orogéniques, thermiques et structuraux de la collision oligocène en focalisant sur la branche sud de l'arc interne métamorphique, appelé ici Arc pennique méridional (APM). Les données thermochronologiques contraignent la fin du refroidissement et donc de l'exhumation. Dans le bassin d'a-vant-chaîne de Barrême, les progrès faits dans la datation des molasses oligocènes, permettent d'affiner les "lag times" déduits de l'analyse des traces de fission dans les zircons détritiques. Dans le conglomérat de Clumanc du sommet du Rupélien et dans la Molasse rouge chattienne, ces "lag times" sont courts, respectivement ~3,5 et 8 Ma ; on en déduit, pour les zones-sources de ces zircons détritiques, une vitesse d'exhumation rapide de l'ordre de 1,5 et 0,75 km/Ma respectivement. Ces chiffres confirment ce qui avait déjà été déduit de datations 40Ar/39Ar dans les micas blancs détritiques à Barrême et surtout dans le bassin tertiaire piémontais sur l'autre versant de la chaîne.

  Nous proposons que cette source soit l'APM où les traces de fission sur roche en place témoignent, particulièrement en zone briançonnaise, d'un refroidissement rapide à la même époque. Ce refroidissement final rapide et relativement ancien fait la particularité de la branche sud de l'arc alpin occidental, relativement au reste de l'arc. Notre seconde approche est structurale. La pile des nappes éocènes à métamorphisme HP-BT subit à l'Oligocène inférieur deux phases de plissements et chevauchements à vergences antagonistes ; la superposition de ces derniers serrages alpins donne à l'APM sa structure actuelle arquée et en éventail, guère retouchée par l'extension cassante qui s'installe au Miocène. Dans ce contexte, le refroidissement rapide de l'APM à l'Oligocène est interprétable en terme d'exhumation par érosion d'un fort relief montagneux érigé soudainement. Cette accélération de l'orogenèse explique la simultanéité des arrivées de matériel pennique métamorphique dans les molasses en avant et en arrière de la chaîne. Les données thermochronologiques obtenues sur matériel molassique ou sur roches en place indiquent un fort ralentissement du refroidissement de l'APM du Miocène à l'actuel, cohérent avec une moindre érosion des reliefs en contexte d'extension généralisée au sein de l'APM. On propose ainsi qu'à l'Oligocène inférieur, alors que la collision connaissait son climax, une cordillère élevée s'est érigée à l'emplacement de l'actuel APM, contrastant avec le prisme d'accrétion éocène partiellement sub-mergé, plus large et plus bas. Cette cordillère oligocène était déjà significativement érodée quand l'APM a vu s'installer un régime extensif au Néogène. Au total, avant le rajeunissement récent des reliefs pour causes climatiques, l'AMP n'a présenté un fort relief montagneux qu'à l'Oligocène, essentiellement inférieur, soit durant une courte période ("crise orogénique") en regard de ce qu'a duré la convergence alpine, ou même simplement son stade de collision