Les nappes penniques dans les Alpes valaisannes: quelques explications géologiques

Michel Marthaler, Grandvaux**

Sur le terrain, le géologue est un peu comme un archéologue ou un historien à la recherche de vestiges du passé. Les montagnes sont pour lui des trésors d' informations qu' il doit essayer de déchiffrer en analysant les roches et leurs minéraux, en recherchant des restes de fossiles et de structures sédimentaires.

Le géologue étudie aussi la géométrie des couches et des ensembles de roches, une géométrie qui nous paraît figée, mais qui a beaucoup changé au cours des temps et qui continue d' évoluer. En fait, la forme extérieure actuelle des montagnes ne donne qu' une faible idée des structures internes qu' on observe dans la roche à toutes les échelles, de la coupe géologique ( fig. 2 ) à la lame mince ( fig. 3 ).

A l' échelle de la coupe, on constate que de grands ensembles ont été déplacés, puis empilés les uns sur les autres en même temps qu' ils se plissaient. Ces grands ensembles portent le nom de nappes. Elles ont été baptisées du nom d' un sommet dans lequel la nappe est entaillée aujourd'hui par l' érosion. On a regroupé, sous le terme de Penniques, les nappes qui forment aujourd'hui la partie centrale des Alpes. Mais, comme le montre la fig.2, on voit que, avant l' ère tertiaire ( fig.2c ), chaque nappe ou groupe de nappes correspondait à un domaine paléogéographique, où les conditions marines, plus ou moins profondes, ainsi que l' environnement et le climat favorisaient le dépôt d' un type particulier de roches. Comme exemples actuels de ces dépôts, on peut citer celui de la Mer Rouge, fait de calcaires ( grâce aux coraux ), et celui du delta du Nil, où se sédimentent des argiles et des sables fins.

* Rappelons que les temps géologiques sont divisés en quatre ères. L' ère primaire, la plus longue, a duré de 650 millions d' années ( abréviation: m. a. ) à 250 m. a. C' est pendant ses deux périodes « récentes », le Carbonifère et le Permien, que s' est déroulée l' orogenèse hercynienne, c'est-à-dire la formation d' une chaîne de montagnes, ancêtre lointain des Alpes. L' ère secondaire se subdivise en trois périodes: le Trias ( 220 m. a. ), le Jurassique ( 160 m. a. ) et le Crétacé ( 100 m. a. ). Pour l' Europe, ce fut une ère essentiellement marine, sans montagne. C' est pendant l' ère tertiaire ( S0 m. a. ) que vont se bâtir les Alpes, et c' est au quaternaire ( 2 m. a. ) que va apparaître l' homme, petit dernier d' une longue famille évolutive. " L' auteur est chargé par le Fonds national suisse de recherches dans les zones internes alpines ( projet N° 2.100-0.86 ).

1 Les calcschistes sont des roches calcaires, feuilletées et se débitant en plaquettes.

2 Les quartzites sont des roches formées surtout de quartz. Elles sont massives et d' une couleur variant du blanc au gris.

Dans la chaîne alpine, on distingue trois grands groupes de nappes: VHelvétique, le Pennique et l' Austro qui correspondaient à trois grands domaines paléogéogra-phiques: la plate-forme helvétique était située à la bordure nord de la Téthys, une vaste mer qui s' étendait, pendant l' ère secondaire, sur une surface beaucoup plus grande que celle des Alpes actuelles; l' Austro, bien plus éloigné de nous qu' il ne l' est aujourd'hui, représente la marge méridionale de la Téthys; entre les deux, en bordure et dans la partie profonde de l' océan, se situe le domaine d' où sont issues les nappes penniques.

Nous allons décrire brièvement ces nappes penniques en gravissant l' édifice structural des nappes, c'est-à-dire en nous déplaçant paléogéographiquement du nord au sud.

Les unités frontales On a groupé sous ce terme plusieurs nappes qui affleurent dans la vallée du Rhône, de Martigny à Brigue. L' une d' elle, la Zone houillère, est riche en couches de charbon de mauvaise qualité, exploitées malgré tout pendant la Deuxième Guerre mondiale. Quelques fossiles de plantes ont révélé un âge carbonifère antérieur à l' apparition de la mer Téthys. On trouve aussi, plissés avec la zone houillère, des calcschistes1 d' âge crétacé, déposés dans un bassin au large de la plate-forme helvétique ( fig. 2 b ). On constate déjà que l' oro alpine a rapproché, superposé et plissé des roches d' origine et d' âge fort différents.

La nappe de Siviez-Mischabel Elle se divise en deux grands groupes de roches: le socle, formé de roches cristallines d' âge primaire, et la couverture, faite de sédiments marins déposés pendant l' ère secondaire.

Un des intérêts de l' étude des roches du socle est d' y retrouver les traces d' anciennes chaînes de montagne plus anciennes que les Alpes: des quartizites2 conglomératiques, par exemple, où on découvre des galets de roches volcaniques arrachés à la chaîne hercynienne, à la fin de l' ère primaire.

La base des grands empilements de couches calcaires et dolomitiques de la région du Barrhorn nous révèlent que, au début de l' ère secondaire, la mer Téthys était peu profonde. Des restes d' algues et de crinoïdes ( famille des étoiles de mer ) ont été retrouvés, en effet, dans les couches d' âge triasique. Au-dessus se dressent de grandes parois de calcaires fins, dont le sommet, plus schisteux, est dû à la présence d' argile mélangée au calcaire. Cette constatation atteste un approfondissement de la mer Téthys au cours du Jurassique et du Crétacé. En revanche, dans la région du Toûno ( au-dessus de St-Luc, Anniviers ), ces mêmes couches sont d' épaisseur plus réduite, et beaucoup d' entre elles font défaut. La sédimentation était donc plus condensée et parfois absente. On peut en donner une image concrète en se représentant une petite île au milieu d' un océan.

La nappe du Mont Fort Elle affleure surtout dans la partie sud-ouest du Valais ( fig. 1 ), où on distingue de nouveau le socle d' une couverture. Cette dernière est riche en brèches3 ( par exemple à Mauvoisin ) qui sont dues à l' écroulement de falaises sous-marines au cours des mouvements qui ont ébranlé plusieurs fois la marge continentale: au Jurassique lorsqu' elle s' est effondrée au moment de l' agrandissement de la Téthys ( fig. 2 a ) et au Crétacé lors des secousses qui ont entraîné la fermeture de l' océan ( fig. 2 b ).

Aujourd'hui, tous ces mouvements se sont heureusement calmés, et ceux qui habitent au pied du barrage de Mauvoisin peuvent dormir sans inquiétude.

Un peu plus bas dans la vallée de Bagnes, mais aussi au sommet du Grand Combin ( grâce à un très grand pli ), affleure le socle qui est formé principalement de micaschistes4, riches en minéraux vert-bleu. Ils nous indiquent qu' ils ont cristallisé sous une pression voisine de 5 kilobares, ce qui implique que cette nappe a pris naissance à 15 kilomètres de profondeur environ, sous d' autres roches aujourd'hui érodées.

La nappe du Mont Rose Elle est constituée presque exclusivement de gneiss5 du socle qui formait au Jurassique le dernier bloc de la croûte continentale européenne avant la déchirure océanique. Certains de ces gneiss ont une structure ceillée, dont l' analyse a permis de monter qu' il s' agissait d' un ancien granite déformé. On a même pu le dater - grâce à la radiochronologie - d' environ 300 millions d' années, période de formation de la chaîne hercynienne.

Certains minéraux, tels les grenats, des gneiss du Mont Rose, ne peuvent cristalliser que sous l' effet de très fortes pressions. La théorie de la tectonique des plaques peut nous fournir une explication: cette partie de la croûte a été subductèe, entraînée par la croûte océanique qui la précédait ( fig. 2b ). Cependant, encore aujourd'hui, on ne parvient pas à expliquer comment tout cet ensemble a pu remonter ensuite à la surface, en se struc-turant en un gigantesque pli-nappe ( fig.2c ) qui forme actuellement le massif du Mont Rose.

La zone de Zermatt Cette unité est tout à fait différente des précédentes, car elle est de nature ophiolithique, c'est-à-dire entièrement constituée de croûte océanique. Celle-ci s' est créée au cours du Jurassique, lors de l' expansion de la mer Téthys, par la venue de magma dans la ride mé-dio-océanique ( fig.2a ), comme c' est le cas aujourd'hui au milieu de l' océan Atlantique. On retrouve ces anciennes laves sous-marines dans les Alpes, mais comme elles ont été métamorphisées à la fin du Crétacé, au moment de la subduction, elles ont un aspect rubane ( vert sombre - vert pistache ) et portent le nom de prasinites. Parmi celles-ci on trouve, notamment au Gornergrat, de grosses masses de serpentinites6 qui sont d' origine très profonde, à la limite inférieure de la croûte terrestre ( 80 km ). On trouve la pierre ollaire, riche en talc, associée aux serpentinites. Elle fut donc une roche extrêmement chaude bien avant 3 Une brèche est une roche formée de débris anguleux d' autres roches.

4 Les micaschistes sont des roches tendres et brillantes, se débitant en paillettes.

5 Le gneiss est une roche massive, d' aspect zébré ou rubane ( vert sombre/blanc ).

6 Les serpentinites sont des roches tendres et cependant massives, de couleur vert sombre à vert clair.

Fig.2:

Schéma évolutif du domaine pennique.

km 10 Cervin Rhône d ) Actuel: Coupe géologique e ) Eocène: env. 40 m. a.

b ) Crétacé: env. 90 m. a.

a ) Jurassique: env. 150 m. a.

d ) Etape actuelle: 1 ) Unités frontales. 2 ) Nappe de Si-viez-Mischabel. 3 ) Nappe du Mont Fort. 4 ) Nappe du Mont Rose. 5 ) Zone de Zermatt-Saas Fee. 6 ) Nappe du Tsaté. 7 ) Nappe de la Dent Blanche.

c ) Etape de l' orogenèse alpine: les nappes austro-al-pines jouent le rôle de « traîneau ecraseur » sur les nappes penniques qui se structurent, se plissent et se métamor-phisent en profondeur.

austro-alpin ^^B pennique à croûte océanique I pennique à croûte continentale Y/A helvétique Fig. 3:

Plis et orientation préférentielle des minérax d' une ancienne lave océanique ( mé-tabasalte ) de la nappe du Tsaté d' être utilisée pour la fabrication de fourneaux!

Au cours du Crétacé, avec les premiers stades de fermeture de l' océan, la croûte océanique s' est scindée en deux unités, qui ont évolué différemment au cours de l' oroge alpine: la zone de Zermatt est la partie qui a été subductée, alors que la nappe du Tsaté est obductée, c'est-à-dire poussée par-dessus les autres unités ( fig. 2b ).

La nappe du Tsaté La croûte océanique n' y est plus continue: des « écailles » de cette croûte ont échappé à la subduction et forment aujourd'hui des montagnes entières, comme le massif des Aiguilles Rouges d' Arolla. Ces énormes Sphène Opaque Amphibol Bleu vert 0,5 mm « blocs » de croûte océanique sont entourés de roches beaucoup plus tendres et friables, appelées « schistes lustrés ». Ce terme désigne les sédiments profonds et à dominante argileuse, déposés sur la croûte océanique. Le métamorphisme ( pression et température ) a transformé les minéraux argileux en micas qui rendent la roche brillante; d' où le terme de « lustré » pour qualifier ce type de schiste. Les géologues ont eu la chance de pouvoir identifier, dans les parties plus calcaires de ces roches, des restes de foraminifères planctoni- 7 L' orogenèse est la période de formation d' une chaîne de montagne.

ques ( du plancton fossile ) datant du Crétacé supérieur. Entre les schistes lustrés et la croûte océanique, on trouve parfois de minces couches très siliceuses et de couleur rouge grenat: ce sont des radiolarites. Elles contiennent des radiolaires, minuscules organismes planctoniques qui datent du Jurassique supérieur. On peut en déduire que les schistes lustrés se sont déposés au cours du Crétacé, pendant la fermeture par subduction de l' océan téthysien.

La nappe de la Dent Blanche On retrouve dans cette nappe des roches issues de la croûte continentale, mais cette fois-ci de la marge sud de la Téthys appartenant au paléocontinent africain. Tous les alpinistes connaissent bien ces gneiss rubanés blanc-vert qu' ils escaladent non seulement à la Dent Blanche, mais aussi notamment au Weisshorn, à l' Obergabelhorn, au Cervin. Tous ces hauts sommets sont donc réunis dans une même nappe qui a d' ailleurs joué un rôle primordial au moment de l' érection de la chaîne des Alpes. Comme l' expliquait déjà E. Argand en 1916, ce socle issu du paléocontinent africain fut un véritable « traîneau écra-seur » des nappes penniques sous-jacentes. En schématisant, on pourrait affirmer que le Cervin est le reste d' un continent qui a écrasé un océan.

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Conclusion Les nappes penniques sont un amoncellement de roches, autrefois très ductiles, aujourd'hui bien déformées. Des plis peuvent être observés à toutes les échelles, à l' inté d' une même nappe, entre le socle et la couverture ou entre les différentes nappes, témoin celui qui plisse la nappe du Mont Rose et la zone de Zermatt ( fig.2d ). Comme le montre la fig. 3, toutes ces déformations ont marqué la roche jusqu' à ses plus petits minéraux, visibles seulement sous le microscope. Ces derniers se sont orientés en fonction des formidables contraintes qu' ils subissaient, un peu comme de petits aimants dans un champ magnétique.

Pour le géologue, les Alpes sont donc, grâce à leurs roches, une immense mémoire de l' histoire de la Terre. Cet empilement de couches tantôt cristallines, tantôt sédimentaires nous laisse entrevoir des paysages volcaniques, désertiques ou sous-marins certainement aussi grandioses que les neiges qui ne furent pas toujours éternelles.

Le contact océan-continent dans les Alpes valaisannes Au premier plan ( 1 ) la nappe du Tsaté, entaillée dans l' arête qui sépare le Val de Moiry ( à gauche ) du Val d' Hérens. Les roches tendres des schistes lustrés entourent un lambeau lenticulaire de croûte océanique ( 2 ) plus dure et plus sombre. Au deuxième plan ( 3 ), la nappe de la Dent Blanche, sculptée dans les gneiss du paléocontinent apulien, qui chevauche aujourd'hui l' ancien océan téthysien.

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