Lire une coupe géologique : deux âges pour un même granite
Un levé de terrain réalisé le long d'une vallée permet d'observer, de bas en haut, la succession suivante : (A) des micaschistes à grenat dont la foliation est inclinée à 60° vers le sud ; (B) un granite à deux micas, recoupant nettement cette foliation, avec une auréole de cornéennes de 300 m d'épaisseur développée dans les micaschistes ; (C) une surface d'érosion plane qui tronque le sommet du granite ; (D) un conglomérat à galets de granite arrondis, contenant des empreintes de fougères du Stéphanien (≈ 300 Ma) ; (E) des calcaires à ammonites du Toarcien (≈ 180 Ma) ; (F) un dyke de basalte subvertical, large de 4 m, qui recoupe les unités A à E ; (G) une faille normale qui déplace les calcaires E mais qui est elle-même recoupée par le dyke F.
Datations disponibles : zircons du granite (U-Pb) : 305 ± 3 Ma ; roche totale du même granite (K-Ar) : 250 ± 8 Ma ; plagioclases du dyke basaltique (K-Ar) : 32 ± 2 Ma.
1. Établissez l'ordre chronologique relatif des événements A à G en justifiant chaque relation géométrique utilisée.
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Principe : un objet géologique est postérieur à ce qu'il recoupe et antérieur à ce qui le recoupe ; un fossile date le sédiment qui le contient.
Ordre obtenu
- A - micaschistes : mise en place du protolithe puis métamorphisme régional, responsable de la foliation.
- B - granite : il recoupe la foliation de A, donc postérieur au métamorphisme. L'auréole de cornéennes (300 m) confirme un métamorphisme de contact : le granite est intrusif dans des roches déjà froides.
- C - surface d'érosion : elle tronque le granite ; il faut donc que le pluton ait été exhumé puis érodé.
- D - conglomérat : il repose sur cette surface et contient des galets de granite arrondis, preuve que le granite était à l'affleurement et s'est érodé avant son dépôt. Les fougères stéphaniennes (≈ 300 Ma) donnent un âge de dépôt cohérent avec le granite daté à 305 Ma.
- E - calcaires à ammonites : ils sont au-dessus du conglomérat et fossilifères (Toarcien ≈ 180 Ma) : dépôt marin postérieur, avec une lacune de près de 120 Ma.
- G - faille normale : elle déplace les calcaires E, donc postérieure à E.
- F - dyke de basalte : il recoupe A à E et recoupe la faille G, donc il est le dernier événement ; son âge K-Ar (32 Ma) est cohérent avec une fracturation tardive.
Piège à éviter : la faille G, parce qu'elle est « dans la série », pourrait sembler ancienne ; c'est sa relation avec le dyke qui la place avant F.
2. Le même granite est daté à 305 ± 3 Ma par U-Pb sur zircon et à 250 ± 8 Ma par K-Ar sur roche totale. Comment expliquer cet écart, et quel âge retenir pour la mise en place du pluton ?
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1. Deux méthodes, deux chronomètres différents Chaque couple isotope-parent/isotope-fils a une température de fermeture : au-dessus, le système échange et l'horloge est remise à zéro ; en dessous, les isotopes fils s'accumulent et l'âge enregistré devient celui du refroidissement.
- U-Pb sur zircon : température de fermeture très élevée (> 900 °C) et réseau cristallin très résistant. L'âge de 305 ± 3 Ma date la cristallisation du magma.
- K-Ar sur roche totale : température de fermeture basse (de l'ordre de 300 °C). L'âge enregistré date le refroidissement sous ce seuil, ou le dernier événement thermique subi.
2. Interprétation de l'âge à 250 Ma 250 Ma correspond au Trias. Deux hypothèses : soit un refroidissement très lent (peu probable sur 55 Ma pour un pluton de cette taille), soit surtout une perte d'argon lors d'un épisode thermique régional (extension triasique, circulation de fluides le long des fractures). La roche totale, mélange de minéraux de fermetures différentes, est le matériel le plus sensible à cette réinitialisation partielle.
3. Âge à retenir On retient 305 ± 3 Ma pour la mise en place du granite : c'est la donnée la plus robuste (zircon, haute température de fermeture) et elle est indépendamment confirmée par les fougères stéphaniennes (≈ 300 Ma) du conglomérat sus-jacent, qui exige un granite déjà érodé à cette date. Un âge de 250 Ma rendrait le conglomérat stéphanien incohérent : il serait plus vieux que les galets qu'il contient.
Règle à retenir : une datation radiométrique n'a de sens qu'associée au minéral daté, à sa température de fermeture et à l'histoire thermique de la région.
3. Quelle est la nature de la surface C ? Qu'apprend-elle sur l'histoire de la région entre le Carbonifère et le Jurassique ?
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1. Nature de la surface C est une surface de discordance : elle sépare un socle plissé et métamorphisé (micaschistes + granite) d'une couverture sédimentaire non déformée. C'est une surface d'érosion, et non un simple joint de stratification : elle tronque des structures (foliation, pluton) qui n'ont aucun rapport avec la sédimentation sus-jacente.
2. Ce qu'elle implique Une surface d'érosion n'est pas un événement instantané : elle enregistre une lacune. Il a fallu :
- une surrection de la chaîne (responsable du métamorphisme et de l'intrusion granitique) ;
- une exhumation et une érosion importantes, attestées par les galets de granite arrondis du conglomérat D - le granite affleurait donc ;
- une subsidence permettant le retour de la mer au Jurassique (calcaires à ammonites E).
3. Chronologie d'ensemble Chaîne de collision au Carbonifère (métamorphisme, granite à 305 Ma) → érosion rapide et dépôt du conglomérat stéphanien dans des bassins en effondrement → longue période continentale avec lacune d'environ 120 Ma → transgression marine au Jurassique (Toarcien) → fracturation et volcanisme au Cénozoïque (dyke à 32 Ma).
4. Portée méthodologique La lacune empêche de dater directement par les fossiles ce qui s'est passé entre 300 et 180 Ma : seule la géochronologie (datation du granite, du dyke) permet de combler partiellement ce trou. C'est un point souvent négligé dans les copies : le temps manquant est une information, pas une absence d'information.