ÉPEIROGENÈSE

ÉPEIROGENÈSE

En 1890, Grove Karl Gilbert, géologue et explorateur éminent de l’Ouest américain, oppose aux mouvements proprement orogéniques des mouvements du sol bien plus doux et amples, en forme de gonflements à grand rayon de courbure ou de soulèvements d’échelle continentale, qu’il qualifie de ce fait d’épeirogéniques, cette épeirogenèse – ou épirogenèse – produisant en effet les plateaux, les bassins et les continents émergés (en grec, 兀神﨎晴福礼﨟 signifie terre ferme). Le sens relatif du mouvement vertical peut être positif (correspondant à une montée) ou négatif. Dans ce dernier cas, lorsque la descente du sol s’accompagne de sédimentation, on parle de subsidence .

On a souvent souligné qu’il n’y a pas de limite tranchée entre orogenèse et épeirogenèse; en effet, les cas intermédiaires sont fréquents. Avec Hans Stille, on réservera le terme «épeirogénique» aux mouvements – en général lents et longuement poursuivis – qui laissent intacte la structure du sous-sol, par opposition aux mouvements orogéniques, qui engendrent de nouvelles structures tectoniques, souvent de façon brusque. Le terme de «tectonique germanotype» pourra s’appliquer aux cas intermédiaires (par exemple la déformation méso-cénozoïque du socle hercynien extra-alpin, notamment en Allemagne): les gondolements s’accompagnent alors de ruptures et de plissements locaux. Dans l’épeirogenèse proprement dite, la composante horizontale de la déformation est négligeable.

Puisque ce sont donc essentiellement des mouvements verticaux de la lithosphère qui sont en jeu ici, on ne peut pas traiter de l’épeirogenèse sans faire allusion au phénomène de l’isostasie, où il apparaît que la croûte terrestre se comporte comme si elle flottait en équilibre hydrostatique sur un substratum visqueux. D’emblée, nous aurons à bien distinguer deux types d’épeirogenèse. Dans un premier type, la cause principale du mouvement vertical est un déséquilibre isostatique en voie de résolution; un cas particulièrement instructif est celui de l’épeirogenèse de délestage , due à la soudaine disparition d’une surcharge accidentelle (calotte glaciaire, lac temporaire par exemple). Mais, dans un second type, tout se passe comme si un état d’équilibre faisait place à un autre, par suite d’une modification lente affectant les masses en profondeur. Dès 1889, Clarence Edward Dutton notait que la nature exacte des processus restait inconnue. Force est de reconnaître qu’aujourd’hui encore aucun modèle global vraiment satisfaisant n’a été proposé pour cette épeirogenèse chronique , ou spontanée .

En définitive, le phénomène très important de l’épeirogenèse qui, de concert avec les mouvements eustatiques de la mer, gouverne toute la paléogéographie des aires continentales demeure largement énigmatique.

Épeirogenèse de délestage rapide

La montée globale bien qu’inégale (fig. 2) de la péninsule fenno-scandinave a imposé dès le début du XIX^e siècle la notion de mouvements lents du sol encore aujourd’hui en cours (près d’un mètre par siècle dans le golfe de Botnie, où un dicton ancien constate que «le petit-fils laboure où le grand-père pêchait»). Là et en Amérique du Nord septentrionale, on a pu démontrer que le gondolement ascendant est causalement lié à la fonte des puissantes calottes glaciaires dont la charge avait déprimé inégalement la croûte terrestre. Il s’agit donc d’un simple réajustement isostatique, qui se poursuit depuis quelque douze mille ans, à la vitesse maximale permise par les propriétés rhéologiques du tréfonds. De nombreux travaux de modélisation théorique appuyés sur de fines observations de terrain reconstituant l’histoire du soulèvement ont été accomplis. Mais des inconnues demeurent: on ignore la puissance exacte des inlandsis disparus, le processus n’est pas terminé et, bien que prépondérant, le gauchissement de charge puis le délestage n’est pas seul en jeu.

Aussi, importe-t-il de se référer également à la mémorable étude que G. K. Gilbert a faite (1872-1890) sur le vaste bassin jadis lacustre, dit lac Bonneville, asséché après la fin de la dernière glaciation (fig. 1 et 3). Le Grand Lac Salé de l’Utah en est le résidu. L’ancien lac, riche en îles et en presqu’îles, avait une étendue d’environ 200 kilomètres sur 400 kilomètres; sa profondeur au centre était de 300 mètres. L’assèchement s’est fait par étapes, enregistrées par des terrasses littorales échelonnées; leur minutieux nivellement révèle que de façon concomitante à la baisse des eaux le fond du lac s’est bombé, d’environ 60 mètres au centre. Gilbert a montré que la seule explication plausible de ce bombement était la remontée de la croûte induite par le seul allégement. Ici, l’épeirogenèse de délestage est à l’état pur, et achevée. Après un siècle, l’étude de Gilbert demeure un modèle.

Notons les caractéristiques des deux cas d’épeirogenèse de délestage évoqués ci-dessus: la charge était accidentelle; le mouvement de réajustement, belle vérification expérimentale de la loi d’isostasie, est rapide (et même instantané à l’échelle des temps géologiques); la nécessaire modification du tréfonds a été entièrement réversible, et couramment interprétée comme un flux lui-même réversible de matériel mantellique lourd; ce matériel est de viscosité très élevée, et les réajustements peuvent s’accompagner de cassures dans la lithosphère, provoquant des failles et des séismes; le mouvement par pure détente élastique est précoce et mineur.

Délestage par érosion et subsidence de charge

La logique veut à l’évidence que l’ablation du relief continental induise une certaine montée isostatique compensatrice (Jean Buridan puis Léonard de Vinci en ont eu quelque intuition). On explique volontiers ainsi que l’érosion ne nivèle pas immédiatement les chaînes de montagnes neuves et que les hautes cimes alpines actuelles sont sculptées dans un matériel qui fut façonné sous une charge élevée (parfois plus de 20 km de superstructures ont disparu par érosion graduelle). Selon l’image familière de l’iceberg fondant au soleil, l’épeirogenèse de réajustement doit faire monter les montagnes par suite même de la dénudation. Et, de fait, les mesures et estimations effectuées en Suisse indiquent que le soulèvement actuel en voûte est de l’ordre de un millimètre par an, valeur voisine de celle qui est admise pour la dénudation globale. Cependant, les études gravimétriques, qui indiquent une forte anomalie négative, et d’autres données géophysiques font admettre l’existence sous les Alpes d’une «loupe» légère qui pourrait suffire à rendre compte de la montée en cours. Le délestage par érosion n’est donc pas l’unique facteur en jeu. Les Alpes monteraient même sans lui.

De même, le bon sens demande que toute importante surcharge (sédimentation, appareil volcanique majeur, arrivée de nappes de charriages, etc.) fasse fléchir la croûte en profondeur. Et, en effet, divers exemples plus ou moins probants vont dans ce sens. Mais il importe de réfuter une fois pour toutes la notion, lancée par Léonce Élie de Beaumont puis par James Hall, d’un bassin sédimentaire se formant et s’approfondissant sous le seul poids des sédiments: les lois de l’isostasie s’y opposent, compte tenu des densités respectives des diverses masses superposées en jeu. Le calcul montre (cf. SUBSIDENCE Géologie) par exemple que le Bassin parisien, vidé de ses sédiments et livré au réajustement isostatique, formerait encore une cavité profonde de l’ordre de 1 000 mètres au centre par rapport au géoïde. Ici aussi la subsidence proprement due à la charge ne suffit pas à rendre compte des faits géologiques. Autrement dit, déjà dans les cas qui précèdent, on s’aperçoit de la complexité du problème général des mouvements verticaux épeirogéniques. Les effets directs et immédiats tant du délestage que des surcharges ne sont qu’une modalité fort circonscrite, en marge de phénomènes autonomes beaucoup plus vastes. L’érosion et la sédimentation ne font que contribuer au mouvement.

L’épeirogenèse chronique autonome

Dans le cas général, révélé par l’histoire géologique des aires continentales, l’épeirogenèse ne consiste nullement en un rétablissement d’un équilibre isostatique momentanément perturbé, mais en une modification durable du tréfonds qui à son tour déplace par rapport au géoïde, vers le haut ou vers le bas, la croûte terrestre vers une nouvelle position d’équilibre. L’épeirogenèse normale fait passer d’un état d’isostasie à un autre . Avant de supputer les causes possibles de ce phénomène, il importe d’examiner les faits avec méthode.

L’histoire des bassins et des synéclises (les amples dépressions des vieilles plates-formes) montre que le gondolement en creux a un début et une fin (la subsidence du Bassin parisien est terminée pratiquement depuis la fin du Crétacé). Il s’est poursuivi longuement (périodes de l’ordre de 50 à 200 millions d’années, voire plus) et de façon plus ou moins continue, fort souvent sans déplacement notable des zones d’égale subsidence. Le phénomène était très lent (taux annuel calculé moyen de 0,01-0,02 mm/an ou moins), mais avec des ralentissements ou accélérations modérés probables. L’histoire, forcément moins bien connue, des aires de bombement (massifs, boucliers) montre des faits analogues: montée lente, chronique, encadrée par de longues époques de stabilité.

Un caractère fondamental de cette épeirogenèse chronique est son irréversibilité généralement sans appel. Un ancien bassin, aussi profond soit-il, restera une structure concave (dût-elle souffrir de légères dénudations planes ultérieures). Un massif même fort ancien (par exemple le bouclier ukrainien) demeurera au minimum seuil ou haut-fond, ou sera à nouveau arasé après une nouvelle montée. Dans ce dernier cas, inexplicablement, il apparaît que le moho descend corrélativement en maintenant une épaisseur normale de croûte continentale, malgré les érosions successives. Toutefois, on note des exceptions à cette règle (par exemple l’effondrement tertiaire du massif Londres-Brabant, ou encore le soulèvement médian fini-crétacé de l’auge dano-polonaise) qui, chacune, méritent un examen particulier; il semble que ces inversions médianes affectent un type particulier d’auges allongées (par exemple les aulacogènes intracratoniques); elles se produiraient lors de compressions générales du bâti.

Une autre constatation fréquente est importante vu ses implications génétiques: il n’y a pas nécessairement compensation volumétrique entre ce qui monte et ce qui descend dans une région donnée. Ainsi, le bombement récent du bouclier saharien dans une partie du Hoggar ne s’est apparemment pas accompagné d’affaissements concomitants, sauf à une distance telle que toute liaison causale devient improbable. En revanche, dans bien des cas en bordure de mer, les terres ont monté et la proche marge s’est inclinée en mer, par basculement global plus ou moins symétrique (flexure continentale de Jacques Bourcart), pouvant évoquer un transfert latéral de masses profondes.

Bombements de réjuvénation de vieux orogènes

La chaîne calédonienne scandinave, achevée au Dévonien, forme l’un des reliefs notables de l’Europe ^{[cf. SCANDINAVIE]}; il est tout à fait exclu que ce vaste et haut bombement soit une relique du relief primaire né, en son temps, de la tectogenèse. Celui-ci est depuis fort longtemps arasé. Il est patent que les altitudes actuelles doivent tout à un soulèvement épeirogénique beaucoup plus récent, tertiaire et quaternaire, sans rapport avec l’épeirogenèse de délestage, et curieusement calqué géographiquement sur le plan structural global de l’ancienne chaîne. De même, les «monts Oural» des géographes sont le renflement récent d’un rameau hercynien. Dans ces deux cas, la réjuvénation topographique est mimétique. En revanche, chacun sait que la plate-forme hercynienne ouest-européenne, à peine nivelée au Trias, s’est mise à se gondoler en cuvettes et massifs dont la disposition est sans rapport avec le plan structural du bâti affecté. Même en cas de réactivation mimétique, le soulèvement peut être fort inégal (chapelets de coupoles, flexures, etc.). La géomorphologie finement analysée a parfois montré que le processus a pu se répéter au cours du temps. Il semble bien n’affecter que les chaînes phanérozoïques. Ainsi, la réjuvénation récente de la chaîne calédonienne scandinave lui est propre; le vaste avant-pays précambrien (bouclier baltique) n’a subi qu’un soulèvement concomitant faible, en bloc, ne mettant pas en valeur ses zones de consolidation d’âges différents.

Or, il apparaît que ces bombements mimétiques, inexplicables par la seule isostasie (pas d’anomalie gravimétrique, moho de profondeur banale), n’ont pas seulement rajeuni topographiquement des chaînes ou rameaux paléozoïques. On a pu montrer que des gondolements épeirogéniques d’allure tout à fait semblable ont affecté les rameaux alpins, indépendamment de la tectogenèse. Ainsi, les Pyrénées orientales actuelles doivent l’essentiel de leur relief à une montée d’âge plio-quaternaire soulevant en bloc, en une vaste voûte, un paysage de collines douces formant la pénéplaine de Cerdagne (Yves Gourinard). La tectogenèse s’étant achevée à l’Éocène supérieur, il paraît exclu d’expliquer la montée récente par l’effet de la seule «racine» crustale profonde formée à ce moment: pourquoi aurait-on eu un réajustement récurrent survenant après une longue période de semi-repos? D’où la nécessité de faire appel à d’autres mécanismes.

La grande crise épeirogénique récente

Déjà il y a un siècle, John Wesley Powell, collègue de Gilbert, était convaincu que «toutes les montagnes existantes sont jeunes; les vieilles montagnes ont disparu [par l’effet de l’érosion]». D’autre part, la majorité des stratigraphes sont prêts à reconnaître que, durant une bonne partie des temps géologiques, les continents étaient beaucoup moins accidentés qu’aujourd’hui, les côtes plus plates, les mers épicontinentales plus étendues, et les climats moins contrastés. Depuis le Miocène, la Terre connaît une époque d’accentuation générale (mais fort inégale) des reliefs, une véritable crise épeirogénique mondiale, encore accentuée durant le Quaternaire. Il s’agit essentiellement de mouvements de sens positif, mais on constate également d’importants mouvements, plus localisés, de descente comme dans le domaine méditerranéen.

Ce que l’on peut reconstituer de l’histoire de la Terre conduit à rapprocher cette grande crise récente d’autres crises survenues à de longs intervalles, parmi lesquelles celles du Précambrien ultime, de la fin de l’Ordovicien, du Carbonifère supérieur – Permien, de la limite Crétacé – Tertiaire. Ces crises sont marquées par une tendance fortement régressive des mers, par d’importantes ablations, par un refroidissement du climat pouvant aller jusqu’à des glaciations régionales, par un profond renouvellement des faunes. Elles succèdent à une orogenèse majeure plutôt qu’elles ne l’accompagnent; elles ont lieu en régime distensif plutôt que compressif (c’est en tout cas la situation actuelle). S’il en est bien ainsi, on aurait affaire à un phénomène d’échelle et d’essence planétaire, appelant une explication également globale. Soulignons le fait que ces crises épeirogéniques n’ont pas de rapport immédiat avec l’épeirogenèse négative chronique responsable de la formation des bassins et synéclises, plus lente, plus longue, et qui marque plutôt les périodes calmes entre ces crises.

À la recherche des causes de l’épeirogenèse

La confrontation de tout ce qui précède tend à inciter à beaucoup de prudence sur le plan causal. D’emblée, il est clair qu’il existe plusieurs sortes d’épeirogenèses. Dans le cas général, on a vu qu’il s’agit d’un processus lent, autonome, irréversible. Tout modèle explicatif faisant intervenir des phénomènes réversibles est donc à considérer avec méfiance (changements de phases, glissement des plaques au-dessus de «bumps» ou de points chauds, etc.). Du reste, la géophysique atteste que la croûte, sous les plus profonds bassins de subsidence intracontinentale, est souvent amincie, surtout dans la partie où la vitesse de propagation des ondes correspond à un socle «granitique»; mais la nature exacte de la modification subie reste fort discutée, et ne se ramène que pour une part minime à une simple distension.

La présence des bombements de réjuvénation mimétique posthume de tronçons de vieilles chaînes conduit (en l’absence de toute loupe ou racine crustale résiduelle) à imaginer une sorte de «mémoire» du manteau supérieur sous-jacent, qui aurait conservé une composition un peu particulière par rapport à celui des plates-formes banales encadrantes, d’où on ne sait quelle réactivation sélective lors des crises épeirogéniques générales. Dans le cas précis de la chaîne calédonienne scandinave, les données géophysiques actuelles sont impuissantes à faire ressortir cette spécificité. Aucun flux géothermique particulier n’est noté. Sur aucune carte ou grille récapitulant les mesures d’ordre varié faites en Fenno-Scandie n’apparaît une opposition quelconque entre les domaines respectifs du bourrelet réactivé et de la plate-forme inerte.

Force est d’avouer que l’épeirogenèse reste aujourd’hui l’un des grands phénomènes géodynamiques le moins bien expliqué. Loin d’être élucidé de façon satisfaisante par les modèles de la théorie des plaques (sauf à titre de cas particuliers), il s’agirait bien plutôt d’une sorte de vie intime des plaques elles-mêmes, accompagnée de très lents transports de substances, de nature inconnue. L’épeirogenèse modifie la lithosphère.

À l’échelle planétaire, il est séduisant, mais peut-être prématuré, de postuler qu’il existerait de longues époques où prédomine la lente subsidence des bassins, et d’autres plus courtes où prévaudrait un gonflement ascendant des reliefs, le tout évoquant une sorte de pulsation. Un argument en faveur d’une telle vision semble se dégager des mesures régionales du mouvement actuel, malgré leur caractère encore approximatif, car elles sont aux limites des possibilités de la géodésie. Il y aurait un peu partout en Europe des mouvements verticaux de l’ordre du millimètre par an ou davantage, plus souvent ascendants que descendants, y compris dans des régions géologiquement très stables. Une certaine corrélation existerait entre la valeur et le sens du déplacement et la structure du sous-sol, mais avec des vitesses alléguées incomparablement trop grandes pour qu’il s’agisse de la poursuite sous nos yeux de l’épeirogenèse chronique normale. Il s’agirait bien plutôt de la manifestation actuellement positive d’une pulsation rapide et mineure, et qui ne peut donc pas servir de modèle applicable à l’interprétation du passé. L’épeirogenèse (autre que de délestage) résiste à nos efforts d’explication, notamment parce qu’elle se situe hors du champ d’application de la méthode actualiste.

● épirogenèse ou épeirogenèse nom féminin (du grec êpeiros, terre émergée) Mouvement vertical de l'écorce terrestre, ascendant ou descendant, à grand rayon de courbure, affectant les domaines continentaux et susceptible de provoquer régressions ou transgressions marines.

Encyclopédie Universelle. 2012.