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La chaîne varisque dans les Carpates Méridionales et les Balkans Occidentaux: études pétrostructurales des massifs d'Almaj (Roumanie), de Deli Jovan (Serbie) et de la Stara Planina Occidentale (Bulgarie)

par Plissart, Gaëlle
Président du jury Lorand, Jean-Pierre
Promoteur Demaiffe, Daniel ;Diot, Hervé ;Mattielli, Nadine
Publication Non publié, 2012-10-25

Thèse de doctorat

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Résumé :

Ce travail retrace l’évolution varisque des Massifs d’Almǎj (Roumanie), de Deli Jovan (Serbie) et de la Stara Planina Occidentale (Bulgarie), à travers une étude pétrostructurale effectuée sur les différentes unités lithologiques de la Nappe alpine du Danubien supérieur. Cette nappe possède la particularité de contenir un marqueur de convergence de toute première importance sous la forme de 4 massifs ophiolitiques démembrés lors de l’orogenèse alpine : Tisoviţa Iuţi (TI, Roumanie), Deli Jovan (DJ, Serbie), Zaglavak (Z, Serbie) et Tcherni Vrah (TV, Bulgarie). Les études pétrologiques de terrain effectuées dans ces trois pays ont permis de confirmer la continuité entre ces 4 massifs, qui, séparément, comprennent chacun une portion de croûte océanique différente (TI : section mantélique et cumulats inférieurs, DJ : cumulats inférieurs et supérieurs, Z : cumulats supérieurs, TV : cumulats supérieurs et section effusive), mais considérés ensemble, forment une pile ophiolitique classique complète. De nouvelles datations par la méthode 147Sm-143Nd confirment un âge d’accrétion pour cette croûte océanique au Dévonien inférieur (~ 400 Ma). Cependant, l’essentiel de ce mémoire concerne les Monts Almǎj, notamment les roches encaissantes du massif de Tisoviţa Iuţi. La partie sud de ce massif ophiolitique représente la section inférieure d’une croûte océanique classique, alors que sa partie orientale est caractérisée par des roches de la croûte océanique supérieure, fortement déformées et transformées (métagabbros à zoïsite et fuchsite). Ces roches font partie de la Zone Mylonitique de Corbu (CMZ), qui comporte également des métasédiments à Gt ± St ± And et des serpentinites. Les conditions PT de formation de ces métagabbros, datés à 380-360 Ma par la méthode 40Ar-39Ar, ont été estimées à des températures comprises entre 450°C et 300°C. Leur contexte de formation peut être assimilé à une semelle ophiolitique ‘froide’, développée lors d’une obduction intra-océanique initiée probablement le long d’une faille transformante. Si le pic de métamorphisme des roches de Corbu a été estimé à 585°C/ 5.5 kbar, leur exhumation pourrait s’effectuer au sein d’un anticlinal en régime transpressif sénestre, en relation avec la formation de la CMZ, interprétée comme une ancienne zone plissée qui évolue en zone de cisaillement sénestre. Au Carbonifère, le granite syntectonique de Cherbelezu se met en place le long de la CMZ et enregistre les dernières phases de cette déformation lors de son refroidissement. Les études préliminaires sur les roches encaissantes des massifs ophiolitiques en Serbie et Bulgarie permettent de préciser une vergence d’obduction du lambeau ophiolitique vers le paléo-NW et d’établir un modèle de reconstitution paléogéodynamique au Varisque pour l’ensemble de la région étudiée./ This study provides new information on the Variscan evolution of the Almǎj Mountains (Romania), Deli Jovan Massif (Serbia) and Western Stara Planina (Bulgaria), throughout a petrostructural investigation conducted on the various lithological units of the Upper Danubian Alpine Nappe. This nappe displays an important convergence tectonic marker in the form of four ophiolitic massifs dismembered during the Alpine orogeny: Tisoviţa Iuţi (TI, Romania), Deli Jovan (DJ, Serbia), Zaglavak (Z, Serbia) and Tcherni Vrah (TV, Bulgaria). Our petrological studies in these three countries have confirmed the continuity between these four massifs, each of which showing, separately, a different portion of the oceanic crust (TI: mantle section and lower cumulates, DJ: lower and upper cumulates, Z: upper cumulates, TV: upper cumulates and effusive section), but taken together, forming a complete classical ophiolitic pile. New dating using the 147Sm-143Nd method has confirmed an accretion age for this oceanic crust at around 400 Ma (Early Devonian). However, the main part of this study has been focused in the Almǎj Mountains, particularly the Tisoviţa Iuţi ophiolitic massif and its enclosing rocks. The Southern part of this ophiolitic massif represents the lower section of a classical oceanic crust whereas its eastern part is characterized by upper crustal oceanic rocks that are highly deformed and transformed (zoïsite and fuchsite-bearing metagabbros). These rocks belong to the Corbu Mylonitic zone (CMZ), which also comprises Gt ± St ± And metasediments and serpentinites. Temperature estimates for the formation of the metagabbros are bracketed between 450°C and 300°C and these rocks have been dated at 380-360 Ma using the 40Ar-39Ar method on fuchiste. The geodynamic context for their formation can be viewed as a ‘cold’ ophiolitic sole, developed during an intra-oceanic obduction probably initiated along transform fault. If the metamorphic peak for the Corbu rocks has been estimated at 585°C/5.5kbar, their rapid exhumation could be realized via an anticline under a transpressive sinistral regime, connected with the formation of the CMZ that is interpreted as an ancient fold zone evolving in a sinistral shear zone. Finally, the Carboniferous syntectonic Cherbelezu granite intrudes along the CMZ and records the final stages of this deformation during its cooling. Preliminary investigations on the enclosing rocks of the ophiolitic massifs in Serbia and Bulgaria allow us to define a top to the NW obduction vergence for the ophiolite and to propose a paleogeodynamic reconstitution model for the Carpathian/Balkans terrains in the Variscan times.