Histoire chronologique des grands océans du Phanérozoïque
La tectonique des plaques transforme non seulement les continents, mais aussi les océans. Au fil des âges géologiques, ceux-ci naissent, s'élargissent, puis se referment jusqu'à disparaître. Cet article retrace près de 540 millions d'années d'évolution, en mettant l'accent sur les océans dont l'ouverture, le fonctionnement et la fermeture ont contribué à former les Alpes suisses, notamment en créant, transformant ou déformant les roches qui les composent aujourd'hui.
Introduction
La tectonique des plaques transforme non seulement les continents, mais aussi les océans. Au fil des âges géologiques, ceux-ci naissent, s'élargissent, puis se referment jusqu'à disparaître. Cet article retrace près de 540 millions d'années d'évolution, en mettant l'accent sur les océans dont l'ouverture, le fonctionnement et la fermeture ont contribué à former les Alpes suisses, notamment en créant, transformant ou déformant les roches qui les composent aujourd'hui.
Une scène de départ : l'Ordovicien supérieur (≈ 450 Ma)
Pour situer les acteurs, partons d'un instantané du Paléozoïque inférieur. Les continents sont alors dispersés autour du super-océan Panthalassa. Laurentia, Baltica et Avalonia ne sont pas encore réunies : entre elles se referme l'océan Iapetus.
- Laurentia donnera le cœur de l'Amérique du Nord (avec le Groenland et l'Écosse).
- Baltica celui de l'Europe du Nord (Scandinavie, pays baltes, plaine russe).
- Avalonia, plus petite, se retrouvera éclatée de part et d'autre de l'actuel Atlantique — Angleterre, pays de Galles et sud de l'Irlande d'un côté ; façade atlantique du Canada et de la Nouvelle-Angleterre de l'autre.
- Gondwana, immense continent austral, donnera une grande partie des continents actuels de l'hémisphère sud : l'Afrique, l'Amérique du Sud, l'Antarctique, l'Australie, l'Inde et Madagascar, ainsi que l'Arabie. Sa marge nord fournira aussi plusieurs fragments continentaux qui joueront un rôle majeur dans l'histoire géologique de l'Europe, notamment certains éléments impliqués plus tard dans les chaînes varisques puis alpines.
Au sud, l'océan Rhéique, ouvert dès l'Ordovicien inférieur, continue de s'élargir ; à l'est s'étend déjà le Proto-Téthys, océan plus ancien occupant les domaines situés encore plus au nord-est. La Paléotéthys, elle, ne s'ouvrira que plus tard, au Dévonien.
Côté vivant, le contraste entre les océans et les continents est très marqué. Les mers sont déjà riches en biodiversité : trilobites, brachiopodes, graptolites, premiers céphalopodes, coraux et crinoïdes se développent au cours de la grande diversification ordovicienne. Les premiers poissons, encore sans mâchoires, sont également présents.
Les continents, en revanche, restent presque entièrement nus. La vie y est très limitée : seules de petites plantes primitives, proches des mousses et des hépatiques, commencent à coloniser les zones humides littorales. Aucun animal terrestre n'est encore véritablement installé. Les plantes vasculaires, les premières forêts et une faune terrestre diversifiée apparaîtront plus tard, surtout au Silurien puis au Dévonien.
Le fil de l'article, période par période
Le même cycle revient sans cesse, en trois temps :
- Quand deux plaques tectoniques s'écartent, un océan s'ouvre entre elles (rift).
- Quand elles se rapprochent, le plancher océanique replonge dans le manteau (subduction) et l'océan se referme.
- Quand les continents finissent par entrer en contact, leur collision soulève des montagnes.
Le long de la marge nord du Gondwana, ce cycle va se rejouer bloc après bloc : un fragment continental se détache et migre vers le nord ; derrière lui un nouvel océan s'ouvre et devant lui l'océan plus ancien se referme. Les blocs se suivent à la file, chacun décalé d'une centaine de millions d'années sur le précédent, si bien qu'un océan naît toujours quelque part pendant qu'un autre achève de mourir.
Du paléozoïque au cénozoïque, cinq tours de ce cycle suffisent à raconter toute l'histoire : à chaque fois, un océan se ferme là où un bloc arrive pendant qu'un autre s'ouvre dans son sillage.
- Cambrien – Ordovicien – Silurien — la naissance de la Laurussia. Tout commence par un premier départ : Baltica (la future Europe du Nord) se détache du Gondwana et dérive vers Laurentia (le noyau de l'Amérique du Nord). En s'avançant, elle grignote l'océan qui les sépare, l'Iapetus. Un second bloc suit, Avalonia, qui quitte à son tour le Gondwana ; derrière lui s'ouvre un océan neuf, le Rhéique, pendant que devant lui l'Iapetus achève de se fermer. Quand les trois masses — Laurentia, Baltica, Avalonia — finissent par se percuter, l'Iapetus disparaît et les chaînes calédoniennes se soulèvent : un premier grand continent est né, la Laurussia.
- Dévonien – Carbonifère — la marche vers la Pangée. Le cycle recommence aussitôt. Un nouveau train de blocs, les terrains huniques, se détache de la marge nord du Gondwana et file vers le nord. Devant eux, le Rhéique se referme ; derrière eux s'ouvre déjà l'océan suivant, la Paléotéthys. Pièce après pièce, les continents se rassemblent en un seul : la Pangée.
- Permien – Trias — le relais cimmérien. Même scénario, acteurs suivants : les blocs cimmériens se détachent du Gondwana et partent vers le nord. La Paléotéthys se referme devant eux tandis que, dans leur sillage, s'ouvre la Néotéthys. Le tapis roulant tectonique ne s'arrête jamais : un océan meurt à l'avant, un autre naît à l'arrière.
- Jurassique – Crétacé — la Pangée se brise. Le supercontinent, trop vaste, se disloque. À l'ouest s'ouvre un océan tout neuf, l'Atlantique. À l'est, un dernier convoi de blocs gondwaniens — l'Inde et l'Arabie en tête — se met en route vers l'Eurasie : le plancher de la Néotéthys s'enfonce sous sa marge nord (subduction), et l'océan commence à se refermer.
- Cénozoïque (≈ 66–0 Ma) — la fermeture finale. Les blocs en marche arrivent au but et percutent l'Eurasie : l'Inde soulève l'Himalaya, l'Arabie les Zagros, l'Afrique les Alpes. La Néotéthys, écrasée entre eux, n'est plus qu'un souvenir — il n'en reste qu'une flaque, la Méditerranée.
I. Cambrien – Ordovicien – Silurien : l'assemblage de la Laurussia
Durant le Cambrien et l'Ordovicien, plusieurs blocs continentaux sont encore séparés par locéan Iapetus. Au nord-ouest se trouve Laurentia, qui correspond à l'Amérique du Nord actuelle, au Groenland et à une partie de l'Écosse. À l'est se trouve Baltica, futur noyau de l'Europe du Nord. Plus au sud, Avalonia se détache progressivement de la marge nord du Gondwana et dérive vers le nord.
À partir de l'Ordovicien supérieur et surtout au Silurien, l'océan Iapetus se referme. La convergence rapproche Laurentia, Baltica et Avalonia, jusqu'à leur collision. Cette collision provoque lorogenèse calédonienne, une grande phase de formation de montagnes. Elle soude ces blocs en un nouveau continent : la Laurussia, aussi appelée Euramerica ou continent des Vieux Grès Rouges.
Traces actuelles
L'orogenèse calédonienne a laissé des traces majeures autour de l'Atlantique Nord actuel. Ses racines, aujourd'hui très érodées, affleurent notamment :
- dans les Highlands d'Écosse ;
- en Irlande et au nord de l'Angleterre ;
- en Norvège et en Suède occidentale ;
- au Groenland oriental ;
- dans les Appalaches du nord en Amérique du Nord.
II. Dévonien – Carbonifère : la marche vers la Pangée
Au Dévonien, la Laurussia est déjà assemblée au nord. Plus au sud, locéan Rhéique sépare encore ce continent des marges du Gondwana. Entre les deux se déplacent des fragments continentaux issus de la marge nord du Gondwana : les terrains huniques européens.
Ces terrains migrent vers le nord. Leur déplacement a deux conséquences opposées. Devant eux, l'espace rhéique se réduit progressivement par subduction. Derrière eux, leur détachement ouvre et agrandit la Paléotéthys. Les terrains huniques européens forment donc une zone mobile entre Gondwana et Laurussia : ils participent à la fermeture du Rhéique tout en accompagnant l'ouverture de la Paléotéthys.
Au Carbonifère, la convergence s'intensifie. L'océan Rhéique disparaît, puis le Gondwana entre en collision avec la Laurussia. Cette collision provoque lorogenèse varisque en Europe et lorogenèse alléghanienne en Amérique du Nord. C'est une étape décisive dans l'assemblage de la Pangée.
Traces actuelles
Les terrains huniques européens sont aujourd'hui incorporés dans les massifs anciens d'Europe occidentale et centrale. On en retrouve les traces dans :
- le Massif armoricain ;
- le Massif central ;
- les Vosges et la Forêt-Noire ;
- le Massif bohémien ;
- le nord-ouest de la péninsule Ibérique.
Ces régions contiennent des socles d'origine gondwanienne, des séries sédimentaires paléozoïques, des granites et des roches métamorphiques formés pendant la dérive, la subduction puis la collision. Elles témoignent du trajet des terrains huniques européens : détachement du Gondwana, migration vers le nord, puis intégration dans la chaîne varisque lors de la construction de la Pangée.
III. Permien – Trias : le relais cimmérien
Au Permien, la Pangée est presque assemblée. La fermeture du Rhéique est achevée ou en voie de l'être, et la Paléotéthys occupe encore un vaste domaine océanique au sud de l'Eurasie.
C'est alors qu'un nouveau chapelet de fragments continentaux se détache de la marge nord du Gondwana : les blocs cimmériens. Ils comprennent plusieurs domaines qui formeront plus tard une partie de l'architecture géologique de l'Asie méridionale et du Moyen-Orient.
Ces blocs migrent vers le nord. Le même mécanisme que pour les terrains huniques se répète :
- devant eux, la Paléotéthys se referme par subduction ;
- derrière eux, leur détachement ouvre un nouvel océan : la Néotéthys.
Au Trias, les blocs cimmériens atteignent la marge sud de l'Eurasie. Leur collision achève la fermeture de la Paléotéthys et forme une série de sutures et de chaînes anciennes, souvent ensuite reprises par les collisions alpines et himalayennes plus récentes.
Traces actuelles
Les blocs cimmériens ne correspondent pas à un seul continent compact, mais à une série de fragments dispersés. Leurs traces se retrouvent aujourd'hui dans plusieurs régions situées entre l'Europe orientale, le Moyen-Orient et l'Asie :
- Turquie et Anatolie ;
- Iran ;
- Afghanistan ;
- Tibet ;
- Asie du Sud-Est, notamment autour de la Thaïlande, de la Malaisie, du Myanmar et de l'Indochine.
On les reconnaît par des socles continentaux anciens, des séries sédimentaires déposées en bordure du Gondwana, des ophiolites issues d'anciens planchers océaniques, et des zones de suture marquant la disparition de la Paléotéthys.
Ces fragments témoignent d'un nouveau relais océanique : après la Paléotéthys, la Néotéthys devient le grand océan séparant le Gondwana de l'Eurasie. C'est dans ce cadre que se préparent les grandes collisions du Mésozoïque et du Cénozoïque, notamment celles qui formeront plus tard les Alpes, le Zagros et lHimalaya.
IV. Jurassique – Crétacé : la Pangée se brise
Au Jurassique et au Crétacé, la logique change d'échelle. La Pangée, formée à la fin du Paléozoïque, ne reste pas un supercontinent stable. Elle commence à se fracturer sous l'effet de grands systèmes de rifts, qui ouvrent de nouveaux océans tout en modifiant la circulation océanique, le climat et les marges continentales.
Deux dynamiques se produisent en parallèle :
- à l'ouest, lAtlantique s'ouvre ;
- à l'est, la Néotéthys commence à se refermer.
Ce n'est donc pas une simple succession d'océans qui s'ouvrent puis se ferment au même endroit. C'est un système global : pendant qu'un nouvel océan se crée par divergence, un autre entre en subduction ailleurs.
L'Atlantique s'ouvre
La Pangée, à peine assemblée, commence à se fragmenter. Au Jurassique, des rifts s'installent entre l'Amérique du Nord, l'Europe et l'Afrique. Ces fractures continentales évoluent progressivement en un nouvel océan : lAtlantique central.
Dans un premier temps, l'ouverture sépare l'Amérique du Nord de l'Afrique et de l'Europe. Puis, au Crétacé, lAtlantique Sud s'ouvre à son tour entre l'Amérique du Sud et l'Afrique. Les deux continents s'éloignent progressivement, laissant place à une dorsale océanique active qui fabrique encore aujourd'hui du plancher océanique.
Traces actuelles
L'ouverture de l'Atlantique se lit directement dans la géographie actuelle :
- la complémentarité des côtes entre l'Amérique du Sud et l'Afrique ;
- les marges passives de part et d'autre de l'Atlantique, comme celles du Brésil, de l'Afrique de l'Ouest, de l'est des États-Unis et de l'Europe occidentale ;
- les bassins sédimentaires formés lors du rifting, souvent riches en dépôts marins et en hydrocarbures ;
- la dorsale médio-atlantique, qui marque encore aujourd'hui la zone de divergence entre les plaques.
L'Atlantique ne résulte donc pas de la fermeture des océans téthysiens. Il représente l'autre moitié du cycle tectonique : on crée de l'océan à l'ouest pendant qu'on en détruit à l'est.
La Téthys alpine, l'océan des Alpes suisses
Au même moment se joue, entre l'Europe et le promontoire africain qu'est le bloc Adria, un épisode d'échelle plus modeste mais capital pour nos régions : l'ouverture de la Téthys alpine. Il ne s'agit pas de la grande Néotéthys, mais d'un chapelet de bassins océaniques étroits — l'océan Piémontais-Ligure, puis locéan Valaisan — qui se forment au Jurassique, dans le prolongement de l'ouverture de l'Atlantique central. Ce sont précisément ces bras océaniques, et non la Néotéthys proprement dite, dont la fermeture au Cénozoïque édifiera les Alpes suisses. Leurs vestiges s'observent aujourd'hui dans les nappes alpines sous forme dophiolites — les « roches vertes » du Valais et des Grisons —, témoins de cet océan disparu. Nous aborderons ceci dans un autre article.
La Néotéthys, de l'apogée à la subduction
Pendant que l'Atlantique s'ouvre, la Néotéthys atteint son extension maximale entre le Gondwana au sud et l'Eurasie au nord. Elle sépare encore l'Afrique, l'Arabie, l'Inde et d'autres blocs méridionaux de la marge sud de l'Eurasie.
À partir du Jurassique et surtout du Crétacé, cette dynamique s'inverse progressivement. Le plancher océanique de la Néotéthys commence à entrer en subduction sous les marges nord, notamment sous les domaines eurasiens. Cette subduction consomme peu à peu l'océan et prépare les grandes collisions du Cénozoïque.
Traces actuelles
Les restes de la Néotéthys sont aujourd'hui fragmentés et incorporés dans les grandes chaînes de collision :
- les Alpes, issues de la fermeture de branches occidentales de la Téthys ;
- les Dinarides et les Hellénides dans les Balkans et en Grèce ;
- la Turquie et les zones de suture anatoliennes ;
- le Zagros, lié à la collision entre l'Arabie et l'Eurasie ;
- lHimalaya, formé après la fermeture de la Néotéthys entre l'Inde et l'Asie.
On y retrouve des ophiolites, c'est-à-dire des fragments d'ancien plancher océanique, ainsi que des roches marines profondes, des arcs magmatiques et des zones de suture. Ces éléments sont les témoins de l'ancien océan néotéthysien, aujourd'hui presque entièrement disparu.
V. Cénozoïque : la fermeture finale
Au Cénozoïque, la dynamique amorcée au Mésozoïque arrive à son terme. La Néotéthys, qui séparait encore plusieurs fragments issus du Gondwana de l'Eurasie, se referme progressivement. Les derniers grands blocs méridionaux — Inde, Arabie et Afrique — convergent vers le nord et entrent en collision avec la marge sud de l'Eurasie.
Cette fermeture ne produit pas une seule chaîne continue, mais un vaste ensemble de chaînes de collision, de plateaux élevés, de bassins résiduels et de sutures océaniques. C'est la dernière grande étape du cycle téthysien.
Inde, Arabie, Afrique
LInde se détache du Gondwana puis traverse rapidement la Néotéthys vers le nord. Au début du Cénozoïque, elle entre en collision avec l'Asie. Cette collision provoque la formation de lHimalaya et le soulèvement du plateau du Tibet. Elle se poursuit encore aujourd'hui, ce qui explique l'altitude extrême de la région et sa forte activité sismique.
Plus à l'ouest, lArabie migre elle aussi vers le nord. Sa collision avec l'Eurasie ferme les domaines marins néotéthysiens du Moyen-Orient et édifie les Zagros, grande chaîne plissée qui traverse notamment l'Iran et l'Irak.
Enfin, la convergence entre lAfrique et lEurope réduit les derniers bassins téthysiens occidentaux. Elle participe à la formation des Alpes, des Apennins, des Dinarides, des Hellénides, de l'Atlas et de nombreuses chaînes méditerranéennes. La Méditerranée actuelle correspond à un domaine résiduel complexe, hérité de cette fermeture incomplète.
Traces actuelles
Cette fermeture finale se lit encore directement dans les grands reliefs actuels :
- lHimalaya et le Tibet, liés à la collision Inde–Asie ;
- les Zagros, liés à la collision Arabie–Eurasie ;
- les Alpes et les chaînes méditerranéennes, liées à la convergence Afrique–Europe ;
- les séismes actifs de l'Himalaya, d'Iran, de Turquie, de Grèce et d'Italie, qui montrent que la convergence n'est pas terminée.
Vestiges actuels
Les océans téthysiens n'ont pas disparu sans traces. Une partie de leur héritage subsiste dans les mers et bassins actuels, notamment :
- la mer Méditerranée ;
- la mer Noire ;
- la mer Caspienne ;
- certains bassins internes d'Anatolie, d'Iran et d'Asie centrale.
Mais les traces les plus directes se trouvent dans les chaînes de collision. On y observe des sutures, c'est-à-dire les zones où les anciens océans se sont refermés, ainsi que des ophiolites, fragments d'ancien plancher océanique aujourd'hui portés en altitude.
Ces vestiges sont visibles dans les Alpes, les Dinarides, les Hellénides, les Zagros, lOman, lHimalaya et le Tibet. Ils montrent qu'un océan entier peut disparaître par subduction, tout en laissant derrière lui des fragments de croûte océanique, des roches marines profondes et de grandes zones de collision.
Conclusion
L'histoire n'est pas une succession simple où un océan disparaît avant que le suivant n'apparaisse. Le Proto-Téthys, le Rhéique et la Paléotéthys ont partiellement coexisté, et leur évolution dépend du déplacement de blocs continentaux issus du Gondwana.
Sources
- Ruban, Dmitry & Al-Husseini, Moujahed & Iwasaki, Yumiko. (2007). Review of Middle East Paleozoic Plate tectonics. GeoArabia 12, 35–56. Template:Doi
- Stampfli, G. M. & Borel, G. D. (2002). A plate tectonic model for the Paleozoic and Mesozoic constrained by dynamic plate boundaries and restored synthetic oceanic isochrons. Earth and Planetary Science Letters, 196(1–2), 17–33. doi:10.1016/S0012-821X(01)00588-X
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