Par : Pôle SVT
Publié : 26 mars 2011

Le modèle de Penrose

Les modèles sont souvent utilisés en classe, pour expliquer des mécanismes, des faits.
Mais qu’est-ce qu’un modèle ?
Quelles précautions doit-on prendre quant à son utilisation ?

Pour répondre à ces questions, prenons l’exemple de la croûte océanique dont les ophiolites constituent des vestiges. Le terme d’ophiolites (d’ophis : serpent) fut introduit vers 1810 par le naturaliste Alexandre Brongniard. Il désignait ainsi les roches à l’aspect de peau de serpent : les serpentinites. En fait, celles-ci sont souvent associées à d’autres roches magmatiques. Aussi désigne-t-on aujourd’hui par ophiolites un complexe de roches issues de la croûte océanique, formé du bas vers le haut par des péridotites, des gabbros et des basaltes.

Le modèle de Penrose

Le modèle de "Penrose" présenté lors de la Penrose conférence en 1972 fut établi grâce à :

- La sismique réfraction

La sismique réfraction a permis d’élaborer un log de la croûte océanique avec 3 couches au-dessus du Moho, caractérisées par des vitesses différentes des ondes P.

Log de la croûte océanique obtenu par sismique réfraction
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- Des dragages des fonds océaniques et des observations des ophiolites de Chypre


Les résultats des dragages des fonds océaniques et des observations des ophiolites de Chypre ont fourni de quoi remplir le log de croûte océanique obtenu par sismique réfraction.

Le remplissage fait par des roches (péridotite, gabbro, basalte) dont les propriétés sont compatibles avec les vitesses des ondes P observées dans les différentes couches du log a abouti au modèle de Penrose.

- Le complexe filonien présenté dans ce modèle n’a été vu qu’en deux endroits (mis à part les ophiolites de Chypre et d’Oman) :

Le long de la faille de Véma (en 1989)

La plaque de Coccos.

Ce modèle de croûte océanique, étant établi et admis, les ophiolites des chaînes alpines constituaient alors "des anomalies".

Le modèle de Penrose (log)
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La faille de Vema : la carte
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La faille de Vema : la coupe
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Des faits de terrains contradictoires

Si l’on s’intéresse aux ophiolites alpines (Alpes, Apennin, Corse), on ne retrouve ni la succession de roches ni l’épaisseur de complexe ophiolitique décrit dans le Modèle de Penrose.
Ainsi, au niveau du massif du Chenaillet (où les ophiolites sont très épaisses pour les Alpes), on remarque :

  • Une épaisseur d’ophiolites inférieure à 1 km
  • L’absence du complexe filonien (base de la couche 2)

Au niveau du Monte Cruzore (dans les alpes italiennes) on remarque :

  • Une épaisseur encore plus faible,
  • L’absence du complexe filonien
  • Une discontinuité dans la couche de basaltes en coussins (couche 2)
  • Des roches sédimentaires (couche 1) reposant directement sur les péridotites serpentinisées (couche 4)

De telles observations pouvant être faites dans toutes les Alpes (+ Apennin et Corse), la croûte de l’océan alpin n’était donc pas semblable à celle décrite dans le Modèle de Penrose.

Les ophiolites des chaînes alpines

Carte
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Coupe
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Schéma récapitulatif
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Le massif du Chenaillet vu du lac Saraillé

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(1) Cela implique donc 2 événements magmatiques successifs, séparés par des événements tecto-métamorphiques (gabbros foliés) et sédimentaires (ophicalcites)

La série ophiolitique du Chenaillet

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Basaltes en coussins
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Ophicalcites
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Gabbros foliés
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Gabbros
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Filons de dolérites
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Serpentinites
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Les ophiolites du Monte Cruzore

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Radiolarites
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Basaltes en coussins déformés
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Ophicalcites
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Serpentinites
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Le Mont Viso

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Plusieurs modèles de croûte océanique

Des études récentes de l’Atlantique montrent que la croûte de cet océan ne correspond pas à celle décrite dans le modèle de Penrose. Par contre, elle présente de nombreuses similitudes avec les ophiolites alpines. Il est donc nécessaire d’admettre l’existence de plusieurs types de croûtes océaniques, donc de plusieurs types de dorsales et donc de plusieurs modèles (au moins deux).
Ainsi, le modèle de Penrose correspond au fonctionnement de dorsales dites rapides (type Pacifique)
alors que l’autre correspond au fonctionnement de dorsales dites lentes (type Atlantique).
On distingue 2 types de dorsales : les dorsales lentes et les dorsales rapides.
Les caractéristiques de chacune sont présentées dans le tableau ci-dessous.
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La croûte océanique issue du fonctionnement d’une dorsale rapide correspond à la description du modèle de Penrose.

Par contre, le fonctionnement d’une dorsale lente (ex : Atlantique, Indien S-W) donne plusieurs types de croûtes océaniques. En effet, une telle dorsale est segmentée (segments de 20 à 80 Km de long, dont la largeur varie au cours du temps). Selon la partie du segment considérée, l’aspect est différent :

Sur un segment de dorsale, on peut ainsi distinguer trois types de coupes :

_*CME : croûte mafique épaisse (la coupe de référence est celle de Vema).
_*CMM : croûte mafique mince (la coupe de référence est celle de Kane)
_*CMA : croûte mafique absente (les coupes de référence sont dans certains fossés situés plus hauts dans l’Atlantique).

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Le modèle : définition et limites

Cet exemple de la croûte océanique et des ophiolites alpines permet de pointer la difficulté d’utilisation d’un modèle, en particulier dans l’exercice de notre profession.

En effet, bon nombre de manuels scolaires ne présentent dans ce cas que le modèle de Penrose.

Il est donc nécessaire de garder à l’esprit qu’un modèle est une construction intellectuelle d’un ensemble d’objets scientifiques que l’on simplifie pour mieux en appréhender la globalité (et éventuellement la traduire mathématiquement). Il n’est utile que s’il provoque la recherche des faits nouveaux qui permettront sa réfutation et/ou l’élaboration d’un nouveau modèle.
N’oublions donc pas qu’un modèle est provisoire et réfutable !

Références bibliographiques

Marcel LEMOINE Présentation des Alpes, plus particulièrement des Alpes occidentales : structure, évolution. PNF Briançon mai 1998.
Yves LAGABRIELLE, Marcel LEMOINE Structure et genèse des ophiolites alpines, confrontation avec de donnés récentes sur la lithosphère océanique. PNF Briançon mai 1998
Carte géologique de la France à 1/50 000ème, feuille de Briançon BRGM 1996
Dossier hors série "pour la science "
" les ophiolites " réserve géologique de Grenoble.

Les auteurs

Ce travail a été réalisé par Murielle LANGANAY-VICH , Eric AUBOIN et Guy LEBEGUE.
Il fait suite à un stage, suivi dans le cadre du PNF, organisé et animé par :
Christian LE GUILLOU (IPR, S.V.T. de l’Académie d’Amiens),
Raymond CIRIO (professeur de S.V.T. et responsable du centre briançonnais de géologie alpine),
Marcel LEMOINE (géologue, directeur de recherches au CNRS) et
Michel COUSIN (géologue)

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