L’orogenèse, ouorogénèse, est l’ensemble des mécanismes de formation desmontagnes, divers systèmes théoriques (modèles géodynamiques) englobant ces processus de formation des reliefs, et des ensembles d'orogènes (systèmes montagneux sur une portion de lacroûte terrestre ayant subi d'importantes contraintes compressives). Ces phénomènes se succèdent à travers lestemps géologiques, entrecoupés par des phases d'érosion des reliefs et desédimentation dans desbassins sédimentaires. Ces regroupements temporels et géographiques sont expliqués par lescycles de Wilson, basés sur latectonique des plaques et la finitude de la surface de la Terre.
À la périphérie des vieuxcratons, se sont formées desceintures orogéniques linéaires anciennes (les vieux massifs y formant unsoclearasé par une longue érosion et recouvert endiscordance par desroches volcaniques etsédimentaires), et, encore plus à la périphérie, des ceintures plus jeunes, visibles sous forme dechaînes montagneuses. Cette disposition concentrique traduit les cycles de Wilson[1],[2].
Le terme orogenèse dérive du mot « orogénie » (qui en est unsynonyme). Engrec, ὄρος /oros désigne lamontagne : l'orogenèse étudie donc lanaissance des montagnes. En réalité, elle inclut aussi l'étude de l'érosion et de la disparition des reliefs, mais il est vrai que la question centrale est longtemps restée celle de la formation des montagnes, plus que celle de leurs origines ou de leur devenir. La terminologie contemporaine parlant d'orogenèse apparaît en 1907 avecÉmile Haug[réf. nécessaire].
Dans le cas de la convergence entre une lithosphère océanique et une lithosphère continentale, une zone de subduction s'installe, avec formation d'un arc volcanique en avant de la lithosphère continentale.
Le fonctionnement d'un tel système pendant quelques dizaines de millions d'années aboutit à la création d'unecordillère comme les chaînes péri-pacifiques. La formation d'une zone lithosphérique sur-épaissie amène à la formation de reliefs et donc d'une chaîne montagneuse, appelée chaîne andine.
Dans le cas de la convergence entre deux lithosphères océaniques, une zone de subduction s'installe, avec formation d'un arc volcanique sur la lithosphère océanique supérieure.
Après quelques millions d'années de fonctionnement, de croissance magmatique des édifices, de maturationmétamorphique des matériaux dans la racine de l'alignement volcanique, cet arc volcanique plus ou moins continentalisé au sens de la géodynamique, peut ultérieurement être accrété à une marge continentale, ce qui constitue la seconde modalité d'orogenèse. Éventuellement, l'arc volcanique peut se développer sur cette marge, ou plus ou moins en « profondeur » sur la croûte continentale (éloignement de l'alignement volcanique vers l'intérieur du continent). Un exemple actuel d'une telle situation est lafosse des Mariannes.
De plus, dans le cas de la convergence entre deux lithosphères océaniques, la lithosphère océanique disparaissant dans la subduction peut être suivie de lithosphère continentale. Lorsque cette croûte continentale passe dans la zone de subduction, la croûte océanique portant l'arc insulaire passe transitoirement au-dessus de la croûte continentale, ce qui correspond à un épisode d'obduction. Très rapidement (à échelle de temps géologique) la densité de la croûte continentale l'empêche de plonger et bloque le mécanisme. Si la convergence se poursuit, elle peut conduire à l'inversion du sens de la subduction ou à une collision continentale.
Un orogène résulte de la collision entre deux lithosphères continentales, collision au sens d'une convergence plus rapide d'un facteur deux à cinq par rapport à une vitesse de déplacement horizontal typique (de l'ordre de quelques cm/an dans le référentiel despoints chauds pour latectonique des plaques). Quand deux lithosphères continentales de même nature et de même densité se rencontrent, le moteur du mécanisme se bloque. Il n'est pas assez puissant pour faire plonger l'une des lithosphères dans l'asthénosphère à cause de leur faible densité. Les deux lithosphères se soudent pour n'en former qu'une seule.
Pendant la collision, le matériel sédimentaire est transporté en hauteur pour former des chaînes de montagnes où les roches sont plissées et faillées. La collision conduit au raccourcissement de l'écorce terrestre.
Au contact des deux lithosphères continentales, la compression provoque des raccourcissements horizontaux, et donc des épaississements verticaux, première cause de création de reliefs, notamment avec des plissements. Souvent, après quelques millions d'années d'un tel régime de déformation, l'une des lithosphères monte en chevauchement au-dessus de l'autre, provoquant un redoublement crustal, seconde cause de création de relief, mais aussi des déplacements horizontaux relatifs beaucoup plus importants. Des volumes de matériaux importants peuvent être translatés sous la forme de nappes de charriage, le plus souvent impliquant essentiellement les couvertures sédimentaires décollées de leurs socles.
Pendant la durée de cette convergence, la limite des plaques qui modélisent ces lithosphères devient diffuse, lesquelles perdent aussi plus ou moins leur rigidité horizontale (déformations horizontales diffuses à l'échelle continentale). Dans cette situation, à l'échelle géographique de ces déformations continentales et pendant la durée de la collision, en général de l'ordre de quelques dizaines de millions d'années, le modèle de la tectonique des plaques ne peut plus s'appliquer localement.
Les chaînes de montagnes issues d'un tel processus de collision s'appellent chaînes alpines, en référence à l'arc alpin. C'est le cas notamment de la chaîne de l'Himalaya, à la frontière entre laplaque indienne et laplaque eurasienne ; cette rencontre s'est produite il y a 65 millions d'années à la faveur de la fameuse migration du continent indien. Les Alpes et les chaînes de l'Atlas sont des exemples de chaîne de collision.
Traditionnellement, les processus géologiques se produisent sans liaison avec une phase orogénique (anorogénie ou processusanorogénique), dans la phase initiale (pré-orogénie ou processus préorogénique souvent caractérisé par une période d'océanisation), durant une orogenèse (syn-orogénie ou processussynorogénique), dans la phase finale (processustardiorogénique) ou après l'orogenèse (post-orogénie ou processuspostorogénique). Les orogènes de nature polyphasée montrent une histoire géologique plus complexe[3].
Typiquement, la formation d'unechaîne de montagnes débute par la fermeture d'un domaine océanique lié à laconvergence de plaques. Une première séquence desubduction océanique forme unprisme d'accrétion. La plaque supérieure subit le plus souvent un régime tectonique encompression (caractérisé par des plis, des chevauchements, desfailles inverses) qui est à l'origine, en partie, de l'épaississement crustal et de la formation de reliefs (chaîne de subduction telle que lacordillère des Andes). Une deuxième séquence après la disparition de l'océan, voit un mouvement de convergence de plaques continentales accommodé selon trois manières : l'épaississement crustal, l'extrusion latérale par le jeu de grandsdécrochements, et lasubduction continentale (chaîne de collision telle que l'Himalaya)[4],[5].
Le traité deValerio Faenzi,De origine montium, publié en 1561 à Venise, est considéré comme le premier traité en Europe traitant exclusivement de l'orogenèse[6]. Faenzi y identifie diverses causes possibles de l'origine des montagnes, telles que les tremblements de terre, les inondations, les vents, les vapeurs à l'intérieur de la terre, l'influence des étoiles, l'érosion et le travail de l'homme[7].
AuXIXe siècle, de nombreux scientifiques en Europe montrent un intérêt particulier pour la genèse des massifs montagneux. À cette époque, l'étude de la planète s'organise autour de systèmes aussi divers qu'incompatibles ; mais pour ce qui est de sa structure, la plupart des érudits intègrent leurs travaux dans la perspective des « révolutions terrestres » avancées parGeorges Cuvier : compte tenu de l'évolution du vivant, il s'agit de découvrir quelles nécessaires transformations ont provoqué des bouleversements susceptibles de changer la donne écologique à l'échelle globale. On tente ainsi de relier les connaissances enzoologie etbotanique avec les premières observations purementgéologiques, comme lesstrates et lignes de démarcation rocheuses.Léonce Élie de Beaumont décrit ainsi — sans toutefois les désigner par leur nom moderne — lesdiscordances angulaires, c'est-à-dire les zones de contact entre deux strates de nature et d'âge différents et selon deux plans géométriques également différents.
Si quelques personnes avancent des théories quant à uneTerre creuse, la majorité des géologues duXIXe siècle sont adeptes de la théorie générale de la Terre en refroidissement : les masses internes de la planète perdant leur chaleur, elles se contractent, ce qui doit provoquer l'affaissement des couches superficielles de ce qui est déjà décrit comme lemanteau terrestre. Cependant, tout le monde ne s'accorde pas avec cette vue. Ainsi,Léopold de Buch s'intéresse à un autre type d'orogenèse, comme soulèvements successifs et multiples. Certains imaginent, en observant lesvolcans, que les montagnes se forment par descratères de soulèvement. Globalement, les études se concentrent sur la question du mouvement, et délaissent celle de l'âge (faute de moyen pourdater les couches visibles). C'est pourquoi il est communément admis, et ce depuisRené Descartes, que les montagnes d'un même âge s'orientent toutes dans la même direction, c'est-à-dire qu'il y a unicité du mouvement d'affaissement ou de soulèvement à une époque donnée. Ainsi, les montagnes sont vues soit comme la charpente de la Terre (De Beaumont propose un système géométrique des orogenèses en systèmes redondants selon la localisation géographique), soit comme le résultat d'une contraction chaotique.
Les discordances décrites par De Beaumont sont mieux expliquées parJames Hutton, qui propose un système moderne en quatre phases (transformation en roche des sédiments ; formation de masses fondues en profondeur ; intrusion de ces coulées en surface, donc soulèvement et basculements ; érosion, donc mise à jour de plis d'âges différents).
Charles Darwin, quant à lui, émet des conclusions nouvelles à partir de ses observations duséisme du 20 février 1835 à Concepción auChili. Il en déduit« que le tremblement de terre deConcepción marquait une étape dans l'élévation d'une chaîne de montagnes » ; et allant à l'encontre des théories de son temps, il émet l'idée que l'orogenèse est un phénomène dynamique et toujours en cours, que« les chaînes de montagnes et les volcans sont dus à la même cause, et peuvent être considérés comme de simples phénomènes subsidiaires, accompagnant les élévations continentales ; que les élévations continentales et l'action des volcans sont des phénomènes actuellement en cours, causés par un changement lent mais important à l'intérieur de la terre ; et, par conséquent, que l'on peut s'attendre à ce que la formation des chaînes de montagnes soit également en cours, et à un rythme dont on peut juger par l'une ou l'autre action, mais plus clairement par la croissance des volcans »[8].
Au début duXXe siècle,Eduard Suess entreprend une synthèse dans son ouvrageFace de la terre. En remarquant la prédominance des arcs alpins, il abandonne l'idée d'uni-direction et recentre son étude sur les tensions animant le manteau. Les mouvements horizontaux des roches ont déjà été étudiés par ses prédécesseurs, mais jamais réellement mis en relation avec le mouvement radial (donc vertical en un point donné du manteau) dumagma. Par ailleurs, la théorie de latectonique des plaques progresse rapidement, apportant son lot de remises en cause et de questions nouvelles, mais aussi de réponses. En s'appuyant sur ces différents travaux,Marcel Bertrand introduit notamment la décisive idée denappe de charriage. L'orogenèse moderne se met ainsi en place et profite des progrès techniques du débutXXe, dans les domaines de ladatation, duforage, de l'étude desondes sismiques...
