Mots clés : excursion géologique, coulée de lave, hypovolcanisme, prismation, phénocristal, porphyre, chaîne varisque, différenciation

Excursion sur le paléovolcan du Rossberg (Alsace), coulée prismée et « porphyre vert antique »

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Caroline Escuyer

Lycée Jean Rostand, Strasbourg

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

01/07/2015

Résumé

Volcanisme du Viséen (Carbonifère) dans les Vosges, coulée prismée du Rossberggesick et complexe hypovolcanique du Rocher du Corbeau (Krabenfels).


Contexte, localisation et accès aux sites étudiés du massif du Rossberg

Les deux affleurements proposés ont pour thème le magmatisme et plus précisément ici le volcanisme. L'étude des terrains volcano-sédimentaires associés (les grauwackes) et des plutons granitiques contemporains n'est pas proposée.

Le volcanisme viséen (carbonifère inférieur) dans les Vosges est lié à l'histoire varisque (mise en place de la chaîne de collision varisque). C'est la version "locale" d'un volcanisme qui s'étend de l'Auvergne (région de Roanne) au Sud des Vosges (Vosges méridionales) en passant par le Morvan (région d'Autun - Clamecy).

Les laves basiques sont bien sûr issues de la fusion du manteau. Leurs affinités tholéitiques, alcalines ou calco-alcalines dépendraient alors d'une fusion profonde, superficielle ou hydratée de ce manteau. Pour les termes acides, deux origines sont possibles : différenciation poussée ou fusion de la croûte continentale. Dans certains affleurements auvergnats, des observations montrent des relictes de fusion crustales (notice de la carte de Roanne, p.19), alors que dans la notice de la carte de Thann, certains termes acides (non étudiés ci-après) sont reconnus comme des équivalents effusifs du granite du Ballon d'Alsace (granite qui n'a jamais été pensé comme terme ultime de différenciation d'un magma basique). Les termes intermédiaires ont, eux, trois origines possibles :différenciation d'un magma basique, contamination d'un magma basique par la croûte, ou mélange entre magma basique (mantellique) et magma acide (crustal).

Ce volcanisme viséen peut se produire aussi bien en fin de subduction que pendant la collision. Rien qu'en France la superficie couverte par ce volcanisme est comparable à la superficie Cantal + Mont Dore + Chaîne des Puys. La complexité de ce volcanisme, qui n'obéit pas à la "trilogie classique" dorsale=tholéitique / subduction=calco-alcalin / point chaud=alcalin, explique son absence des programmes d'enseignement du secondaire (voire du supérieur) dans lesquels seuls les cas "simples" et "univoques" sont abordés, ce qui peut sembler normal pour les élèves (étudiants), et encore, pas pour les "locaux",... mais est moins "normal" pour la formation des enseignants qui sont alors totalement démunis lorsqu'ils doivent enseigner dans ces régions "varisques", les programmes leur demandant de plus en plus de se baser sur des exemples locaux. Comment expliquer, par exemple, le volcanisme tholéitique réunionnais si on a présenté la série alcaline comme exclusive du contexte de point chaud... et/ou les points chauds comme contexte propice à la mise en place de la seule série alcaline ?

Dans cet article on reste sur des termes relativement basiques et effusifs. Les émissions les plus précoces (Rossbergesick) montrent des affinités tholéitiques à calco-alcalines alors que les formations plus tardives (Rocher du Corbeau) montrent des affinités calco-alcalines à alcalines. Les études géologiques mêlant volcanisme, plutonisme et sédimentation indiquent, ici, une mise en place sous-marine de certaines unités (laves en coussins, faunes marines peu profondes dans les grauwackes) mais aussi une proximité continentale (végétaux continentaux, important flux sédimentaire liés à l'érosion, variations topographiques latérales, phases d'émersion) ainsi qu'une contribution crustale croissante pour le volcanisme (séries acides liées à de la contamination crustale voire à de la fusion crustale en contexte de collision). Les contextes généralement proposés sont ceux de « subduction », d'« arc insulaire » et de « subduction posthume » (comprendre "collision faisant suite à la subduction, après détachement de la lithosphère subduite profonde"). Si les trois grandes séries classiques (tholéitique, alcaline, calcol-acaline) sont présentes dans la région, ce n'est donc pas du fait de la présence concomitante (ou successive en un même point) de dorsales, points chauds et zone de subduction mais, toujours en contexte global de convergence, du fait d'un magmatisme ayant connu des variations de source, de conditions de fusion, de conditions de différenciation, de mode et de contexte de mise en place.

La complexité géodynamique de mise en place des affleurements décrits n'empêche cependant pas de faire de belles excursions avec des étudiants qui en reviennent ravis.

Figure 1. Localisation du Roosberggesick et Rocher du Corbeau sur fond topographique

Localisation du Roosberggesick et Rocher du Corbeau sur fond topographique

Depuis le Rocher du Corbeau (étoile blanche, au centre) prendre le chemin du Krabenfels (reliant le sommet du Rossberg au chemin du Sattelboden) et suivre vers l'Ouest la large piste forestière du Sattelboden jusqu'au refuge homonyme. Derrière ce dernier partent trois pistes, prendre celle du centre (celle de gauche descend et celle de droite rejoint le sommet du Rossberg) pour atteindre le Rossberggesick (étoile blanche, en haut à gauche) au bout d'un quart d'heure de marche.


Figure 2. Localisation du Roosberggesick et Rocher du Corbeau sur fond de carte géologique ed Thann au 1/50 000

Localisation du Roosberggesick et Rocher du Corbeau sur fond de carte géologique ed Thann au 1/50 000

L'affleurement du Rossberggesick (en haut à gauche) est situé dans les terrains violets notés "β2", dénommés "labardorites en coulées" et reliés à l'épisode volcanique viséen des labradorites.

Le Rocher du Corbeau (au centre) est dans les terrains orangés à pois violets notés "ρτβ", dénommés "trachy-labradorites prophyriques" et reliés à l'épisode volcanique viséen du Crémillot.


Figure 3. Roosberggesick et Rocher du Corbeau sur fond de carte géologique au 1/1 000 000

Roosberggesick et Rocher du Corbeau sur fond de carte géologique au 1/1 000 000

À cette échelle, Le Rossberggesick est dans l'étage "h1" avec motif surimposé vert indiquant un « volcanisme basique tholéitique à calco-alcalin (basaltes, andésites, rhyolites) ». Le Rocher du Corbeau est dans l'étage "h2" avec un motif surimposé bleu indiquant un « volcanisme acide calco-alcalin à alcalin (basaltes à rhyolites) ».

L'étoile bleu clair dans l'Oligocène "g" jaune, vers le centre de l'image, localise la carrière du Strangenberg (cf. La carrière du Strangenberg, tectonique et sédimentation en bordure du fossé rhénan ).


Figure 4. Vue sur le Rocher du Corbeau depuis la ferme des Buissonnets (Bourbach le Haut)

Vue sur le Rocher du Corbeau depuis la ferme des Buissonnets (Bourbach le Haut)

Depuis le parking des Buissonnets (non accessible en car), on peut repérer le Rocher du Corbeau (ou Krabenfels) qui est surmonté d'une croix blanche.


Figure 5. Aperçu des prismes du Rossberggesick depuis le chemin d'accès partant du refuge du Sattelboden

Aperçu des prismes du Rossberggesick depuis le chemin d'accès partant du refuge du Sattelboden

On peut apercevoir à travers la végétation (surtout ici au mois de mars) la coulée du Rossberggesick et déceler sa prismation.


Figure 6. Le refuge du Sattelboden

Le refuge du Sattelboden

Repère inratable, quand on vient du Rocher du Corbeau, on quitte le chemin du Sattelboden au niveau du refuge homonyme et on accède ensuite au Rossberggesick par un chemin partant derrière le refuge (celui du milieu, pas celui de droite qui "monte au sommet du Rossberg, pas celui de gauche qui descend).


La description ci-dessous traite d'abord du Rocher du Corbeau puis du Rossberggesick. L'accès au premier site est généralement décrit depuis le col du Hundsruck, le centre de vacances du Baeselbach ou la ferme des Buissonnets. Pour un accès en car, une zone de manœuvre est disponible juste avant le premier lacet menant aux Buissonnets. L'accès à Bourbach le Haut par Bourbach le Bas évite alors le passage par la route à lacets Masevaux - Thann menant au col du Hundsruck.

Notez qu'une sortie passant par les deux points suivants et partant de Bourbach le Haut avec retour au point de départ nécessite environ 4 heures de marche au total, mais que des aspects géologiques ou biologiques peuvent compléter les deux affleurements décrits pour "rentabiliser" le déplacement.

Pour vos repérages et sorties, pensez à vous armez d'une carte avec indication des sentiers balisés et/ou à passez par l'intermédiaire d'un guide accompagnateur local qui pourra d'ailleurs vous proposer des sorties plus longues avec des étapes sur la chaume du Rossberg et des arrêts panoramiques complémentaires (par exemple, via la Maison de la géologie de Sentheim).

Si les parages vous intéressent, rappelons qu'il est aussi possible d'y faire de la sédimentologie, par exemple, du côté de Rouffach (cf. La carrière du Strangenberg, tectonique et sédimentation en bordure du fossé rhénan ).

Le « porphyre vert antique » du Rocher du Corbeau (Krabenfels)

La roche présente au Rocher du Corbeau est un roche magmatique qui montre des phénocristaux centimétriques (1 à 2 cm) de plagioclases blancs-verdâtres avec un fond vert foncé, en cassure fraîche, dans lequel on ne distingue aucun cristal à l'œil nu, c'est donc ce qu'on appelle un porphyre, terme qui est plus un terme de marbrier qu'un terme géologique.

La composition chimique et la cristallographie des phénocristaux de plagioclase révèlent une composition plutôt calcique, ce sont ici des labradorites (An 50-70% / Ab 30-50%, soit une composition "moyenne" Ca0,6Na0,4Al1,6Si2,4O8, pour 60% d'anorthite). L'étude de lames minces permet de préciser la composition de la mésostase. On y trouve essentiellement des microlites de plagioclases (labradorites) ainsi que des clinopyroxènes et quelques orthoses.

Cette roche magmatique volcanique porphyrique riche en plagioclases est dans le domaine des trachy-andésites, on trouve le terme de trachy-labradorite pour qualifier cette roche connue aussi localement sous le nom de « porphyre vert antique », le « vert antique » étant la couleur vert foncé que l'on retrouve couramment pour les serpentinites (cf. Carrière de serpentinite à Chatillon, Val d'Aoste, Italie ).

La tectonique (cf. carte géologique ci-dessus) a découpé les terrains en bandes étroites au niveau du Rocher du Corbeau. Aucune étude géométrique suffisamment poussée ne permet à l'heure actuelle de préciser le contexte exact de mise en place de cet affleurement volcanique. Le fond microlitique et l'absence de vacuoles indiquent une origine certes volcanique mais pas effusive, on parle de roche hypovolcanique, c'est-à-dire d'une roche mise en place en contexte volcanique, très près de la surface mais sans être une coulée : intrusion ayant cristallisé à proximité de la surface, dyke, cheminée d'alimentation (contexte le plus classiquement proposé), voire cristallisation dans un lac de lave.

Figure 7. Arrivée au Rocher du Corbeau "par le bas" (Chemin Boutique)

Arrivée au Rocher du Corbeau "par le bas" (Chemin Boutique)

Le rocher surmonté d'une croix, vu d'en bas, peu après avoir quitté le "Chemin Boutique". On arrive au pied de gros blocs recouverts de mousses, présents au bord du sentier et tout autour du rocher dominant, et constitués de « porphyre vert antique ».


Figure 8. Roche observée sur les blocs au pied du Rocher du Corbeau

Roche observée sur les blocs au pied du Rocher du Corbeau

Les phénocristaux clairs de labradorite (plagioclase à 50-70% d'anorthite) sont bien visibles sur le fond vert foncé (vert antique).


Figure 9. Bloc de « porphyre vert antique » au pied du Rocher du Corbeau

Bloc de « porphyre vert antique » au pied du Rocher du Corbeau

Les phénocristaux de labradorite sont de taille centimétrique. Les plus gros atteignent presque 2 cm dans leur plus grande dimension (le doigt d'adulte donne l'échelle).


 

Figure 10. Le Rocher du Corbeau vu depuis le chemin du Krabenfels

Le Rocher du Corbeau vu depuis le chemin du Krabenfels

Le rocher vu depuis le chemin du Krabenfels, à la jonction avec le sentier qui monte le long du Rocher du Corbeau.

On peut aller voir de plus près le rocher après avoir observé les blocs épars.


Figure 11.  « Porphyre vert antique » du Rocher du Corbeau

« Porphyre vert antique » du Rocher du Corbeau

Sous la croix, dans un léger renfoncement (cf. encart ci-dessous), on retrouve le porphyre qui affiche un fond plus brun, certainement du fait d'une patine un peu différente liée à une exposition le mettant ici plus au sec.


Prismes du Rossberggesick

D'autres roches volcaniques sont visibles le long du chemin entre le Krabenfels et le Rossberggesick. Le caractère volcanique "de surface" et non plus hypovolcanique est visible par l'aspect vésiculé de certaines roches et, but du trajet, par l'existence de coulées prismées.

Le développement de prismes dans une roche magmatique a déjà été expliqué (cf. La formation des orgues volcaniques ) et rencontré à de multiples reprises (cf. dans le Velay, dans le Coiron, à Mitsio (Madagascar) et Staffa (Écosse), à Yellowstone, au Sénégal...). On trouve de belles colonnades verticales dans des sills, horizontales dans des dykes mais aussi à la base de coulées, avec, en général, de belles colonnes verticales (ou du moins perpendiculaires au substrat) à la base, et des prismes de directions plus variables dans la partie centrale appelée entablement. La prismation est expliquée comme une figure de contraction de la lave lors de son refroidissement formation une fissuration sub-hexagonale dans le plan de refroidissement et avec une extension des colonnes perpendiculairement aux plans de refroidissement (base et bordures de la coulée).

Au Rossberggesick, on observe un belle prismation donnant des colonnes de section sub-hexagonale, colonnes assez longues mais souvent arquée. On peut aussi observer le passage de belles colonnes à une roche plus massive dans laquelle les lignes de fracturation des colonnes se devinent mais sans développement de la prismation. Nous serions donc là à la base de colonnes d'entablement avec une prismation qui ne s'est pas propagée vers le bas (perturbation de la prismation par des circulations fluides le long des fractures, cœur de coulée ayant "figé" un peu différemment...). La prismation, très oblique vue du chemin d'accès est parfois quasi-horizontale lorsqu'on monte un peu hors du chemin, ce qui plaide en faveur de colonnes d'entablement avec direction variable, plutôt qu'en faveur de colonnades de base de coulée aujourd'hui "penchées" suite à des mouvements tectoniques postérieurs.

À la vue de ce seul affleurement et en l'absence de cartographie plus poussée de sa géométrie, on peut penser à une prismation de coulée "classique" ou ayant un substrat initial non plat (vallon encaissé) avec prismation visible dans l'entablement, ou à une prismation dans un objet de type dyke, qui serait ici assez épais, avec une prismation initiale horizontale. La courbure des prismes et le contact avec une zone plus massive sont tout de même des arguments en faveur de prismes magmatiques d'entablement de coulée.

On suppose ici que l'affleurement est en position initiale ou, du moins, sans basculement tectonique majeur.

Figure 12. Prismes arqués du Rossberggesick

Prismes arqués du Rossberggesick

En plus d'être courbés, les prismes sont ici très "penchés".


Figure 13. Prismes à sections sub-hexagonales du Rossberggesik

Prismes à sections sub-hexagonales du Rossberggesik

Prismes légèrement obliques montrant aussi par endroits un débit perpendiculaire à leur longueur.


Figure 14. Sections basales des colonnes prismées du Rossberggesick

Sections basales des colonnes prismées du Rossberggesick

On observe quelques sections polyédriques, à tendance hexagonales, avec des sections de surface variable.


Figure 15. Prismes arqués du Rossberggesick

Prismes arqués du Rossberggesick

On voit bien la courbure des colonnes prismées qui sont ici de taille assez régulière.


Figure 16. Prismes réguliers au contact d'une zone plus massive

Prismes réguliers au contact d'une zone plus massive

La prismation est ici assez régulière. On observe, vers la base des prismes, un débit perpendiculaire aux colonnes. Dans la partie massive on distingue quelques lignes qui semblent prolonger les colonnes (en bas à gauche), mais on retrouve aussi un léger débit perpendiculaire aux colonnes. Ce débit marque peut-être une certaine fluidalité de la lave qui pu agir comme une limite physique au développement de la prismation vers le bas de la coulée (supposé être en bas à gauche de la photo).


Figure 17. Contact prismes / roche massive, coulée du Rossberggesick

Contact prismes / roche massive, coulée du Rossberggesick

La prismation est ici assez régulière. On observe, vers la base des prismes, un débit perpendiculaire aux colonnes, débit que l'on retrouve au sommet de la zone plus massive. Ce débit marque peut-être une certaine fluidalité de la lave qui pu agir comme une limite physique au développement de la prismation vers le bas de la coulée (supposé être en bas à gauche de la photo).


Figure 18. Colonnes empilées au sommet de la coulée du Rossberggesick

Colonnes empilées au sommet de la coulée du Rossberggesick

En montant sur la coulée, on peut voir de véritable empilements de colonnes, ici assez régulières, quasi-horizontales... et pleines de mousses.


Figure 19. Morceau de prisme, coulée du Rossbergesick

Morceau de prisme, coulée du Rossbergesick

Bel exemple de prismation sub-hexagonale, mais échantillon un peu lourd pour une collection.


Sur le chemin vers la coulée du Rossberggesick on peut échantillonner au passage plusieurs faciès de roches volcaniques dont ceux présentés ci-dessous. Le caractère effusif du massif est conforté par le faciès fortement vésiculé de certaines roches. Ces vésicules sont le signe d'un dégazage ayant aboutit à la formation de bulles de gaz restées emprisonnées dans la lave figée. Un tel dégazage marque une mise en place à la surface. Attention, on ne parle pas ici de ponce, terme réservé aux roches issues du refroidissement rapide d'une véritable "mousse de lave" à la manière d'une mousse de bière figée. Les ponces sont généralement très peu denses du fait de leur extrême richesse en bulles de gaz aux parois rocheuses.

Figure 20. Bloc de roche volcanique à faciès vésiculé, massif du Rossberg

Bloc de roche volcanique à faciès vésiculé, massif du Rossberg

Les vésicules sont le signe d'un dégazage de la lave à proximité de la surface.


Figure 21. Zoom sur la roche volcanique vésiculée

Zoom sur la roche volcanique vésiculée

Les vésicules sont le signe d'un dégazage de la lave à proximité de la surface.


Figure 22. Labradorite bleue de la formation des labradorites en coulée du Viséen, Massif du Rossberg

Labradorite bleue de la formation des labradorites en coulée du Viséen, Massif du Rossberg

Le Rossbergessick fait partie de la formation dite des labradorites en coulées, roches de type trachy-andésitique riches en plagioclases (labradorites) visibles à l'œil nu (mais bien plus petits que ceux du Rocher du Corbeau) et de teinte fréquemment bleue.


 

Un peu de tectonique

À proximité des prismes du Rossberggesick, on peut observer des plans de faille subverticaux, ce qui est une bonne occasion de faire un peu de tectonique.

Figure 23. Plan de faille subvertical à stries subhorizontales, Rossberggesick

Plan de faille subvertical à stries subhorizontales, Rossberggesick

Le plan de faille, rouge, est un plan quasi-vertical. On observe des stries subhorizontales légèrement pentées vers la gauche de la photo.

Ce plan strié indique ici un mouvement essentiellement décrochant dont on peut essayer de déterminer le sens en regardant de plus près.


Figure 24. Zoom sur le plan de faille décrochante, Rossberggesick

Zoom sur le plan de faille décrochante, Rossberggesick

La détermination du sens peut se faire "avec la main" : le sens dans lequel la main va le mieux "glisser" correspondant a prioi au sens de déplacement relatif du bloc manquant (règle qui a son exception dans les carbonates en cas de présence de stries stylolithiques).

La "grande" dépression centrale ainsi que les petites dépressions sont plutôt asymétriques et semblent plus appropriées à un mouvement vers la droite de la main qui caresse la plan de faille. Cela correspondrait donc à un mouvement relatif vers la gauche du bloc visible, soit un mouvement senestre.


Figure 25. Vue rapporchée sur le plan de faille décrochante, Rossberggesick

Vue rapporchée sur le plan de faille décrochante, Rossberggesick

Les stries sont bien visibles. La détermination du sens de mouvement sur ce seul affleurement n'est pas évident mais un mouvement senestre peut y être privilégié (surtout si on a trouvé d'autres indices concordants à côté).


Pour les courageux, le belvédère du Fuchsfelsen

Dans le cadre d'une journée "Rossberg" en passant par la chaume, ou pour les plus courageux (quand on sait qu'il faudra revenir au point de départ), il est possible d'ajouter un point en allant au-delà du Rossberggesick. En continuant sur le même chemin depuis le Sattelboden, on accède au bout d'environ 15 min au belvédère des Fuchsfelsen (les germanistes amateurs des Fables de La Fontaine apprécieront aussi le passage dans une même journée du Krabenfels aux Fuchsfelsen).

Cet arrêt permet d'aborder ou plutôt de compléter l'étude des modelés glaciaires mais aussi d'avoir, avec un peu de chance, une vue sur les Alpes depuis les Vosges.

Figure 26. Le belvédère des Fuchsfelsen, avec vue sur la vallée de la Doller

Le belvédère des Fuchsfelsen, avec vue sur la vallée de la Doller

Figure 27. Panorama sur la vallée de la Doller depuis le belvédère des Fuchsfelsen

Panorama sur la vallée de la Doller depuis le belvédère des Fuchsfelsen

Cette vue, vers le NNO, peut être un complément à des arrêts "modelé glaciaire" à venir ou visités la veille.


Figure 28. Zoom sur le verrou le cirque glaciaire du lac des Perches, depuis le belvédère des Fuchsfelsen

Zoom sur le verrou le cirque glaciaire du lac des Perches, depuis le belvédère des Fuchsfelsen

Zoom de la vue précédente.

Le trait clair vers le centre gauche de la ligne d'horizon correspond aux chaumes des Hautes Bers. Juste à droite, on voit le cirque glaciaire granitique qui abrite le lac des Perches (ou lac des Bers), lac de verrou glaciaire.


Figure 29. Vue sur le Jura et les Alpes depuis le massif du Rossberg

Vue sur le Jura et les Alpes depuis le massif du Rossberg

Vers le SSE, on peut, selon l'heure, la luminosité et l'atmosphère, apercevoir le Jura et les massifs alpins en arrière-plan. Si les Alpes étaient, en ce jour, visibles depuis les Fuchsfelsen, c'est une photo prise depuis le Sattelboden qui est proposée car la vue y était meilleure.


Quelques références

Académie de Strasbourg, SCÉRÉN, CRDP Alsace. Près de chez vous / Sud Alsace / Rossberg , Lithothèque Alsace , consulté le 18 mai 2015

A. Guillon, 2003. La prismation des roches magmatiques , SAGA Information, n°227

F. Ménillet, M. Coulon, C. Fourquin, J.C. Paicheler, J.M. Lougnon, M. Lettermann, 1989. Notice explicative de la carte géologique de la France à 1/50 000 - 412, Thann , 137p, disponible via InfoTerre - [pdf]

J.-P. von Eller, 1984. Guides géologiques régionaux - Vosges-Alsace , Masson, 2ème éd. révisée, 182p

Parc naturel régional des Ballons des Vosges. La géologie du massif vosgien et du fossé rhénan , CD-Rom interactif (site du PnrBV )

Site Terrae genesis  : vente de lames minces (entre autres activités)

Mots clés : excursion géologique, coulée de lave, hypovolcanisme, prismation, phénocristal, porphyre, chaîne varisque, différenciation