Mots clés : pyroxénite, gneiss porphyroïde, migmatite, fusion partielle, amphibolite, métabasalte

L'origine de pyroxénites de Saint-Nazaire

Pierre Thomas

ENS Lyon, Laboratoire de Sciences de la Terre

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

23/09/2001

Résumé

Étude des roches de la carte géologique de Saint-Nazaire, hypothèse sur l'origine des amphibolites/pyroxénites.


Question

Objet : origines possibles des pyroxénites (région de St Nazaire) Date  : Ven, 21 Sep 2001 De  : f.d.

« La sortie sur le terrain étant un point fondamental du nouveau programme de Première S, je tente de mettre en place une découverte d'un affleurement local. Non loin de notre établissement, se trouve une plage (dite de Villes Martin) : la carte géologique locale 1/50.000 (datant de 1970) décrit des embréchites (migmatites à faible taux de fusion) ainsi que quelques bancs de pyroxéno-amphibolite. Quelle est l'origine de ces roches ? »

Réponse

Que peut-on comprendre à partir de la carte et de sa notice ?

Figure 1. Extrait de la carte géologique de St-Nazaire au 1/50.000

Si on regarde la carte de St Nazaire au 1/50.000, on constate qu'au contact Nord de cet affleurement, il y a une tache bleue notée « calcaire cristallin ». Ce sont des calcaires métamorphisés...


Figure 2. Légende partielle de la carte géologique de St-Nazaire au 1/50.000


Plus au Sud (à un kilomètre), vous voyez des « gneiss porphyroïdes ». La lecture de la notice (page 5) renvoie à la rubrique « porphyroïde » (page 3) qui dit « niveau détritico-volcanique », ce que l'on peut traduire par roches issues du métamorphisme de grès grossiers constitués principalement d'éléments issus d'une rhyolite-ignimbrite porphyroïde (gros feldspath).

Le gros de la masse des affleurements de la région est fait de « migmatites » (M2), roches issues de la fusion partielle de la croûte continentale, fusion liée à un métamorphisme HT/MP ou BP, métamorphisme s'étant fait au détriment de matériaux acides typiquement continentaux (micaschistes, granites, rhyolites...).

À partir de la lecture de la carte et de sa notice, il apparaît que les affleurements se situent en contexte continental (et non océanique/ophiolitique, et encore moins mantellique), avec des indications d'origine sédimentaire pour les calcaires cristallins (qui sont des méta-calcaires), les gneiss porphyroïdes (qui sont des méta-grès grossiers à éléments volcaniques acides...).

Quelle roche sédimentaire peut, par métamorphisme donner une amphibolite/pyroxénite ?

Que connaissez-vous comme roches sédimentaires riches en silice et aluminium ? Les argiles ! Que connaissez vous comme roches sédimentaires riches en Ca et Mg : les calcaires dolomitiques ! Et comment s'appelle une roche sédimentaire mélange de calcaire (dolomitique) et d'argile : une marne (dolomitique) !

Il y a donc toutes les probabilités pour que l' amphibolite-pyroxénite soit une marne dolomitique hautement métamorphisée .

Figure 3. Échantillon de marbre à olivine


Figure 4. Détail d'un marbre à olivine


Figure 5. Lame de méta-marne à olivine


  • Remarque : si la marne dolomitique avait un excès de Mg par rapport au Si dans votre roche initiale, et vu la température du métamorphisme (faciès granulite), vous auriez obtenu un silicate de Mg riche en Mg (Mg2SiO4, Mg/S =2, au lieu du pyroxène MgSiO3, Mg/S =1), stable à haute température. Ce silicate, fréquent dans les méta-marnes dolomitiques de haute température, c'est l' olivine , qui est donc aussi un minéral de roche métamorphique !

Pyroxéno-amphibolite : méta-marne ou méta-basalte ?

Notez qu'un basalte/gabbro, roche riche en Si, Mg, Ca, Al pourrait conduire par métamorphisme à des pyroxénites-amphibolites. Cette possibilité est suggérée ici par la présence des porphyroïdes plus ou moins métamorphisés, visibles au Sud-Est de la carte.

En effet, même si ces roches indiquent la présence d'un volcanisme (acide) anté-métamorphique dans la région, il n'est pas exclu qu'associé à cette masse volcanique acide, il y ait eu un faible pourcentage de roches volcaniques basiques (exemple de Corse ou de l'Esterel permien où 10% de basaltes sont associés à 90% de roches volcaniques acides). Ainsi une petite coulée de basalte aurait pu aussi être émise près des calcaires puis métamorphisée en pyroxéno-amphibolite.

Pour trancher, il faudrait faire de la géochimie, comme par exemple doser le nickel (Ni), plus abondant dans les basaltes que dans les marnes. Mais l'intense métamorphisme subit par la région a sans doute beaucoup perturbé la chimie des éléments mineurs.

Mots clés : pyroxénite, gneiss porphyroïde, migmatite, fusion partielle, amphibolite, métabasalte