Les nodules péridotitiques "extraordinaires" de la coulée basaltique du Ray Pic, Burzet (Ardèche)

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

19/11/2012

Résumé

Les enclaves (xénolithes) de péridotites atypiques et de pyroxénites du Ray Pic : des fenêtres ouvertes sur la complexité minéralogique du manteau, sur sa déformation et sur la non généralité des chambres (réservoir) magmatiques.


Figure 1. Enclave de lherzolite traversée par un niveau de pyroxénite très riche en clinopyroxènes chromifères, coulée du Ray Pic, Burzet, Ardèche

Enclave de lherzolite traversée par un niveau de pyroxénite très riche en clinopyroxènes chromifères, coulée du Ray Pic, Burzet, Ardèche

Les clinopyroxènes se reconnaissent grâce à leur couleur verte plus sombre que celle de l'olivine, un peu la couleur de l'émeraude.


Il est maintenant bien démontré que le manteau supérieur est composé principalement de péridotite, surtout de lherzolite. Mais dans la phrase qui précède, beaucoup de gens oublient le mot « principalement ». Quand on peut observer le manteau in situ , que ce soit dans les ophiolites, dans les massifs de type Lers ou Balmuccia…, on note que jusqu'à 10% du manteau ne sont pas constitués de péridotites, mais d'autres roches ultra-basiques, les pyroxénites. L'observation d'un grand nombre de nodules mantelliques arrachés au manteau par les basaltes montre que c'est aussi le cas dans des contextes sous-continentaux intraplaques comme le Massif Central.

Figure 2. Gros plan sur une enclave de lherzolite traversée par une zone étroite de pyroxénite très riche en clinopyroxènes chromifères, coulée du Ray Pic, Burzet, Ardèche

Gros plan sur une enclave de lherzolite traversée par une zone étroite de pyroxénite très riche en clinopyroxènes chromifères, coulée du Ray Pic, Burzet, Ardèche

Ces clinopyroxènes se reconnaissent grâce à leur couleur verte plus sombre que celle de l'olivine, un peu la couleur de l'émeraude.


Figure 3. Le galet de basalte avec son enclave de péridotite et de clinopyroxénite

Le galet de basalte avec son enclave de péridotite et de clinopyroxénite

Cette photo est là pour rappeler que la meilleure façon d'échantillonner le basalte de la coulée du Ray Pic, c'est de rechercher dans les millions de galets des plages en bord de la Bourges


Figure 4. Zoom d'une enclave de pyroxénite, vraisemblablement une orthopyroxénite vue sa couleur noire (il faudrait une lame mince pour confirmer) au sein du basalte de la coulée du Ray Pic

Zoom d'une enclave de pyroxénite, vraisemblablement une orthopyroxénite vue sa couleur noire (il faudrait une lame mince pour confirmer) au sein du basalte de la coulée du Ray Pic

On pourrait avoir une idée du ratio pyroxénite/lherzolite en dénombrant soigneusement les deux types d'enclaves.


Figure 5. Enclaves dont une enclave de pyroxénite, vraisemblablement une orthopyroxénite vue sa couleur noire au sein du basalte de la coulée du Ray Pic

Enclaves dont une enclave de pyroxénite, vraisemblablement une orthopyroxénite vue sa couleur noire au sein du basalte de la coulée du Ray Pic

On pourrait avoir une idée du ratio pyroxénite/lherzolite en dénombrant soigneusement les deux types d'enclaves.


Toutes les enclaves que nous avons vues précédemment cette semaine ou la semaine dernière ont une structure isotrope, et des grains ont un diamètre statistiquement supérieure à 1 mm. De telles enclaves isotropes et à "gros grains" sont ultra-majoritaires, mais non exclusives. On peut trouver des enclaves à grain très fins (≤ 0,5 mm), et présentant très souvent une très belle schistosité/foliation accompagnée d'une ségrégation minérale. Toutes ces caractéristiques signent une intense déformation ductile de la péridotite. Sur une même verticale sous le volcan du Ray Pic, entre la zone de fusion partielle (vers -70 km) et le Moho (-30 km), un faible pourcentage de manteau présente des signes d'intense déformation. Ce n'est pas pour nous étonner, puisque le volcanisme auvergnat et ardéchois atteste d'une remontée verticale du manteau de plusieurs dizaines de kilomètres sous le Massif Central, remontée qui a entrainé une baisse de pression et une fusion partielle.

Figure 6. Galet d'une plage de la Bourges montrant un nodule "normal" (à droite), et un nodule "à grain fin" (à gauche) présentant une belle foliation

Galet d'une plage de la Bourges montrant un nodule "normal" (à droite), et un nodule "à grain fin" (à gauche) présentant une belle foliation

Galet provenant de la coulée du Ray Pic.


Figure 7. Gros plan sur l'enclave foliée du galet ci-dessus

Gros plan sur l'enclave foliée du galet ci-dessus

Figure 8. Gros plan sur l'enclave "normale" du galet ci-dessus

Gros plan sur l'enclave "normale" du galet ci-dessus

Figure 9. Très gros plans sur l'enclave foliée du galet ci-dessus

Très gros plans sur l'enclave foliée du galet ci-dessus

Figure 10. Très gros plans sur l'enclave "normale du galet ci-dessus

Très gros plans sur l'enclave "normale du galet ci-dessus


Dans l'esprit de beaucoup, sous les volcans, il y a un réservoir (également appelé chambre) magmatique. Beaucoup confondent d'ailleurs ce réservoir, zone locale d'accumulation de magma, et la zone de fusion partielle où est généré ce magma. Si une zone de fusion partielle est évidemment nécessaire à l'existence d'un volcan, il n'en est pas de même des réservoirs magmatiques. Certains volcans n'en ont pas. C'est le cas des volcans de la province volcanique quaternaire dite du Bas Vivarais dont fait partie le volcan du Ray Pic.

Le magma basaltique chaud et liquide a une masse volumique de 2800-2900 kg.m-3, celle d'une péridotite est d'environ 3300 kg.m-3. Un nodule de péridotite, dense, devrait "couler" dans un magma basaltique, moins dense. S'il ne le fait pas, c'est qu'il est entrainé vers le haut par la vitesse ascensionnelle du basalte dont la viscosité n'est pas nulle. En cas de forte diminution de cette vitesse et de stagnation dans un réservoir, les nodules retomberaient et sédimenteraient au fond dudit réservoir. S'il y a des nodules de péridotite qui atteignent la surface, c'est que le magma n'a jamais ralenti entre la zone d'arrachage des nodules (quelque part entre -70 km et le Moho ) et la surface. Il n'y a pas de réservoir magmatique sous le Bas Vivarais au Quaternaire, du moins pas dans la croûte.

Figure 12. Vue sur un gros nodule (40 x 26 cm) de péridotite dans la coulée du Ray Pic, Burzet, Ardèche

Vue sur un gros nodule (40 x 26 cm) de péridotite dans la coulée du Ray Pic, Burzet, Ardèche

Vue générale du plus gros que je connaisse dans le Massif Central.


Figure 13. Un gros nodule (40 x 26 cm) de péridotite dans la coulée du Ray Pic

Un gros nodule (40 x 26 cm) de péridotite dans la coulée du Ray Pic

Figure 14. Un gros nodule (40 x 26 cm) de péridotite dans la coulée du Ray Pic

Un gros nodule (40 x 26 cm) de péridotite dans la coulée du Ray Pic

La loi de Stockes indique la vitesse à l'équilibre V entre un corps dense qui chute dans un liquide moins dense au repos. Cette vitesse est d'autant plus grande (entre autres choses) que le corps qui chute est gros.

On a :

  • V = 2 r2 g Δ(ρ) / 9 η,
  • avec, dans le cas du basalte et du gros nodule de péridotite :

    • r [rayon du nodule] ≈ 0,2 m
    • g [accélération de la pesanteur] ≈ 10 m.s-2
    • Δ(ρ) [différence de masse volumique entre la péridotite et le magma basaltique ≈ 500 kg.m-3
    • η [viscosité du magma basaltique] ≈ 102 Pa.s

Une rapide application numérique permet de calculer l'ordre de grandeur de V pour le plus gros nodule de la coulée du Ray Pic, V = (2 x 4.10-2 x 10 x 5.102) / (9. 102) ≈ 0,45 m.s-1 , soit un ordre de grandeur de V ≈ 2 km/h.

Pour qu'un nodule remonte, il faut que la vitesse du remontée du basalte liquide soit supérieure à cette vitesse V, c‘est-à-dire, dans notre cas, supérieure à 2km/h. Cela prouve que, nulle part sur le trajet compris entre la zone d'arrachage des nodules mantellique et la surface, la vitesse d'ascension du magma n'a été inférieure à 2 km/h, ce qui aurait été le cas dans une chambre magmatique. Il n'y a donc pas de chambre magmatique (intracrustale) sous les volcans du bas Vivarais, ni sous aucun volcan remontant des nodules de péridotite.

Figure 15. Extrait de la carte géologique Burzet au 1/50 000 montrant la totalité de la coulée du Ray Pic

Extrait de la carte géologique Burzet au 1/50 000 montrant la totalité de la coulée du Ray Pic

La coulée du Ray Pic s'étend sur 21 km entre le maar et la cascade du Ray Pic (flèche rouge du haut) et le Pont de Labeaume (flèche rouge du bas).

On peut noter, surtout en amont, que la vallée de la Bourges n'est pas partout occupée par la coulée : 80.000 ans d'érosion (et l'érosion par les crues dites cévenoles est vigoureuse) en sont venu localement à bout ! Le village de Burzet est situé au niveau de la punaise jaune.


Figure 16. Situation de Burzet, sur la vallée de la Bourges, en Ardèche

Situation de Burzet, sur la vallée de la Bourges, en Ardèche