L'Auvergne, un musée des stromatolithes

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

21/03/2016

Résumé

Les gisements stromatolithiques auvergnats des falaises de Jussat, de la carrière du Mont Libre à Gannat et de la carrière de Gondailly.


Figure 1. Vue d'ensemble d'une boule stromatolithique et détail de sa surface

Vue d'ensemble d'une boule stromatolithique et détail de sa surface

Ce stromatolithe de l'Oligocène supérieur était le plus spectaculaire d'un ensemble de centaine de boules similaires situé en haut des falaises de Jussat (commune de Chanonat, Puy de Dôme). Cette photo a été prise en 1978. Ce stromatolithe n'existe plus. Le pin que l'on voit derrière avait développé tout un système racinaire derrière et sous cette boule. La tempête Martin qui a soufflé dans la nuit du 27 au 28 décembre 1999 (vent de 159 km/h enregistré à Clermont Ferrand à 8 km de là) a été fatale à ce pin et l'a déraciné. Ce déracinement a entrainé la désolidarisation de la boule stromatolithique de son encaissant gréso-sableux. Elle est tombée en bas de la falaise (sans faire de dégâts humains heureusement) et s'est cassée en mille morceaux.


Figure 2. Superbe boule stromatolitique à surface mamelonnées, falaises de Jussat

Superbe boule stromatolitique à surface mamelonnées, falaises de Jussat

On peut comparer cette surface à celles de stromatolithes "vivants", par exemple, dans un ruisseau français (cf. figure 17 de Stromatolithes actuels, travertins et cascade pétrifiante de Saint Pierre-Livron, Caylus (Tarn et Garonne) ), un lac patagon (cf. figure 5 de Stromatolithes actuels en Patagonie du Sud ), ou un lac australien (cf. figure 7 de Les stromatolithes du lac Thetis près de Cervantes, Australie occidentale ).


Figure 3. Zoom sur une superbe boule stromatolitique aujourd’hui éboulée, falaises de Jussat

Zoom sur une superbe boule stromatolitique aujourd’hui éboulée, falaises de Jussat

On peut comparer cette surface à celles de stromatolithes "vivants", par exemple, dans un ruisseau français (cf. figure 17 de Stromatolithes actuels, travertins et cascade pétrifiante de Saint Pierre-Livron, Caylus (Tarn et Garonne) ), un lac patagon (cf. figure 5 de Stromatolithes actuels en Patagonie du Sud ), ou un lac australien (cf. figure 7 de Les stromatolithes du lac Thetis près de Cervantes, Australie occidentale ).


Contrairement à une croyance communément répandue dans le milieu des géologues non spécialistes, les stromatolithes vivants ne sont pas rares et existent bien ailleurs qu'à Shark Bay : que ce soit dans des lacs australiens (cf. Les stromatolithes du lac Thetis près de Cervantes, Australie occidentale ), des lacs de Patagonie du Sud (cf. Stromatolithes actuels en Patagonie du Sud ), ou encore dans des ruisseaux du Jura (cf. Stromatolithes vivant dans des ruisseaux du massif du Jura ). Les stromatolithes fossiles sont encore plus courants, puisqu'on en trouve sans interruption depuis -3,5 Ga jusqu'à nos jours. On en trouve un peu partout en France, depuis la côte normande (cf. Les stromatolithes cambriennes de Barneville-Carteret et de Saint-Jean-de-la-Rivière (Manche) ) jusqu'au dallage de grands magasins lyonnais (cf. Ammonites, gastéropodes et stromatolithes (oncolites) dans les lieux publics ), en passant par le Pas de Calais (cf. Reconstituer le paléoenvironnement du Carbonifère inférieur dans la Carrière du Boulonnais (Pas de Calais) ) ou les Corbières (cf. Schistosité moulant des stromatolites (oncolites) à la base de la nappe des Corbières, Pont de Ripaud (Aude) ). L'Auvergne en général, et la Limagne en particulier, est sans doute la région de France la plus riche en stromatolithes fossiles spectaculaires, d'âges correspondant à l'Oligocène supérieur / Miocène basal.

Nous vous avons déjà montré rapidement plusieurs gisements de stromatolithes auvergnats (cf. par exemple, Un gisement d'hydrocarbures vu de l'intérieur et un trésor du patrimoine géologique français : la mine de bitume de Dallet (Puy de Dôme), dite « Mine des Rois » ). Cette semaine, nous vous montrons la morphologie d'ensemble de ces concrétions dans trois gisements : les falaises de Jussat dans le Puy de Dôme, et les carrières de Gannat et Gondally dans l'Allier. La semaine prochaine, nous étudierons en détail la structure interne de stromatolithes dans un quatrième gisement auvergnat. Puis, après une interruption due au début avril (poisson oblige), nous verrons en détail une roche stromatolithique remarquable : les calcaires à phryganes.

Les falaises de Jussat (Chanonat, Puy de Dôme)

Localiser les falaises de Jussat via Google earth grâce au fichier 526-falaises-Jussat.kmz.

Ce gisement assez extraordinaire se situe dans les falaises au-dessus du hameau de Jussat, commune de Chanonat (Puy de Dôme). La falaise est constituée d'alternances de sable avec des niveaux quartzeux et d'autres bioclastiques, de marnes, et de calcaires. Il y a au moins quatre couches de "boules stromatolithiques". Le  niveau supérieur est le plus spectaculaire car constitué de boules jointives et de diamètre métrique. On peut suivre ce niveau sur plusieurs centaines de mètres. Nous allons nous promener dans ce niveau et, dans quatre semaines, nous vous montrerons des détails internes à ces boules.

Le site de Jussat est un site naturel. Si vous y allez avec des élèves, préservez-le et ne cassez pas les stromatolithes, même pour une bonne cause (en avoir des échantillons dans vos classes). Les deux sites suivants (Gannat et Gondailly) sont des carrières en exploitation (actuelle ou récente) pour la chaux ou le ciment. Dans ces carrières en activité, prélever des dizaines ou des centaines d'échantillons ne causera aucun dégât supplémentaire par rapport à son exploitation.

Jussat est l'un des sites sauvages avec stromatolithes les plus beaux d'Auvergne voire de France (hélas non protégé) : préservons-le !

Figure 4. Vue sur la partie Nord des falaises de Jussat (Chanonat, Puy de Dome)

Vue sur la partie Nord des falaises de Jussat (Chanonat, Puy de Dome)

Le niveau à boules le plus spectaculaire (le niveau principal) traverse l'image de gauche à droite, juste au milieu de la photo. Il est constitué de boules quasiment jointives. La boule des premières figures (qui n'existe plus) se voit tout à fait à gauche. D'autres niveaux à boules non jointives se voient dans la falaise.


Figure 5. L'une des centaines de boules stromatolithiques de Jussat et sa surface mamelonnées

L'une des centaines de boules stromatolithiques de Jussat et sa surface mamelonnées

Cette boule fait partie du niveau principal fait de stromatolithes quasi jointifs. Cette couche de "boules" repose sur une couche de sable, moins résistante à l'érosion. Cela rend le site sujet à des éboulements assez fréquents, comme tout sentier en "montagne".


Figure 6. L'une des centaines de boules stromatolithiques de Jussat et sa surface mamelonnées

L'une des centaines de boules stromatolithiques de Jussat et sa surface mamelonnées

Cette boule fait partie du niveau principal fait de stromatolithes quasi jointifs. Cette couche de "boules" repose sur une couche de sable, moins résistante à l'érosion. Cela rend le site sujet à des éboulements assez fréquents, comme tout sentier en "montagne".


Figure 7. D'autres boules de la couche principale : une grosse boule stromatolithique cernée de deux plus petites boules (Jussat)

D'autres boules de la couche principale : une grosse boule stromatolithique cernée de deux plus petites boules (Jussat)

La boule centrale et celle de droite sont entières ; celle de gauche est érodée et laisse voir son intérieur (que nous verrons en détail dans les semaines à venir). On voit très bien la limite concrétion stromatolithique / sable, et sa géométrie.


Figure 8. D'autres boules de la couche principale : une grosse boule stromatolithique cernée de deux plus petites boules (Jussat)

D'autres boules de la couche principale : une grosse boule stromatolithique cernée de deux plus petites boules (Jussat)

La boule centrale et celle de droite sont entières ; celle de gauche est érodée et laisse voir son intérieur (que nous verrons en détail dans les semaines à venir). On voit très bien la limite concrétion stromatolithique / sable, et sa géométrie.


Figure 9. Coupe d'une boule stromatolithique (située 1 mètre sous le niveau principal visible en haut) permettant de voir la base d'une telle concrétion

Coupe d'une boule stromatolithique (située 1 mètre sous le niveau principal visible en haut) permettant de voir la base d'une telle concrétion

On voit, au 1/3 gauche de la base de cette "boule", une sorte de pédoncule qui semble correspondre au départ de la concrétion. La géométrie complète d'une concrétion, difficile à voir d'un seul coup d'œil sur cet affleurement naturel, peut se voir dans des carrières en exploitation, comme celle de Gondailly (voir plus bas) où abondent les boules extraites de leur gangue.


Figure 10. Coupe d'une boule stromatolithique (située 1 mètre sous le niveau principal visible en haut) permettant de voir la base d'une telle concrétion

Coupe d'une boule stromatolithique (située 1 mètre sous le niveau principal visible en haut) permettant de voir la base d'une telle concrétion

On voit, au 1/3 gauche de la base de cette "boule", une sorte de pédoncule qui semble correspondre au départ de la concrétion. La géométrie complète d'une concrétion, difficile à voir d'un seul coup d'œil sur cet affleurement naturel, peut se voir dans des carrières en exploitation, comme celle de Gondailly (voir plus bas) où abondent les boules extraites de leur gangue.


Figure 11. Vue sur le niveau principal à "boules" sphériques de taille relativement identique (1 m de diamètre) et sur des stromatolithes situées 2 m plus bas (falaises de Jussat)

Vue sur le niveau principal à "boules" sphériques de taille relativement identique (1 m de diamètre) et sur des stromatolithes situées 2 m plus bas (falaises de Jussat)

Ces boules stromatolithiques "inférieures" sont elles aussi de tailles identiques, mais plus petites que celle du niveau supérieur et de forme non sphérique, mais plus aplatie. Des conditions "écologiques" différentes entre les deux périodes où se sont construits ces deux types de stromatolithes sont sans doute responsables de ces différences. Si des spécialistes des stromatolithes pouvaient éclairer notre lanterne...


Plusieurs carrières en activité ou abandonnées, des travaux routiers ou industriels… permettent de découvrir que les couches à stromatolithes sont omniprésentes dans les niveaux supérieurs de la série de Limagne. Les notices des cartes géologiques les décrivent, mais souvent sans citer le terme de stromatolithes qui n'était pas "à la mode" dans les années 1970, date de rédaction de ces notices (c'est le mot « travertin » qui est souvent employé) ; les cyanobactéries étaient encore appelées « algues bleues »... Par exemple, la notice de la carte de St-Pourçain-sur-Sioule (où se trouve la carrière de Gondailly) décrit ainsi ces formations : « Marnes et Calcarénites à grosses masses récifales. De cet ensemble, nous n'observons le plus souvent que les énormes masses de calcaires construits, jadis exploités en de nombreux points comme pierre à chaux. Dégagées par l'érosion, ces masses récifales confèrent à la région de Montaigu-le-Blin, où elles sont le plus largement développées, un relief très particulier en buttes et tureaux (Pays des Buttes). La genèse de ces travertins est liée en majeure partie à une prolifération organique végétale (Algues bleues, Mousses, Végétaux supérieurs,...) et animale [larves d'Insectes, Gastéropodes (Hydrobies et autres,...),...] ».

Nous visiterons cette semaine deux carrières, toutes deux dans l'Allier : celle du Mont Libre au-dessus de Gannat (surtout exploitée pour la chaux) et celle de Gondailly (exploitée pour une cimenterie voisine).

Cette semaine, nous ne verrons que des vues d'ensemble sur les stromatolithes, bous verrons que leur morphologie est variable (boule, colonne, cône renversé…). Deux prochaines semaines seront consacrées au détail de la structure interne de ces concrétions biochimiques.

La carrière du Mont Libre (Gannat, Allier)

Localiser la carrière de Gannat via Google earth grâce au fichier 526-carriere-Mont-Libre-Gannat.kmz.

Figure 12. Vue d'ensemble d'une tranchée creusée pour les pistes d'exploitation de la carrière du Mont libre (Gannat, Allier)

Vue d'ensemble d'une tranchée creusée pour les pistes d'exploitation de la carrière du Mont libre (Gannat, Allier)

Si une stratification régulière est visible à gauche de la tranchée, elle semble absente sur la majorité de la paroi. La sédimentation "classique" y est en effet très perturbée par des concrétions stromatolitiques "géantes" qui ont empêché une sédimentation horizontale. Trois de ces concrétions géantes sont nettement visibles dans cette tranchée et sont détaillées dans les photos suivantes.


Figure 13. Colonne stromatolithique, carrière du Mont Libre (Gannat, Allier)

Colonne stromatolithique, carrière du Mont Libre (Gannat, Allier)

Ce stromatolithe a beaucoup plus crû en hauteur qu'en largeur, formant ainsi cette colonne de plus de 5 m de hauteur.




Figure 16. L'un des fronts de taille de la carrière du Mont Libre de Gannat (Allier)

L'un des fronts de taille de la carrière du Mont Libre de Gannat (Allier)

 

Figure 17. Zoom sur l'un des fronts de taille de la carrière du Mont Libre de Gannat (Alier)

Zoom sur l'un des fronts de taille de la carrière du Mont Libre de Gannat (Alier)

Les stromatolithes ont ici une géométrie en cône renversé.


Figure 18. Zoom un cône stromatolithique de l'un des fronts de taille de la carrière du Mont Libre de Gannat (Alier)

Zoom un cône stromatolithique de l'un des fronts de taille de la carrière du Mont Libre de Gannat (Alier)

Les stromatolithes ont ici une géométrie en cône renversé.


La carrière de Gondailly (Allier)

Localiser la carrière de Gondailly via Google earth grâce au fichier 526-carriere-Gondailly.kmz.

Figure 21. Vue de l'un des fronts de taille de la carrière de Gondailly (Allier)

Vue de l'un des fronts de taille de la carrière de Gondailly (Allier)

Cette partie de la carrière exploitaient surtout des argiles et des marnes, qui, mélangées dans des proportions adéquates avec des calcaires font partie des ingrédients nécessaires à la fabrication du ciment. Deux niveaux à stromatolithes sont nettement visibles sous forme d'alignements de petites boules blanches.


Figure 22. Vue d'un autre front de taille de la carrière de Gondailly (Allier)

Vue d'un autre front de taille de la carrière de Gondailly (Allier)

Cette partie de la carrière exploitaient surtout des argiles et des marnes, qui, mélangées dans des proportions adéquates avec des calcaires font partie des ingrédients nécessaires à la fabrication du ciment. Un niveau à stromatolithes est nettement visible sous forme d'alignements de petites boules blanches. Quelques grosses boules isolées sont visibles en haut à gauche du front de taille.



Figure 24. Zoom sur une boule stromatolithique au sein des argiles et marnes

Zoom sur une boule stromatolithique au sein des argiles et marnes

Figure 25. Vue d'ensemble sur deux stromatolithes en forme de colonnes

Vue d'ensemble sur deux stromatolithes en forme de colonnes

La manière dont les couches argilo-marneuses sont ou ne sont pas "défléchies" par les stromatolithes permet de proposer une chronologie relative croissance du stromatolithe / dépôts des couches environnantes.

Ces stromatolithes sont bien sûr plus jeunes que la couche immédiatement sous-jacente.

Ils sont plus vieux que la couche sombre qui les recouvre et qui sont légèrement bombée au-dessus d'eux. Ce bombement peut avoir deux origines. (1) la couche sombre a recouvert et "moulé" ces stromatolithes presque complètement enfouis dans les argiles situées autour mais qui dépassaient encore un peu. (2) les stromatolithes ne dépassaient plus du fond de l'eau et la couche sombre s'est déposée à plat. Ensuite, la compaction post-sédimentaire a tassé les argiles sous-jacentes, mais n'a pas tassé les stromatolithes, lithifiés dès leur formation.

La flexion des argiles de la couche de base et de celle située entre la couche de base et la couche supérieure sombre est riche d'enseignements. La couche de base est fléchie sous les stromatolithes, et ce très vraisemblablement à cause du poids des stromatolithes. On parle de figure de charge. Les strates (alternances claires et sombres) juste au-dessus de la couche de base sont elles aussi défléchies. Si elles s'étaient déposées après la croissance des stromatolithes (et la flexion de la couche basale) en entourant les concrétions, elles ne seraient pas fléchies. Ces couches ont dû se déposer autour et à la base des stromatolithes en cours de croissance, mais déjà assez hauts. La croissance des stromatolithes continuant (et leur poids augmentant), la couche basale et les couches immédiatement sus-jacentes ont été fléchies. Il y aurait donc eu une "course" entre les stromatolithes grandissant et les argiles remplissant le fond du lac et "noyant" la base des stromatolithes. Pendant 80 centimètres, les stromatolithes ont "gagné", le sommet de la colonne n'était pas recouvert de vase et les cyanobactéries continuaient à (faire) produire du calcaire. Plus tard, 80 cm après le début du démarrage des colonies de cyanobactéries (combien de dizaines ou de centaines d'années), la sédimentation argileuse a été plus rapide que la croissance des stromatolithes et les a envasés.


Figure 26. Zoom sur un ensemble de deux stromatolithes en forme de colonnes

Zoom sur un ensemble de deux stromatolithes en forme de colonnes

La manière dont les couches argilo-marneuses sont ou ne sont pas « défléchies » par les stromatolithes permet de proposer une chronologie relative croissance du stromatolithe / dépôts des couches environnantes. Ces stromatolithes sont bien sûr plus jeunes que la couche immédiatement sous-jacente. Ils sont plus vieux que la couche sombre qui les recouvre et qui sont légèrement bombée au-dessus d'eux. Ce bombement peut avoir deux origines : (1) la couche sombre a recouvert et « moulé » ces stromatolithes presque complètement enfoui dans les argiles situées autour mais dépassait encore un peu ; (2) les stromatolithes ne dépassaient plus du fond de l'eau et la couche sombre s'est déposée à plat. Mais la compaction post-sédimentaire a tassé les argiles sous-jacentes, mais n'a pas tassé les stromatolithes lithifiés dès leur formation.

La flexion des argiles de la couche de base et de celle situées entre la couche de base et la couche supérieure sombre est riche d'enseignements. La couche de base est fléchie sous les stromatolithes, et ce très vraisemblablement à cause du poids des stromatolithes. On parle de figure de charge. Les strates (alternances claires et sombres) juste au-dessus de la couche de base sont elles aussi défléchies. Si elles s'étaient déposées après la croissance des stromatolithes (et la flexion de la couche basale) en entourant les concrétions, elles ne seraient pas fléchies. Ces couches ont du se déposer autour et à la base des stromatolithes en cours de croissance, mais déjà assez haut. La croissance des stromatolithes continuant (et leur poids augmentant), la couches basale et les couches immédiatement sus-jacentes ont été fléchies. Il y aurait donc eu une « course » entre les stromatolithes grandissant et les argiles remplissant le fond du lac et « noyant » la base des stromatolithes. Pendant 80 centimètres, les stromatolithes ont « gagné », le sommet de la colonne n'était pas recouvert de vase et les cyanobactéries continuaient à (faire) produire du calcaire. 80 cm après le début du démarrage des colonies de cyanobactéries (combien de dizaines ou de centaines d'années) la sédimentation argileuse a été plus rapide que la croissance des stromatolithes et les a envasés.


L'exploitation de carrières où l'on trouve des concrétions stromatolithiques au sein de couches argilo-marneuses permet de dégager complètement des stromatolithes sans les endommager. L'exploitant peut les laisser de côté, définitivement s'il n'exploite que l'argile, temporairement s'il exploite aussi le calcaire pour faire du ciment. On peut alors voir entièrement ces concrétions, par dessus, par dessous, de côté… en fonction de la façon dont les aura entreposés l'exploitant. Une chance rare !

Figure 27. Exemple de stromatolithes dégagés et déposés sur le bord d'une piste d'exploitation de la carrière de Gondailly afin de matérialiser les bords de la piste

Exemple de stromatolithes dégagés et déposés sur le bord d'une piste d'exploitation de la carrière de Gondailly afin de matérialiser les bords de la piste

Les stromatolithes sont ici à l'envers par rapport à leur position "de vie", avant extraction.


Figure 28. Comparaison entre des stromatolithes vivant dans l'eau ( Shark Bay , Australie) et des stromatolithes fossiles d'Auvergne

Comparaison entre des stromatolithes vivant dans l'eau (Shark Bay, Australie) et des stromatolithes fossiles d'Auvergne

La présence de stromatolithes fossiles bien visibles en trois dimensions dans la carrière de Gondailly (Allier) et la comparaison avec leurs homologues bien vivants d'Australie est facile à faire pour qui sait utiliser le web et quelques logiciels de traitement d'image. Il suffit (1) de trouver de belles photos sous-marines ou sous-lacustres de stromatolithes "vivants" (photo du haut), (2) de découper et de retourner les deux stromatolithes auvergnats de la figure précédente, et (3) de les coller sur la photo sous-aquatique, en les marquant d'une croix rouge pour bien pouvoir les distinguer des stromatolithes "vivants" (photo du bas). La similitude morphologique est alors particulièrement évidente.


Figure 29. Le destin de beaucoup de stromatolithes auvergnats : finir dans une cimenterie ou dans un four à chaux

Le destin de beaucoup de stromatolithes auvergnats : finir dans une cimenterie ou dans un four à chaux

Bien sûr il faut du ciment dans notre civilisation, et il est meilleur pour la planète que les Auvergnats utilisent des ressources locales pour faire leur ciment plutôt que de le faire venir de loin à coup de transports grands producteurs de CO2. Mais on peut regretter que cette richesse patrimoniale auvergnate soit si peu connue, si peu mise en valeur… Il faudrait que les gisements naturels soit protégés, aménagés pour la visite avec des panneaux explicatifs... Il faudrait aussi, à l'instar de la carrière de Gandaillat (Puy de Dôme, carrière visitable tant que la végétation n'aura pas tout envahi), que ces carrières ne soient pas "réaménagées" à la fin de leur période d'exploitation ("réaménager" une carrière en langage administratif, cela signifie la détruire, la combler et la faire disparaitre). Il faudrait pour cela que les carriers et/ou et les collectivités exploitant/gérant ces formations à stromatolithes pensent à leur fin d'exploitation et envisagent la mise en valeur de ce patrimoine géologique. Il suffit de taper « stromatolithe fossile » sur Google image avec les différentes orthographes possibles (« stromatolite », « fossil »…) pour s'apercevoir que les stromatolithes français sont complètement méconnus par rapport à leurs homologues canadiens, américains, australiens…, alors qu'ils sont au moins aussi spectaculaires, variés, pédagogiques… Une situation caractéristique de la position du patrimoine géologique dans l'esprit des autorités, des associations et du public français : en toute dernière position !

2007


Figure 30. Extrait de la carte géologique de Saint-Pourçain-sur-Sioule montrant l'emplacement de la carrière de Gondailly (flèche rouge)

Extrait de la carte géologique de Saint-Pourçain-sur-Sioule montrant l'emplacement de la carrière de Gondailly (flèche rouge)

La formation contenant plus ou moins de stromatolithes est nommée g3-m1a et possède un figuré fait de "moellons" rouges. La couche la plus riche en stromatolithes chapeaute les collines et est figurée par un double trait gris sinueux (couche horizontale suivant les courbes de niveau. On voit que, dans ce secteur, la couche à stromatolithes recouvre plusieurs km2.


Localisation des trois sites visités