Les dépôts pyroclastiques du Puy Chopine visibles dans la carrière du Puy de Lemptégy

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

13/06/2016

Résumé

Recouvrement de pyroclastites de trachyte clair dans la Chaine des Puys (Puy de Dôme).


Figure 1. Dépôt pyroclastique trachytique recouvrant le Puy de Lemptégy (Puy de Dôme)

Dépôt pyroclastique trachytique recouvrant le Puy de Lemptégy (Puy de Dôme)

Ce niveau de projections est constitué de blocs de taille centimétrique à décimétrique de trachyte clair, datant de 9700 ans. Son épaisseur est variable, mais mesure en moyenne entre 0,5 et 1 m. Cette couche claire est recouverte de dépôts de pente postérieurs, altérés par la pédogenèse qui s'est développée durant ces 9700 ans. Cette couche claire recouvre elle-même un niveau ocre, sans doute constitué des dépôts de pentes pédogénisés de l'ancien volcan de Lemptégy, antérieur au dépôt trachytique. Ce Puy de Lemptégy sensu stricto dont on voit les couches basiques en bas à gauche, est formé de deux cônes stromboliens se recouvrant, ainsi que de couches de cendres basaltiques venant de volcans voisins.


Le volcan de Lemptégy (également appelé «  Un Volcan à Ciel Ouvert  ») est un site géologique incontournable si on vient faire de la géologie en Auvergne (et en particulier dans la Chaine des Puys) avec des élèves.

La carrière du Puy de Lemptégy exploitait jusque dans les années 1990-1995 un petit cône strombolien composite, recouvert par une "nappe" de produits pyroclastiques trachytiques issus du Puy Chopine, nappe de trachyte parfois appelée "recouvrement Chopine". L'exploitation "industrielle" de ce puy a fortement ralenti puis a cessé, et la carrière aurait dû être "réhabilitée", pour employer le langage administratif, c'est-à-dire remblayée, végétalisée et "perdue" pour la géologie. Heureusement, les exploitants de la carrière ont eu l'idée d'exploiter cette carrière de façon scientifico-touristique ce qui l'a sauvée d'une destruction définitive. Cette carrière permet d'analyser la structure de deux édifices "stromboliens" superposés plus ou moins recouverts de saupoudrages par des cendres basiques venues d'autres volcans voisins (structure qui n'est pas l'objet de cet article, qui mérite la visite à elle seule, cf. Faille inverse, faille normale et chronologie relative dans des scories volcaniques, Puy de Lemptégy (Puy de Dôme) ) mais aussi d'analyser les dépôts pyroclastiques trachytiques qui les recouvrent.

Ces dépôts trachytiques proviennent des éruptions qui in fine ont donné le Puy Chopine, éruptions datées de 9720 ±130 ans BP ( Before Present ). La notice de la carte au 1/25 000 intitulée Volcanologie de la Chaîne des Puys (Éd. Parc Naturel Régional des Volcans d'Auvergne, 5ème édition, 2009) permet de résumer ces éruptions. Le Puy Chopine est une protrusion de trachyte d'environ 500 m de diamètre à la base et de 160 m de haut. La protrusion trachytique représente la deuxième phase d'une éruption, qui s'est (très schématiquement) déroulée en 2 étapes.

La sortie et l'érection de cette protrusion (2ème étape) se sont faits à travers un cratère d'explosion (un maar), explosions qui lors d'une première étape ont creusé une importante cavité au dépend de volcans basaltiques antérieurs et du substratum anté-volcanique (granitique et métamorphique). Les explosions ayant créé ce maar avaient un dynamisme voisin des éruptions phréatomagmatiques basaltiques très fréquentes dans le Massif Central, mais ces explosions étaient plus violentes et beaucoup moins nombreuses. Les gaz responsables de l'explosion était essentiellement magmatiques (et non pas phréatiques). Les explosions de ce type entrainent des déferlantes latérales maintenant appelées CDP (Courant de Densité Pyroclastique), soit parce qu'il y avait des explosions dirigées, soit par effondrement d'un panache plinien ou sub-plinien. L'article Le dôme de lave du Paluweh (ou Rerombola, Indonsie) : mise en place, effondrements, nuées ardentes et autres courants de densité pyroclastiques  décrit ainsi la formation de ce genre de dépôts dus au CDP : « Il se dégage, depuis quelques années, un consensus concernant la définition des courants de densité pyroclastiques. Les CDP sont des mélanges chauds (200 à 800 °C) de gaz et de particules, définis par une gamme de phénomènes allant -(1) des déferlantes diluées (1 kg/m3) turbulentes ( pyroclastic surge ), avec phénomènes de dépôt, érosion, et charriage ( bedload ) à la base et une concentration en particules qui augmente vers le bas, générés lors des éruptions phréatomagmatiques, les dépôts générés étant stratifiés et bien granoclassés, -(2) aux courants composés d'un écoulement gravitaire dense (1000 kg/m3) à la base ( pyroclastic flow ), qui peut avoir une forte pression de gaz interstitiel qui fluidifie le mélange, surmonté d'un nuage dilué turbulent ( ash cloud ), parfois appelé aussi ash cloud surge ou surge . Ces courants sont générés par effondrement gravitaire soit d'un dôme de lave, soit par l'effondrement d'une colonne éruptive (vulcanienne ou plinienne). Les dépôts générés par l'écoulement basal dense sont massifs et mal granoclassés ».

Les produits émis constituent une nappe non (ou très peu) stratifiée reconnue sur environ 30  km2 tout autour du Puy Chopine, et non pas dirigée dans une direction dominante, ce qui privilégie plutôt un effondrement de colonne sub-plinienne à plinienne, à moins d'imaginer de nombreuses explosions dirigées dans toutes les directions. Les CDP du Puy Chopine ont déposé des blocs sans forme particulière plus ou moins fissurés, des bombes en croûte de pain, des ponces, des cendres… tous éléments faits du même trachyte à sanidine, biotite et pyroxène. Ces produits sont mélangés à une minorité de blocs arrachés au substratum pré-Chopine : basalte, fragments de socle… La présence de nombreux charbons de bois bien carbonisés montre que ces dépôts se sont faits à haute température. Il est possible qu'à ces dépôts contemporains de la première étape (formation du maar) s'ajoutent des dépôts issus de l'éboulement de la protrusion en croissance (2ème étape).

Cette éruption très explosive du Puy Chopine et toutes les nombreuses autres du Massif Central montrent que le volcanisme explosif (souvent associé à ce qui est appelé « volcan gris ») n'est pas cantonné aux zones de subduction, contrairement à ce qui est encore trop souvent proposé.

Il y a plus de 20 ans, lorsque la carrière du Puy de Lemptégy était en cours d'exploitation, on pouvait très bien étudier la constitution de ces dépôts trachytiques qui étaient toujours d'une excellente fraicheur, du fait de l'exploitation qui empêchait et/ou nettoyait tout recouvrement par de la boue, toute colonisation par les végétaux… Et on pouvait sans problème s'approcher du niveau trachytique dans telle ou telle partie de la carrière. Depuis l'arrêt de l'activité de la carrière, et comme l'exploitant actuel du "volcan à ciel ouvert" ne rafraichit plus le front de taille, celui-ci, inévitablement, se dégrade. Si on voit encore très bien localement la structure et la nature de ces dépôts, ce n'est plus vrai sur toute sa longueur. Contrairement aux niveaux constituant le Puy de Lemptégy sensu stricto , on peut beaucoup moins s'approcher de parties fraiches de ce niveau trachytique si on reste dans les sentiers "piétons", et on voit beaucoup moins bien les charbons de bois, du moins sur le trajet réservé aux visites à pied.

De plus, pendant la période de l'aménagement de la carrière et de ses environs pour les visites (autour de 1995), des chemins ont été ouverts, des tranchées ont été creusées, en particulier pour installer une barrière profondément "enracinée" dans le sol (pour éviter que des resquilleurs ne passent par dessous). Ces tranchées m'ont permis à l'époque de faire des observations permettant de prouver le caractère à forte composante horizontale dirigée (et non pas vertical) de l'arrivée de la nappe de débris, observation actuellement impossible.

Il est dommage que l'exploitant actuel ne rafraichisse plus ses fronts de tailles, ne permette plus l'accès très rapproché à certains points de ce niveau trachytique et n'élabore plus de telles tranchées ou fouilles, ce qui donnerait une valeur ajoutée certaine à la visite de la carrière, déjà fort intéressante avec ce qu'on voit des dépôts du Puy Chopine et des volcans strombolien sous-jacents.

Les photographies 1 à 6 ont été prises en 1979 pendant la phase d'exploitation de la carrière. Les photographies 6 à 10 ont été prises en 2013, et les photographies 11 à 15 ont été prises dans une tranchée ouverte pendant les travaux d'aménagement du site pour les visites vers 1995.

Figure 2. Niveau de recouvrement trachytique du Puy de Lemptégy, recouvrement issu du Puy Chopine lors d'éruptions à forte composante latérale (explosions latérales et/ou effondrement d'une colonne plinienne)

Niveau de recouvrement trachytique du Puy de Lemptégy, recouvrement issu du Puy Chopine lors d'éruptions à forte composante latérale (explosions latérales et/ou effondrement d'une colonne plinienne)

L'épaisseur de ce recouvrement trachytique est en général de 0,5 à 1 m et peut varier, par exemple, si ces déferlantes remplissent un trou préexistant comme ce devait être le cas dans ce secteur. Un morceau de charbon de bois est visible un peu à droite du centre de l'image.


 

Figure 3. Vue sur un fragment de charbon de bois situé vers la base de ce recouvrement trachytique, Puy de Lemptégy

Vue sur un fragment de charbon de bois situé vers la base de ce recouvrement trachytique, Puy de Lemptégy

La transformation d'anciens arbres en charbon de bois prouve que ces déferlantes trachytiques arrivaient sur le Puy de Lempétgy à haute température malgré un parcours de plus de 1000 m depuis le Puy Chopine. La présence de ces charbons de bois a permis de bien dater (méthode au 14C) la mise en place du recouvrement et du Puy Chopine : 9720 ±130  ans.

Le couteau suisse noir, à gauche, donne l'échelle.


Figure 4. Zoom sur un fragment de charbon de bois situé vers la base de ce recouvrement trachytique, Puy de Lemptégy

Zoom sur un fragment de charbon de bois situé vers la base de ce recouvrement trachytique, Puy de Lemptégy

La transformation d'anciens arbres en charbon de bois prouve que ces déferlantes trachytiques arrivaient sur le Puy de Lempétgy à haute température malgré un parcours de plus de 1000 m depuis le Puy Chopine. La présence de ces charbons de bois a permis de bien dater (méthode au 14C) la mise en place du recouvrement et du Puy Chopine : 9720 ±130  ans.

Le couteau suisse noir, à gauche, donne l'échelle.


Figure 5. Vue d'ensemble de la carrière du Puy de Lemptégy pendant sa phase d'exploitation

Vue d'ensemble de la carrière du Puy de Lemptégy pendant sa phase d'exploitation

Le recouvrement Chopine se voit particulièrement bien en haut du front de taille sous forme d'une couche claire de 0,5 à 1 m d'épaisseur.


Figure 6. Vues d'ensemble de la carrière du Puy de Lemptégy pendant sa phase d'exploitation

Vues d'ensemble de la carrière du Puy de Lemptégy pendant sa phase d'exploitation

Le recouvrement Chopine se voit particulièrement bien en haut du front de taille sous forme d'une couche claire de 0,5  m d'épaisseur.


Figure 7. Une partie du front de taille de la carrière du Puy de Lemptégy dans son état actuel (2013)

Une partie du front de taille de la carrière du Puy de Lemptégy dans son état actuel (2013)

Vingt-cinq ans de croissance végétale se voient très bien juste au-dessus du front de taille bien épargné par la colonisation végétale dans ce secteur. Le niveau de projection trachytique se voit très bien dans le haut du front de taille.


Figure 8. Une partie du front de taille en train de se dégrader (état en 2013)

Une partie du front de taille en train de se dégrader (état en 2013)

Sur la moitié gauche du front de taille, le niveau trachytique se voit bien. On distingue sa couleur très claire bien différente des altérites du dessus et du dessous, les différents blocs… Sur la moitié droite, ce niveau ce voit moins bien. Il commence à se faire recouvrir par de la terre végétale venue de plus haut, par de l'herbe… C'est ce que l'exploitant de la carrière devrait à tout prix éviter s'il souhaite que ce site garde tout son intérêt scientifique et pédagogique.


Figure 9. Zoom sur une partie du front de taille en train de se dégrader (état en 2013)

Zoom sur une partie du front de taille en train de se dégrader (état en 2013)

Sur la moitié gauche du front de taille, le niveau trachytique se voit bien. On distingue sa couleur très claire bien différente des altérites du dessus et du dessous, les différents blocs… Sur la moitié droite, ce niveau ce voit moins bien. Il commence à se faire recouvrir par de la terre végétale venue de plus haut, par de l'herbe… C'est ce que l'exploitant de la carrière devrait à tout prix éviter s'il souhaite que ce site garde tout son intérêt scientifique et pédagogique.


Figure 10. Détail des deux figures précédentes où l'on voit que le niveau pyroclastique trachytique peut contenir d'énormes blocs, Puy de Lemptégy

Détail des deux figures précédentes où l'on voit que le niveau pyroclastique trachytique peut contenir d'énormes blocs, Puy de Lemptégy

On voit, ici, un bloc dont la taille peut largement dépasser 50 cm, soit une masse pouvant atteindre une tonne. Cette masse située à plus d'1 km de lieu de l'explosion donne une idée de sa puissance.


Figure 11. Tranchée creusée vers 1995 pour la clôture du site qui va ouvrir aux touristes l'année suivante, Puy de Lemptégy

Tranchée creusée vers 1995 pour la clôture du site qui va ouvrir aux touristes l'année suivante, Puy de Lemptégy

Cette tranchée creusée à la limite de la concession de la carrière a une direction d'environ N15, c'est-à-dire qu'elle est approximativement dirigée vers le Puy Chopine, qui se trouve à N30°. Cette tranchée a atteint le niveau pyroclastique trachytique, que l'on voit plus ou moins bien selon les secteurs de la tranchée. Quand j'ai "visité" cette tranchée il y a plus de 20 ans, j'y ai découvert deux fragments de charbons de bois.


Figure 12. Morceau de bois dans la tranchée de ceinture du Puy de Lemptégy

Morceau de bois dans la tranchée de ceinture du Puy de Lemptégy

La tranchée a une direction N15 et l'on voit sur la photo que le morceau de bois est allongé avec un angle d'environ 10° par rapport à la tranchée. Ce morceau de bois est presque horizontal, c'est donc un petit tronc ou une branche couchée. Il a une direction N25, et est donc presque parfaitement aligné dans la direction du Puy Chopine. Les ramifications que l'on voit sur la moitié droite du morceau indiquent que la base de l'arbuste (ou de la branche) se trouve à gauche. L'arbuste a donc été couché en s'inclinant vers la droite dans une direction parfaitement opposée au Puy Chopine. À moins d'un hasard extraordinaire, on a là l'effet du souffle et du passage de la coulée pyroclastique venue du futur Puy Chopine, coulée pyroclastique qui couche (et carbonise) la végétation qui poussait sur les flancs et au pied du Puy de Lemptégy.


Figure 13. Morceau de bois carbonisé dans la tranchée de la figure précédente, Puy de Lemptégy

Morceau de bois carbonisé dans la tranchée de la figure précédente, Puy de Lemptégy

La tranchée a une direction N15 et l'on voit sur la photo que le morceau de bois est allongé avec un angle d'environ 10° par rapport à la tranchée. Ce morceau de bois est presque horizontal, c'est donc un petit tronc ou une branche couchée. Il a une direction N25, et est donc presque parfaitement aligné dans la direction du Puy Chopine. Les ramifications que l'on voit sur la moitié droite du morceau indiquent que la base de l'arbuste (ou de la branche) se trouve à gauche. L'arbuste a donc été couché en s'inclinant vers la droite dans une direction parfaitement opposée au Puy Chopine. À moins d'un hasard extraordinaire, on a là l'effet du souffle et du passage de la coulée pyroclastique venue du futur Puy Chopine, coulée pyroclastique qui couche (et carbonise) la végétation qui poussait sur les flancs et au pied du Puy de Lemptégy.




 

Figure 16. Vue 3d de la carrière du Puy de Lemptégy (à droite) et du Puy Chopine (à l'arrière-plan, au centre)

Vue 3d de la carrière du Puy de Lemptégy (à droite) et du Puy Chopine (à l'arrière-plan, au centre)

Entre la carrière de Lemptégy et le Puy Chopine, il reste ce qui ressemble à un volcan à cratère ordinaire, le Puy des Gouttes. Ce Puy des Gouttes correspond en fait à la moitié Sud d'un édifice "strombolien" ordinaire, la moitié Nord ayant été emportée par la formation du cratère d'explosion qui a précédé l'érection du Puy Chopine. Les deux traits jaunes correspondent (approximativement) à la position et à l'orientation des morceaux de bois des figures précédentes, presque parfaitement dirigés en direction du Puy Chopine. La flèche blanche localise le niveau pyroclastique trachytique visible sur les images 1 à 10.


Figure 17. Vue 3D sans et avec carte géologique du secteur du Puy Chopine et de son recouvrement pyroclastique

Vue 3D sans et avec carte géologique du secteur du Puy Chopine et de son recouvrement pyroclastique

Le Puy Chopine est représenté par la tache rouge. Le trait rouge représente la limite externe du recouvrement Chopine tel que l'a carté le BRGM. Les deux traits jaunes correspondent (approximativement) à la position et à l'orientation des morceaux de bois des figures précédentes, presque parfaitement dirigés en direction du Puy Chopine.


Figure 18. Localisation de la carrière du Puy de Lemptégy et de son "recouvrement Chopine"

Localisation de la carrière du Puy de Lemptégy et de son "recouvrement Chopine"

Figure 19. Image contemporaine de ce à quoi pouvait ressembler les explosions du Puy Chopine il y a 9720 ans, à la végétation près, Lascar (Chili)

Image contemporaine de ce à quoi pouvait ressembler les explosions du Puy Chopine il y a 9720 ans, à la végétation près, Lascar (Chili)

Cette éruption est celle du volcan Lascar qui a eu lieu en 1993 sur l'Altiplano chilien. Une journée de cette éruption est décrite (avec 41 photos) dans l'article L'éruption du Lascar (Chili), 19 avril 1993 : panaches pliniens et nuées ardentes .


Figure 20. Vue d'ensemble de la surface d'une coulée pyroclatique s'étant mise en place (à la suite de plusieurs explosions) en passant par la vallée située au centre de la photo et venant du volcan Paluweh (Indonésie) volcan situé dans les nuages en ce mois de février 2013

Vue d'ensemble de la surface d'une coulée pyroclatique s'étant mise en place (à la suite de plusieurs explosions) en passant par la vallée située au centre de la photo et venant du volcan Paluweh (Indonésie) volcan situé dans les nuages en ce mois de février 2013

Les derniers CDP (cournats de densité pyroclastiques) ayant constitué ce delta et sa surface tourmentée ne datent que de quelques jours lors de la prise de vue. Ce néo-delta mesure environ 500 m de gauche à droite. Le déroulement de cette éruption est détaillé dans Le dôme de lave du Paluweh (ou Rerombola, Indonsie) : mise en place, effondrements, nuées ardentes et autres courants de densité pyroclastiques .


Figure 21. Zoom sur le côté gauche de la coulée pyroclastique de la figure précédente, issue du volcan Paluweh (Indonésie)

Zoom sur le côté gauche de la coulée pyroclastique de la figure précédente, issue du volcan Paluweh (Indonésie)

Les CDP qui coulaient au fond de la vallée et le souffle qui les accompagnait ont effeuillé les arbres situés en dehors de leur trajet, mais ne les ont pas couchés. Les arbres qui devaient exister au fond de cette vallées ont dû être couchés et ensevelis, et doivent ressembler maintenant (en plus grand) à celui des figures 12 à 14.

Un film d'un tout petit CDP en cours de progression (le 16 décembre 2012) sur ce delta en cours d'élaboration est visible dans Le dôme de lave du Paluweh.... (juste après la figure 21). Le gros bloc de gauche (qui a la taille des arbres de la forêt) n'était pas là le 16 décembre 2012. Il a été mis en place entre ce 16 décembre 2012 et le 21 février 2013, date de prise de cette photo. La surface du " recouvrement Chopine" devait ressembler à ça (avec des blocs certes moins gros) il y a 9720 ans.