Stries de progression, thermométamorphisme, minéraux hydrothermaux…, les merveilles maintenant presque disparues des coulées du Puy de Gravenoire

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

20/06/2016

Résumé

Argiles cuites, stries de progression et sphérules de minéraux hydrothermaux sur les sites de Boisséjour (commune de Ceyrat) dans la banlieue de Clermont-Ferrand (Puy de Dôme).


Figure 1. Quatre aspects de la coulée du Puy de Gravenoire et de son substratum, Boisséjour, commune de Ceyrat dans la banlieue Sud-Ouest de Clermont-Ferrand, Puy de Dôme

Quatre aspects de la coulée du Puy de Gravenoire et de son substratum, Boisséjour, commune de Ceyrat dans la banlieue Sud-Ouest de Clermont-Ferrand, Puy de Dôme

a : vue générale d'un affleurement dans son état de 1981. En haut, la base de la coulée de basalte, en bas, le substratum argilo-sableux oligocène bien stratifié.

b : détail sur la limite supérieur du substratum de la coulée. On voit très nettement des stries dues à la progression de la coulée sur ce substratum sédimentaire.

c : détail d'un niveau argileux situé sous la coulée et partiellement transformé en "brique naturelle" par thermométamorphisme.

d : zoom sur des minéraux hydrothermaux ayant cristallisé dans des fissures affectant les argiles métamorphisées.


Les coulées basaltiques issues du Puy de Gravenoire au-dessus de Clermont-Ferrand ont historiquement fait couler beaucoup d'encre à cause des particularités pétrographiques, minéralogiques et structurales associées. Le Puy de Gravenoire est l'un des deux seuls volcans de la Chaine des Puys exactement situés sur la Faille de Limagne. Ses coulées se sont principalement épanchées sur les sédiments argilo-sableux oligocènes de Limagne. Ce substratum oligocène, quand il affleure, ne semble pas en place, mais est constitué d'une formation hétéroclite et chaotique remaniant les sédiments oligocènes. Les coulées passant sur cette formation y ont occasionné un thermométamorphisme ayant "cuit" les argiles et les ayant transformées en une espèce de brique naturelle plus ou moins indurée selon les endroits et improprement connue localement sous le nom de "porcelanite". Les fractures internes de ces argiles plus ou moins cuites sont fréquemment tapissées de minéraux hydrothermaux (zéolites ou espèces plus rares). Il a fallu attendre 1993 (et la publication par la Société Géologique de France d'un article d'Alain de Goer de Hervé et al. ) pour que soit interprétée la nature de ce substratum. Le Puy de Gravenoire date de 60 000 ans (datation par thermoluminescence), pendant la période glaciaire du Würm donc. Ce puy s'est construit sur l'escarpement topographique séparant le plateau des Dômes de la plaine de la Limagne, escarpement constitué de terrains oligocènes recouverts de dépôts de pentes, le tout étant gelé en permanence (permafrost). Les premières éruptions du Puy de Gravenoire (dont des explosions phréatomagmatiques) auraient ébranlé ce versant raide et auraient partiellement fait fondre ce permafrost, qui se serait mis en mouvement et aurait été transformé en « avalanche de débris » riches en eau. C'est sur cette avalanche de débris qu'auraient progressé les coulées de lave, déplaçant peut-être encore certains blocs, métamorphisant parfois les argiles et chauffant les eaux présentes initialement dans les éboulis et sédiments. Ces eaux chaudes ont été à l'origine d'un véritable hydrothermalisme permettant le dépôt des zéolites et/ou d'autres minéraux plus rares présents dans les fractures de la brique naturelle.

Nous vous avons déjà montré des argiles "cuites" sous une coulée de lave. Mais dans ces deux cas précédents, il s'agissait de métamorphisme de paléosols ou d'alluvions fluviatiles, et non pas de sédiments beaucoup plus anciens que les coulées, cf. Thermo-métamorphisme d'un paléosol par une coulée de lave, Bournac (Haute Loire) et Prismation dans des argiles cuites à la base d'une coulée de basalte, Marjallat (commune de Mazeyrat d'Allier, Haute Loire) .

Boisséjour est donc un site géologique exceptionnel ou plutôt deux sous-sites (l'affleurement de Boisséjour Haut et la carrière de Boisséjour Bas, 1200 m plus au Sud-Est), facilement visitables il y a 35 ans mais qui sont maintenant très difficiles à montrer à des élèves ou des étudiant : multiplication des propriétés privées et des lotissements résidentiels, abandon des anciennes carrières, colonisation par la végétation pour les terrains non encore urbanisés...

Nous vous présentons trois séries de photographies, prises en 1981-1983, en 1991 (ces deux premières séries correspondent aux scans de vieilles diapositives) et en 2013 dans les Hauts de Boisséjour, ainsi que des photographies d'échantillons collectés pendant ma jeunesse auvergnate dans une ancienne carrière située dans les Bas de Boisséjour (échantillons sans doute ramassés entre 1967 et 1973, et conservés depuis).

Un autre site très spectaculaire de thermométamorphisme était également visible dans l'agglomération clermontoise, en banlieue Nord (cf. Mini prismation d'argile cuite sous une coulée de lave ). Ce site a maintenant disparu, ce qui est, hélas, également l'avenir prévisible des affleurements décrits aujourd'hui.

Figure 2. Vue globale de l'affleurement dit des Hauts de Boisséjour tel qu'il était en 1981

Vue globale de l'affleurement dit des Hauts de Boisséjour tel qu'il était en 1981

Au deuxième plan, à l'arrière de la prairie et de gros blocs de basalte éboulés, on voit une petite falaise verticale, sombre au sommet (la coulée de basalte) et rose à jaune à la base (les sédiments oligocènes). La limite basalte/sédiments n'est absolument pas plane, la stratification des sédiments est variable d'un point de la falaise à un autre... C'est entre autres avec des observations de ce type que de Goer de Hervé et al. ont conclu que le substratum de la coulée était constitué d'une avalanche de débris et non pas par la série stratigraphique de Limagne "en place". De plus, à l'arrière de cette petite falaise, on voit une carrière de pouzzolane en train de se faire remblayer par des gravats, puis une autre carrière en train d'être colonisée par la végétation. La colline boisée de l'arrière-plan correspond au Puy de Gravenoire.


Figure 3. L'affleurement des Hauts de Boisséjour vu sous un autre angle en 1983

L'affleurement des Hauts de Boisséjour vu sous un autre angle en 1983

Le site commence à être envahi par la végétation.


Figure 4. Zoom sur la partie droite de l'affleurement des Hauts de Boisséjour

Zoom sur la partie droite de l'affleurement des Hauts de Boisséjour

Cette vue permet de voir la surface non horizontale de la limite basalte/sédiments, et la variabilité des pendages et de la nature des roches de ce substratum sédimentaire, qui semble être constitué de trois compartiments différents à gauche, au centre et à droite de la photo.


Figure 5. Zoom sur les deux compartiments sédimentaires les plus au Nord de l'affleurement des Hauts de Boisséjour

Zoom sur les deux compartiments sédimentaires les plus au Nord de l'affleurement des Hauts de Boisséjour

Le compartiment de gauche est constitué d'alternances de terrais jaunes plus ou moins clairs, roses ou rouge-brique. Je n'avais pas à l'époque (il y a 35 ans) fait des photos détaillées de ces différentes couches. Mais ce compartiment multicolore est le seul que l'on voit bien actuellement, et des photos détaillées (prises en 2013) sont montrées plus bas. Les différences de couleurs doivent correspondre à des différences de teneur en oxyde ferrique et à des différences de degré d'hydratation de ces oxydes de fer.

Le compartiment de droite montre des alternances sédimentaires différentes, et semble affectée par une faille normale.


Figure 6. Zoom sur les deux compartiments sédimentaires les plus au Nord de l'affleurement des Hauts de Boisséjour

Zoom sur les deux compartiments sédimentaires les plus au Nord de l'affleurement des Hauts de Boisséjour

Le compartiment de gauche est constitué d'alternances de terrais jaunes plus ou moins clairs, roses ou rouge-brique. Je n'avais pas à l'époque (il y a 35 ans) fait des photos détaillées de ces différentes couches. Mais ce compartiment multicolore est le seul que l'on voit bien actuellement, et des photos détaillées (prises en 2013) sont montrées plus bas. Les différences de couleurs doivent correspondre à des différences de teneur en oxyde ferrique et à des différences de degré d'hydratation de ces oxydes de fer.

Le compartiment de droite montre des alternances sédimentaires différentes, et semble affectée par une faille normale.


Figure 7. Zoom sur la faille normale du compartiment de droite

Zoom sur la faille normale du compartiment de droite

Cette faille n'est pas la seule et on en voit une autre plus à gauche avec un décalage apparent plus faible. Il est difficile de savoir à la vue de cette seule photo si ces failles sont dues à l'extension à l'origine de la Limagne (il y a 25 Ma) ou à des mouvements du bloc pendant l'avalanche de débris, il y a 60 000 ans. Ce compartiment faillé est actuellement totalement invisible (recouvert de terre et de ronces)...




En 1991, la végétation commençait à bien coloniser le site, mais on voyait encore beaucoup de détails. Sur un petit secteur, un mini éboulement avait fait tomber la base scoriacée de la coulée et mettait à l'affleurement, sur une vingtaine de centimètres de large, la surface de contact base scoriacée de la coulée / sédiments argilo-sableux oligocènes métamorphisés. Cette surface montrait de très belles stries, stries mécaniques faites par la progression de la coulée, dont la base scoriacée en train d'avancer "rayait" ces niveaux sédimentaires en train de se faire cuire.

Planet-Terre vous a déjà montré des stries mécaniques affectant des coulées de lave en train de progresser (cf. Stries de friction et de progression sur et dans les coulées de type aa ). C'est la première fois que nous vous montrons des stries affectant le substratum d'une coulée.

En 2013 (et 2016) il restait quelques portions de l'affleurement des Hauts de Boisséjour visibles et accessibles. On peut ainsi étudier de près la nature des différentes couches, et même ramasser au pied des affleurements des blocs naturellement détachés, et ainsi échantillonner sans dégrader ce qu'il reste de l'affleurement. On voit ainsi que la falaise est constituée d'alternances de sables absolument pas indurés, et d'argiles plus ou moins "cuites" et indurées. Cette dualité sables non transformés-indurés par le thermométamorphisme et argiles indurées et transformées par ce même thermométamorphisme illustre bien l'importance de la nature de la roche-mère sur le devenir d'une roche métamorphique. Chauffé quasiment à la pression atmosphérique et à quelques centaines de degrés, du sable ne se transforme quasiment pas (il en faudrait beaucoup plus pour qu'il devienne quartzite, voire qu'il fonde). Par contre des argiles portées aux mêmes conditions se transforment (déshydratation partielle des phyllosilicates…).

Figure 13. État actuel (en 2013) du site des Hauts de Boisséjour

État actuel (en 2013) du site des Hauts de Boisséjour

La seule partie d'affleurement visible sur cette photo correspond au centre de la figure 5, photographié 32 ans plus tôt. Et en 32 ans, la végétation progresse...


Figure 14. Alternances argilo-sableuses plus ou moins thermométamorphisées encore bien visible en 2013 (elles l'étaient encore en 2016)

Alternances argilo-sableuses plus ou moins thermométamorphisées encore bien visible en 2013 (elles l'étaient encore en 2016)

De haut en bas, on trouve du sable (rose claire), de l'argile plus ou moins transformée en briques (couleur brique justement) et des argiles plus ou moins sableuses ou marneuses dont la couleur varie de jaune à rose plus ou moins foncé.


Figure 15. Zoom sur les alternances argilo-sableuses plus ou moins thermométamorphisées encore bien visible en 2013 (et encore en 2016)

Zoom sur les alternances argilo-sableuses plus ou moins thermométamorphisées encore bien visible en 2013 (et encore en 2016)

De haut en bas, on trouve du sable (rose claire), de l'argile plus ou moins transformée en briques (couleur brique justement) et des argiles plus ou moins sableuses ou marneuses dont la couleur varie de jaune à rose plus ou moins foncé.


Figure 16. Détail sur la zone la plus argileuses transformée en "brique naturelle", improprement appelée "porcelanite" dans les vieux livres de géologie auvergnate

Détail sur la zone la plus argileuses transformée en "brique naturelle", improprement appelée "porcelanite" dans les vieux livres de géologie auvergnate

Cette "brique naturelle" est fracturée (rétraction due à la déshydratation et à la réduction de volume due au métamorphisme). Les fractures sont parfois plus ou moins remplies de dépôts blanchâtres.


Figure 17. Détail sur la zone la plus argileuses transformée en "brique naturelle", improprement appelée "porcelanite" dans les vieux livres de géologie auvergnate

Détail sur la zone la plus argileuses transformée en "brique naturelle", improprement appelée "porcelanite" dans les vieux livres de géologie auvergnate

Cette "brique naturelle" est fracturée (rétraction due à la déshydratation et à la réduction de volume due au métamorphisme). Les fractures sont parfois plus ou moins remplies de dépôts blanchâtres.


Figure 18. Niveau de sable qui n'a pas été induré par le thermométamorphisme, contrairement aux niveaux d'argile, site des Hauts de Boisséjour

Niveau de sable qui n'a pas été induré par le thermométamorphisme, contrairement aux niveaux d'argile, site des Hauts de Boisséjour

Cette non-transformation se voit bien même sur photo, parce que des hyménoptères solitaires y creusent leur terrier chaque année.


Figure 19. Zoom sur le niveau de sable qui n'a pas été induré par le thermométamorphisme, contrairement aux niveaux d'argile

Zoom sur le niveau de sable qui n'a pas été induré par le thermométamorphisme, contrairement aux niveaux d'argile

Cette non-transformation se voit bien même sur photo, parce que des hyménoptères solitaires y creusent leur terrier chaque année.


Figure 20.  Andrena cineraria , exemple d'abeille solitaire qui, ici, sort de son terrier creusé dans du sable meuble

Andrena cineraria, exemple d'abeille solitaire qui, ici, sort de son terrier creusé dans du sable meuble

Les terriers des figures précédentes sont dus à des insectes aux mœurs voisines.



Il n'y a maintenant presque plus d'affleurements accessibles de ces sédiments métamorphisés par les coulées du Puy de Gravenoire, hormis celui des figures précédentes et ce qu'il en reste. Mais au hasard des travaux comme des élargissements de rue, le creusement de fondations pour un nouveau lotissement, on peut encore faire de belles (mais transitoires) observations ou de belles trouvailles.

Et, avant les années 1980, une ancienne carrière sur le bord de l'ancienne route nationale entre Clermont-Ferrand et Ceyrat était célèbre pour ses minéraux hydrothermaux secondaires. Dans les années 1970, cette ancienne carrière servait de débarras/dépotoir/entrepôt d'un carrossier. Cette carrière existe encore (punaise ou astérisque jaune sur les figures de localisation, mais bien dégradée. Elle est aujourd'hui incluse dans le terrain d'un concessionnaire Citroën, et n'est pas librement accessible. D'après ce qu'on peut en voir depuis la rue, il semblerait que seul le basalte de la coulée affleure encore, et que les sédiments sous-jacents soient complètement recouverts et/ou masqués. Entre 1967 et 1973 (pendant les week-ends de mes études en lycée et en 1er cycle universitaire), j'ai échantillonné dans cette ancienne carrière (et dans d'autres affleurements locaux) et j'en ai gardé plusieurs échantillons. Les fissures de ces argiles cuites sont en effet parfois tapissées de minéraux secondaires blancs, déposés par des eaux chaudes (liquide ou vapeur) ayant circulé dans ces sédiments en cours de métamorphisme et dans leurs fractures. Il pouvait s'agir soit d'eau météorique (eau liquide, ou plutôt glace imbibant ces sédiments il y a 60 000 ans), soit d'eau métamorphique obtenue lors de la transformation des argiles en silicates moins hydratés. Ces minéraux blancs pourraient être des minéraux de la famille des zéolites, mais aussi d'autres minéraux plus rares comme de l'hydrocalumite, de l'ettringite, de la thaumasite, de l'afwillite…

À cause de ces minéraux rares, cette carrière était célèbre dans le petit cercle de la minéralogie mondiale. Il suffit de taper "Boisséjour minéral" sur un moteur de recherche pour tomber sur Mindat, une des banques de données minéralogiques les plus complètes du web, http://www.mindat.org/loc-63178.html. On ne peut alors que regretter ce que sont devenus ces sites, devenir assez caractéristique du non attachement des pouvoirs publics français à notre patrimoine géologique. La France sait (à juste titre) protéger-conserver des biotopes où vivent des espèces rares. Elle ne sait que très peu faire la même chose pour des sites abritant des espèces minéralogiques ou paléontologiques rares !

Nous vous présentons ici sept photographies (prises en 2016) de quatre de ces échantillons ramassés il y a environ 45 ans dans cette carrière (déjà abandonnée à l'époque) dans les Bas de Boisséjour.



Figure 24. Vue d'ensemble d'un échantillon particulièrement riche en fractures et mini-géodes tapissées de dépôts hydrothermaux blancs

Vue d'ensemble d'un échantillon particulièrement riche en fractures et mini-géodes tapissées de dépôts hydrothermaux blancs

La géode située au centre droit de l'échantillon, et zoomée sur la figure suivante, contient des structures qui ne sont pas sans rappeler des excentriques (cf. Les excentriques, des concrétions spéléologiques bien étranges ), ancienne carrière des Bas de Boisséjour.


Figure 25. Zoom sur un échantillon particulièrement riche en fractures et mini-géodes tapissées de dépôts hydrothermaux blancs

Zoom sur un échantillon particulièrement riche en fractures et mini-géodes tapissées de dépôts hydrothermaux blancs

La géode situéeplus ou moins centrale (zoom de l'image précédente) contient des structures qui ne sont pas sans rappeler des excentriques (cf. Les excentriques, des concrétions spéléologiques bien étranges ), ancienne carrière des Bas de Boisséjour.


Figure 26. Échantillon dont une paroi (correspondant à une ancienne fracture) est tapissée de sphérules de minéraux hydrothermaux

Échantillon dont une paroi (correspondant à une ancienne fracture) est tapissée de sphérules de minéraux hydrothermaux

Chaque sphérule mesure environ 2 mm de diamètre et est constituée d'un minéral blanc en forme d'aiguilles rayonnant à partir d'un centre. Ces aiguilles blanches ressemblent beaucoup à de l'ettringite (Ca6Al2(SO4)3(OH)12, 26H2O) ou à de la thaumasite (Ca3(SO4)[Si(OH)6](CO3), 12H2O), ancienne carrière des Bas de Boisséjour.


Figure 27. Zoom sur la paroi (correspondant à une ancienne fracture) tapissée de sphérules de minéraux hydrothermaux

Zoom sur la paroi (correspondant à une ancienne fracture) tapissée de sphérules de minéraux hydrothermaux

Chaque sphérule mesure environ 2 mm de diamètre et est constituée d'un minéral blanc en forme d'aiguilles rayonnant à partir d'un centre. Ces aiguilles blanches ressemblent beaucoup à de l'ettringite (Ca6Al2(SO4)3(OH)12, 26H2O) ou à de la thaumasite (Ca3(SO4)[Si(OH)6](CO3), 12H2O), ancienne carrière des Bas de Boisséjour.


Figure 28. Zoom sur sur les sphérules de minéraux hydrothermaux tapissant la paroi correspondant à une ancienne fracture

Zoom sur sur les sphérules de minéraux hydrothermaux tapissant la paroi correspondant à une ancienne fracture

Chaque sphérule mesure environ 2 mm de diamètre et est constituée d'un minéral blanc en forme d'aiguilles rayonnant à partir d'un centre. Ces aiguilles blanches ressemblent beaucoup à de l'ettringite (Ca6Al2(SO4)3(OH)12, 26H2O) ou à de la thaumasite (Ca3(SO4)[Si(OH)6](CO3), 12H2O), ancienne carrière des Bas de Boisséjour.


Figure 29. Vue aérienne et vue avec carte géologique de la banlieue Sud-Ouest de Clermont-Ferrand

Vue aérienne et vue avec carte géologique de la banlieue Sud-Ouest de Clermont-Ferrand

La croix bleue correspond au Puy de Gravenoire, la punaise rouge à l'affleurement des Hauts de Boisséjour, et la punaise jaune à l'ancienne carrière des Bas de Boisséjour d'où proviennent les échantillons ci-dessus. Les coulées issues du Puy de Gravenoire traversent le champ de l'image et de la carte d'Ouest en Est, jusqu'au Nord de la commune d'Aubière.


Figure 30. Extrait de la carte géologique BRGM de Clermont-Ferrand au 1/50 000

Extrait de la carte géologique BRGM de Clermont-Ferrand au 1/50 000

La croix bleue correspond au Puy de Gravenoire, la croix rouge à l'affleurement des Hauts de Boisséjour, et l'astérisque jaune à l'ancienne carrière d'où proviennent les échantillons montrés ci-dessus. Les coulées issues du Puy de Gravenoire traversent le champ de la carte d'Ouest en Est, jusqu'au Nord de la commune d'Aubière en particulier sur le plateau des Cézeaux où est située l'Université de Clermont-Ferrand.


Figure 31. Carte géologique thématique centrée sur le Puy de Gravenoire et ses coulées

Carte géologique thématique centrée sur le Puy de Gravenoire et ses coulées

La croix rouge indique l'affleurement des Hauts de Boisséjour, et l'astérisque jaune à l'ancienne carrière d'où proviennent les échantillons montrés ci-dessus. Les coulées issues du Puy de Gravenoire traversent le champ de l'image et de la carte d'Ouest en Est en recouvrant l'avalanche de débris (en noir), jusqu'au Nord de la commune d'Aubière en particulier sur le plateau des Cézeaux où est située l'Université de Clermont-Ferrand.