Mots clés : grenat, migmatite, Velay, granite

Quelques grenats du granite du Velay (Ardèche)

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

28/05/2018

Résumé

Des grenats de basse pression dans le granite du Velay, reliques anté-hercyniennes ou minéraux témoins de la migmatitisation tardi-hercynienne ?


Figure 1. Gros plans sur quelques grenats automorphes centimétriques dans un gneiss leptynitique en “enclave” dans le granite du Velay, Péreyres, Ardèche

Ces grenats sont très probablement des almandins [Fe3Al2(SiO4)3].


Figure 2. Gros plans sur quelques grenats automorphes centimétriques dans un gneiss leptynitique en “enclave” dans le granite du Velay, Péreyres, Ardèche

Ces grenats sont très probablement des almandins [Fe3Al2(SiO4)3].


Nous avons vu la semaine dernière des plages à grenat, résultant de l'érosion de roches métamorphiques (ou magmatiques) riches en grenat (cf. Les plages et les dunes riches en grenats de la côte namibienne , comme on en trouve par exemple sur l'ile de Groix (cf. Les glaucophanites de l'île de Groix ). Nous vous montrons cette semaine des grenats bien en place dans la roche où ils ont pris naissance.

Le granite du Velay est l'un des plus vastes massifs granitiques de France (80×100 km). C'est un granite d'anatexie, issu de la fusion partielle de la croûte continentale lors des phases tardives de l'orogenèse hercynienne (extension tardi-tectonique due à la relaxation gravitaire de la chaine). Il est daté de 297±16 Ma (Carbonifère terminal / Permien basal). C'est un granite migmatitique qui ne s'est que très peu déplacé par rapport à la zone de fusion partielle (accumulation quasi sur place et/ou faible déplacement des liquides de fusion). Ce granite contient souvent de la cordiérite (magmatique), ce qui indique une richesse du magma en aluminium, ainsi qu'une haute température - moyenne à basse pression (< 5 kbar = 0,5 GPa).

La notice de la carte géologique BRGM de Burzet au 1/50 000 décrit ainsi ce granite (extraits simplifiés et légèrement modifiés) :

γM Granite du Velay.

Il ne diffère des migmatites que par une abondance moindre des restites et par une structure plus isotrope. Son caractère le plus évident, signalé dès 1892 par M. Boule, est son hétérogénéité à toutes les échelles : faciès variés (on devrait parler de granites du Velay), présence de nombreuses enclaves, passage continuel à des migmatites, variations de granulométrie et de minéralogie… Généralement, la structure « migmatitique » peut disparaitre presque complètement (on passe alors au granite sensu stricto ) ; au contraire la structure peut conserver localement des caractères de la roche originelle. Seuls quelques indices permettent alors d'en avoir une idée : présence de porphyroblastes d'orthose en voie de résorption dans les liquides provenant des gneiss œillés, faciès hololeucocrate à grenats qui dérivent des leptynites.

Un vadémécum sur les notions de fusion partielle et de migmatites, sur les différents faciès de ces migmatites comme les restites et les mobilisats, sur leur géométrie… peut être consulté dans Les migmatites, témoins de la fusion partielle de la croûte continentale .

Nous vous présentons un affleurement de quelques mètres carrés situé sur la commune de Péreyres (Ardèche), où, sur ces quelques mètres carrés non altérés, on trouve du granite classique pour le Velay (isotrope et à grains fins), du gneiss “classique”, du gneiss œillé (métagranite porphyroïde probable), des leptynites (= gneiss clair) à grenats. On est dans un site où, comme le dit la notice ci-dessus, on conserve localement des caractères de la roche originelle. L'un de ces faciès contient de très beaux grenats de taille centimétrique, vraisemblablement de l'almandin [Fe3Al2(SiO4)3]. Rappelons que, contrairement à une idée très rependue (du fait de l'importance des éclogites dans les programmes de lycée et de l'apparition du grenat dans ces roches basiques seulement à haute pression), la présence de grenat ne signifie pas toujours haute pression (cf. Grenats fumeroliens, Puy de Menoyre,Menet (Cantal) ). Dans le cas du Velay, la présence abondante de cordiérite indique au contraire une pression moyenne à faible (< 5 kbar = 0,5 GPa, soit une profondeur < 15 km). Nous allons essayer, en regardant cet affleurement de près, d'établir les relations géométriques entre ces différents faciès, et d'établir une chronologie entre déformation(s), néoformation des minéraux métamorphiques, fusion partielle… Il faut avoir conscience que ces relations et cette chronologie ne sont basées que sur une observation rapide (20 minutes au maximum) de quelques mètres carrées d'affleurement “frais” entouré de roches beaucoup plus altérées, qui semblent, elles, majoritairement constituées du faciès classique du granite du Velay (granite isotrope clair, à grains assez fins, à cordiérite).

Si vous vous promenez cet été sur les communes de Burzet et de Péreyres, par exemple pour aller voir la cascade du Ray Pic (cf., par exemple, Quand des nodules de péridotite sont fracturés par la prismation des basaltes, coulée du Ray Pic, Burzet (Ardèche) ), les basaltes à péridotite (cf., par exemple, Les nodules péridotitiques "ordinaires" de la coulée basaltique du Ray Pic, Burzet (Ardèche) ), ou simplement pour voir si «  la montagne est aussi belle que le chantait Jean Ferrat  », musardez dans les sentiers de montagne. Des affleurements comme celui-ci vous y attendent. Admirez-les, photographiez-les, mais ne les dégradez pas !

Figure 3. Zoom arrière sur les grenats automorphes dans un gneiss leptynitique en “enclave” dans le granite du Velay

À gauche du gneiss clair à grenats, on voit du gneiss œillé, très probable métagranite porphyroïde. Noter la présence d'un unique grenat (en bas à gauche) dans ce gneiss œillé (voir détail figure 10). On peut noter que la schistosité/foliation semble avoir la même direction dans les deux roches.


Figure 4. Zoom arrière sur les grenats automorphes dans un gneiss leptynitique en “enclave” dans le granite du Velay

De droite à gauche, on distingue du gneiss “classique”, du gneiss œillé, la leptynite à grenats et, à gauche, altéré et de couleur “ocre”, ce qui ressemble au faciès classique du granite du Velay. Les 3/4 droits de la photo (affleurement “frais”) sont recoupés en haut et en bas par deux « filons » de granite isotrope à grain fin, faciès usuel du granite du Velay, auquel se raccorde le “filon” du bas.



Figure 6. Détail et interprétation de la partie haute du “filon” inférieur de granite isotrope à grains fins qui recoupe gneiss classique, gneiss œillé et leptynite à grenats

Si la direction de la schistosité semble la même dans la leptynite et les gneiss, cette schistosité semble recouper localement la limite gneiss-leptynite.



Figure 8. Grenat autour duquel se moule la schistosité/foliation de la leptynite

La déformation ayant engendré cette schistosité/foliation (ou du moins sa fin) est donc postérieure à la cristallisation des grenats.


Figure 9. Grenats autour desquels se moule la schistosité/foliation de la leptynite

La déformation ayant engendré cette schistosité/foliation (ou du moins sa fin) est donc postérieure à la cristallisation des grenats.


Figure 10. Grenat isolé au sein des gneiss œillés

La schistosité foliation se moule autour de ce grenat comme autour des trois porphyroblastes de feldspath situés juste en dessous à droite.

Localisation sur la figure 3.


Ces dix photographies posent le problème de l'origine de ces beaux grenats au sein d'un niveau de leptynite, ce niveau de leptynite faisant lui-même partie d'une “méga-enclave” de gneiss variés (gneiss classiques, gneiss œillés et leptynites) au sein du granite migmatitique du Velay. Les solutions proposées d'après les observations de terrain devront s'intégrer dans ce qu'on sait de l'histoire de la région. Dans ce secteur du Massif Central, la fusion crustale s'est faite il y a environ 300 Ma (indice “18” sur la carte géologique de France au 1/1 000 000) aux dépens d'une série métamorphique préexistante. Cette série métamorphique résultait des déformations et des enfouissements dus à la collision hercynienne (≈ 350 à 320 Ma). Les protolithes de cette série métamorphique étaient variés : roches sédimentaires paléozoïques et/ou protérozoïques, et nombreux granites maintenant devenus orthogneiss. Ces granites (maintenant orthogneiss) sont datés de 600 à 500 Ma (Protérozoïque terminal et Cambrien, indice “6” sur la carte géologique de France au 1/1 000 000).

Deux hypothèses extrêmes peuvent être proposées pour expliquer ce niveau de leptynite à grenats au sein de cette méga-enclave.

1— Gneiss classique, gneiss œillé et leptynite de la méga-enclave dériveraient du métamorphisme,respectivement, d'un granite classique, d'un granite porphyroïde et d'un filon aplo-pegmatitique à grenats (faciès assez classique). Le métamorphisme serait hercynien (≈ 350 à 320 Ma) et les granites et filons seraient protérozoïques à cambriens (≈ 600 à 500 Ma). La fusion partielle à 300 Ma n'aurait que peu modifié ces gneiss maintenant en enclave. Selon cette première hypothèse, ces grenats n'auraient donc rien à voir avec la fusion partielle tardi-hercynienne et avec le granite du Velay, qui n'aurait fait que les “capturer” au sein d'une grosse enclave qui les contenait déjà.

2— Cette méga-enclave, avant de se faire englober dans le granite du Velay, aurait subi les phases précoces de la fusion partielle. Le niveau de leptynite correspondrait à un mobilisat, accumulation locale du liquide de fusion. Cette poche de liquide aurait cristallisé en engendrant ces beaux grenats. Après cette fusion et cette cristallisation, ce qui allait devenir la méga-enclave aurait subi, à l'état solide, une déformation ductile à l'origine de la schistosité/foliation, déformation due par exemple à l'extension tardi-hercynienne ou à la mise en place du dôme granitique lui-même. Cette méga-enclave se serait ensuite fait englober par le magma granitique du Velay en cours de mise en place. Selon cette deuxième hypothèse, ces grenats seraient donc liés à la migmatitisation à l'origine du granite du Velay.

Pour trancher entre ces deux hypothèses extrêmes (des mécanismes mixtes et/ou intermédiaires peuvent exister) il faudrait étudier plus longuement cet affleurement, en chercher d'autres similaires dans le même secteur, étudier la chimie des grenats pour essayer de séparer grenats de pegmatite-aplite et grenats métamorphiques, dater ces grenats…

L'abondance de grenats (plus petits) dans des migmatites en places en bordure du massif granitique 12 km plus au Sud plaide pour la deuxième hypothèse.

Figure 11. Extrait de la carte géologique au 1/50 000 de Burzet

Le granite du Velay (rose intense) constitue la majorité de cet extrait de carte. Il est localement recouvert de roches volcaniques (bleu, marron, beige…) et contient des zones où l'on reconnait le protolithe incomplètement fondu, giga-enclaves assez grandes pour être cartées (points rouges superposés à de l'orange, du rose clair, du vert clair… et notées M, ζ…).


Figure 12. Extrait de la carte géologique de la France centré sur le massif granitique du Velay (noté “18” et entouré, ici, d'une ligne blanche)

Les giga-enclaves assez importantes pour être cartées à cette échelles sont notée “bk” pour les métasédiments, et “6” pour les métagranites. De rares granites encore plus récents (notés “19”) percent le granite du Velay.


Figure 13. Localisation en France de l'affleurement ardéchois à grenats


Mots clés : grenat, migmatite, Velay, granite