Anatexie en conditions de (sub-)surface : les murs vitrifiés du camp de Péran et autres phénomènes anthropiques ou naturels

Source - © 2013 Gilbert Crevola

Figure 1. Portion de mur vitrifié constitué de blocs de granite s.l. et de quartz soudés par du verre bulleux, camp de Péran (Côtes d'Armor)

Les forts vitrifiés, ou murs vitrifiés, sont des vestiges d'enceintes fortifiées dont les plus vieux pourraient dater de l'âge du fer, constituées de blocs de roches soudés par un verre résultant de la fusion de la périphérie de ces blocs et/ou d'un amalgame interstitiel (fondant, arène granitique ?). Il en existe plus d'une centaine en Europe occidentale, particulièrement en France et en Écosse. Le fort de Péran, ou camp de Péran, situé sur la commune de Plédran, au Sud de Saint-Brieuc (Côtes d'Armor), est le mieux conservé des forts vitrifiés français. Présenté souvent comme un fort viking, son âge reste en fait controversé. Facile d'accès, de forme ellipsoïdale (134 x 110 m), il présente les vestiges d'une double enceinte. Plusieurs portions de murs vitrifiés, dégagées de leur couverture végétale, composées de roches variées soudées par "vitrification", peuvent y être observées.

Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 2. Reste de mur vitrifié, dégagé de sa couverture végétale  Le mur est fait d'une agglomération de blocs décimétriques de granite s.l. (couleur grise) et de quartz (couleur blanche) soudés par un verre sombre abondant.	Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 3. Portion de mur vitrifié, composé ici surtout de blocs de granite s.l. soudés par du verre bulleux À droite, le verre sombre présente des bulles atteignant le centimètre. En haut, à droite, la roche devenue bulleuse, présente un aspect boursouflé qui rappelle les laves cordées.
Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 4. Portion de mur vitrifié composé de blocs de quartz et de granite s.l. en voie de fusion Les quartz gardent leur forme anguleuse et ne sont pas affectés par la fusion, alors que les blocs de granite s.l. deviennent bulleux.	Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 5. Portion de mur vitrifié composé de blocs de quartz et de granite s.l.

Les études archéologiques ont montré que la vitrification était obtenue par la combustion d'un appareillage de poutres de bois qui arment les murs, de type murus gallicus. Cependant, son caractère intentionnel, en tant que procédé de construction pour une plus grande solidité des murs ou accidentel par incendie, de même que ses modalités de mise en œuvre restent débattus. Si des expérimentations de laboratoire ont permis d'atteindre la fusion, d'autres en vraie grandeur sur des murs reconstitués ont échoué.

L'intérêt géologique des forts vitrifiés réside dans l'observation de la fusion progressive des divers types de roches, sorte d'anatexie expérimentale spectaculaire, d'origine anthropique. Ce phénomène reconnu dans diverses enceintes fortifiées, avait retenu l'attention des pétrographes dès la fin du XIX^ème siècle. Les travaux que Gabriel Auguste Daubrée (1881) puis Alfred Lacroix (1898) ont consacrés aux forts vitrifiés, et au camp de Péran en particulier, restent, malgré leur ancienneté, des travaux de référence pour la problématique des murs vitrifiés. Ils intervenaient à une époque marquée par le débat sur l'origine du granite : le transformisme, c'est-à-dire sa formation à l'état solide, étant opposé au magmatisme, c'est-à-dire sa cristallisation à partir d'un liquide silicaté. De plus, cette fusion artificielle pouvait être rapprochée de celle, naturelle, que présentent les enclaves de socle granitique ou métamorphique ramonées par les laves, que Lacroix avait étudiées antérieurement. Cet auteur montre en 1898 l'intérêt des études sur les forts vitrifiés en ces termes : « Indépendamment de l'intérêt archéologique que présentent ces forts vitrifiés, leur étude soulève diverses questions minéralogiques qui méritent un intérêt attentif. Quel que soit le procédé employé pour leur construction, ils sont constitués par des roches qui ont été amenées à la température de fusion d'une partie au moins de leurs éléments, puis ont été refroidis lentement. Le minéralogiste trouve donc là de véritables expériences synthétiques, effectuées sur un cube considérable de matériaux, et par suite plus démonstratives que les opérations de laboratoire qui ne peuvent être faites que sur une faible quantité de matière ».

Les roches qui constituent les murs du camp de Péran sont d'origine locale. Les divers granitoïdes de Ploufragan, sur lesquels est bâti le camp, de composition granodioritique à tonalitique, et les quartz blancs filoniens sont les roches les plus utilisées. Mais on trouve aussi quelques blocs de gneiss, provenant des enclaves des granitoïdes, et quelques blocs de dolérite filonienne.

Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 6. Divers aspects de le la fusion du granite s.l. Le verre bulleux disséminé dans la roche traduit l'exsudation d'un liquide de fusion à partir du granite s.l..	Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 7. Fragments de granite s.l., dilacéré, au sein d'une matrice de granite s.l. à divers stades de fusion
Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 8. Fragments de quartz blancs dilacérés et injectés par du granite s.l.bulleux passant à du verre bulleux sombre	Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 9. Fractures injectées par du verre sombre dans un bloc de quartz à patine rose Cette disposition montre la mobilité du verre de fusion.
Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 10. Portion de mur à blocs de quartz prédominants, soudés par un verre à bulles étirées	Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 11. Verre à bulles étirées

Les diverses roches montrent une fusion partielle plus ou moins avancée suivant leur nature originelle et, sans doute aussi, leur position par rapport aux foyers. Les deux principaux types de roches vont se comporter différemment. Les quartz blancs gardent leur forme anguleuse et ne sont pas affectés par la fusion ou tout au moins, ils ne fondent qu'à des températures bien supérieures à celles atteintes localement. On peut les rapprocher des restites des migmatites, roches réfractaires à l'anatexie. En conditions de surface, un "granite sec" fond vers 950°C et un "granite hydraté" vers 900°C, alors que le quartz pur ne fond qu'à partir d'environ 1700°C.

L'observation des murs vitrifiés montre que les granitoïdes deviennent d'abord poreux, puis évanescent et bulleux. Dans un stade plus avancé de fusion, la roche devient pâteuse et montre une véritable "ébullition" par vaporisation de l'eau interstitielle ou des minéraux hydroxylés comme les micas. Le verre bulleux de couleur noire, par sa dissémination dans la roche, traduit l'exsudation du liquide de fusion. Par son aspect boursouflé, il rappelle les scories volcaniques ou les scories de fonderies. Il montre une certaine mobilité, s'insinuant entre les blocs ou dans leurs fissures, présentant des figures de flux, avec des bulles étirées.

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Figure 12. Échantillon de gneiss montrant des lits de verre bulleux disposés parallèlement au litage de la roche

Cet échantillon remarquable, rappelle les migmatites « lit par lit ». Le refroidissement est relativement rapide ici, alors que dans les migmatites le leucosome a cristallisé lentement.

Certains échantillons de gneiss permettent d'observer une fusion lit par lit. La roche devenue poreuse et d'aspect saccharoïde montre l'apparition d'un verre sombre à microbulles disposé en lits réguliers épais de quelques millimètres, parallèlement à la foliation originelle. Cette structuration remarquable rappelle celle des classiques migmatites « lit par lit ». Elle peut être interprétée de la même façon, à savoir une fusion affectant des lits à composition favorable, avec éventuellement un apport de matière à partir des lits voisins, pour donner les "leucosomes". Les dolérites montrent, selon Lacroix, une fusion progressive en plusieurs stades, distincts par la proportion du verre.

Daubrée et Lacroix ont observé, dans les verres de fusion, la cristallisation de néominéraux particuliers, aciculaires ou dendritiques, distincts de ceux banals des roches ayant subi la fusion. De tels minéraux particuliers sont aussi observés dans les verres de fusion des enclaves de socle des laves, appelées buchites. Ces observations montraient que dans les roches magmatiques ou métamorphiques, les types d'assemblages minéralogiques dépendent des conditions physiques de cristallisation, résultat important pour l'époque.

Ces observations anciennes mettaient en évidence la fusion partielle de roches variées dans les conditions de la surface, mais sans contrôle de la température ou de la teneur en eau. Si elles venaient à l'appui des théories magmatistes, elles n'étaient pas directement transposables à la genèse des roches magmatiques qui s'effectue en profondeur. Il faudra attendre les années 1950 et 1960 pour que des expériences représentatives de phénomènes pétrogénétiques crustaux, avec contrôle des paramètres physiques, soient réalisées. Les travaux de Tuttle et Bowen (1958) et ceux de Winkler (1957) ont permis de préciser les conditions physiques de l'anatexie crustale et ont mis fin à la controverse du granite, qui était toujours vivace, en établissant définitivement son origine magmatique. Ces travaux expérimentaux fournissent aux archéologues des données assez précises sur les températures nécessaires à un début de fusion, pour les divers types de roches, en fonction de leur teneur en eau. Le camp de Péran permet d'examiner la fusion d'au moins trois types de roches différentes. Avec saturation d'eau, la fusion des gneiss peut être obtenue entre 850 et 900°C, celle des granodiorites et tonalites entre 950 et 1050°C, celle des dolérites entre 1050 et 1100°C. Ces températures étant correctement estimées, il reste à déterminer quel procédé permettra leur obtention et leur maintien pour arriver à la vitrification et à la soudure.

« Pour ramollir une roche aussi réfractaire que le granite, pour fondre son mica et quelquefois même son feldspath, sur des épaisseurs de plusieurs mètres, il a fallu une intention formelle, et en outre cette volonté a dû être servie par des efforts habiles et prolongés, ainsi que par une quantité considérable de combustible », (Daubrée, 1881).

Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 13. Portion de murus gallicus reconstitué à Péran par le Centre des Monuments Historiques Les murus gallicus, ou murs gaulois, décrits par Jules César dans la Guerre des Gaules, sont des remparts faits d'un empilement de blocs de roches rigidifié par un entrecroisement de poutres de bois. On comparera cette reconstitution avec le mur vitrifié présenté sur la figure 2.

Source - © 2013 Gilbert Crevola Figure 14. Vue d'ensemble du murus gallicus du camp de Péran, reconstitué par le Centre des Monuments Historiques Les murus gallicus, ou murs gaulois, décrits par Jules César dans la Guerre des Gaules, sont des remparts faits d'un empilement de blocs de roches rigidifié par un entrecroisement de poutres de bois.

Source - © 2013 IGN / Géoportail Figure 15. Vue aérienne du camp de Péran, Plédran (Côtes d'Armor) Le camp de Péran, indiqué sur les cartes topographiques, est situé à 5 km au Sud de Saint Brieuc, un peu au Sud de l'échangeur de la double voie D700 avec la D10.

Source - © 2013 IGN / Géoportail Figure 16. Localisation du camp de Péran sur carte topographique Le camp de Péran, indiqué sur cette carte topographique, est situé à 5 km au Sud de Saint Brieuc, un peu au Sud de l'échangeur de la double voie D700 avec la D10.