Image de la semaine | 14/01/2019
Les ophiolites en 180 photos – 2/7 Les gabbros
14/01/2019
Résumé
Les gabbros ophiolitiques : gabbros lités à chenaux, stratifications obliques et plis, gabbros isotropes à grains fins ou grossiers, présence de wehrlites et plagiogranites.
Avant-propos
Le but de cette série de sept “images de la semaine“ n'est pas d'expliquer la genèse de la lithosphère océanique, ni la mise en place des ophiolites sur les continents, ni la géologie précise des ophiolites prises en exemple, mais simplement d'être un album d'environ 180 photos (un clin d'œil au concours Ma thèse en 180 secondes), une banque de données photographiques que chacun pourra utiliser pour illustrer/démontrer ses propos. Ces images montreront divers aspects de divers cortèges ophiolitiques, ophiolites “complètes” car issues de dorsales rapides, ou beaucoup plus “réduites” car issues de dorsales lentes. Il s'agira uniquement de photos prises sur le terrain, sans photo de lame mince, sans diagramme, sans analyse chimique… On se limitera à ce qui découle de l'histoire océanique de l'ophiolite, sans aborder ce qui est lié aux phénomènes de subduction/obduction/collision. Cet album photo comporte sept semaines/chapitres : (1) le manteau, (2) les gabbros, (3) le cortège filonien, (4) les basaltes en coussins (pillow lavas), les coulées et les sédiments, (5) le Moho, (6) l'extension spatiale et temporelle du magmatisme, et (7) l'hydrothermalisme. Un schéma des deux types d'ophiolites sera placé à la fin de chaque article, pour que chacun puisse (1) situer les divers objets photographiés dans le(s) modèle(s), et (2) comparer réalité naturelle et modèles. Le choix des photos est forcément subjectif, intersection entre ce que je connais personnellement et ce que je pense utile à tout un chacun selon ses besoins, pour que les ophiolites ne soient pas réduites ou à un (des) modèle(s) théorique(s) ou au seul Chenaillet pour les plus chanceux qui peuvent y aller.
Sauf pour les ophiolites “françaises” (les Alpes et la Désirade en Guadeloupe), toutes les photographies de ces articles ont été prises lors d'excursions géologiques organisées par le Centre briançonnais de géologie alpine (CBGA) et encadrées par Romain Bousquet (Université de Kiel) pour Chypre, par Jean Pierre Bouillin (Université de Grenoble) pour l'ile d'Elbe, par Emmanuel Ball (Université de Montpellier) ou Aymond Baud (Université de Lausanne) pour l'Oman, et par Thierry Juteau (Université de Brest) pour la Turquie. Sans eux, je n'aurais jamais pu prendre ni commenter ces 180 photographies.
Source - © 1997 Pierre Thomas
Figure 1. Affleurement de gabbros lités au fond du lit du wadi Haylayn, ophiolite d'Oman
On voit très bien les alternances décimétriques de lits sombres riches en pyroxènes et de lits clairs riches en plagioclases. Sur la gauche, on voit une masse sombre de wehrlite, roche ultra-basique formée d'olivine et de clinopyroxène. Cette masse de wehrlite est traversée par des filons de gabbro.
La croute océanique “magmatique” fabriquée au niveau des dorsales rapides comprend classiquement trois “couches” entre le Moho et la base des sédiments, comme l'ont montré les études sismiques, les études en submersibles, les forages et les études des ophiolites. De bas en haut, on trouve (1) une couche de gabbros d'une épaisseur de 2 à 3 km, gabbros à plagioclases et pyroxènes (et rarement olivine), objet de cet article, (2) une couche de filons basiques de 2 à 3 km d'épaisseur, connue sous le nom de « cortège filonien », objet de l'article de la semaine prochaine, et (3) une couche de basaltes, d'une épaisseur de 0,5 à 2 km, souvent (mais pas que) en coussins (pillow lavas), objet de l'article de dans deux semaines.
La couche de gabbros, si on simplifie beaucoup, comprend deux niveaux presque toujours présents, et un troisième existant de manière plus localisée dans la partie supérieure. En bas, les gabbros sont en général lités, en haut, ils sont en général isotropes. Et surmontant ou intrudant ces gabbros isotropes, on trouve parfois des plagiogranites (roches grenues à quartz, plagioclases calciques et jamais de feldpaths potassiques).
La genèse des gabbros lités m'avait posé de nombreux problèmes quand j'étais étudiant (en 1974-1976). Ceux qui parlaient de tectonique des plaques (ce qui n'était pas encore le cas de tous les enseignants) décrivaient une série de différenciation, avec cristallisation et “sédimentation” de ferromagnésiens (surtout des pyroxènes), enrichissement du liquide résiduel en silice, puis cristallisation et “sédimentation” de feldspaths. Ainsi se formerait un lit double pyroxène + plagio, d'une épaisseur statistiquement décimétrique. Puis survenait une nouvelle arrivée de magma basique, et le phénomène se reproduisait. Le problème qui me perturbait à l'époque, c'est que, pour fabriquer 2000 m de gabbros lités (chaque lit ayant en moyenne 10 cm d'épaisseur), il fallait 20 000 réinjections de magma. Je trouvais ce scénario assez peu vraisemblable. Le problème de l'origine du litage est en effet difficile, et non encore complètement résolu. Les études, tant théoriques que de terrain, ont permis de proposer plusieurs origines, dont un groupe d'hypothèses génétiques, obéissant à une même logique même s'il y a des différences dans le détail. Le réservoir magmatique situé entre le Moho et la base du complexe filonien est rempli par une bouillie cristalline faite de cristaux en suspension dans du magma. L'ensemble doit être plus ou moins agité par des mouvements de convection (à l'état liquide), convection liquide qui, bien sûr, n'a rien à voir avec la convection à l'état solide du manteau. Du nouveau magma arrive dans la chambre par le bas, principalement au centre de la structure. Les cristaux se forment surtout là où la température est la plus basse, au toit et sur les parois latérales du réservoir. Les cristaux s'accumulent donc dans ces zones froides qui dominent le fond du réservoir. Passé un certain volume et une certaine masse, cette accumulation de cristaux s'effondre et s'écoule vers le bas du réservoir, un peu à la manière d'un courant de turbidité sur une pente sous-marine. Ces “courants de turbitité” magmatiques peuvent éroder les couches sous-jacentes et créer des mini-discordances. Arrivée en bas, cette suspension se dépose, en commençant par les pyroxènes plus denses et en terminant par les plagioclases. Comme pour des sédiments progradant sur une pente, ces couches de gabbro peuvent se déposer avec un certain pendage. Ces couches de cumulats cristallins nouvellement formées sont encore très chaudes et très ductiles. Elles peuvent encore se déplacer vers le bas, à la manière d'un slump (pli de glissement gravitaire), et former de beaux plis. Nous vous montrons 13 images illustrant tout ce qui a servi à bâtir ce modèle : couches parallèles, biseaux, chenaux d'érosion, plis (slumps), discordances… On ne s'attend pas toujours à trouver de telles figures dans des roches magmatiques grenues !
 Source - © 1997 Pierre Thomas Figure 2. Zoom sur les gabbros lités de la figure 1, wadi Haylayn, ophiolite d'Oman Ici, les couches parallèles dominent. |  Source - © 1997 Pierre Thomas Figure 3. Zoom sur les gabbros lités de la figure 1, wadi Haylayn, ophiolite d'Oman Ici, les couches parallèles dominent. |
 Source - © 1997 Pierre Thomas Figure 4. Gabbros lités du wadi Haylayn, ophiolite d'Oman La deuxième couche sombre en partant du bas montre un très beau biseau. | |
 Source - © 2016 Pierre Thomas Figure 5. Figures d'érosion et de chenalisation dans des gabbros lités du wadi Bani Kharus, Oman La couche claire au centre de l'image remplit un “chenal” creusé dans la couche sombre (riche en pyroxènes) immédiatement sous-jacente. Vue de près, les cristaux individuels sont bien visibles. |  Source - © 2016 Pierre Thomas Figure 6. Figures d'érosion et de chenalisation dans des gabbros lités du wadi Bani Kharus, Oman La couche claire au centre de l'image remplit un “chenal” creusé dans la couche sombre (riche en pyroxènes) immédiatement sous-jacente. Vue de près, les cristaux individuels sont bien visibles. |
Source - © 1980 Thierry Juteau
Source - © 1997 Pierre Thomas
 Source - © 2016 Pierre Thomas Figure 9. Gabbros lités affectés par de beaux plis, wadi Bani Kharus, Oman Ces plis (slumps probables) se sont formés quand les couches de gabbros étaient encore chaudes et très déformables. | |
 Source - © 2016 Pierre Thomas Figure 10. Zoom sur ces gabbros lités affectés par de beaux plis, wadi Bani Kharus, Oman Ces plis (slumps probables) se sont formés quand les couches de gabbros étaient encore chaudes et très déformables. |  Source - © 2016 Pierre Thomas Figure 11. Zoom sur des plis de ces gabbros lité affectés par de beaux plis, wadi Bani Kharus, Oman Ces plis (slumps probables) se sont formés quand les couches de gabbros étaient encore chaudes et très déformables. |
Source - © 1997 Pierre Thomas
 Source - © 1997 Pierre Thomas |  Source - © 1997 Pierre Thomas |
La partie supérieure de la couche de gabbros des ophiolites issues de dorsales rapides est en général constituée de gabbros isotropes (non lités). Aucun phénomène d'avalanche n'y a eu lieu. Ces gabbros sont souvent altérés en boules, comme les granites, les basaltes, les grès… Dans le cas des gabbros (et des basaltes), des diaclases courbes voire sphériques dues au refroidissement aident à engendrer des boules sphériques. La taille des cristaux de ces gabbros est très variables, du millimètre à plusieurs centimètres. C'est surtout la teneur en eau du magma qui conditionne la taille des cristaux.
 Source - © 2018 Pierre Thomas | |
 Source - © 2018 Pierre Thomas |  Source - © 2018 Pierre Thomas |
 Source - © 1997 Pierre Thomas Figure 18. Gabbro à grains fins dans l'ophiolite d'Oman La pièce de 5 centimes (de Franc, on est en 1997) donne l'échelle. |  Source - © 1997 Pierre Thomas Figure 19. Gabbro à grains grossiers dans l'ophiolite d'Oman La pièce de 5 centimes (de Franc, on est en 1997) donne l'échelle. |
 Source - © 2018 Pierre Baly Cela montre qu'il n'y a pas que la vitesse de refroidissement qui conditionne la taille des cristaux, mais que d'autres facteurs, comme la teneur en eau du magma, interviennent. |  Source - © 2018 Pierre Baly Cela montre qu'il n'y a pas que la vitesse de refroidissement qui conditionne la taille des cristaux, mais que d'autres facteurs, comme la teneur en eau du magma, interviennent. |
Souvent, on trouve de nombreux niveaux de plagiogranite au sommet de la couche de gabbros, juste sous le cortège filonien. Il s'agit soit de petits corps aux limites assez floues, soit de petites intrusions aux bords nets, le plus souvent intrusifs dans les gabbros isotropes. Ces plagiogranites sont constitués de plagioclases, de quartz, et de silicates riches en eau et en calcium, comme des amphiboles, des épidotes. Il y a un débat pour savoir si ces amphiboles et épidotes proviennent d'une hydratation métamorphique d'un plagiogranite déjà solide, ou s'il s'agit de la cristallisation de silicates hydratés à partir d'un magma saturé en eau. Les deux situations peuvent exister suivant les contextes.
L'origine de ces plagiogranites peut être double, et cela dépend aussi des situations : soit il s'agit d'une différenciation magmatique “ultime” au sein des gabbros isotropes, soit il s'agit d'une refusion partielle d'une roche basique (basalte ou gabbro) très altérée et très riche en eau, par le passage d'un magma basique très chaud au voisinage. Nous vous montrons 6 photographies d'un petit massif de plagiogranite dans le secteur de Palaiomylos, dans l'ophiolite de Chypre.
 Source - © 2018 Pierre Thomas |  Source - © 2018 Pierre Thomas |
 Source - © 2018 Pierre Thomas |  Source - © 2018 Pierre Thomas Ce genre de relation permet de faire une chronologie relative. |
 Source - © 2018 Pierre Thomas Figure 26. Le plagiogranite de Palaiomylos, ophiolite de Chypre, au contact de gabbros isotropes Les taches vertes correspondent à des cristaux d'épidote. D'après Romain Bousquet (communication personnelle), cette épidote est une épidote magmatique. | |
 Source - © 2018 Pierre Thomas Figure 27. Vue rapprochée sur le plagiogranite de Palaiomylos, ophiolite de Chypre Les taches vertes correspondent à des cristaux d'épidote. D'après Romain Bousquet (communication personnelle), cette épidote est une épidote magmatique. |  Source - © 2018 Pierre Thomas Figure 28. Zoom sur le plagiogranite à épidote de Palaiomylos, ophiolite de Chypre Les taches vertes correspondent à des cristaux d'épidote. D'après Romain Bousquet (communication personnelle), cette épidote est une épidote magmatique. |
Source - © 2018 Pierre Thomas
Les trois ophiolites photographiées dans cet article (Oman, Chypre, Turquie) sont issues de dorsales rapides, comme le montre leur couche de gabbros épaisse et continue. Les 2/3 inférieurs de ces gabbros sont lités (tiretés inclinés), le 1/3 supérieur est isotrope. Les plagiogranites (et d'autres types d'intrusions à peine évoqués ici comme des intrusions de werlithe) ne sont pas représentés, leur importance et leur géométrie étant trop variables. La couche de gabbros s'avère donc bien plus “compliquée” qu'on ne le dit habituellement. Dans les ophiolites issues de dorsales lentes, comme les ophiolites des Alpes, dont le justement célèbre Chenaillet, les gabbros ne forment pas un niveau continu, mais des intrusions limitées, intrusives dans le manteau et portées à l'affleurement (sous l'eau) par une faille de détachement lié au fonctionnement de la “dorsale”. Ces intrusions limitées de gabbros ne montrent pas (ou très peu) de gabbros lités.
Source - © 2018 Pierre Thomas
