Mots clés : ophiolite, basalte, pillow lava - lave en coussins, terre d'ombre
Localiser sur la carte interactive (Latitude : 15, Longitude : -104.99)

Les ophiolites en 180 photos – 4/7 Basaltes en coussins, coulées et sédiments

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

28/01/2019

Résumé

Les basaltes ophiolitiques : laves en coussins / pillows lavas et pédoncules, coulées, pyroclastites, terres d'ombre ou radiolarites ?


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.

Figure 1. L'affleurement de pillow lavas dit « Geotimes » parce qu'il a fait la couverture de la revue scientifique américaine Geotimes Magazine en 1975, dans le wadi Al Jizi sur le bord de la route Sohar – Al Buraymi en Oman

Sans doute le plus bel affleurement de basaltes en coussins anciens du monde. La falaise de pillows mesure environ 30 m de haut ; sa pente est d'origine, et on imagine les coussins de lave coulant lentement sur cette pente.


Contrairement aux trois parties précédentes (manteau, gabbros, cortège filonien) qui concernent des parties souterraines, dont la mise en place est par nature inobservable, basaltes en coussins et coulées se mettent en place à la surface (bien qu'en général sous 3000 m d'eau) et sont observables en submersible. Nous allons donc glisser dans cette partie consacrée aux pillow lavas et aux coulées ophiolitiques des images sous-marines, trois images prises (et aimablement mises à disposition) par Arnaud Agranier (Université de Brest) sur la dorsale Est-Pacifique, et une trouvée dans la littérature scientifique.

Figure 2. Une pente actuelle tapissée de basaltes en coussins sur la dorsale Est-Pacifique, 15°N, vues d'ensemble et de détail


Les six photographies qui suivent correspondent à des détails de la face visible sur la figure 1 « Geotimes ». Pour tout savoir sur la formation des pillow lavas , voir par exemple Un volcanisme bien méconnu et pourtant si riche d'enseignement : le volcanisme du Crétacé supérieur du Pays Basque, ses pillow-lavas et la salinité de l'eau de mer et Cristallisation du soufre et formation de pillow lavas (2ème partie du film, entre 2min30 et 3min10).

Figure 3. Détail de la partie droite des pillow lavas de l'affleurement « Geotimes », wadi Al Jizi, Oman

On voit très bien que, contrairement à ce beaucoup croient, les basaltes en coussins ont plus une forme de tube que de boule. On devrait les traduire en “laves en traversins” plutôt qu'en “laves en coussins”.


Figure 4. Détail sur des basaltes en coussins de l'affleurement « Geotimes », wadi Al Jizi, Oman

En haut à gauche, on voit qu'un pillow s'est vidé et correspond maintenant à une petite grotte. Quand son cœur était encore liquide, sa carapace solide a crevé, alors qu'il n'était plus alimenté par l'amont. Il s'est donc vidé vers l'aval.


Figure 5. Détail sur le pillow “vidé” de la figure précédente et sur la structure interne des pilows , affleurement « Geotimes » (Oman)

Quand érosion et éboulement récent ont cassé les pillows , on voit un réseau de fractures rayonnantes, dues au refroidissement et à la contraction du pillow déjà solide mais encore chaud.



Figure 7. Intersection entre la surface et le réseau de fracturation interne des pillow lavas , affleurement « Geotimes » (Oman)

L'intersection entre la surface et la fracturation interne donne aux pillows une allure écailleuse.


Figure 8. Détail de l'intersection entre la surface et le réseau de fracturation interne des pillow lavas , affleurement « Geotimes » (Oman)

L'intersection entre la surface et la fracturation interne donne aux pillows une allure écailleuse.


Figure 11. Les pillow lavas de l'affleurement « Geotimes » (Oman), vus de côté


Figure 12. Les basaltes en coussins de l'affleurement « Geotimes » (Oman), vus en “coupe transversale”

On voit très bien les pillows se moulant les uns les autres, avec formation de pédoncules pointant vers le bas.


Figure 13. Les basaltes en coussins de l'affleurement « Geotimes » (Oman), vus en “coupe transversale”

On voit très bien les pillows se moulant les uns les autres, avec formation de pédoncules pointant vers le bas.


Figure 14. Affleurement à pillow lavas vus en “coupe transversale”, Kato Moni, ophiolite de Chypre

On voit très bien les coussins de basalte se moulant les uns les autres, avec formation de pédoncules pointant vers le bas, dont on voit un très bel exemple à droite du poteau, qui sera détaillé sur la figure suivante.


Figure 15. Détail d'un coussin de lave particulièrement bien pédonculé, Kato Moni, ophiolite de Chypre

Cet affleurement a subi un hydrothermalisme intense. Le basalte est altéré et a pris une couleur verdâtre. Cette circulation hydrothermale, circulant dans les fissures internes aux pillows a rendu ces dernières particulièrement visibles.


L'érosion permet souvent de voir l'intérieur d'une “coulée” faite de l'accumulation de plusieurs niveaux de pillows qui se sont formés les uns sur les autres, chaque niveau moulant les bosses et les creux du niveau précédent. En particulier, quand un pillow moule la ”vallée” se situant entre deux pillows jointifs sous-jacents, cela forme un pédoncule que beaucoup prennent, à tort, pour une voie d'alimentation. Ces pédoncules, à “pointe” vers le bas de la formation, sont d'excellents critères de polarité si l'ophiolite a été très déformée.

Il n'est pas nécessaire d'aller en Oman ou à Chypre pour aller voir de beaux basaltes en coussins ophiolitiques. Il y a bien sûr ceux du Chenaillet (Hautes Alpes) ; mais il y en a aussi en Corse, par exemple au défilé de l'Inzecca. Et il ne faut pas oublier qu'il existe des pillows non ophiolitiques au pays Basque (cf. Un volcanisme bien méconnu et pourtant si riche d'enseignement : le volcanisme du Crétacé supérieur du Pays Basque, ses pillow-lavas et la salinité de l'eau de mer ), en Bretagne cf. Les pillows-lavas et brèches volcaniques de la pointe de Lostmarc'h (Presqu'île de Crozon, Finistère)

Figure 16. L'affleurement de pillow lavas du Collet Vert (massif du Chenaillet) n'a rien à envier à ceux d'Oman ou de Chypre

Cet affleurement est situé à 1500 m au NE du circuit géologique classique du Chenaillet (le circuit court) mais est facilement atteignable par le circuit long.


Figure 17. L'affleurement de basaltes en coussins du Collet Vert (massif du Chenaillet) n'a rien à envier à ceux d'Oman ou de Chypre

Cet affleurement est situé à 1500 m au NE du circuit géologique classique du Chenaillet (le circuit court) mais est facilement atteignable par le circuit long.


Figure 18. Morphologie des pillow lavas du massif du Chenaillet, Hautes Alpes

Les abondants restes de piquets, de barbelés… sont là pour nous rappeler que l'on est à la frontière franco-italienne, et que des combats ont eu lieu à cet endroit en juin 1940 contre les armées de Mussolini.


Figure 19. Détail de la morphologie des pillow lavas du massif du Chenaillet, Hautes Alpes


Figure 20. Coupe d'un coussin de lave sur l'arrête Sud-Ouest du Chenaillet, Hautes Alpes

La périphérie de ce pillow , sombre, est piquetée de petites taches blanches, qu'on voit en détail sur la figure suivante : des varioles. Les roches riches en varioles sont appelées « variolites ». La périphérie des pillows est en général de structure vitreuse, sans microlites, alors que le cœur a une structure microlitique ce qui lui donne souvent une teinte plus claire. Le verre est instable et, souvent, il cristallise. Cette cristallisation (en général de plagioclase) se fait souvent sous forme de sphérules (sphérolites), les cristaux de plagioclase croissant radialement à partir d'un germe (cf. Les microstructures dans une lave en coussin ).



Traditionnellement, on associe pillow lavas et volcanisme de dorsales. Cette association est très souvent vérifiée, mais (1) il existe des pillows se formant en dehors d'un contexte de dorsale comme on l'a déjà vu, et (2) le volcanisme des dorsales peut donner d'autres morphologies que des basaltes en coussins. Des coulées ne présentant pas de pillows se forment quand le débit de lave est très important. On a découvert sur la dorsale Pacifique des coulées de lave à surface cordée ou à surface lisse, et même d'anciens lacs de lave. Des coulées en progressant se fragmentent et forment de véritables niveaux pyroclastiques. On a même découvert en 2007 qu'il pouvait y avoir un volcanisme explosif recouvrant des kilomètres carrés de projection, même sous 3700m d'eau, ce qui est très étonnant car à 3700 m de profondeur, la pression empêche normalement les gaz dissouts dans le magma de dégazer (il reste encore des problèmes en géologie !).

On retrouve ce magmatisme formant d'autres structures que des pillows dans les ophiolites, bien que les pillows soient bien sûr largement majoritaires. Nous vous montrons trois images sous-marines, et cinq images prises dans les ophiolites de Chypre montrant d'autres structures que des coussins de lave.

Figure 22. Coulée de lave sous-marine “classique” (avec pillows ) recouvrant une coulée de lave cordée sur la dorsale Est Pacifique, 15°N

C'est la situation inverse de la figure 25, ci-dessous, de l'ophiolite de Chypre (coulée de lave sans pillows recouvrant des pillows ).


Figure 23. Brèche pyroclastique au pied d'un escarpement d'une coulée basaltique de la ride Est pacifique, 15°N


Figure 24. Exemple d'un magmatisme explosif ayant généré des dépôts pyroclatiques par 3700 m de fond dans l'océan glacial arctique

À gauche, localisation du site. Au centre, pillow lavas recouverts par ces dépôts vitreux pyroclastiques provenant d'éruptions explosives voisines. À droite, fragments de verre volcanique brisé par l'explosion. Ce verre n'est pas encore altéré (palagonitisé) ce qui prouve que ce volcanisme explosif est très récent.

Photos tirées de M. Carlowicz, 2008. Deep under the sea, volcanoes can still blow their tops , Oceanus, 46, 8-9, reprises dans Volcanoes and climate .


Figure 25. Coupe dans une succession de coulées, près de Kato Moni, ophiolite de Chypre

On trouve de bas en haut (et, ici, de droite à gauche) : (1) un niveau de pillow lavas classique et altéré, comme pour les figures 14 et 15, (2) une coulée de lave vaguement prismée, (3) un niveau bréchique (pyroclastique) vaguement stratifié, (4) un niveau de pillows très altérés et difficiles à distinguer. Il y a donc eu, entre deux épisodes volcaniques classiques ayant formé des pillows , un épisode effusif ayant formé une coulée sans pillow , suivi d'un épisode ayant formé des pyroclastites (et dont le dynamisme serait à préciser : brèche de progression, explosion… ?).


Figure 26. Détail de la coulée basaltique sans pillow près de Kato Moni, ophiolite de Chypre

La base de la coulée moule les pillows sous-jacents, pillows bien altérés mais encore reconnaissables.


Figure 27. Falaise près de Malounta (Chypre) montrant en bas des pillows classiques (bien qu'altérés)

Surmontant ces coussins de lave, il y a un niveau complexe, parfois prismé, avec une structuration étrange : cavités bordées d'une carapace prismée (d'anciens tubes ou poches de lave vidées ?). Au-dessus, on revoit des pillows , mais assez difficiles à discerner. La figure suivante montre un zoom des deux (ou trois) possibles tubes/poches de lave vidés. Tout ceci confirme « à pied sec » ce que savent les géologues de l'océan : le volcanisme sous-marin des dorsales est loin de ne faire que de simples empilements de pillows .


Figure 28. Détail des cavités à bordures prismées de la falaise près de Malounta (Chypre)



Classiquement, on dit que les premiers sédiments déposés sur la croûte océanique au-dessus des basaltes en coussin sont des radiolarites (ou éventuellement des calcaires à foraminifères). C'est souvent vrai, mais pas toujours. Les radiolarites sont constituées d'une accumulation de myriades de tests de radiolaires, organismes planctoniques à test siliceux vivant près de la surface de l'océan, tests tombant au fond à la mort l'organisme. Dans les ophiolites, localement, formant de lentilles hectométriques, les premiers sédiments que l'on trouve au contact des pillows ophiolitiques sont certes siliceux, mais presque totalement dépourvus de radiolaires. La majorité de la masse de ces sédiments ne provient pas de la « pluie planctonique » venant de la surface, mais d'une précipitation abiotique, quasiment sur place, de silice, cette silice étant émise par des fumeurs noirs et autres sources hydrothermales voisines et sédimentant doucement dans les centaines de mètres autours des fumeurs. Mélangé à cette silice dominante, il y a un peu d'argiles et beaucoup d'oxydes métalliques, en particulier d'oxydes de manganèse. Ces dépôts sédimentaires siliceux, riches en oxydes métalliques, sombres, localisés, très pauvres en radiolaires et autres tests planctoniques sont appelés « terres d'ombre » (“ umbers ” en anglais). Si les ophiolites ont subi un métamorphisme, les radiolaires des radiolarites ont été effacés, et il est très difficile de distinguer méta-radiolarites et méta-terres d'ombres. Combien de “radiolarites” des Alpes sont-elles en fait des méta-terres d'ombre ?

Nous terminons cette partie consacrée aux pillow lavas et coulées par un affleurement où des pillows bien conservés sont moulés par ces terres d'ombre. Des photos d'échantillons provenant de cet affleurement peuvent être vues sur la lithothèque de l'ENS Lyon à la page Dépôts de fumeurs noirs (terre d'ombre) .

Figure 33. Schémas théoriques très simplifiés des deux types extrêmes de fonds océaniques et d'ophiolites : les fonds océaniques issus de dorsale rapide (à gauche) ou lente (à droite)

Les sédiments n'ont pas été représentés. Dans les ophiolites issues de dorsales lentes, comme les ophiolites des Alpes dont le justement célèbre Chenaillet, les pillow lavas sont en général directement sur les serpentinites du manteau. Au Chenaillet, le hasard fait qu'une masse de basaltes en coussins recouvre un gabbro intrusif dans le manteau et mis à nu au fond de l'océan par une faille de détachement. En choisissant son trajet, on peut passer du manteau au gabbro puis au basaltes. S'il ne manquait pas le cortège filonien, on pourrait croire qu'il s'agit d'une ophiolite issue d'une dorsale rapide.


Figure 34. Localisation des six ophiolites visitées dans les sept articles de cette série les ophiolites en 180 photos  : les Alpes, Chypre, la Désirade, l'ile d'Elbe, l'Oman et la Turquie


Localiser sur la carte interactive (Latitude : 15, Longitude : -104.99)
Mots clés : ophiolite, basalte, pillow lava - lave en coussins, terre d'ombre