Image de la semaine | 22/03/2021

Festival de boudins, de plis et de minéraux métamorphiques, ile d'Elbe (Italie)

22/03/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Marbres (méta-calcaires) et marnes métamorphiques montrant plissements et boudinages… ainsi qu'une variété minéralogique de haute température / basse pression.

Niveau boudiné (sans doute des méta-dolomies) au sein de marbres et cipolins (méta-calcaires plus ou moins purs), Baie de Spartaia, Procchio, côte Nord de l'ile d'Elbe (Italie)

Figure 1. Niveau boudiné (sans doute des méta-dolomies) au sein de marbres et cipolins (méta-calcaires plus ou moins purs), Baie de Spartaia, Procchio, côte Nord de l'ile d'Elbe (Italie)

Ce secteur a subi, au moins localement, un étirement droite/gauche. Un banc plus compétent, sans doute plus dolomitique, a été boudiné au sein de calcaires moins compétents. Ces méta-carbonates, marins, sont datés du Jurassique supérieur / Crétacé inférieur. Leur métamorphisme est un métamorphisme de contact dû à l'intrusion du pluton du Monte Capanne, daté de 6,9 Ma (Messinien, Miocène supérieur), un des plus jeunes granites d'Europe.

Localisation par fichier kmz des boudins dans les métacalcaires de l'ile d'Elbe Boudins de l'ile d'Elbe.kmz.

Vue plus générale sur un niveau boudiné (sans doute des méta-dolomies) au sein de marbres et cipolins (méta-calcaires plus ou moins purs), ile d'Elbe (Italie)

Figure 2. Vue plus générale sur un niveau boudiné (sans doute des méta-dolomies) au sein de marbres et cipolins (méta-calcaires plus ou moins purs), ile d'Elbe (Italie)

Figure 3. Vue sur l'affleurement de méta-calcaires à boudins et plis, ile d'Elbe (Italie)

Toute la base de l'affleurement est constituée de ces méta-carbonates plus ou moins purs. En plus des boudins (en haut à droite du stylo), les déformations complexes qu'a subies le secteur se manifestent par des plis. Les différentes couleurs des méta-carbonates sont dues à la variété des minéraux de ces marbres et cipolins, variété qui dépend de la nature du protolithe carbonaté (calcaire pur, calcaire dolomitique, calcaire marneux…). D'après la littérature, de nombreux minéraux ont été trouvés sur ce site : calcite, dolomite, wollastonite, plagioclase, diopside, grossulaire, vésuvianite, scapolite, feldspath potassique, biotite, cordiérite, andalousite et autres minéraux de haute température-basse pression. Ces minéraux indiquent la présence de silicium, aluminium, magnésium, fer, potassium… dans le protolithe carbonaté. D'autres couleurs peuvent être dues à des trainées d'oxydes, à des biofilms bactériens et à des lichens.

Le sommet de l'affleurement est constitué par un sill de granite issu d'un pluton voisin (Monte Capanne ou Porto Azzurro) et intrusif dans la série carbonatée.

Figure 4. Vue élargie sur l'affleurement de méta-calcaires à boudins et plis, ile d'Elbe (Italie)

Toute la base de l'affleurement est constituée de ces méta-carbonates plus ou moins purs. En plus des boudins, les déformations complexes qu'a subies le secteur se manifestent par des plis. Les différentes couleurs des méta-carbonates sont dues à la variété des minéraux de ces marbres et cipolins, variété qui dépend de la nature du protolithe carbonaté (calcaire pur, calcaire dolomitique, calcaire marneux…). D'après la littérature, de nombreux minéraux ont été trouvés sur ce site : calcite, dolomite, wollastonite, plagioclase, diopside, grossulaire, vésuvianite, scapolite, feldspath potassique, biotite, cordiérite, andalousite et autres minéraux de haute température-basse pression. Ces minéraux indiquent la présence de silicium, aluminium, magnésium, fer, potassium… dans le protolithe carbonaté. D'autres couleurs peuvent être dues à des trainées d'oxydes, à des biofilms bactériens et à des lichens.

Le sommet de l'affleurement est constitué par un sill de granite issu d'un pluton voisin (Monte Capanne ou Porto Azzurro) et intrusif dans la série carbonatée.

Figure 5. Affleurement de méta-calcaires à boudins et plis dans la Baie de Spartaia, Procchio, côte Nord de l'ile d'Elbe (Italie)

Le sommet de l'affleurement est constitué par un sill de granite issu d'un pluton voisin (Monte Capanne ou Porto Azzurro) et intrusif dans la série carbonatée.

L'ile d'Elbe est un résumé-condensé-musée de la géologie alpino-apennino-méditerranéenne. Il est dommage que cette ile soit plus connue des Français pour avoir “hébergé” Napoléon de mai 1814 à février 1815 plutôt que pour sa géologie, alors qu'elle n'est qu'à 250 km de Nice et 60 km de Bastia. Cette ile est constituée de la croute continentale apulo-adriatique, d'ophiolites téthysiennes et de leur couverture sédimentaire, et d'intrusions granitiques mio-pliocènes. Son histoire (résumée à la figure 6) résulte d'une subduction océanique, puis d'une subduction-collision continentale et enfin d'une forte extension associée à l'ouverture de la mer Tyrrhénienne, extension accompagnée d'intrusions granitiques.

Plusieurs aspects de cette géologie extraordinaire ont déjà été abordés :

beaux pillow lavas : La « Madone des pillows », Marciana Marina, île d'Elbe (Italie),
Moho avec des sédiments directement sur le manteau : figures 15 à 24 de Les ophiolites en 180 photos – 5/7 Le Moho,
Pluton granodioritique : La granodiorite porphyroïde Miocène du Monte Capanne, Capo San Andrea, ile d'Elbe (Italie) et Les enclaves basiques des granites, granite du Monte Capanne, Capo San Andrea, île d'Elbe, Italie,
Fractures et filons avec tourmaline : Les tourmalines des gigastructures dendromorphes tectonisées du granite du Monte Capanne, ile d'Elbe (Italie) et leurs équivalents normaux en Namibie,
Métamorphisme de contact et wollastonite : Les sphérolites de wollastonite de l'ile d'Elbe (Italie), témoins métamorphiques de la mise en place d'un granitoïde pendant une extension lithosphérique.

Toutes les photographies présentées ici ont été prises lors d'un stage CBGA organisé en 2007 par Jean Pierre Bouillin et Raymond Cirio.

Figure 6. Résumé simplifié et schématique de l'histoire de l'ile d'Elbe illustrée par quatre coupes Ouest-Est

L'astérisque rouge correspond à un point repère sur la croute continentale Corse, les astérisques bleu et vert à des points repères sur la croute continentale apulo-adriatique.

A et B : (66 à 55 Ma). La lithosphère de la plaque “africaine” (lithosphère océanique téthysienne) subduit sous le Sud-Est de la lithosphère européenne, lithosphère de nature océanique sur une centaine de km de large à l'Est de la Corse. La Corse (croute continentale) est encore rattachée au continent européen. Cette subduction océan/océan à l'Est de la Corse entraine des chevauchement internes à la croute océanique. La part continentale de la plaque africaine (la croute continentale apulo-adriatique) n'est pas encore impliquée par cette subduction.

C : 33 à 23 Ma. Collision entre les croutes continentales européenne et apulo-adriatique. La lithosphère européenne se fracture à l'Ouest de la Corse, avec ouverture de la Méditerranée occidentale (bassin algéro-provençal) et détachement du bloc corso-sarde qui migre vers l'Est. La croute continentale apulo-adriatique se débite en fragments qui se chevauchent les uns les autres avec tous les phénomènes tectono-métamorphiques associés. Des fragments de croutes océaniques (en particulier ceux qui étaient dupliqués) et leur couverture sédimentaire chevauchent les fragments de croute apulo-adriatique.

D : 8 à 6 Ma. Le recul vers l'Est de la subduction apulo-adriatique entraine l'ouverture du bassin tyrrhénien (à lithosphère océanique). Ce qui deviendra l'ile d'Elbe, située à l'extrémité Nord de cette mer Tyrrhénienne, subit une intense extension, ce qui se traduit sur l'ile d'Elbe par de très nombreuses failles normales (souvent assez plates, et appelées failles de détachement) et par une fusion partielle de la croute continentale et du manteau sous-jacent, engendrant des plutons de granite et de granodiorite et le métamorphisme de contact associé. Ces plutons sont schématisés par la petite tache rose.

Source : Enrico Pandeli et al., 2013, The Elba Island: an intriguig geological puzzle in the Northern Tyrrhenian Sea, Geological Field Trips, 5, 2.1, 114p.

Histoire géologique mio-plio-quaternaire de l'ile d'Elbe occidentale, où est située la baie de Spartaia, là où ont été prises toutes les photographies de cet article

Figure 7. Histoire géologique mio-plio-quaternaire de l'ile d'Elbe occidentale, où est située la baie de Spartaia, là où ont été prises toutes les photographies de cet article

Le cadre géologique de cette baie de Spartaia est analogue (un peu plus au Nord) à celui figuré par l'astérisque bleu, au sein des sédiments océaniques, datant ici du Jurassique terminal/Crétacé inférieur. Ce site est situé au voisinage immédiat d'une grande faille de détachement et du pluton du Monte Capanne. Le jeu principal de cette faille normale est contemporain de la mise en place du pluton (Messinien, 6,9 Ma). L'extension s'est poursuivie après la mise en place de cette granodiorite.

Source : Enrico Pandeli et al., 2013, The Elba Island: an intriguig geological puzzle in the Northern Tyrrhenian Sea, Geological Field Trips, 5, 2.1, 114p.

Le but de cet article n'est pas de détailler l'histoire géologique de l'ile d'Elbe (le livret guide cité ci-dessus fait 114 pages), ni d'en établir ou démontrer tel ou tel aspect. Il s'agit simplement d'illustrer deux des manifestations spectaculaires de cette histoire géologique longue et complexe, manifestations probablement principalement dues aux phénomènes messiniens (6 à 8 Ma). En plus des cinq photographies qui précèdent, nous vous montrons quatre photographies de plis et quatorze de boudins, avec des minéraux de métamorphisme quand les clichés sont pris de suffisamment près. Toutes ces photographies ont été prises sur les mêmes rochers de la baie de Spartaia, dans un rayon de 75 m.

Figure 8. Surface horizontale (due à l'érosion marine) montrant la complexité des plis affectant les marbres, ile d'Elbe (Italie)

Figure 9. Mini-falaise verticale montrant la complexité des déformations affectant les méta-carbonates (plus ou moins purs), ile d'Elbe (Italie)

Localement (sur 1 ou 2 m²), les plis sont des plis à plan axial sub-horizontal (plis couchés), dissymétriques, avec flancs longs et flancs cours et semblent être des plis d'entrainement. Au moins sur ces quelques m², le haut de l'affleurement semble s'être déplacé vers la gauche (vers le Sud).

Figure 10. Zoom sur un petit secteur voisin de celui de la vue précédente, et orienté de la même façon, ile d'Elbe (Italie)

Localement (sur quelques dm²) les plis sont des plis à plan axial sub-horizontal (plis couchés), dissymétriques, avec flans longs et flancs cours et semblent être des plis d'entrainement. Au moins sur ces quelques dm², le haut de l'affleurement semble s'être déplacé vers la gauche (vers le Sud).

Figure 11. Zoom sur un petit secteur voisin de celui de la vue précédente, et orienté de la même façon, ile d'Elbe (Italie)

Comment replacer ces plissements montrant (au moins localement) un déplacement du haut de l'affleurement vers le Sud, alors que la géologie de cette partie de l'Ile d'Elbe indique la présence d'une faille normale ductile, avec le compartiment supérieur se déplacement vers la droite (vers le Nord-Est). Il suffit de proposer que ces plis soient des plis de deuxième ordre associés à des plis d'entrainement de premier ordre, eux-mêmes conséquences du mouvement d'une faille normale à pendage Nord-Est (cf. figure 12). Pour confirmer (ou infirmer) cette interprétation, il faudrait faire des études tectoniques détaillées sur une surface plus grande que la fraction d'hectare visitée en 2007, ou déterminer la polarité des strates (dans cette hypothèse, elles devraient être à l'envers).

Une interprétation possible des plis des figures 9 à 11 dans le cadre d'une faille normale ductile (faille de détachement) avec un pendage vers la droite (vers le Nord-Est)

Figure 12. Une interprétation possible des plis des figures 9 à 11 dans le cadre d'une faille normale ductile (faille de détachement) avec un pendage vers la droite (vers le Nord-Est)

Le cadre vert montre comment des plis de 2^e ordre sont déversés vers la gauche dans un tel contexte. Déterminer la polarité de la série sédimentaire (maintenant métamorphisée) permettrait de confirmer ou d'infirmer cette interprétation.

Les figures 13 à 20 montrent un petit secteur de méta-calcaires plus ou moins purs avec de très beaux boudins et des minéraux métamorphiques reconnaissables à l'œil nu sur le terrain. Outre la calcite (CaCO₃) dominante, on peut reconnaitre avec un bon degré de confiance le grossulaire, grenat calcique de couleur orange à brun rouge et de formule Ca₃Al₂(SiO₄)₃, et la wollastonite [inosilicate de formule CaSiO₃, cf. Les sphérolites de wollastonite de l'ile d'Elbe (Italie), témoins métamorphiques de la mise en place d'un granitoïde pendant une extension lithosphérique]. Les teintes vertes pourraient être dues à divers minéraux mélangés à la calcite, comme du diopside [pyroxène de formule CaMgSi₂O₆], de la vésuvianite [sorosilicate de formule Ca₁₀(Mg, Fe)₂Al₄(SiO₄)₅(Si₂O₇)₂(OH, F)₄], de la cordiérite [tectosilicate de formule Al₃Mg₂AlSi₅O₁₈]… Il est difficile de trancher à l'œil nu, et encore plus sur des photographies.

Figure 13. Vue d'ensemble d'un affleurement de marbre, ile d'Elbe (Italie)

Au milieu de la photo, près du couteau de poche rouge, on voit cinq beaux boudins infra-décimétriques. Les photos 14 à 20 montreront des détails de ces boudins et des niveaux de marbre les emballant.

Vue d'ensemble sur un très bel ensemble de cinq boudins carbonatés emballés dans un niveau fait une roche particulièrement schistosée (méta-marne probable)

Figure 14. Vue d'ensemble sur un très bel ensemble de cinq boudins carbonatés emballés dans un niveau fait une roche particulièrement schistosée (méta-marne probable)

Les phases blanches et gris clair sont principalement constituées de calcite (avec éventuellement de la wollastonite). Les phases orangées sont très probablement constituées de grossulaire. Les phases verdâtres peuvent contenir diopside, cordiérite…

Détail sur des boudins, leurs minéraux, la schistosité des méta-marnes les emballant, Baie de Spartaia, Procchio, côte Nord de l'ile d'Elbe (Italie)

Figure 15. Détail sur des boudins, leurs minéraux, la schistosité des méta-marnes les emballant, Baie de Spartaia, Procchio, côte Nord de l'ile d'Elbe (Italie)

Figure 16. Détail sur des boudins, leurs minéraux, la schistosité des méta-marnes les emballant, Baie de Spartaia, Procchio, côte Nord de l'ile d'Elbe (Italie)

Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 17. Détail sur le niveau de marbre riche en cristaux de grossulaire, situé immédiatement sous les cinq boudins, méta-calcaires de l'ile d'Elbe	Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 18. Détail sur le niveau de marbre riche en cristaux de grossulaire, situé immédiatement sous les cinq boudins, méta-calcaires de l'ile d'Elbe
Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 19. Détail sur un niveau de marbre fait de calcite gris-clair contenant des cristaux blancs formant des aiguilles : des cristaux de wollastonite Les micro-globules oranges (inframillimétriques) sont probablement des lichens.	Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 20. Détail sur un niveau de marbre fait de calcite gris-clair contenant des cristaux blancs formant des aiguilles : des cristaux de wollastonite Les micro-globules oranges (inframillimétriques) sont probablement des lichens.

Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 21. Dalle de méta-carbonates très impurs et très schistosés montrant un beau chapelet de boudins, Baie de Spartaia, Procchio, côte Nord de l'ile d'Elbe (Italie)	Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 22. Vue rapprochée sur une dalle de méta-carbonates très impurs et très schistosés montrant un beau chapelet de boudins, ile d'Elbe (Italie)
Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 23. Zoom sur une dalle de méta-carbonates très impurs et très schistosés montrant un beau chapelet de boudins, ile d'Elbe (Italie)	Source - © 2007 Pierre Thomas Figure 24. Zoom sur une dalle de méta-carbonates très impurs et très schistosés montrant un beau chapelet de boudins, ile d'Elbe (Italie)