Image de la semaine | 20/06/2022

Le débit et l'altération en boules des basaltes

20/06/2022

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Débit en boules et en pelures d'oignon lié à l'altération de basaltes prismés ou non.


Débit et altération en boules du sommet des prismes basaltiques de la carrière de Bournac (Haute-Loire)

Figure 1. Débit et altération en boules du sommet des prismes basaltiques de la carrière de Bournac (Haute-Loire)

Le basalte, à la base du front de taille, est débité en prismes classiques. Le débit en boules est de plus en plus visible quand on s'approche de la surface et du sol et que l'altération est importante. C'est chaque prisme individuel qui se débite en boules, le diamètre d'une boule interne à un prisme correspondant souvent à la largeur du prisme.

Localisation par fichier kmz de la carrière de Bournac (Haute-Loire).


Débit et altération en boules du sommet des prismes basaltiques de la carrière de Bournac (Haute-Loire)

Figure 2. Débit et altération en boules du sommet des prismes basaltiques de la carrière de Bournac (Haute-Loire)

Le basalte, à la base du front de taille, est débité en prismes classiques. Le débit en boules est de plus en plus visible quand on s'approche de la surface et du sol et que l'altération est importante. C'est chaque prisme individuel qui se débite en boules, le diamètre d'une boule interne à un prisme correspondant souvent à la largeur du prisme.


Gros plan sur un prisme montrant un débit interne

Figure 3. Gros plan sur un prisme montrant un débit interne

L'altération “révèle” un système de fractures courbes concentriques débitant le prisme en une “pile” de boules plus ou moins ovoïdes.


On peut expliquer ces fractures plus ou moins sphériques débitant chaque prisme comme le résultat d'une contraction thermique du prisme en cours de refroidissement. Dans ce cas, l'histoire thermique “idéale” d'un prisme serait la suivante :

  1. Vers 1100°C, solidification de la coulée, et transformation du magma (ici basaltique) en roche volcanique encore chaude.
  2. Refroidissement et contraction de la roche volcanique ; progression de fractures de retrait à partir des surfaces de refroidissement (sommet et base de la coulée) et formation des prismes.
  3. Suite du refroidissement et de la contraction du prisme qui vient de se former ; dans certains cas (vitesse de refroidissement, proportion verre/cristaux…) des fractures courbes plus ou moins concentriques peuvent se former dans la masse du prisme.
  4. L'altération se fait préférentiellement le long de ces fractures et les rend visibles.
  5. L'érosion est guidée par ces fractures courbes altérées, ce qui forme ainsi des “boules”.

Nous vous montrons un autre site, touristique celui-là, où ce phénomène se voit à différents stades, les « orgues de Chilhac » (Haute-Loire). Outre ses orgues basaltiques, le village de Chilhac est aussi connu pour son musée paléontologique. Les orgues de Chilhac forment un affleurement naturel de la rive droite de l'Allier, affleurement montrant la coupe de la moitié inférieure d'une ancienne coulée de basalte, affleurement “rafraichi” au cours des siècles par les habitants qui en extrayaient des pierres pour bâtir leur maison.

Vue de l'Ouest du village de Chilhac (Haute-Loire) et de ses célèbres orgues basaltiques

Figure 4. Vue de l'Ouest du village de Chilhac (Haute-Loire) et de ses célèbres orgues basaltiques

En bas, les prismes bien formés représentent la colonnade, surmontée de l'entablement. La fausse colonnade a disparu (érosion). Les sept photos suivantes ont été prises le long de la colonnade située à la base de la coulée.

Localisation par fichier kmz des orgues de Chilhac (Haute-Loire).



Colonnade basale de la coulée des orgues de Chilhac (Haute-Loire)

Figure 6. Colonnade basale de la coulée des orgues de Chilhac (Haute-Loire)

On observe un débit en boules très semblable à celui des figures 1 à 3.


Vue rapprochée de la colonnade basale de la coulée des orgues de Chilhac (Haute-Loire)

Figure 7. Vue rapprochée de la colonnade basale de la coulée des orgues de Chilhac (Haute-Loire)

On observe un débit en boules très semblable à celui des figures 1 à 3.


Détail de la colonnade basale de la coulée des orgues de Chilhac (Haute-Loire)

Figure 8. Détail de la colonnade basale de la coulée des orgues de Chilhac (Haute-Loire)

On observe un débit en boules très semblable à celui des figures 1 à 3.


Vue élargie localisant (zone plus sombre au centre de la photo) des prismes se débitant en boules, orgues de Chilhac (Haute-Loire)

Figure 9. Vue élargie localisant (zone plus sombre au centre de la photo) des prismes se débitant en boules, orgues de Chilhac (Haute-Loire)

Ce débit est nettement moins visible sur les prismes du premier plan, qui, par ailleurs, sont nettement moins altérés.


Une zone très faiblement altérée de la colonnade de Chihac (Haute-Loire)

Figure 10. Une zone très faiblement altérée de la colonnade de Chihac (Haute-Loire)

On est à une vingtaine de mètres de la zone plus altérée des figures 6 à 8. On ne voit pas ce débit (pénétratif) en boules. Mais on voit des cassures courbes dégagées par les habitants quand ils ont enlevé les prismes du devant (pour bâtir leurs constructions). Quelques siècles d'altération transformeront-elles ce type de prismes en celui qu'on voit sur les photos 6 à 8 ?


Vue rapprochée sur une zone très faiblement altérée de la colonnade de Chihac (Haute-Loire)

Figure 11. Vue rapprochée sur une zone très faiblement altérée de la colonnade de Chihac (Haute-Loire)

On est à une vingtaine de mètres de la zone plus altérée des figures 6 à 8. On ne voit pas ce débit (pénétratif) en boules. Mais on voit des cassures courbes dégagées par les habitants quand ils ont enlevé les prismes du devant (pour bâtir leurs constructions). Quelques siècles d'altération transformeront-elles ce type de prismes en celui qu'on voit sur les photos 6 à 8 ?


En plus des fractures délimitant les prismes et des fractures courbes souvent présentes à l'intérieur des prismes et à l'origine des “boules” montrées dans les images précédentes, la masse de la coulée peut être parcourue d'autres fractures, comme n'importe quel massif de granite, de grès, de calcaire ou d'autre roche “homogène”, fractures guidant l'altération et à l'origine de la formation de boules très classiques comme dans les granites (cf., par exemple, Altération, érosion en boule et chaos granitiques : Devils Marbles Conservation Reserve, Australie). La carrière de Nolhac (Haute-loire) montre une prismation très grossière, de très nombreuses fractures recoupant ces prismes, et un très grand nombre de boules. On peut supposer que ces boules sont sans doute dues aux deux origines, bien que, localement, la prismation semble “guider” la formation des boules.

Quelle que soit l'origine des boules et des fractures les limitant, il y a un gradient d'altération entre les fissures et le centre des "boules", avec des zones de plus en plus altérées du centre de la boule vers les fissures périphériques. Ce gradient d'altération peut se traduire par un gradient de variation de volume ayant lieu pendant les phénomènes d'altération : la transformation de feldspaths en argiles (augmentation de volume), le plus ou moins grand dessèchement de ces argiles en fonction de la saison (augmentation-réduction de volume), le gel-dégel de l'eau dans ces auréoles à porosité variable… Tout cela conduit à faire varier le volume de façon différentielle entre le cœur des zones saines et leur périphérie de plus en plus altérée. Les boules des roches silicatées (ici des basaltes) ont donc souvent, une fois mises à nu et observables, une structure dite « en pelures d'oignon ».

Nous vous montrons 9 photographies (figure 12 à 20) de cette carrière de Nolhac, dont les figures 14, 16, 17, 18 montrent très bien la structure en pelures d'oignon.


Vue rapprochée sur un affleurement de basalte dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

Figure 13. Vue rapprochée sur un affleurement de basalte dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

On voit de nombreuses boules de basalte éboulées ou plus ou moins en place.


Vue rapprochée sur un affleurement de basalte en boules dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

Figure 14. Vue rapprochée sur un affleurement de basalte en boules dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

On voit des plans de débit (fractures ? failles ?…) dans le basalte, des boules de basalte et, au centre de l'image ce qui semble être des “empilements” de boules plus ou moins formées.


Vue rapprochée sur un affleurement de basalte en boules dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

Figure 15. Vue rapprochée sur un affleurement de basalte en boules dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

On voit des plans de débit (fractures ? failles ?…) dans le basalte, et des boules de basalte en place ou éboulées.


Boules de basalte altéré en place dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

Figure 16. Boules de basalte altéré en place dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

On observe ici et là une désquamation en pelures d'oignon de certaines boules.


Boules de basalte altéré en place dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

Figure 17. Boules de basalte altéré en place dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

On remarque une désquamation en pelures d'oignon de certaines boules.


Une boule de basalte dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

Figure 18. Une boule de basalte dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

La boule de basalte présente une structure en pelures d'oignon.



Vue sur un autre affleurement de basalte dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

Figure 20. Vue sur un autre affleurement de basalte dans la carrière de Nolhac (Haute-Loire)

On devine une prismation en bas de l'affleurement et un débit en boules plus haut.


Dans certains affleurements, on voit de très nombreuses boules, mais la prismation, si elle a existé, n'y est absolument pas (plus) visible. Ces boules résultent-elles d'une altération guidée par des fractures “banales” comme dans n'importe quel massif de roche homogène, ou s'agit-il de boules dues à une fracturation thermique comme dans les figures 1 à 11 ?

C'est le cas sur les bords du lac Pavin (Puy-de-Dôme). L'explosion et la formation du maar du lac Pavin il y a environ 7 000 ans a recoupé le flanc Nord du “vieux” Puy de Montchal et ses coulées de trachybasalte. Le chemin qui fait le tour du lac montre (au Sud du lac) l'une de ces coulées de trachybasalte avec un très beau débit en boules. Comme on est au bord d'un lac (mais le lac n'existait pas encore lors de la mise en place de la coulée), on pourrait croire qu'il s'agit de pillow lavas. Mais il n'en est rien, c'est une simple altération en boules.