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Image de la semaine | 01/04/2024

Faire de la géologie en visitant les monuments romains de Lyon (Rhône). 2/ La tectonique dans les colonnes de marbre du théâtre antique de Fourvière

25/03/2024

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Plis, chevrons trompeurs, étirement, boudinage, failles, stylolites… nombreuses figures tectoniques en fond de scène.


Vue d'ensemble du théâtre antique de Fourvière, ou plutôt de ce qu'il en reste aujourd'hui (Lyon, Rhône)

Figure 1. Vue d'ensemble du théâtre antique de Fourvière, ou plutôt de ce qu'il en reste aujourd'hui (Lyon, Rhône)

Nous allons observer de près six des colonnes claires qu'on voit au deuxième plan, en avant des gradins mais en arrière d'une rangée de plots modernes faits en béton au premier plan. Ces fragments de colonnes claires sont majoritairement en marbres et proviennent des ruines fouillées au milieu du XXe siècle. Elles sont maintenant situées à l'arrière (en avant pour cette photo) de la scène moderne (qui sert pour les Nuits de Fourvière), à l'emplacement de l'ancien mur de scène (en latin, frons scænæ) qui fermait le théâtre et qui a complètement disparu. Ces fragments de colonnes peuvent provenir du mur de scène ou d'autres parties du théâtre antique.

Localisation par fichier kmz du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône).


Vue plus rapprochée de ces fragments de colonnes claires en marbres du théâtre de Fourvière, pas forcément en place et qui proviennent des ruines fouillées au milieu du XXe siècle (Lyon, Rhône)

Figure 2. Vue plus rapprochée de ces fragments de colonnes claires en marbres du théâtre de Fourvière, pas forcément en place et qui proviennent des ruines fouillées au milieu du XXe siècle (Lyon, Rhône)

Elles sont maintenant situées à l'arrière (en avant pour cette photo) de la scène moderne (qui sert pour les Nuits de Fourvière), à l'emplacement de l'ancien mur de scène (frons scænæ) qui fermait le théâtre et qui a complètement disparu. Ces fragments de colonnes peuvent provenir du mur de scène ou d'autres parties du théâtre antique.


Vue sur quelques-uns des fragments de colonnes claires en marbres du théâtre de Fourvière, pas forcément en place et qui proviennent des ruines fouillées au milieu du XXe siècle (Lyon, Rhône)

Figure 3. Vue sur quelques-uns des fragments de colonnes claires en marbres du théâtre de Fourvière, pas forcément en place et qui proviennent des ruines fouillées au milieu du XXe siècle (Lyon, Rhône)

Elles sont maintenant situées à l'arrière (en avant pour cette photo) de la scène moderne (qui sert pour les Nuits de Fourvière), à l'emplacement de l'ancien mur de scène (frons scænæ) qui fermait le théâtre et qui a complètement disparu. Ces fragments de colonnes peuvent provenir du mur de scène ou d'autres parties du théâtre antique.


La colline de Fourvière, à Lyon, abrite un ensemble de monuments romains qui comprend deux théâtres, le petit, appelé « Odéon », et le grand, appelé « théâtre antique de Lyon ». C'est à ce dernier que nous consacreront cette semaine (nous avons consacré la semaine dernière aux voies romaines conduisant à ces théâtres). Cet ensemble a été construit au début de l'Empire romain, sous Auguste ou Tibère, puis agrandi, modifié… Complètement abandonné à la fin de l'empire, cet ensemble a été très dégradé et a servi de carrière de pierres au Moyen-Âge ; en particulier, les murs de scène de ces deux théâtres ont complètement disparu. On retrouve d'ailleurs des pierres issues de ces monuments dans la cathédrale Saint Jean, située juste en bas de la colline de Fourvière. Puis ces ruines ont été ensevelies par des éboulements et des glissements de terrains venant du haut de la colline de Fourvière. Ce passé antique est alors tombé dans l'oubli et l'emplacement des théâtres était recouvert de vergers et de vignes (cf. fig. 29 de la semaine dernière 1/ Les dalles de granite des voies romaines de Fourvière). Redécouverts à la fin du XIXe siècle, théâtres et voies ont été dégagés et restaurés au milieu du XXe siècle et sont maintenant accessibles gratuitement aux promeneurs lyonnais et aux touristes. Ils hébergent en été les Nuits de Fourvière.

Le but de cet article, de celui de la semaine dernière et de celui de la semaine prochaine n'est pas de détailler l'histoire de ces monuments, ni de reconstituer son état initial, ni d'en décrire et interpréter tel ou tel élément architectural. Notre but est géologique. Il est, pour citer Maurice Mattauer, de déchiffrer et comprendre « ce que nous disent les pierres » qui ont servi à construire ces monuments. La semaine dernière, nous avons fait parler les granites de la voie romaine ; la semaine prochaine, nous ferons parler les “marbres” et porphyres décorant l'Odéon. Cette semaine, les colonnes du grand théâtre nous raconteront certains aspects de la tectonique syn-métamorphique dans les marbres. En effet, la majorité de ces colonnes, celles qu'on verra des figures 4 à 23, sont faites en “marbre”, au sens de “calcaire métamorphique” et non pas au sens des marbriers qui appellent marbre toute roche susceptible d'un beau poli. À l'œil nu, ces colonnes sont presque toutes faites dans le même marbre, provenant sans doute d'un même gisement, mais lequel ? L'origine géographique de ces brèches n'est pas précisée dans les documents à la disposition des visiteurs. Je ne connais pas de marbres semblables en région lyonnaise. Ils doivent venir de quelque part dans l'Empire romain, ailleurs en Gaule, ou de plus loin… Les Romains étaient de grands transporteurs de matériaux. Ces marbres présentent un litage très marqué, avec certains lits de couleur blanche, verdâtre ou très sombre. Cette couleur verdâtre est due à un minéral en trace, sans doute de l'épidote, minéral métamorphique riche en calcium ; les lits noirâtres semblent riches en micas noirs. Ce litage peut être dû à l'ancienne stratification des calcaires, à une foliation métamorphique ou aux deux à la fois en cas de parallélisation stratification/schistosité ; on parle alors de transposition. Ce litage est très plissé, avec des vrais plis syn-métamorphes, mais aussi des “pseudo-plis” (figures 8 à 12). Ces marbres montrent aussi des figures de boudinage, sont recoupés par des filons de calcite…

Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis le Nord

Figure 4. Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis le Nord

La géométrie du litage, ou plutôt de son intersection avec la surface “cylindrique” de la colonne est complexe. En tournant autour de la colonne et en la regardant dans toutes les dimensions, on peut essayer de reconstituer en 3D la géométrie du litage et de comprendre la tectonique ayant affecté ces carbonates. Une étude détaillée serait nécessaire. La colonne attend les amateurs de tectonique qui seraient amenés à passer par Fourvière.


Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis le Nord-Ouest

Figure 5. Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis le Nord-Ouest

La géométrie du litage, ou plutôt de son intersection avec la surface “cylindrique” de la colonne est complexe. En tournant autour de la colonne et en la regardant dans toutes les dimensions, on peut essayer de reconstituer en 3D la géométrie du litage et de comprendre la tectonique ayant affecté ces carbonates. Une étude détaillée serait nécessaire. La colonne attend les amateurs de tectonique qui seraient amenés à passer par Fourvière.


Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis l'Ouest

Figure 6. Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis l'Ouest

La géométrie du litage, ou plutôt de son intersection avec la surface “cylindrique” de la colonne est complexe. En tournant autour de la colonne et en la regardant dans toutes les dimensions, on peut essayer de reconstituer en 3D la géométrie du litage et de comprendre la tectonique ayant affecté ces carbonates. Une étude détaillée serait nécessaire. La colonne attend les amateurs de tectonique qui seraient amenés à passer par Fourvière.


Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis le Sud-Ouest

Figure 7. Demi-tour autour d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône), vue depuis le Sud-Ouest

La géométrie du litage, ou plutôt de son intersection avec la surface “cylindrique” de la colonne est complexe. En tournant autour de la colonne et en la regardant dans toutes les dimensions, on peut essayer de reconstituer en 3D la géométrie du litage et de comprendre la tectonique ayant affecté ces carbonates. Une étude détaillée serait nécessaire. La colonne attend les amateurs de tectonique qui seraient amenés à passer par Fourvière.


Vue d'ensemble sur une colonne du théâtre de Fourvière (en fait deux fragments d'une même colonne superposés lors de la restauration) montrant ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal)

Figure 8. Vue d'ensemble sur une colonne du théâtre de Fourvière (en fait deux fragments d'une même colonne superposés lors de la restauration) montrant ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal)

Vue vers l’Ouest. Il ne s'agit en fait pas d'un pli mais d'une figure d'intersection, intersection entre le litage quasi planaire mais très incliné dans notre direction et la surface cylindrique du fut de la colonne. La photo a été prise en direction de l'Ouest.


Vue sur le sommet d'une colonne du théâtre de Fourvière (Lyon, Rhône) montrant ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal)

Figure 9. Vue sur le sommet d'une colonne du théâtre de Fourvière (Lyon, Rhône) montrant ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal)

Vue vers l’Ouest. Il ne s'agit en fait pas d'un pli mais d'une figure d'intersection, intersection entre le litage quasi planaire mais très incliné dans notre direction et la surface cylindrique du fut de la colonne. La photo a été prise en direction de l'Ouest.


Zoom sur le haut de la colonne précédente montrant que ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal), théâtre antique de Fourvière

Figure 10. Zoom sur le haut de la colonne précédente montrant que ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal), théâtre antique de Fourvière

Vue vers le Nord-Ouest. Ce “pli” n'est en fait qu'une figure d'intersection, intersection entre un litage quasi planaire mais très incliné vers la droite et la surface cylindrique du fut de la colonne.


Zoom sur le haut de la colonne précédente montrant que ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal), théâtre antique de Fourvière

Figure 11. Zoom sur le haut de la colonne précédente montrant que ce qu'un géologue débutant prendrait pour un pli (ici, un mini-synclinal), théâtre antique de Fourvière

Vue vers le Nord. Ce “pli” n'est en fait qu'une figure d'intersection, intersection entre un litage quasi planaire mais très incliné vers la droite et la surface cylindrique du fut de la colonne.


Montage de cinq photos du haut de la colonne précédente montrant comment l'orientation d'un objet géologique par rapport à la direction de l'observation peut changer l'allure de cet objet

Figure 12. Montage de cinq photos du haut de la colonne précédente montrant comment l'orientation d'un objet géologique par rapport à la direction de l'observation peut changer l'allure de cet objet

C'est pour cette raison que, pour étudier un échantillon montrant des figures tectoniques, il faut le regarder sous toutes les coutures. Il doit en être de même (quand c'est possible) dans le cas d'un affleurement, d'un paysage…


Prendre des figures d'intersection entre des couches (plus ou moins inclinées) et une surface non plane pour des plis est une erreur classique chez les géologues débutants, un pli « attrape-nigaud ». Pour que ces géologues débutants (mes étudiants, tous majeurs) ne fassent plus cette erreur, et parce qu'une (légère) provocation est un moyen pédagogique et mnémotechnique très efficace, j'appelle ces « plis attrape-nigaud » des « plis baise-couillon ».

Vue aérienne sur des plis “attrape-nigaud ”, des chevrons, situés juste au Nord de Cucugnan (Aude)

Figure 13. Vue aérienne sur des plis “attrape-nigaud ”, des chevrons, situés juste au Nord de Cucugnan (Aude)

L'image du haut est prise en direction du Nord ; celle du bas en direction de l'Est. Le nom géologique (et non provocateur) de telles structures est « chevrons ». On voit très bien avec ces deux photos orientées dans deux directions perpendiculaires que l'origine de ces chevrons est due à l'intersection entre une stratification monoclinale (inclinée vers le Sud) et une topographie ondulée par le creusement de petites vallées.

Localisation par fichier kmz des chevrons au Nord de Cucugnan (Aude).


Une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône) montrant des filons/lentilles de calcite étirés voire boudinés par des évènements tectono-métamorphiques

Zoom sur une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône) montrant des filons/lentilles de calcite étirés voire boudinés par les évènements tectono-métamorphiques

Figure 15. Zoom sur une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône) montrant des filons/lentilles de calcite étirés voire boudinés par les évènements tectono-métamorphiques

La lentille étirée du centre de l'image correspond à celle indiquée par la flèche rouge sur la figure précédente.

Pour avoir des compléments sur boudins et boudinages, voir, par exemple, Festival de boudins, de plis et de minéraux métamorphiques, ile d'Elbe (Italie), ou encore Fentes de tension et boudinage dans la vallée de la Durance (Hautes-Alpes) en particulier les figures11 à 24, et, si vous aimez les gros boudins, Boudins et plis dans l'Himalaya, dôme du Tso Marori, Ladakh.


Vue rapprochée sur le côté Nord d'une colonne montrant des lentilles/filons de calcite et deux boudins présentant un litage interne différent du litage général de la colonne et même recoupé par ce dernier

Figure 16. Vue rapprochée sur le côté Nord d'une colonne montrant des lentilles/filons de calcite et deux boudins présentant un litage interne différent du litage général de la colonne et même recoupé par ce dernier

Cela montre l'existence de mouvements complexes qui pourraient résulter soit (1) de plusieurs phases tectoniques, soit (2) d'une phase très prolongée qui au début engendre un litage tectono-métamorphique, puis “boudine” certains niveaux avec leur structuration, puis entraine des rotations des boudins, soit (3) de toute autre succession possible de déformations compatibles avec le résultat final observé. Une étude détaillée serait nécessaire. Là encore, la colonne attend depuis 2 000 ans les amateurs de tectonique.


Zoom sur le côté Nord d'une colonne montrant deux boudins présentant un litage interne différent du litage général de la colonne et même recoupé par ce dernier

Figure 17. Zoom sur le côté Nord d'une colonne montrant deux boudins présentant un litage interne différent du litage général de la colonne et même recoupé par ce dernier

Cela montre l'existence de mouvements complexes qui pourraient résulter soit (1) de plusieurs phases tectoniques, soit (2) d'une phase très prolongée qui au début engendre un litage tectono-métamorphique, puis “boudine” certains niveaux avec leur structuration, puis entraine des rotations des boudins, soit (3) de toute autre succession possible de déformations compatibles avec le résultat final observé. Une étude détaillée serait nécessaire. Là encore, la colonne attend depuis 2 000 ans les amateurs de tectonique.


Vue partielle sur le coté Nord-Est d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 18. Vue partielle sur le coté Nord-Est d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Même colonne que celle des figures 16 et 17.

Par rapport aux figures 16 et 17, on voit bien une alternance de niveaux verdâtres et de niveaux noirs. Les niveaux noirs semblent riches en minéraux noirs et brillants, probablement des micas noirs (biotite ou phlogopite). Le tout est plissé (apparemment du moins). En zoomant sur les charnières de ces plis, on voit nettement une schistosité soulignée par les micas noirs, schistosité parallèle au plan axial des plis. Ces plis accompagnés d'une schistosité sont donc des “vrais” plis, et non pas des plis “attrape-nigaud”.


Vue rapprochée sur le coté Nord-Est d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 19. Vue rapprochée sur le coté Nord-Est d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Même colonne que celle des figures 16 et 17.

Par rapport aux figures 16 et 17, on voit bien une alternance de niveaux verdâtres et de niveaux noirs. Les niveaux noirs semblent riches en minéraux noirs et brillants, probablement des micas noirs (biotite ou phlogopite). Le tout est plissé (apparemment du moins). En zoomant sur les charnières de ces plis, on voit nettement une schistosité soulignée par les micas noirs, schistosité parallèle au plan axial des plis. Ces plis accompagnés d'une schistosité sont donc des “vrais” plis, et non pas des plis “attrape-nigaud”.


Zoom sur le coté Nord-Est d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 20. Zoom sur le coté Nord-Est d'une colonne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Même colonne que celle des figures 16 et 17.

Par rapport aux figures 16 et 17, on voit bien une alternance de niveaux verdâtres et de niveaux noirs. Les niveaux noirs semblent riches en minéraux noirs et brillants, probablement des micas noirs (biotite ou phlogopite). Le tout est plissé (apparemment du moins). En zoomant sur les charnières de ces plis, on voit nettement une schistosité soulignée par les micas noirs, schistosité parallèle au plan axial des plis. Ces plis accompagnés d'une schistosité sont donc des “vrais” plis, et non pas des plis “attrape-nigaud”.



Vue rapprochée sur le bas de la colonne de la figure précédente montrant des plis

Figure 22. Vue rapprochée sur le bas de la colonne de la figure précédente montrant des plis

Les plis accompagnés d'une schistosité de plan axial sont donc des vrais plis. Les plis et le litage sont recoupés et décalés par la fracture localement remplie de calcite indiquée par la flèche rouge sur la figure précédente. Cette fracture est donc une “faille” puisqu'elle s'accompagne d'un mouvement. Un bel exemple de différence entre tectonique cassante et tectonique plicative syn-métamorphe.


Zoom sur le bas de la colonne de la figure précédente montrant des plis

Figure 23. Zoom sur le bas de la colonne de la figure précédente montrant des plis

Les plis accompagnés d'une schistosité de plan axial sont donc des vrais plis. Les plis et le litage sont recoupés et décalés par la fracture localement remplie de calcite indiquée par la flèche rouge sur la figure précédente. Cette fracture est donc une “faille” puisqu'elle s'accompagne d'un mouvement. Un bel exemple de différence entre tectonique cassante et tectonique plicative syn-métamorphe.


Toutes les colonnes disposées à l'emplacement du mur de scène lors des fouilles et de la restauration des ruines ne sont pas faites de ce même marbre qu'on a vu des figures 4 à 24. Un observateur attentif et qui a l'œil attiré par la géologie n'aura pas pu ne pas remarquer que la colonne à l'arrière-plan de la figure 6 était, sous sa surface “sculptée”, constituée de brèche, brèche d'éléments clairs pris dans une matrice sombre. Au Nord de la scène, il y a une autre colonne, faite de brèche de marbre (calcaire métamorphique) pris dans une matrice sombre. Cette roche est du plus bel effet, et un spécialiste des roches polies l'appellerait “marbre”, au sens des marbriers. Il existe plusieurs sortes de brèche, que ce soient des brèches de calcaires métamorphiques comme ici, ou des brèches d'autres types de roche, dont deux peuvent s'appliquer aux brèches de ces colonnes : (1) des brèches sédimentaires, cf., par exemple, Promenade géologique dans la vallée de l'Agly, Pyrénées-Orientales – 1/ Écailles tectoniques, brèches, serpentines et autres silicates de magnésium, ou (2) des brèches tectoniques et/ou hydrothermales (par fracturation hydraulique), cf., par exemple, Barytine stratoïde dans le Jurassique basal des Causses, région de Millau, Aveyron, ou les figures 12 à 14 de Les filons de calcite associés à la Faille Nord-pyrénéenne, Sournia, Pyrénées-Orientales. Le fait qu'on voie plusieurs éléments de la brèche qui semblent être deux fragments d'un même élément plus grand et encore jointifs ou voisins plaide pour une origine tectonique et/ou hydrothermale. Plusieurs éléments de cette brèche s'interpénètrent au niveau de joints stylolitiques (cf. Les stylolites de la pierre de Villebois (Ain) à la Carrière des Meules). Une compaction ou une tectonique compressive a eu lieu postérieurement à la bréchification. L'origine géographique de ces brèches n'est pas précisée dans les documents à la disposition des visiteurs.

Vue d'ensemble sur une colonne de brèche du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 24. Vue d'ensemble sur une colonne de brèche du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

On voit, un peu à gauche sous le couteau suisse, plusieurs éléments de brèche qui semblent être deux ou trois fragments d'un même élément plus grand et encore jointifs ou voisins. Cela suggère que ces brèches ont une origine tectonique et/ou hydrothermale.


Vue rapprochée sur une colonne de brèche du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 25. Vue rapprochée sur une colonne de brèche du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

On voit, un peu à gauche sous le couteau suisse, plusieurs éléments de brèche qui semblent être deux ou trois fragments d'un même élément plus grand et encore jointifs ou voisins. Cela suggère que ces brèches ont une origine tectonique et/ou hydrothermale.


Détails d'une colonne de brèche du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 26. Détails d'une colonne de brèche du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

À droite, gros plan sur le centre droit de la figure précédente. À gauche, zoom sur le centre gauche de l'image de droite.

On y voit l'interpénétration de plusieurs éléments de cette brèche, interpénétration se faisant par l'intermédiaire d'une surface de type joint stylolitique. Cette brèche, après sa formation (quelle qu'en soit l'origine), a subi un évènement tectonique du genre raccourcissement et/ou compaction.


Une colonne de granite du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 27. Une colonne de granite du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

En plus des colonnes de marbre et de brèche de marbre, il y a aussi quelques colonnes en granite. Une de ces colonnes possède une belle enclave basique ovoïde (cf. la semaine dernière 1/ Les dalles de granite des voies romaines de Fourvière).


Vue aérienne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Figure 28. Vue aérienne du théâtre antique de Fourvière (Lyon, Rhône)

Les colonnes étudiées dans les figures précédentes sont toutes situées entre les deux flèches rouges, à l'emplacement de l'ancien mur de scène, qui a complètement disparu aujourd'hui.


Comparaison entre le théâtre romain d'Aspendos (Turquie), ayant encore son mur de scène, et le théâtre romain de Fourvière, dont le mur de scène a été complètement détruit

Figure 29. Comparaison entre le théâtre romain d'Aspendos (Turquie), ayant encore son mur de scène, et le théâtre romain de Fourvière, dont le mur de scène a été complètement détruit

Ce mur de scène avait pour rôle, entre autres, de renvoyer le son de ce qui se déroulait sur la scène vers les spectateurs assis sur les gradins. Ce mur de scène (frons scænæ) était “doublé” à l'extérieur par un deuxième mur appelé postcænum. En France, seul le théâtre antique d'Orange a conservé ce double mur, que Louis XIV appelait « le plus beau mur de mon royaume ».

Localisation par fichier kmz du théâtre romain d'Aspendos (Turquie).