Géologie en région lyonnaise : la chaîne varisque.

La chaîne varisque : du terrain au modèle.

Sortie accompagnée par Véronique Gardien,

maître de conférences à l’Université Claude Bernard (26 mai 2017).

Le Massif Central s’étend sur un sixième du territoire français métropolitain et appartient à un vaste ensemble européen qui va de la péninsule ibérique au Massif de Bohème ; ces divers éléments sont les témoins d’une grande chaîne de montagnes, la chaîne varisque ou hercynienne qui s’est mise en place entre 550 et 248 Ma. Le but de la journée était de réaliser une coupe nord-sud afin de mettre en évidence différentes étapes de la formation de cette chaîne de montagnes. Il faut tenir compte du fait que la collision varisque et l’érosion postérieure ont pu rapprocher des zones initialement éloignées et ont fortement déformé les roches formées auparavant…

Le premier arrêt était situé dans le Bois des Feuilles près de Sainte-Catherine et nous a permis d’observer des métapéridotites et leur encaissant constitué de paragneiss. En effet, on peut voir sur place des gneiss à sillimanite et grenat issus de sédiments métamorphisés par une collision. Dans une ancienne carrière proche, on observe des serpentinites gris sombre contenant des nodules millimétriques ; ceux-ci observés en lame mince, montrent un cœur de spinelle entouré de grenat lui-même inclus dans un autre spinelle. Sachant que le manteau est constitué jusqu’à 50 km de péridotite à plagioclase puis entre 50 et 100 km de péridotite à spinelle et au-delà de péridotite à grenat, on peut en déduire que ces serpentines sont issues d’une péridotite entrée en subduction puis remontée par le prisme orogénique (les paragneiss). On a ici l’illustration de la subduction (métamorphisme HP-BT) de l’océan Centralien qui séparait le Gondwana au sud et la Laurasia au nord, il y 450 à 400 Ma (Silurien-Dévonien).

Le deuxième arrêt (carrière de Riverie), nous a permis d’étudier le complexe leptyno-amphibolique, formation typique de la chaîne hercynienne française. Celle-ci se caractérise par l’association de leptynites (orthogneiss leucocrates) contenant des boudins d’amphibolites qui suivent leur foliation. Le protolithe des leptynites est un granitoïde (croûte continentale) et celui des amphibolites, un basalte à signature géochimique de MORB avec contamination crustale. Cet affleurement s’explique par un amincissement crustal provoquant une remontée d’asthénosphère et sa fusion partielle, à l’origine de magmas basiques. La croûte continentale échauffée entre aussi en fusion partielle ce qui produit les roches acides observées. Ces roches datées du Cambrien à l’Ordovicien (500 à 470 Ma) marquent l’ouverture de l’océan Centralien.

L’arrêt suivant se trouvait à la Durantière près de Rochefort. On peut y voir un ensemble d’orthogneiss (à gros feldspaths) et de paragneiss (plus fins), roches métamorphiques de MP-HT (association grenat-biotite-sillimanite) datées de 385 et 340 Ma. Localement, on peut également observer des mylonites et des bouffées granitiques ce qui indique un métamorphisme proche de la fusion de ces gneiss. L’orientation des roches et leur pendage est le même que ceux de la carrière observée précédemment. Les orthogneiss ont issus de granites et les paragneiss se roches sédimentaires argileuses ; ces éléments sont interprétés comme des blocs basculés et sont donc les témoins d’une marge passive ancienne déformée par la collision varisque. Celle-ci a entraîné un empilement de nappes ayant fortement épaissi la croûte continentale et une anomalie thermique importante (certains indices permettent de penser que la chaîne a atteint environ 4 000 m de haut).

Feldspath cisaillé dans l’orthogneiss (protolithe = granite porphyroïde).

Les trois affleurements précédents appartiennent à la nappe des Monts du Lyonnais qui appartient à l’USG (Unité Supérieure des Gneiss) qui correspond à la marge armoricaine (Laurasia). Le dernier fait partie de la nappe du Pilat, un des éléments de l’UIG (Unité Inférieure des Gneiss) correspondant à la marge gondwanienne. La subduction s’est donc produite ici du sud vers le nord. Cette nappe est structurée par des cisaillements ductiles normaux à vergence nord associés à un métamorphisme BP-HT. En bord de route, nous avons observé des micaschistes à sillimanite ayant subi une extension (plis d’entraînement) ; un filon de pegmatite proche de la foliation traduit l’injection d’un granite crustal dans la schistosité (origine : le dôme du Velay). En bord de rivière, en contrebas de la route, l’orthogneiss du moulin de Cézinieux permet de déterminer la cinétique de déformation (extension de la chaîne et exhumation du massif du Velay) : cet arrêt illustre donc la phase d’amincissement crustal, fin de l’évolution de la chaîne varisque. Faute de temps, nous n’avons pu observer la fusion partielle de la croûte car les granites à cordiérite étaient beaucoup plus loin.

Feldspath cisaillé dans l’orthogneiss (protolithe = granite porphyroïde).

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