Les temps anciens.kmz

Les temps anciens
Dossier réalisé par Caroline Prevot pour l'INRP
Eduterre Usages - Septembre 2009
Atelier Formaterre
"La carte géologique,entre le terrain et la classe"
Cette création est mise à disposition sous
un contrat Creative Commons.

Comment s'organise le socle dans les Vosges moyennes ?
En géologie structurale, on peut définir le socle comme un large ensemble de roches qui ont subi une ou plusieurs phases de déformation intense, une ou plusieurs phases de métamorphisme régional, une ou plusieurs granitisations, des intrusions de type varié acides ou basiques, le tout accompagné et suivi par une érosion et une pénéplanisation.
Serge BOGDANOFF (Encyclopedia Universalis)
Le socle vosgien est divisé en trois parties :
- Les Vosges cristallines du Nord (dépôts sédimentaires et formations volcaniques du Silurien au Carbonifère traversés par des granites et des granodiorites)
- Les Vosges méridionales constituées de terrains carbonifères variés (surtout viséens) avec des granites et les points culminants de la chaîne.
Entre ces deux zones, les Vosges moyennes sont faites de roches métamorphiques variées (gneiss, migmatites) et de granites essentiellement intrusifs.
Les écailles du Climont, la série de Ste – Marie aux Mines et le secteur du col des Bagenelles permettent d'en étudier quelques aspects.
L'étude des roches métamorphiques a été privilégiée dans cette présentation, la formation de migmatites (Gerbépal, Kaysersberg) et la mise en place des granites qui représentent des surface importantes du socle furent postérieurs à ce qui est décrit ici.
Ce secteur est repérable sur les cartes géologiques au 1/50 000 de Gérardmer, St-Dié, Sélestat et Colmar au 1 /50 000.

Contexte général
Dans les Vosges moyennes, la structure varisque du socle résulte d'une tectonique hercynienne tardive (Viséen).
Superposer les cartes et modifier leur transparence pour profiter au mieux de ces dernières.
Superposer par exemple la carte des structures et la carte géologique.

Logo OneGeology

Structures géologiques 1/1000000
Carte géologique numérique de la France à l'échelle du millionnième constituée de lignes qui représentent les contours, failles et lineaments principaux.
.
On repère d'Ouest en Est, en bleu clair, la grande dislocation de Lalaye - Lubine, une faille de décrochement majeure. et une zone de fractures qui sépare les domaines des Vosges du Nord (domaine Saxothuringien de l'orogenèse varisque) de celui des Vosges moyennes et du Sud (domaine Moldanubien ).
En bleu clair toujours, de direction Sud - Nord, on repère la faille de Ste-Marie-aux Mines.
En bleu foncé au niveau de la zone de Climont, on repère une zone de chevauchement se situant au niveau de la série de Villé.
On repère en rose les faille normales (les failles vosgienne et rhénane) à l'Est qui séparent le socle du rift Rhénan.
Lien vers la légende complète en ligne (BRGM)

Climont

Carte géologique imprimée 1/1 000 000 (BRGM)
Cette carte permet d'observer cette zone du socle fortement tectonisée.
Chevauchement, failles, écailles...et de situer ce secteur par rapport à l'ensemble de la région.

Ecailles du Climont et zone d'Urbeis
Cette zone autour du Climont présente les roches les plus anciennes des Vosges. Des lames de socle (gneiss) ont pénétré la série de Villé.
Les schistes de Villé (en vert sur la carte) pourraient dater du Précambrien.
Le chevauchement sur les schistes de Steige, suivant une poussée venant du Sud, est estimé autour du Viséen terminal, Namurien (= Serpukhovien - 330 - 325 Ma)

Carte géologique de France à 1/50 000 - Images raster de la carte imprimée
Carte géologique à 1/50 000 sous sa forme image géoréférencée. Des documents associés (légende, notice, shéma strcutural) existent sous forme numérique (voir point de contact).

Zone du Climont
La Butte du Climont vue depuis la Serva.
Dans cette zone autour de la butte triasique du Climont, on trouve des terrains cristallophylliens très anciens attribués au Précambrien, ce sont les séries de Fraize—Urbeis et de Sainte-Marie-aux-Mines d'une part, les écailles du Climont et la série de Villé d'autre part.
Ils ont été affectés par un métamorphisme et une tectonique au moins cadomienne (-600 Ma) une première fois. Les gneiss du Climont pourraient atteindre le milliard d'années. Néanmoins ces âges font l'objet de discussions.

La Serva, Belmont
Domaine du Champ du Feu

Urbeis
Les séries de Gneiss de la série d'Urbeis sont aussi peut - être d'origine Précambrienne.

Zone de Ste - Marie-aux-Mines
Les gneiss du secteur de Ste-Marie-aux Mines seraient plus récents que ceux du Climont. Ils pourraient être du Dévonien.
(J.Cl. Gall, Alsace des fossiles et des Hommes, 2005.)

Cartographie générale
Secteur à la jonction de 4 cartes :
Carte géologique au 1/50000 de Gérardmer
http://ficheinfoterre.brgm.fr/Notices/0341N.pdf
Carte géologique au 1/50000 de Sélestat
http://ficheinfoterre.brgm.fr/Notices/0307N.pdf
Carte géologique au 1/50000 de Colmar
http://ficheinfoterre.brgm.fr/Notices/0342N.pdf
Carte géologique au 1/50000 de St - Dié

Logo BRGM

Carte simplifiée
La zone des gneiss de Ste - Marie-aux-Mines
Guide géologique Vosges Alsace Edition Masson, J.P. Von Eller

Echantillons du secteur de Sainte-Marie-aux-Mines
Les galeries des mines de Ste-Marie-aux-mines sont ouvertes dans les gneiss.
On y exploitait entre autre des filons très riches de plomb sulfuré argentifère.
Les alentours sont maintenant très boisés et les affleurements très rares et difficiles d'accès.
Seuls quelques échantillons peuvent être observés le long des talus de quelques chemins.
Il faut bien chercher.

Ste-Marie-aux-Mines
Gneiss

Fertrupt, Sainte-Marie-aux-Mines
Gneiss grossier, à structure perlée, les plagioclases ont des formes globuleuses.
La biotite y est interstitielle et souvent chloritisée.
On y repère des grenats sombres de 5 mm de diamètre en moyenne.
Ils témoignent de l'enfouissement de ces roches au cours de leur histoire.

Ste - Croix aux Mines
Gneiss à Sillimanite

Comment se sont formés ces gneiss ?
Vu leur âge, on ne peut que faire des hypothèses sur certaines conditions de T°C et de Pression qu'ils ont subies.
Leur contenu minéralogique montre ici des grenats et de la sillimanite.
Source : Dictionnaire de Géologie, Foucault, Raoult.
Ces roches métamorphiques naissent donc au contact de relativement fortes pressions et fortes températures (650 -700°C) proches de la fusion partielle.

Le secteur des Bagenelles

Col des Bagenelles
Point de vue depuis le col qui domine vers le NNE la haute vallée de la Lièpvrette (rivière qui passe à Lièvpre puis à St Marie aux Mines et rejoint la plaine d'Alsace vers Sélestat).
Le tracé à peu près rectiligne de cette vallée est d’origine tectonique, car déterminé par le passage de la grande faille de Ste Marie-aux-Mines.
Le versant occidental (à gauche) est constitué par un granite à amphibole qui est le faciès caractéristique du granite des crêtes, tandis que que le versant oriental (à droite) correspond aux gneiss de St Marie aux Mines.
En arrière de la vallée, une série de crêtes montagneuses sont formées de granites des Crêtes, de gneiss et pour la plus éloignée de micaschistes (écaille de la Lubine).
En face dans le lointain, à une vingtaines de kilomètres vers le Nord-Est, le massif granitique du Champ du Feu et vers le Nord légèrement Est, la table du Climont, de forme trapézoïdale est constituée de roches triasiques.

Extrait de la carte de Gérardmer 1/50000
La zone cartographiée en rose clair au dessus du Bonhomme est constituée de gneiss perlés à grenats et de granulites claires.
L’étude de la carte permet de repérer la présence d’un accident tectonique majeur : la grande dislocation cassante N35°E, la faille de Ste – Marie aux Mines.
Cet accident se serait formé en fin de la phase sudète de la chaîne hercynienne.
Carte géologique au 1/50000 de Gérardmer http://ficheinfoterre.brgm.fr/Notices/0341N.pdf

Granulite
Etude des affleurements du Bonhomme au col des Bagenelles
Ces affleurements clairs sont les plus nombreux.
Il s’agit de roches massives se débitant en petits parallélépipèdes.
La roche est légèrement rose, blanche à gris verdâtre.
Echantillon et litage visible dans les granulites
La structure est granuleuse mais le grain est fin, le litage est plus ou moins net et il est souvent souligné par l’étirement des minéraux.
C’est une roche métamorphique, une granulite claire rose.
La composition minéralogique est variable : au microscope, les quartz sont en cristaux allongés et en très petits grains les deux à contours crénelés, les feldspaths sont de type orthose perthitique et plagioclases (anorthite 30 de petite taille).
Cette roche contient aussi des grenats de la série pyrope – almandin en lits préférentiels associés avec des restes de biotite, de la sillimanite en grands cristaux et en petits prismes isolés et des pyroxènes (ortho et clinopyroxène).
Zircon et rutile sont indiqués dans la notice de la carte géologique.
Lame mince granulite au microscope en LPA
Lame mince granulite au microscope en LPNA

Péridotite
Au départ du village du Bonhomme, on prend la D48 en direction du col des Bagenelles. Le long de la route se succèdent des affleurements bien dégagés.
Descriptif des affleurements de roches sombres.
Une écaille importante est cartographiée presque au niveau du col des Bagenelles, mais l'affleurement de la figure se situe plus bas en redescendant vers le Bonhomme par la D48.
Il s’agit de roches massives très denses, cohérentes. La couleur est noire, vert – sombre à rouge brun.
Echantillon de péridotite du col des Bagenelles
Cette roche "magmatique" métamorphisée est une péridotite ultrabasique composée d'Olivine qui lui confère cette couleur verte. Elle est altérée en serpentine.
Plus bas le long de la D48 qui descend au village du Bonhomme, on observe l'altération de l'olivine en iddingsite (silicate ferromagnésien hydraté d'altération sous forme d'agrégats rougeâtres à la périphérie et dans les craquelures des cristaux d'olivine) moulée dans des mailles de serpentine.
Péridotite à olivine altérée en iddingsite
Au microscope, la structure est holocristalline (grenue). Les grenats millimétriques (pyrope) sont altérés en kélyphite (spinelle, fibres de pyroxène et d'amphibole).
Péridotite serpentinisées près du village du Bonhomme
Plus près encore du village du Bonhomme, on trouve un affleurement où la péridotite est fortement serpentinisée. Ce produit d'altération hydrothermale suivant les diaclases se transforme peu à peu en antagonite (lamelles) ou en fibres ( chrysotile – amiante)

Chemin du Haïcot
La roche visible dans le talus est proche de celle de la côte des Bagenelles, c’est une péridotite serpentinisée sombre presque noire. On reconnaît la "croûte en écailles de serpent" formée par la présence de serpentine. Elle apparaît en lambeaux dans les granulites.

Comment se sont formées les roches des Bagenelles ?
Les granulites claires ont été étudiées par Eller en 1961 sur un échantillonnage au niveau du chemin du Haïcot, autre lieu d'observation des granulites, au départ du col des Bagenelles.
Composition chimique des granulites du col des Bagenelles
SiO 2
69,6
Al 2 O 3
13,91
Fe 2 O 3
0,99
FeO
MnO
MgO
Ca0
Na 2 0
K 2 O
TiO 2
P 2 O 5
P, F
On considère ces granulites comme des gneiss à pyroxène.
Ils seraient d'origine profonde, issus de roches sédimentaires détritiques, des grauwackes très pauvres en eau.
Cette roche fait partie du groupe des gneiss de Ste – Marie aux Mines.
On se trouve ici dans la partie inférieure de la croûte continentale.
Les Péridotites seraient des fragments de manteau sous continental ayant conservé des marques de métamorphisme hydrothermal.
Les conditions du métamorphisme du secteur des Bagenelles
La présence de grenat (minéral anhydre) souligne, sur le graphique Pression – Température, les conditions d' un métamorphisme de haute température (750°C) et de haute pression (9 – 10 Kb), de type catazone.
On atteint le faciès de granulite à grenat.
Les études thermo-barométriques faites sur les Péridotites conduisent à des conditions initiales de températures comprises entre 1000 et 1200°C pour des pressions allant de 4 à 6 Gpa.
Ce qui correspond à des profondeurs de 150 km.
Source : Dictionnaire de Géologie, Foucault, Raoult

Reconstitution et chronologie de l’histoire des séries métamorphiques étudiées
Dans la région un enfouissement par subduction vers 509 Ma +/- 14 Ma fin Ordovicien avec une première phase de métamorphisme catazonal à disthène et grenat.
Une subduction du bouclier Arverne – Morvan (zone Moldanubienne) sous la zone saxo thuringienne (Ardennes) constituait alors une marge active avec volcanisme andésitique et basaltique
Une 2ème phase de métamorphisme mésozonal à cordiérite et sillimanite fibreuse aurait eu lieu vers 407 +/- 67 Ma. Hypothèse de Fluck et Bonhomme (1974).
Il a été suivi d’une remontée vers – 386 Ma avec un baisse de Pression (4 – 5 Kb) et de T°C (650°C).
Métamorphismes successifs observables dans les Vosges (Hampé, 1986)
La fusion qui suit l'extrusion rapide des roches profondes aboutit à la granitisation des deux tiers des Vosges moyennes vers -330 Ma.