Le socle, composé de roches métamorphiques et granitiques s’est formé durant l’ère primaire jusque vers 300 millions d’années (Ma).
En résumé
Géographie de l’hémisphère sud il y a environ 400 millions d’années. Voir ci-dessous une coupe (n°1) géologique à la même époque.
A l’ère secondaire (environ deux cents millions d’années), ces montagnes ont été érodées au point d’être recouvertes par la mer, mais ce socle a émergé de nouveau, bousculé par la surrection des Alpes. On peut rencontrer des formations géologiques semblables un peu partout en Europe, au Portugal et en Espagne, au cœur des montagnes récentes (Alpes, Pyrénées), en Bohême, et jusqu’à l’est de l’Europe. Le Massif central (et donc le socle Limousin) est constitué pour moitié de roches qui sont dites « métamorphiques » car elles proviennent de la transformation d’autres roches plus anciennes et pour l’autre moitié de granites. Roches métamorphiques et granites se forment au cœur des chaînes de montagnes. En d’autres termes, leur présence à un endroit donné est toujours un indicateur sûr de l’existence d’une ancienne chaîne de montagnes (voir rubrique « quelques compléments sur les roches présentées »). Nous avons donc le plan d’une rapide histoire géologique du socle limousin : 1. Quelles étaient les roches qui existaient avant le métamorphisme et pourquoi se trouvaient-elles à cet endroit ? 2. Ensuite pourquoi ont-elles été transformées par métamorphisme ? 3. Enfin de quelle manière sont apparus les granites qui sont l’emblème géologique de la région ? Situé au sud ouest de la région limousin, le bassin de Brive appartient à un ensemble différent et plus récent, le Bassin aquitain dont nous raconterons l’histoire dans un deuxième temps (voir rubrique « la formation du bassin sédimentaire de Brive »).
Plus en détail : histoire du socle hercynien
Au verso du panneau à l’entrée du musée, une planisphère (figure ci-dessus) nous montre l’état de l’hémisphère sud il y a 400 millions d’années. (Le Limousin était à l’époque dans l’hémisphère sud en bordure de l’océan « Massif central »).
Les roches initiales (appelées aussi protolites) se forment en milieu océanique :
De la période préliminaire qui a duré de -550 à – 400 millions d’années, nous savons peu de choses. Au début de l’ère primaire (il y a 550 millions d’années), un continent de grande taille fut le lieu de mouvements entraînant sa fracturation et des éruptions volcaniques, jusqu’à former d’abord un fossé comme aujourd’hui la mer Rouge, puis le volcanisme continuant, une centaine de millions d’années plus tard un « petit? » océan dont le fond était constitué de basaltes. C’est cette situation qui est représentée sur les figures de cette page (similaires à celles qui sont sur le panneau à l’entrée du musée) en plan d’abord (la planisphère ci-dessus nous montre l’état de l’hémisphère sud il y a 400 millions d’années), puis en coupe (n°1, ci-dessous). Les continents ressemblaient aux continents actuels, végétation et faune en moins, et les océans ressemblaient aux océans actuels : des sédiments issus de l’érosion des terres émergées recouvraient un tapis de basaltes.
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Coupe synthétique n° 1 il y a 450 – 400 millions d’années. |
En fonction de leur composition initiale et de l’intensité des transformations métamorphiques les roches sont aujourd’hui différentes : les anciens basaltes sont des amphibolites, les micaschistes de la transformation de sables argileux, les gneiss de sables riches en feldspaths ou d’anciens granites etc.
Les micaschistes (ici près d’Argentat en Corrèze) sont d’anciennes roches sédimentaires transformées par le métamorphisme.
Elles contenaient des éléments assez fins, principalement du quartz et des argiles.
Les (ortho) gneiss sont issus de la transformation par le métamorphisme d’anciennes roches plutoniques ou volcaniques riches en silice (rhyolites). Cl. HB.
La fermeture de l’océan et la collision : métamorphisme et tectonique
Durant les millions d’années suivants, pour des raisons qui nous échappent, la tectonique des plaques qui agissait déjà à cette époque, a rapproché (par subduction) le continent sud (Gondwana) d’un petit morceau situé plus au nord (Armorica). La largeur de l’océan se réduisant, les sédiments dont nous venons de parler et les autres roches qui les accompagnaient se retrouvent dans un espace de plus en plus restreint. Ils s’empilent progressivement les uns sur les autres, ce qui a eu pour effet d’augmenter la pression et la température auxquelles ils étaient soumis. Les transformations deviennent alors visibles : acquisition de la structure en feuillets caractéristique des roches métamorphiques, déstabilisation des argiles suivie de leur recristallisation en minéraux plus gros, plissement etc.En conséquence, roches sédimentaires, volcaniques ou granitiques initiales deviennent les roches métamorphiques (souvent plissées) qui affleurent aujourd’hui dans le socle Limousin.
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Gneiss sombre, dérivé de roches sédimentaires (paragneiss), plissé (Uzerche, Corrèze) |
Gneiss clair dérivé du métamorphisme d’un ancien granite (orthogneiss), Soursac, Corrèze. |
Le mouvement se poursuivant, les continents entrent en collision (vers – 400 millions d’années), la pression augmente encore et des terrains initialement distants de plusieurs dizaines de kilomètres sont charriés les uns sur les autres bouleversant ainsi l’ordre initial (et naturel) selon lequel les terrains les plus jeunes reposent sur les formations géologiques plus anciennes. Des morceaux de croûte océanique, et même des morceaux de manteau sont insérés dans la croûte continentale (schéma n°2 ci-dessous) : ils constituent aujourd’hui des roches appelées serpentinites dont il existe une quinzaine d’occurrences en Limousin situées toujours dans la même position entre deux ensembles de gneiss.
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Les serpentines sont des morceaux du manteau terrestre charriés sur les continents; voir schéma ci-dessous. Ici le site de Magnac-Bourg, Haute Vienne. Cl. HB. |
Les serpentines sont des roches de composition très spéciale (richesse en magnésium, pauvreté relative en silice) ce qui en fait des milieux où pousse une végétation très caractéristique (xérophylle). Site de La Porcherie, Haute Vienne. Cl. HB |
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Coupe synthétique n°2, il y a 350 millions d’années. |
Lorsque la collision cesse, la croûte continentale avait une épaisseur égale à presque deux fois la normale (60 km au lieu de 30). Cet épaississement visible sur la coupe synthétique n°3 a constitué en quelque sorte la « réserve » de la chaîne qui continuera à se soulever et à être érodée jusqu’à ce que la croûte continentale retrouve son épaisseur normale. Ce soulèvement progressif porte à la surface de la Terre les terrains métamorphiques formés à grande profondeur (10 à plus de 50 km selon les cas).
Au total, les sédiments de départ (des grès, des argiles) sont devenus peu à peu des gneiss et des schistes, les basaltes qui tapissaient le fonds de l’océan Massif central ont été transformés en amphibolites et les roches du manteau supérieur, en serpentines (schémas 1 et 2).
Puis des granites se mettent en place
Les granites que l’on rencontre dans tout le Massif central (massifs de Guéret, du Velay, du Tarn etc.) sont le résultat de la cristallisation de magmas riches en silice –les granites contiennent beaucoup de quartz- qui se sont mis en place puis ont refroidi lentement à 10 ou 20 km de profondeur, là où la température des terrains voisins dépasse encore plusieurs centaines de degrés. L’explication de leur formation est assez compliquée et ne sera donc abordée que dans le « niveau 2 » de ce site. On peut dire simplement que ces magmas granitiques se sont formés par fusion (partielle) de la base de la croûte continentale : la baisse de la pression permet à des roches métamorphiques de fondre en partie (voir la figure dans la rubrique « roches plutoniques »).
Ces blocs de roches massives qui ne sont ni des granites (pas assez réguliers) ni des roches métamorphiques (peu d’orientation dans les minéraux qu’elles contiennent) sont des migmatites (ou anatexites), autrement dit, des gneiss qui ont commencé à fondre puis qui ont recristallisé sur place.
Lors de cette fusion deux scénarii sont possibles : – soit le magma (un peu plus « léger » que son environnement) monte au travers des terrains situés au dessus jusqu’à ce qu’il soit coincé (vers 15 km de profondeur), les températures devenant trop basses pour qu’il reste à l’état liquide ; il cristallise alors progressivement car l’environnement est encore chaud (400 degrés) pour donner des granites (en Limousin, Guéret, Millevaches, Aureil, Saint Matthieu etc.). – soit le magma reste sur place et au bout d’un certain temps il se solidifie en gardant la composition de la roche qui a fondu mais pas la structure en feuillets parallèles de la roche métamorphique initiale (voir les photos dans la rubrique « roche métamorphique ») ; il recristallise en « migmatites » que l’on rencontre par exemple dans la région d’Aubusson (voir le mot « migmatites » dans la partie « quelques compléments sur les roches présentées » et la photographie ci-dessus).
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Coupe synthétique n° 3, il y a 300 millions d’années. |
Comme on le voit sur la coupe synthétique n°3, des granites recoupent les terrains métamorphiques qui leur sont donc antérieurs : en effet, les granites se mettent en place au cours de la phase qui suit la collision à la fin des orogenèses, lorsque les mouvements au sein de la chaîne de montagnes nouvellement formée deviennent verticaux.
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Aspect du chaos granitique de Soubrebost en Creuse. La formation des chaos granitiques est due à l’altération chimique au Tertiaire (30 Ma environ) d’un granite beaucoup plus ancien (300 Ma ) puis au déblaiement récent (Quaternaire) des sables issus de cette altération |
Aspect du chaos granitique des Pierres Jaumâtres dans le nord de la Creuse. A la différence du site de Soubrebost, l’érosion quaternaire a été plus intense laissant ces énormes rochers en équilibre les uns sur les autres (tors granitiques). cl. HB |
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Coupe synthétique n°3b. Par rapport à la précédente cette coupe est un zoom sur le Massif central avec la première génération de granites (type Guéret).
Dessin C. Lansigut, Geologis
Les granites n’apparaissent à l’air libre que bien après leur formation dans les profondeurs de la Terre lorsque l’érosion a enlevé les dix, quinze ou vingt kilomètres de terrains qui les recouvraient. Pour des raisons difficiles à expliquer en deux lignes mais que l’on pourra consulter dans la partie cours « les processus externes », cette érosion nécessite que le granite soit inclus dans une chaîne de montagnes.
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Deux aspects des granites, roche emblématique du Limousin. On remarquera dans les deux cas que la roche est entièrement cristallisée; celle de gauche contient à la fois des micas noirs et blancs; celle de droite des micas noirs seulement (peu visibles) et surtout de très gros cristaux de feldspath potassique. Cl HB.
Fracturation à la fin de la période hercynienne; les gisements de métaux (or, uranium…)
La fin de la période hercynienne est marquée par une fracturation généralisée du socle métamorphique et granitique. Cette fracturation est due aux mouvements verticaux dont nous venons de parler et au fait que ces roches à force de remonter sont maintenant dans un environnement froid et cassent donc plus facilement. De grandes failles apparaissent qui décalent sur de grandes distances les formations géologiques présentes. Citons les plus importantes : le Sillon houiller qui passe par Bort les Orgues et Montluçon et limite à l’est le Limousin géologique, la faille d’Argentat qui borde à l’ouest les granites du Millevaches et se poursuit vers le nord jusqu’à Bourganeuf. D’autres fractures de moindre importance ont une direction est-ouest ou peu s’en faut : les failles de la Marche et la faille d’Arrênes etc.
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Le Filon de quartz de Faux Mazuras en Creuse, près de Bourganeuf est très visible dans le paysage : plus dur que les roches au sein desquelles il est inséré (voir la carte géologique de Bourganeuf), il forme la crête allongée de ces collines. Cl HB. |
Détail du filon de quartz de Faux Mazuras dont un bloc de plus de deux tonnes se trouve au musée. On remarquera la cassure franche et coupante et les petites cristallisations visibles à l’oeil nu. Cl HB. |
Ces fractures ont été le lieu de la circulation de fluides chauds (eaux chaudes, chargées en gaz carbonique) à qui l’on doit les gisements de métaux qui ont été exploités en Limousin jusqu’à une date récente (voir paragraphe ci-dessous « les mines du Limousin »). Certaines de ces fractures non minéralisées sont remplies par du quartz (Faux-Mazuras en Creuse, Cinturat en Haute-Vienne). Plus durs que les terrains environnant, ces filons de quartz sont visibles dans le paysage car ils constituent le sommet de certaines collines. Les mines du Limousin Même s’il ne l’est plus aujourd’hui, le Limousin fut une riche région minière : on y exploita l’or depuis la période gauloise jusqu’en 2001 avec les gros gisements (37 tonnes d’or extrait) de la région de Saint-Yrieix la Perche et celui du Châtelet à l’est de la Creuse mais aussi l’uranium dans les granites à muscovite des Monts d’Ambazac principalement, jusqu’en 1995 (25 000 tonnes d’uranium métal) ou du Millevaches (Saint Privat en Corrèze). D’autres substances furent aussi extraites, le tungstène près de Saint Léonard de Noblat, le plomb et l’argent près d’Ussel, l’antimoine dans le district de Bénévent l’Abbaye ou près de Villeranges en Creuse etc. Ces gisements sont de type hydrothermal, c’est à dire qu’ils se sont formés par suite de la circulation de fluides chauds dans les fractures du socle. Dans un premier temps ces fluides mettent en solution des éléments métalliques (et beaucoup d’autres) présents à des concentrations faibles dans les formations géologiques qu’ils traversent. Ils les concentrent déposent ensuite d’un coup le long de fractures importantes ces éléments et ceux qui les accompagnent sans tri préalable (l’arsenic par exemple avec le tungstène ou l’or, à raison d’un kilo d’arsenic pour un gramme d’or et toujours du quartz) formant ainsi des accumulations (ou minerais). Même si certaines de ces accumulations furent exploitées depuis très longtemps (période gauloise), les mines ont fermé à partir du moment où elles n’ont plus été rentables compte tenu des nouvelles contraintes économiques ou environnementales.
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Vue du réaménagement du gisement aurifère de Lauriéras (district de Saint Yrieix, Haute Vienne) exploité dans les années 1990 avec la trace des anciennes exploitations anciennes (gauloises) ou plus récentes. Cl. HB. |