Rapport de stage
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UNIVERSITÉ PAUL SABATIER Rapport de stage Ile de Groix DELANNOY Thomas, HENRY Hadrien 14/06/2010 Résumé Ce rapport a pour but de présenter nos observations et interprétations concernant un stage de terrain sur l’Ile de Groix (Bretagne, France). L’hypothèse d’un métamorphisme du a une subduction puis d’une rétromorphose due à une exhumation de l’île va être appuyé par deux principaux moyens : (1) L’étude de minéraux indicateurs de pression dans les différents faciès : Chlorite, glaucophane, grenats, lawsonite, jadéite et phengite, ainsi que (2) l’observation des différentes structures de la zone (foliations, linéations, plis, failles, boudins, ombres de pression). Abstract This paper’s aim is to present our observations and interpretations concerning a fieldwork in the Groix island (Brittany, France). The hypothesis of a metamorphism due to a subduction and of a retro-morphism due to an exhumation of the island will be proven with two main means : (1) the study of minerals able to record pressure condition : Chlorite, glaucophane, lawsonite, jadeite and phengite, and (2) the observation of the structures of the area (foliations, lineations, thrusts, pressure shadows). Sommaire Résumé ....................................................................................................................................... 3 Abstract ...................................................................................................................................... 3 Introduction................................................................................................................................ 5 Présentation des Faciès .............................................................................................................. 7 Métabasaltes dans le faciès schistes verts ............................................................................. 7 Métabasaltes dans le faciès schistes bleus ............................................................................ 7 Métasédiments : Micaschistes ............................................................................................... 8 Jadéite dans les schistes bleus : Faciès éclogite ..................................................................... 8 Domaines de stabilité des minéraux .......................................................................................... 9 Chlorite et albite ..................................................................................................................... 9 Glaucophane .......................................................................................................................... 9 Jadéite .................................................................................................................................. 10 Grenats ................................................................................................................................. 10 Phengite................................................................................................................................ 10 Fantômes de Lawsonite ....................................................................................................... 10 Interprétations ......................................................................................................................... 11 Structures observées ................................................................................................................ 12 Boudinage: exemple de la Pointe Des Chats ........................................................................ 13 Ombres de pression: Exemple des grenats "poilus" ............................................................ 14 Données et mesures de terrain ............................................................................................ 15 Données de foliations....................................................................................................... 15 Données de linéation ....................................................................................................... 16 Données de fractures ....................................................................................................... 17 Hypothèse de formation de l'ile ............................................................................................... 18 Annexes .................................................................................................................................... 20 Introduction Située à une dizaine de km au large des cotes lorientaises (Cf. Figure 1), l'ile de Groix est, de par ses dimensions (8 km de long sur 3 km large), la seconde ile de Bretagne méridionale (Cf. Figure 2), après Belle Ile en mer. Elle se présente comme un plateau d'une altitude moyenne de 40m dans sa partie ouest, s'abaissant régulièrement vers le sud est jusqu'a la pointe des chats. De ce fait, l'ile offre un paysage contrasté entre l'ouest, caractérisé par de hautes falaises (Pen Men) et l'est caractérisé par des falaises basses, des plages et un large platiers rocheux (Pointe Des Chats, port de Locmaria). Elle est dans sa totalité constituée de roches métamorphique, datant de la formation du volcanisme de la chaine Cadomienne (540-620 Ma) et Hercynienne (330 Ma). Figure 1: Photographie satellite de la France Le but de ce stage est de comprendre la géodynamique globale et le métamorphisme de l'ile de Groix. Pour cela, une analyse pétro structurale du versant sud de cette ile a été nécessaire. Afin de la réaliser, ce versant a été découpé en 9 terrains qui ont été répartis à différents groupes d'étudiant. Notre terrain correspond au terrain 3-2 et s'étend de la pointe des chats à Amer Dolm. Figure 2: Image satellite de l'île de Groix, la zone d'étude est mise en valeur en rouge. (source: Google Earth) Dans une première partie nous allons décrire la lithologie du terrain, puis nous nous intéresserons aux structures rencontrées. Enfin nous finirons par proposer une hypothèse géodynamique expliquant la formation d'un tel complexe métamorphique Présentation des Faciès Métabasaltes dans le faciès schistes verts Ce faciès se présente sous la forme d'une roche verdâtre composée de chlorite, d’actinote (amphibole de couleur vert clair), d'épidote et d'albite. Une telle roche est le résultat de la transformation métamorphique d'un basalte Métabasaltes dans le faciès schistes bleus Cette roche est aussi issue de la transformation de basalte, mais a subi une pression plus élevée. Elle est composée de glaucophane, d'épidote et de grenat. Ce faciès est aussi parfois traversé par des veines de quartz (comportant aussi de l'albite et de la chlorite). On trouve enfin des fantômes de Lawsonites. La linéation est très facilement identifiable grâce à l’alignement des glaucauphanes et des épidotes. Métasédiments : Micaschistes Le premier faciès se présente sous la forme d'une roche en feuillets, elle est majoritairement composée de micas blancs (phengites), de grenats, de quartz et de quelques chloritoïdes et amphiboles. Ce faciès peut être interprété comme un paléosédiment anciennement composé d'argilites et de sables qui a été métamorphisé. Il est assez simple d’y voir la foliation grâce aux feuillets de phengite, mais les linéations sont plus difficiles à déceler. Jadéite dans les schistes bleus : Faciès éclogite Quelques inclusions de couleur verte sont présentes dans la partie ouest de notre terrain, elles sont dans les schistes bleus, et sont en fait caractérisées par la présence d’Omphacite, un pyroxène indicateur du faciès ultra-haute pression éclogite. Domaines de stabilité des minéraux Figure 3: Domaine de stabilité des minéraux en fonction de la pression et température. Chlorite et albite Ces deux minéraux sont des témoins de basse température (autour de 400°C) et moyenne pression et sont indicateurs du faciès schistes verts (avec l’actinote) (Cf. Figure 3). Glaucophane Le glaucophane est une amphibole de couleur bleu présente dans les roches du faciès schiste bleu. Comme le montre le schéma de stabilité des minéraux, il est indicateur de haute pression et de basse température. La plupart des transformations métamorphiques qui se sont produit à Groix sont du à une modification de pression alors que la température ne varie que peu, elle reste aux alentour de 400 à 450°C. Jadéite La jadéite, présente ici sous forme d’omphacite, est un pyroxène qui se forme à très haute pression dans le faciès éclogite. Sur notre terrain elle est associée au glaucophane dans les schistes bleus mais montre le maximum de pression atteint par les métabasaltes. Grenats Les grenats peuvent être retrouvés en grand nombre dans les trois fasciés de notre zone : Ils tendent à indiquer une pression maximale de l’ordre de 16 à 18 kbar pour une température de l’ordre de 450°C. Leur présence dans les schistes verts, qui sont normalement stables à des pressions beaucoup moins élevée nous amène à penser qu’ils auraient atteint un maximum de pression suffisent pour former des grenats, puis que ces derniers seraient resté pendant la remonté. Une autre caractéristique des grenats et le fait qu’ils ont besoin d’un environnement suffisamment hydraté pour que l’aluminium puisse diffuser et entrer dans leur composition. Phengite La phengite est la forme « haute-pression » de la muscovite, tout deux étant des micas blancs. Elle est un marqueur des conditions P/T de la roche puisque sa présence au lieu de la muscovite dans la roche permet de dire que cette dernière s’est formée dans un contexte de haute pression et de basse température. On passe de la muscovite à la phengite par la substitution de Tschermack : 2 Al = (Fe, Mg) + Si. Dans des travaux, il a été proposé d’utiliser le Si présent dans les micas blancs comme baromètre, puisque quand la pression augmente, plus de muscovite se transforme en phengite, et donc plus de Si est incorporé. Fantômes de Lawsonite La lawsonite est un minéral index des hautes pressions et basses températures. On ne retrouve plus directement la lawsonite dans les roches de Groix, mais on en retrouve des fantômes, remplacés par des micas blancs durant la remonté à la surface et la diminution de pression. La présence de ces fantômes nous indique donc le maximum de pression atteint par les roches. Interprétations Les minéraux tels que la lawsonite ou la jadéite nous indiquent le maximum de pression atteint par les roches qui les contiennent : Dans notre terrain, ce sont essentiellement les roches du faciès schiste bleu, les glaucophanites à grenats. De même concernant la phengite pour les métasédiments, on peut en conclure un passage par une pression très élevé. En revanche, on note aussi la présence de chlorite et d’albite dans ces même faciès, alors que ces deux minéraux sont caractéristiques de pressions moins élevées. L’hypothèse que nous avons avancée est celle d’une rétromorphose : En effet, après avoir atteint un maximum de pression dans les faciès schistes bleus voire éclogite, ces roches ont à nouveau été modifiées en remontant à la surface : A une pression moins élevée se sont formés (dans les veines de quartz ou dans les ombres de pression des grenats) ces deux minéraux indicateurs du faciès schiste vert (Cf. Figure 4). Un autre argument appuyant cette théorie est la présence de grenats indicateurs de hautepression à l’intérieur du faciès schiste vert : Cela prouve que ces roches qui sont pourtant formé à moyenne pression ont d’abord atteint une pression plus élevée, se changeant en schistes bleus et formant des grenats, puis ont été à nouveau modifiées durant la remonté pour redevenir des schistes verts. Figure 4: Trajet supposé dans les conditions de pression/température des roches constitutive de l'ile de Groix. Structures observées L'observation de structures tel que celle qui vont être décrite nécessitent un point de vue particulier vis a vis de la roche. Ce type de structure impose une vision dans un plan perpendiculaire à la foliation et parallèle à la linéation afin de pouvoir caractériser le cisaillement qui en est responsable (Cf. Figure 5). L'ensembles des photographies suivantes ont étaient prisent dans le plan XZ propice à la caractérisation d'un cisaillement. Figure 5: Schéma des plans propice a l'observation de structure de cisaillement. Boudinage: exemple de la Pointe Des Chats Des boudins de schistes bleus ont été observés dans les micaschistes. Figure 6 : Boudins de schistes bleus (bleu) dans un encaissant de micaschiste (jaune). La zone préférentielle de cristallisation des fluides siliceux est mise en évidence par le trait rouge. La figure X se situe au sud de la Pointe Des Chats. On peut y observer deux boudins de schistes bleus dans un encaissant de micaschiste (Cf. Figure 6). Ce type de structure apporte différentes informations quant au sens du cisaillement ainsi qu'aux conditions de pression/température que cet ensemble a subit. La présence d'une cristallisation de quartz, albite et chlorite au nord du boudin indique une zone de dépression préférentielle pour la cristallisation. Autrement dit, dans la partie sud du boudin de droite se trouve une zone de pression conjuguée a cette zone de dépression que l'on observe. Pour obtenir un tel schéma, le cisaillement associé doit être "Top to the South". L'interprétation du sens de cisaillement est possible dans ce cas précis car la section se trouve dans le plan XZ. Plusieurs hypothèses de formation de ce type de boudins ont été formulées. La première hypothèse prétend que ces boudins de métabasalte seraient une intrusion magmatique à travers des sédiments à la manière d'une lave en coussin. Une fois en coupe on obtiendrait alors des boudins de basaltes inclus dans les sédiments. La deuxième hypothèse défend l'idée que l'ensemble basaltique aurait subit un étirement puis une striction. Cette striction aurait alors aboutie à la fracturation de la roche conduisant ainsi à un boudinage à grande échelle. Une fois les boudins ainsi formés, les fluides peuvent alors circuler autour de ces derniers et permettent la cristallisation de chlorite autour des boudins. Ombres de pression: Exemple des grenats "poilus" Figure 7: Recristallisation de chlorite autour de grenats (colorée en vert). Les grenats sont orientés dans le plan XZ. Tout comme les boudinages, les ombres de pression autour des grenats peuvent être un indicateur du sens de cisaillement qu'a subit la roche. La photographie présentée en figure 7 a été prise dans le plan XZ. On peut alors observer que les cristallisation dessinent une sigmoïde indiquant un déplacement "Top to the North". En plus de nous renseigner sur un possible cisaillement, ces microstructures sont un argument de plus pour dire que les roches du terrain d'étude ont subit une rétromorphose. La cristallisation de chlorite en est la preuve évidente. La présence à relativement courte distance d'indicateur de cisaillement "Top to the South" ainsi que d'indicateur "Top to the North" ne nous permet pas de statuer sur la nature des cisaillements ainsi que sur leur chronologie en ce qui concerne l'ensemble du terrain étudié. Données et mesures de terrain Données de foliations Figure 8: Stéréogramme représentant les pôles des plans de foliation mesurés sur le terrain 32 en fonction de la lithologie. Un plan moyen par lequel passent les pôles des plans de foliation a été calculé ainsi que le pôle de ce même plan noté Béta. (Annexe associée: Figure 13) Il est possible de voir sur la figure 8 que quelque soit la lithologie considérée, le plan de foliation semble être le même, avec une moyenne de direction calculée de Nord 174° et un pendage de 17° vers le Nord-Est. La seconde observation à faire sur ce stéréogramme est le fait que les pôles de ces plans sont contenu dans le plan calculé ayant pour axe le point béta de direction Nord 94° et de pendage 17° vers l'est. Le pôle béta peut être interprété comme étant l'axe d'ondulation autour duquel les plans de foliation sont organisés dans le terrain 3-2. Dans le cas de l'ile de Groix, la foliation dans les roches se serait formée au même moment que le métamorphisme prograde et serait du au frottement de la plaque subduite sous la plaque chevauchante. Données de linéation Figure 9: Stéréogramme des linéations prisent sur le terrain 3-2 en fonction de la lithologie.(Annexe associée: Figure 14) Les données de linéations relevées se concentrent vers une direction moyenne de Nord 168° et vers un pendage moyen de 15° vers le Sud (Cf. Figure 9). Tout comme les foliations associées, les linéations ne semblent pas dépendre de la lithologie qui lui est associée. Le fait que l'ensemble des mesures soit concentrée en une même zone peut être une argument montrant que le terrain dans son ensemble aurait enregistré la même déformation. Données de fractures Figure 10: Fréquence des directions et des pendages des fractures mesurée. La direction principale des fractures est indiquée par la flèche. (Annexe associé : Figure 12) La répartition des fractures nous indique deux familles de fracture présentes dans le terrain 3-2. La direction principale des fracture est de Nord 140°. Une seconde famille de fracture quasiment Est-Ouest est observable également (Cf. Figure 10). Ces fracture ont pu se créer lors d'un épisode de cisaillement et de contrainte intense que l'ont peut imaginer lorsque l'on formule une hypothèse géodynamique de la formation de l'île. Hypothèse de formation de l'ile L'ensemble des observations réalisées ont mis en évidence deux métamorphismes successifs. Le premier épisode métamorphique serait prograde de haute pression et basse température. Il aurait conduit à la formation de schistes bleus, d'éclogite, lawsonite, grenats et tous les minéraux marqueurs d'une haute pression. Le deuxième épisode métamorphique fut un épisode rétrograde qui aurait aboutit à l'exhumation de la roche et au second passage de l'ancienne croute océanique dans le faciès à schistes vert. Nous avons alors mis au point une hypothèse géodynamique pouvant expliquer ces deux métamorphismes successifs, sachant qu'un métamorphisme de haute pression basse température est situé dans un contexte de subduction et sachant que la remontée de ces roches fut rapide (Cf. Figure 11). Figure 11: Schéma hypothétique de la formation de l'ensemble métamorphique observé à l'ile de Groix. Lors de la fermeture de l'océan sud armoricain l'ancienne croute océanique, qui constitue maintenant l'ile entre en subduction. Durant cette subduction, le complexe sédiment-croute océanique va subit des contraintes importantes dus aux forces de frottement imposées par la plaque chevauchante. Ceci va entrainer la formation d'une foliation dans ce complexe. Dans les stades ultime de la fermeture de cet océan, les deux plaques continentales vont entrer en collision et faire remonter, à la manière d'un étau, une partie du complexe croute océanique-sédiments maintenant métamorphisés. Cette phase de compression aurait fait subir des contraintes très importantes aux roches et les cisaillements observés peuvent avoir été enregistré à cette période. Par la suite l'érosion des reliefs va permettre l'exhumation de ce complexe. Annexes Figure 12: Fréquence des directions et pendages des fractures mesurées dans l'ensemble des terrains. Contrairement au terrain 3-2, l'ensemble des terrains présentent un maximum de fracture de direction Nord 67°, ainsi qu'un second maximum équivalent a celui observé dans le terrain 3-2 Figure 13: Stéréogramme des foliations de l'ensemble des terrains en fonction de la lithologie. Tout comme sur le terrain 3-2, la lithologie ne semble pas affecter la foliation. On remarque sur l'ensemble du terrain, les pendages semblent s'organiser autour d'un axe d'ondulation qui serait plutôt orienté Nord 156° et légèrement incliné vers le Sud. Figure 14: Stéréogramme représentant l'ensemble des mesures de linéation récoltées sur l'ensemble des terrains en fonction de la lithologie. L'orientation moyenne de ces linéations est équivalente a celle du terrain 3-2. La lithologie semble jouer un rôle très limité comme précédemment. MINUTE ICI
