Failles Hercyniennes et Bassin Tertiaire de la Limagne

Dans sa thèse sur la dynamique de l'extension continentale, L. Michon s'intèresse naturellement à la Limagne. Il montre, entre autres, que les failles hercyniennes ont contrôlé la sédimentation Tertiaire du Bassin de la Limagne. Il a créé, pour illustrer son propos, une excursion avec Olivier Merle. Ce sont quelqu' uns des affleurements de leur excursion que j'illustre ici.

La carrière de Gandailhat, visitée par de nombreuses élèves et étudiants de différents niveaux et horizons géographiques, montre la sédimentation oligocène supérieur dans le bassin de la Limagne qui a fonctionné depuis l'Eocène supérieur jusqu'au Miocène inférieur. Ce bassin d'orientation N-S appartient au rift Ouest Européen (ROE) qui se situe en périphérie occidentale de la chaîne alpine. En Limagne, la sédimentation est essentiellement lacustre, avec quelques rares incursions marines, et se fait sous une faible tranche d'eau (0 à 5m), proches du niveau de la mer. Le milieu est généralement saumâtre.


Des stromatolithes vus sous tous les angles

Le panorama vers l'Ouest depuis la carrrière permet de repérer quelques points clés du Bassin.

A nos pieds, la plaine de sédiments oligocènes ; au loin, un escarpement, au dessus de la ville de Clermont Fd, matérialise la faille occidentale du bassin qui sépare les sédiments du plateau granitique hercynien qui culmine à 900 m d'altitude. Sur ce dernier est posée la chaîne des Puys, volcans quaternaires dont le Puy de Dôme est le point culminant. Enfin, au premier plan, le puy de Cruel d'âge vraisemblablement Miocène. Sa morphologie conique n'est pas celle d'un cratère : il s'agit en fait de la racine d'un édifice phréato-magmatique de type maar.

Mais revenons à la carrière. Le petit graben de la carrière est une structure tectonique typique de la Limagne : le Bassin s'est formé dans un graben d'orientation globalement N-S témoignant d’une extension E-W.

Dans l'ensemble de la carrière, de nombreuses failles montrent des microstructures témoignant qu'il s'agit dans tout les cas de failles normales.

Ce trottoir à stromatolithes est décalé par failles normales ; sur la photo de droite, le plan de faille montre des stries dans la ligne de plus grande pente (trait rouge).

Le petit graben est limité par une faille orientale d’orientation N20E à pendage W. A l’Ouest, il est limité, par 2 failles à pendage E.

La bordure occidentale du petit graben est limitée par deux failles qui se croisent sur la petite terrasse supérieure (photo de droite)

Ces deux failles se croisent vers le haut : ceci montre qu’elles ont des orientations différentes, respectivement NS et N150E. Ainsi, le graben n’est pas limité par un seul système de faille N-S, mais par une famille de failles d'orientation dispersées entre N150 et N50E. Cette disposition se retrouve à l’échelle de l’ensemble du bassin de la Limagne...

     

La carte de la Limagne montre que les bordures N-S du bassin sédimentaire sont acquises par la combinaison d'un ensemble de failles d'orientations variées. (en rose : socle granitique, en blanc : sédiments tertiaires ; en bleu : volcanisme). D'après Chéguer (1996) modifié par Michon (2000).

La rosace montre les directions très variées des failles de la carrière de Gandailhat (Thèse L. Michon, 2000)

... et témoigne de la réutilisation, au tertiaire, d’accidents plus anciens : il s’agit d’accidents tardi-hercyniens. La direction N20E, par exemple, est celle du décrochement sénestre du Sillon Houiller. Pour vérifier l’âge de ces failles anciennes, nous irons au Rivalet, dans le granite hercynien qui borde le bassin sédimentaire.

Mais pour l’instant, restons à Gandailhat et déplaçons nous vers l’E sur la petite terrasse intermédiaire du talus portant le mini-graben.

Une faille N-S, perpendiculaire au plan de coupe de la carrière met en contact un niveau de marnes (à gauche) et un niveau de calcaire (à droite). Ce banc de calcaire montre un plan de faille d'orientation N110 parallèle au plan de coupe de la carrière.

Quelques mètres à l'E...

... deux failles de même orientation, mais avec des pendages opposées, délimitent un mini-graben d'orientation N110. Ce deuxième système de failles est visible sur la rosace.

Nous avons noté que le premier système de failles, globalement N-S, est compatible avec l'extension E-W à l'origine du bassin subsident globalement N-S de la Limagne. L'autre système, de direction N110-120, n'est pas compatible avec cette extension E-W. D'autre part, nous ne savons pas si ces 2 systèmes de failles sont contemporains ou non. S'ils ne sont pas contemporains, le deuxième système de failles N110-120 suppose un régime d'extension de direction voisine de N20 : un tel régime est peu documenté dans la région.

L. Michon et O. Merle proposent une alternative élégante : après un fonctionnement des failles NS lors de l'extension oligocène, les 2 systèmes de failles auraient un fonctionnement contemporain au Miocène, qui serait en relation avec la surrection du Massif Central depuis cette époque. En effet, dans un tel régime, la direction verticale est la direction Z de raccourcissement , tandis que les directions horizontales X et Y ont probablement une valeur très proche, sinon identique et sont toutes deux en extension.

L'altitude actuelle de la Limagne (300 à 400m) alors que le bassin sédimentaire s'est formé au niveau de la mer, l'inversion des reliefs des coulées de Gergovie, des Côtes de Clermont, le puy de Cruel, racine d'un maar, actuellement à près de 400m d'altitude témoignent de cette surrection. Celle-ci est associée à une anomalie thermique, qui ne semble pas être à mettre en relation avec un point chaud, compte tenu de sa profondeur modeste.

Un filon de lave basaltique jalonne la carrière. L'aspect bréchifié de la lave témoigne d'un dynamisme explosif qui indique une mise en place dans un sédiment encore riche en eau. Ce type de filon correspond sans doute au filon d'alimentation d'un édifice phréatomagmatique tel que celui, à proximité, du puy de Cruel.

Le Rivalet : dans la suite de leur excursion, L. Michon et O. Merle nous emmènent au rocher d'escalade du Rivalet. Celui-ci se situe à quelques kilomètres à l'Ouest du bassin de la Limagne (sur le bord de la D996 en direction de St Nectaire). Le rocher d'escalade est un granite tardi-hercynien abondamment fracturé. Une famille de fractures domine largement : elle a une orientation moyenne N20E avec un pendage fort vers l'est.

Direction et pendage de ces fractures sont compatibles avec ce que l'on peut observer le long de la faille de la Limagne et à Gandailhat.

Cette rosace montre que les directions N20-40E dominent largement au Rivalet ; la direction N120 est peu représentée.(Comparer avec la rosace de Gandailhat).

Des systèmes de failles conjuguées faisant un angle d'environ 60° (photo ci-dessous) sont compatibles avec la déformation en extension à l'origine du Bassin de la Limagne.

On reproduit expérimentalement de telles structures.

Ceci est conforté par la présence, sur certaines de ces fractures, des stries dans le sens de la plus grande pente ;

D'autres plans montrent des stries horizontales de failles en décrochement.

Près de Neschers, des filons d'aplite sont intrudés dans les fractures à pendage E, indiquant sans ambiguïté que ce réseau de failles à pendage Est est d’âge hercynien. En effet, ces filons d'aplite associés génétiquement au granite et se mettent en place à la fin du refroidissement de celui-ci.

Au dessus de Champeix, une faille de direction N20 met en contact le granite hercynien (G) avec l'oligocene (O). Le plan est cicatricé par une rhyolite (R) très altéré et bréchifiée (voir de plus près ?) d'âge supposée paléozoïque : cette faille est donc d'âge paléozoïque et ré-activée en faille normale à l'oligocène.


La rhyolite (R) d'âge supposée paléozoïque qui cicatrise le plan de faille (de direction N20E) entre un granite hercynien (G) et les marnes rouges oligocènes (O) témoigne que cette faille est d'âge paléozoïque et réutilisée à l'oligocène.

A lire :

CHEGUER L. (1996) - Les laves miocènes de la Limagne d’Allier et des plateaux bordiers (Massif Central français). Caractérisation d’une série magmatique alcaline sous-saturée (basanite-phonolite) associée à un rifting continental. Thèse 3ème cycle, Univ. Clermont-Ferrand, 201p.

MICHON Laurent (2000) - Dynamique de l'extension continentale - Application au Rift Ouest-Européen par l'étude de la province du Massif Central. Thèse 3ème cycle, Univ. Clermont-Ferrand, 266 p.

MERLE Olivier et MICHON Laurent (2001) - Découvrir et comprendre le rift de la Limagne page sur le site de Planet Terre

MICHON Laurent et Olivier MERLE : Rift de la Limagne

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