PARCOURS EDUCATIF ARTISTIQUE ET CULTURELLE - Quelques aspects géologiques de l'histoire du Mont Beuvray - Bibracte
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PARCOURS EDUCATIF ARTISTIQUE ET CULTURELLE Quelques aspects géologiques de l’histoire du Mont Beuvray Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 1
Quelques aspects géologiques de histoire du Mont Beuvray I . Histoire simplifiée de la géologie du Mont Beuvray A. Carte géologique du Mont Beuvray 1. Place Mont Beuvray dans la région d’Autun D'après Pierre Rat (1983) Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 2
2. la géologie du Mont Beuvray Site info-Terre BRGM Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 3
B. Mise en place des terrains volcano-sédimentaires au cours du Dévono-Dinantien 1. Les mouvements tectoniques au Dévono-Dinantien Arrière Arc Arc magmatique N Ouverture de Ouverture de l’océan S l’océan Rhéïque Galice-Massif central Ligne Avalonia Armorica Gondwana 0 Domaine Centre Faille de Bassin de la Morvan tonalitique 480Ma 30 Armoricain Nord/Erdre Brévenne du Limousin 60 90 Km Montagne noire Ride cristalline Océan Rhéno- Océan Galice Océan de l’Allemagne hercynien ? N Massif central Rhéïque moyenne S Avalonia Armorica Gondwana 0 30 410Ma 60 Reliquat éclogite HT 390-410 Ma Gondwana Ophiolites N S 90 Km Arc Morvan- Le Morvan est fait partie de la chaîne hercynienne formée il y a 380 Ma. La diversité des éléments Vosges Paléo-marge Bassin arrière-arc géologiques traduit la présence d'une ancienne subduction, puis de la formation de la chaîne hercynienne et Brévenne-Morvan Montagne Noire Ouverture du Rhéïque de son érosion. Rhéïque 0 Armorica Gondwana 30 60 400Ma Au Dévonien supérieur (-365 Ma), la position des continents est différente de celle d'aujourd’hui. Le Morvan se 90 Km situe au niveau d'un bassin arrière-arc dans la zone de subduction entre le continent Nord européen et le Subduction océan -Galice-Massif Central Rhéïque Gondwana . La subduction prend fin au Tournasien (-359 Ma). Il s'ensuit une collision liée à des mouvements de convergence. Fermeture océan -Galice-Massif Central Subduction Rhéïque Arc Morvan- continentale Vosges Montagne Noire 0 Au cours du Carbonifère (-360 à -300 Ma), se forme la chaîne Armorica Gondwana 30 hercynienne. Lors de cette période se mettent en place de 60 nombreuses inclusions plutoniques. L'épaisseur de la racine 360 Ma 90 Km crustale augmente, on observe un mouvement isostasique. (subsidence). Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 4
2. Le magmatisme de subduction contribue-il à la production de nouveaux matériaux continentaux ? La mise en place des roches magmatiques de subduction fait appel à deux processus fondamentaux : à fusion partielle et la cristallisation fractionnée. La fusion partielle : Lorsqu'un matériau rocheux fond, la fusion n'est que partielle et dépasse rarement 30%. Or cette fusion partielle est incongruente, c'est à dire que le liquide obtenu n'a pas la même composition que la roche de départ. En effet, une roche est une association de minéraux de natures différentes. Or tous les minéraux ne fondent pas à la même température et les éléments chimiques vont avoir des comportements différents lors de la fusion. Certains éléments sont dits "hygromagmatophiles", c'est à dire qu'ils passent préférentiellement dans la phase fluide. La cristallisation fractionnée La différence de comportement des éléments chimiques observée lors de la fusion partielle est également observée lorsque le magma cristallise en refroidissant. Lors de sa remontée vers la surface, un magma peut séjourner plus ou moins longtemps dans des chambres magmatiques où il va progressivement refroidir et commencer à cristalliser. Les premiers minéraux qui vont se former sont des minéraux ferromagnésien (Fe+Mg). Le liquide magmatique va progressivement s'appauvrir en Fe et Mg et inversement, le fluide va progressivement s'enrichir en Si et Al. C'est ce qu'on appelle "la différenciation magmatique". On classe généralement les roches et les magmas en fonction de leur teneur en Si. - roches (magma) acide = SiO2 > 65% (ex: le granite), (le magma a subi une forte différenciation) - roches intermédiaires = 52% < SiO2 < 65% (les rhyolites) - roches basiques = 45% < SiO2 < 52%: (ex: le basalte) - roches ultrabasiques = SiO2 < 45% (ex: la péridotite du manteau) Donc, le granite résulte d'un magma très différencié, très loin en termes de composition d'un magma d'origine mantellique. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 5
Mise en place des structures géologiques du Mont Beuvray au cours du Dévono-Dinantien Série calco-alcaline (marges continentales) Andésites→Rhyolites Série alcaline Série calco-alcaline (arcs insulaires) Andésites Croûte continentale basaltes Série tholéiitique Croûte océanique (arcs insulaires) Rhyolites Andésites Andésites Tholéiites Manteau lithosphérique Fusion Asthénosphère croûte Différenciation échanges avec l’encaissant transfert d’eau déshydratation Différenciation chaleur fusion partielle Ref : ac-dijon./svt/banque de schéma Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 6
3. Les conséquences de la pénéplanation de la chaîne hercynienne au Trias et au Lias sur la géologie du Mont Breuvray Les gisements métallifères se trouvent généralement au sein de dépôts sédimentaires tel que les tufs. Leur genèse est liée à la circulation de fluides hydrothermaux au sein d'une fracturation préexistante dans le socle (failles). Ces fractures donneront naissance à des structures filoniennes sous forme de panneaux, orientés en fonction des contraintes tectoniques initiales. Ainsi les gisements peuvent prendre différentes formes ellipsoïdales à circulaires en fonction de ces contraintes. L'orientation apparente des minéralisations est liée aux processus d’érosions différentiels. Socle hercynien A la fin de l'orogénèse hercynienne, la chaîne n'est plus qu'une structure cristalline faillée. Cette pénéplanation provoque une remontée isostatique du massif associée à une distension et un jeu de failles normales. La formation de gisements métallifères est Socle hercynien associée aux corps plutoniques tels que des granites intrusifs remontés lors de la phase Q Sudète II du Carbonifère. + M La majorité des minéralisations se situe au H2O+SiO2+FeCu, As, Source Sb… de chaleur niveau des failles présentes en périphérie (partie supérieure) de la source de chaleur. TRIAS (-225 Ma) Mer du Trias →Lias Sédiments du Trias Au cours du Trias et du Lias, lorsque la mer transgresse sur le Morvan, l'eau s'introduit au niveau des failles, la chaleur produite par la remontée du H2O+SiO2+FeBa, Fe, S… pluton granitique provoque alors une élévation de température au niveau de la faille créant ainsi l'apparition des filons hydrothermaux. Socle hercynien 130°C65°C) dans le socle du Massif Central. Cela se traduit par une modification du remplissage des fluides hydrothermaux, il H2O+SiO2+F,Ba, Pb,Zn S… se forme alors une nouvelle association Sphalérite, Pyrite, Chalcopyrite et Galène. Elle se forme, à moyenne distance des granites, à des températures comprises Socle hercynien 300°C
Schématisation du fonctionnement de filon hydrothermal (Modèle schématique des relations génétiques entre porphyre cuprifère, épithermal acide et épithermal neutre (d’après Hedenquist et Lowenstern, 1994) 500°-900°C CO2, HCl, SO2 Système volcano-hydrothermal Système géothermique 100°C CO2, HS 200°-300°C CO2, HCl, S 300° 200° Faible taux de Fort taux de sulfuration Au, Ag 300° sulfuration Au, Cu Magma et instrusions ubvolcaniques Prophyre Cu ( Mo, Fluide magmatique salé Au) Vapeur ascendante 1 Km 600° Ecoulement des fluides 1 Km 0 Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 9
4. Les ressources minières Les terrains anciens du massif sont fortement fracturés, laissant affleurer des gisements filoniens : les gisements de fluorine et d’uranium associés à d'autres gisements tels que le fer, le cuivre, l’étain, le zinc, le plomb, l’argent. Aux abords de Bibracte, le site d'Argentolle localisé au pied du Mont Beuvray possède des gisements de métaux comme le plomb, le cuivre et l'argent sous forme de galène argentifère, de pyrite, et de chalcopyrite. Au niveau du site de Bibracte, plus particulièrement au niveau de la Côme Chaudron des indices d'activités minières ont été trouvés, par exemple la Pâture des Grangerands. Carte des minières du Morvan.DAO B. Cauuet/CNRS. Carte des gîtes minéraux du Haut Morvan 5. Différents minéraux ferreux pouvant être identifiés sur le site du Mont Beuvray La limonite :( FeO(OH)·nH2O) est un mélange d'oxydes et d'hydroxydes de fer plus ou moins hydratés dont la goethite. La limonite est souvent présente dans des roches d'origine magmatique ou métamorphique. La limonite est de la rouille à l'état naturel. Son nom vient du latin limus = boue, vase. Elle est fréquente et se forme par oxydation d'autres minerais de fer auxquels elle donne superficiellement sa couleur. La limonite contient souvent des impuretés de silice colloïdale, d’argiles, d’oxydes de manganèse. Geothite La goethite oxydée peut contenir un pourcentage de fer pouvant dépasser 60%). De couleur noire brillante sous forme cristalline, elle est de couleur brun jaune sous forme terreuse. On la trouve en couches, en chapeaux de fer et dans les latérites. Caractéristiques physico-chimiques FeO-OH. nH2O, système orthorhombique, cristallisée en prismes courts, lamelles ou concrétions, d=3,96, dureté de Mohs =4 L'hématite : un oxyde qui contient jusqu'à 73% de fer. Elle est gris brillant sous forme cristallisée (on en fait des perles) et brun rouge sous forme terreuse. On la trouve dans des veines, des couches et dans les chapeaux de fer. Caractéristiques physico-chimiques : Fe2O3, système rhomboédrique, ses formes de cristallisation dépendent de la température de solidification, d= 5,26, dureté de Mohs=6. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 10
Les chapeaux de fer STRUCTURE D’UN CHAPEAU DE FER Minérai oxydé-chapeau de fer H20, CO2, 02 Zone d’oxydation Surface piézométrique Zone de cémentation Nappe phréatique Minéraux sulfurés primaires Zone primaire Minéraux sulfurés secondaires Les chapeaux de fer ou gossans correspondent à des formations rougeâtres constituées par des oxydes de fer et des hydroxydes résultant de l'altération des sulfures par les eaux de surface selon la réaction : 2 FeS2 + 7,5 O2 + 8H2O + CO2 -> 2Fe(OH)3 + 4H2SO4 + H2CO3 Ces acides facilitent la dissolution et le phénomène s'accentue. Dans le cas d'un gisement polymétallique, seul le fer est insoluble et s'accumule sur place. Les autres métaux forment un horizon enrichi, plus bas dans la zone de cémentation parce qu'ils sont emportés par lessivage. Les chapeaux de fer sont en général plus durs et plus résistants que les roches encaissantes et finissent par former un relief. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 11
II. les matériaux présents sur le site. A. Relevés lithologiques du Mont Beuvray 1. Les roches du Mont Beuvray Roches volcaniques : Roches sédimentaires : Rhyolite aphanitique Conglomérat Rhyolite porphyrique Grès Rhyolite finement porphyrique Tufs Rhyolite bréchique Rhyolite altérée Roche basique Dacite Roches magmatiques filoniennes : Roches magmatiques plutoniques : Microdiorite Granite rouge Microgranite porphyrique Granite gris Microgranite fin Granite blanc Granite rose Source : Rapport intermédiaire 2013 du programme quadriennal de recherche 2013-2016 sur le Mont Beuvray Les rhyolites appartiennent aux roches du domaine volcano-sédimentaire Dévono-Dinantien et correspondent à de nombreux épanchements et extrusions. Elles constituent l’essentiel des formations volcaniques du Mont Beuvray et se déclinent en différents facies. Elles sont les équivalents volcaniques du granite et possèdent une composition chimique assez similaire. Roches volcaniques Rhyolite porphyrique Rhyolite aphanitique Dacite : roche volcanique Roche basique Roches plutoniques Microdiorite Microgranite porphyrique Microgranite fin Roches sédimentaires détritiques Grès et conglomérats Tufs D’après le rapport de synthèse 2013 Bibracte, Mont Beuvray . Les matériaux de construction de la romanisation. Carte interprétative des domaines lithologiques du Mont Beuvray : présentation synthétique. (R. Landois). Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 12
2. Quelques roches caractéristiques et leur composition minéralogique Roches plutoniques Granite Le ≪ granite rose ≫ se distingue par la présence de la Q « rose » muscovite, généralement en quantité équivalente à la biotite. Pl granite à Bio Sa texture est grenue et on ne trouve jamais de deux micas phénocristaux. Mu Or La roche se compose de quartz, de feldspath rosâtre ainsi Mu Q que de mica blanc et noir. Sa couleur rose vient des feldspaths potassiques qu’elle Bio contient, mais on peut noter des variations de couleur allant Or du rose saumon au rose orange. Microgranite Les microgranites ont, comme leur nom l’indique, une fin et composition porphyrique minéralogique analogue aux granites. On y trouve ainsi des quartz, des feldspaths blanchâtres et roses, interprétés comme des orthoses, et des micas noirs ou biotites. La roche Or a ainsi une couleur rose plus ou moins claire, en fonction de la quantité de feldspaths colorés. La taille des grains est déterminée par leur stade de croissance en fonction de la vitesse de refroidissement du magma. Microdiorite La microdiorite est une roche magmatique plutonique qui se trouve sur le Mont Beuvray en intrusions sous forme de filons. Il s’agit d’une roche grise à texture microgrenue, composée de petits minéraux blancs et gris, difficilement visibles a l’œil nu. On observe certains d’entre eux à la loupe, notamment les minéraux blanchâtres qui présentent des sections rectangulaires plus ou moins allongées. Ce sont certainement des plagioclases, qui caractérisent généralement par leur grande quantité les diorites et les microdiorites. On trouve également des cristaux noirs et verts très foncés qui forment parfois des agglomérats : On identifie ces minéraux comme des amphiboles, notamment des hornblendes, ce qui correspond bien à la composition minéralogique des microdiorites. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 13
Roches volcaniques Rhyolite Ce facies correspond à celui que les géologues ont l’habitude porphyrique de rencontrer, avec notamment une couleur plus proche du rouge ou de l’orange et une texture microlitique. Sa texture microlitique se caractérise par des cristaux présents, dans une pâte. On distingue deux classes de cristaux : les microlithes et les phénocristaux. Les premiers sont généralement des minéraux sombres, qu’il n’est pas toujours possible d’identifier. Il pourrait cependant s’agir de biotites et d’amphiboles, lorsqu’ils se trouvent sous forme de baguettes et parfois même de chlorites (issues de l’altération) reconnaissables a leur couleur verte. En ce qui concerne les phénocristaux, on peut observer des quartz, des minéraux roses ou orange (Feldspaths alcalins ou potassiques, comme l’orthose et la sanidine, ou parfois même de plagioclase). Rhyolite aphanatique Ce faciès de rhyolite est dit aphanitique car la roche ne présente pas de cristaux discernables à l’œil nu. De ce fait le verre est abondant et possède une teinte noire ou grise très foncée. On ne distingue pas de cristaux, même à la loupe, hormis quelques cristaux cubiques de pyrite. Les surfaces altérées tendent à s’éclaircir, donnant une couleur gris clair ; celles correspondant à des diaclases montrent souvent une patine rouille ou verte due à la présence de chlorites. Une roche sédimentaire Gres arkose Le grès est constitué de grains assez fins et homogènes, bien cimentés, ce qui rend la roche très dure. Elle possède une teinte sombre, noire a gris anthracite. Néanmoins, si on observe attentivement cette roche à la loupe, on distingue des grains de quartz qui ne laissent plus de doute quant à sa nature. Il n’est par ailleurs pas possible de distinguer de banc ou un quelconque indice de sédimentation, comme des figures sédimentaires par exemple. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 14
B. L’utilisation des ressources minières 1. Du filon à l'extraction Filon "métallifère" : quartz, galène, étain, cuivre, zinc, plomb ... à l'affleurement Lentilles de conglomérat (Tournasien) Plan de faille Ruisseau de la Côme Tufs rhyolitiques dacitiques Ravin creusé dans le sens de la pente perpendiculaire au vallon Lentilles de conglomérat (Tournasien) Tufs rhyolitiques dacitiques Ruisseau de la Côme Les terrains anciens du massif Hercynien (Mont Beuvray) sont fortement fracturés, laissant affleurer des gisements filoniens : les gisements de fluorine et d’uranium associés à d'autres gisements tel que le fer, le cuivre, l’étain, le zinc, le plomb, l’argent. Aux abords de Bibracte, le site d'Argentolle localisé au pied du Mont Beuvray possède des gisements de métaux comme le plomb, le cuivre et l'argent sous forme de galène argentifère, de pyrite, et de calcopyrite. Sondage Excavations de 2 à 3 m de diamètre et de 2 m de Axe de la minière profondeur associées à des monticules de remblais remblais Schéma d’une trace de minière Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 15
2. Quelques éléments permettant de caractériser la minière de la Pâture des Grandgerands. Présentation de relevés traduisant la présence d'anciennes minières au Sud -Est de la Côme Chaudron La fouille du ravin de la Pâture des Grangerands a permis de mettre en évidence une excavation minière de 12 m de large à l'ouverture et de 4 m au fond, sur une profondeur de 8 m. Cette structure est bordée de filons de quartz minéralisés en étain (minéralisation dominante) associée à du cuivre et du zinc en faibles teneurs. L'exploitation minière a suivi le filon métallifère pris dans les tufs rhyolitiques. La structure se présente comme taillée en gradins et traverse un banc de rhyolite. C'est la présence de filons de quartz au voisinage ainsi que la topographie particulière de l’ouvrage qui contribuent à caractériser cette excavation comme une minière. Cette ancienne minière a été comblée (fosse-dépotoir) par la suite Technique d’exploitation pour un chantier en ravin. La présence de formations géologiques altérées et détritiques (conglomérats) plus faciles à travailler, a permis la création d'un ravin dans le sens de la pente. Sous l'action de l'eau, le ravinement a entraîné les différents éléments extraits de la mine en fonction de leur granulométrie. Cette technique permet de concentrer les grains de minerais en fonction de leur taille et de leur masse. Les particules les plus fines se retrouvent au bas de la ravine au niveau du ruisseau de la Côme Chaudron. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 16
Mont Beuvray , La pâture des Grangerands. Vue de la minière lors de la campagne de fouilles 2008, prise vers l'ouest (B.Cauuet,CNRS/UMR 5608 TRACES). Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 17
C. Utilisation des ressources géologiques dans les constructions 1. Les principaux matériaux utilisés dans les constructions. On note une très grande diversité des roches utilisées comme matériaux de construction. Cependant leur utilisation et leur usage varie suivant le type de construction réalisé. La majorité des roches est issue de carrières locales bien qu’aujourd’hui, la localisation de ces carrières reste encore incertaine. Exemple de matériaux utilisés pour l’édification de colonne Bibracte, Mont Beuvray . Les matériaux de construction de la romanisation. Tableau récapitulatif des faciès pétrographiques des segments de colonne de Bibracte (F. Delencre 2013). 2. L’utilisation de la pierre au sein de l’oppidum Il a été possible de classer l’utilisation des ressources géologiques suivant 3 grands critères. • Le premier critère est d’ordre économique. Dans la quasi-totalité des structures, la roche dominante est issue du substrat strictement local, généralement la rhyolite aphanitique, qui est la plus présente sur le Mont Beuvray et qui est utilisée dans le gros œuvre des bâtiments. La proximité est l’un des premiers critères concerne l’implantation des carrières (Lorenz, Lorenz1993). Si ce critère n’est certainement pas le seul qui motive le choix de ces roches, on peut supposer qu’il a été pris en compte lors de la construction des nombreux bâtiments (Angles 1994, p. 4). • Le second critère pris en compte est la nature des différentes roches La qualité, la facilité d’accès et la visibilité de certains affleurements ont privilégié l’extraction de blocs. On suppose aussi que certaines roches plus ou moins enfouies sous des niveaux superficiels ont également été exploitées (Lorenz, Lorenz 1993, p. 21). Ce critère concerne plus généralement les caractéristiques physiques des roches. En effet, les différentes lithologies n’impliquent pas nécessairement des techniques d’extraction et de taille similaires : ✓ La rhyolite, par exemple, est une roche qui possède un angle de cassure préférentiel, ce qui ne facilite pas son emploi sous forme de blocs parallélépipédiques. Un des rôles de la rhyolite peut être dans les murs le calage des gros blocs ✓ Les microgranites ou la microdiorite sont des roches compactes facilitant la taille de gros monolithes. Ces roches permettent d’obtenir plus facilement des assises linéaires et équilibrées. ✓ Les granites semblent avoir été utilisés essentiellement pour des emmarchements, des seuils de porte et des chainages d’angle, et l’obtention de monolithes. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 18
✓ Les grès décrits sont d’âge triasique et sont issus de l’altération des roches granitiques et métamorphiques du Morvan. Il existe une grande variabilité des grès mais la plupart affleurent sur le plateau d’Antully- Planoise, soit entre une vingtaine et une trentaine de kilomètres de Bibracte Bibracte, Mont Beuvray . Les matériaux de construction de la romanisation. Relevé lithologique du mur oriental de la plateforme PC14. (A. Soudry). Bibracte, Mont Beuvray . Les matériaux de construction de la romanisation. Relevé lithologique d’une partie des maçonneries de la zone du péristyle de PC1 : mur est de la maison à l’opus spicatum de l’état 4 et conduit hydraulique de la domus de l’état 5. (A. Soudry). • Le dernier critère est d’ordre esthétique, bien que les considérations modernes ne coïncident pas forcément avec la pensée et la logique antiques. L’exemple du bassin de la Pâture du Couvent composée entièrement de blocs de granite rose, roche qui affleure à quelques kilomètres du Mont Beuvray permet d’illustrer ce critère. Compte tenu du soin apporté à la conception de ce bassin, au tracé géométrique rigoureux (Almagro-Gorbea, Gran-Aymerich 1989), il serait étonnant que le choix du matériau de construction ait été anodin, ce choix pouvant être guidé pour répondre aux contraintes régissant la construction du bâtiment. Bibracte 2019 - Françoise Beaudoin enseignante missionnée SVT 19
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