Modèles géologiques et évolution des concepts dans la série de la Sioule

1.4.1.1 Les précurseurs

Richard (1938) reprend le modèle zonéographique (Jung & Roques, 1936) pour invoquer un renversement général, déjà entrevu par De Launay (1894), de la série (Figure 31): « L’étude des coupes et des terrains traversés […] nous montre que toute la série cristallophyllienne envisagée est renversée, plissée, faillée et injectée. […] Les terrains cristallophylliens décrits […] sont renversés tectoniquement puisque toutes les couches d’isométamorphisme restent en concordance là où elles n’ont pas subi d’accidents. […] Ce renversement est dû à un phénomène tectonique d’envergure, vraisemblablement une nappe. ». Demay (1948a) propose également une structuration en nappes : cet

auteur émet l’hypothèse du « charriage d’une nappe en forme de pli couché, et qui a déferlé d’environ 20 Km vers le SSE ». De plus, il suggère que l’âge de la nappe est probablement précambrien.

Figure 31 : carte géologique de la série de la Sioule d’après Richard (1938)

Ces modèles, qui ont directement inspiré les modèles actuels, se basent sur les concepts zonéographiques de Jung et Roques qui postulent que les micaschistes sont moins métamorphiques que les gneiss, eux-mêmes divisés en « gneiss inférieurs » et « gneiss supérieurs ». Notons que Garde (1934) avait mis en évidence l’étroite imbrication entre gneiss et micaschistes, déjà divisés en zones par Lecoq (1867).

Figure 32 : synthèse des modèles proposés par Grolier (1971) pour la série de la Sioule. 1 : tectonique en « blague à tabac », 2 : modèle de Lameyre (1963) sur les relations entre granite et séries renversées, 2 : modèle de glissement à la façon d’un « paquet de cartes », 4 : modèle d’obliquité entre la foliation et les

isogrades du métamorphisme

Grolier (1971) propose d’expliquer la disposition des terrains de la série de la Sioule par plusieurs modèles, et reprend ainsi des hypothèses antérieures. Pour cet auteur, le renversement peut s’être formé par une tectonique en « blague à tabac » : Pruvost in Peterlongo (1953), déversant des plis couchés les uns sur les autres (Figure 32.1). Une variante de ce modèle a été proposée par Lameyre (1963), liant une tectonique en « blague à tabac » à la granitisation (Figure 32.2).

D’autres modèles permettent d’expliquer une inversion sans avoir à mettre en jeu un renversement tectonique généralisé. C’est le cas par exemple du modèle de glissement à la manière d’un château de cartes. Dans ce modèle (Figure 32.3), les isogrades de métamorphisme ne sont pas horizontaux à la base et sont affectés de translations qui vont superposer des terrains moins métamorphiques sur des terrains plus métamorphiques. Enfin, un autre modèle classique envisage l’obliquité des isogrades de métamorphisme sur la foliation (Figure 32.4).

Le modèle zonéographique prévaut, et c’est dans cette optique que la carte géologique de Gannat (Grolier et al., 1980a) a été levée. Ainsi, la carte sépare nettement des zones de micaschistes à 2 micas, gneiss à un ou deux micas, et migmatites. Or, les premiers auteurs qui cartographient la série à l’échelle du 80.000ème mettent en évidence l’étroite imbrication entre gneiss et micaschistes (Garde, 1934), bien avant l’établissement de la carte géologique au 50.000ème (Grolier et al., 1980a) ainsi que de nombreuses variations lithologiques, qui ne sont pas cartographiées.

1.4.1.2 L’émergence du concept de nappes

La série de la Sioule fait à nouveau l’objet d’études, métallogéniques, géochimiques et structurales, dans les années 80, comme études préliminaires et complémentaires au forage du programme Géologie Profonde de la France d’Echassières. Ce forage, profond de 900 m, a recoupé les micaschistes du toit (0 à 96 m) et du mur (870 à 900 m) du granite de Beauvoir.

Dans ce cadre, les études pétrostructurales réalisées par Audren et al. (1987) ainsi que Feybesse et Tegyey (1987) mettent en évidence une succession de phénomènes géologiques polyphasée :

• Empilement synmétamorphe de l’est vers l’ouest, argumenté par la présence de critères rotationnels dans les différentes lithologies,

• Reprise partielle de la série (contacts migmatites/gneiss et granite de Saint Gervais) par des accidents jouant en décrochevauchement.

Les estimations thermo-barométriques réalisées sur les micaschistes situés au toit et au fond du forage mettent en évidence des trajets PT contrastés (Figure 33).

Figure 33, d’après Audren et al. (1987) : 1) synthèse pétrostructurale des micaschistes de la série de la Sioule étudiés lors du forage d’Echassières, 2) trajets PT des micaschistes du toit et du mur du forage, avec en 1 le chemin PT calculé, 2 le chemin possible dans les niveaux du fond dépourvus de spinelle, 3 le trajet PT de type purement érosif dans un modèle 3) modèles conceptuels de mise en place de la série Sur la base de ces arguments, Audren et al. (1987) proposent un modèle d’empilement de nappes pour la série de la Sioule. Cette structuration s’effectue pour ces auteurs de l’est vers l’ouest.

1.4.1.3 Un chevauchement de type himalayen

Ledru et al. (1989a) réalisent la synthèse généralisée du Massif Central et proposent un modèle d’empilement de vastes nappes crustales. Ainsi, la série de la Sioule est envisagée comme résultant de l’empilement de 3 nappes : l’unité supérieure des gneiss est en contact anormal sur l’unité inférieure des gneiss par l’intermédiaire d’un complexe leptyno-amphibolique ; l’unité inférieure des gneiss est chevauchante sur le parautocthone qui est ici représenté par les micaschistes de la Bosse.

Figure 34 : données géochronologiques sur la série de la Sioule

Les travaux de M. Faure (Faure et al., 1993; Faure et al., 2002) mettent en évidence les structures extensives de la série : ces auteurs décrivent un évènement thermique fini Viséen, lié à une extension syn orogénique, et une extension Namuro-Westphalienne liée à l’effondrement de la chaîne.

Enfin, la série de la Sioule fait l’objet d’études métamorphiques et géochronologiques détaillées par Schulz et al. (2001) et Schulz (2009) sous la forme de trajets P-T et de datations sur monazites. L’âge de ces monazites (Figure 34) confirme l’évènement thermique fini Viséen décrit par Faure et al. (2002). Ces âges argumentent un métamorphisme « récent », c'est-à-dire largement postérieur à l’évènement D2 Dévonien.