Les roches du Mont Royal appartiennent à la série magmatique alcaline, une série caractérisée par une forte richesse en éléments alcalins incompatibles (Na, K) et une teneur en silice généralement plus faible que celle des séries tholéiitiques. Ce type de magmatisme est typiquement associé à des contextes intraplaques, c’est-à-dire éloignés des frontières actives de plaques tectoniques.
La série alcaline peut se rencontrer dans plusieurs contextes géodynamiques : points chauds, rifts continentaux, marges passives en cours d’ouverture, et plus rarement dans certains contextes de subduction. Dans le cas du Mont Royal, toute origine liée à une subduction peut être exclue, car aucune zone de convergence active n’existait à proximité du Québec au Crétacé, ni spatialement ni temporellement.
La signature alcaline des magmas du Mont Royal s’explique principalement par les conditions de fusion du manteau. Les magmas alcalins résultent généralement de faibles taux de fusion partielle des péridotites mantelliques. Dans ce cas, les éléments incompatibles, qui préfèrent rester dans le liquide plutôt que dans les phases solides du manteau, se concentrent fortement dans le magma produit.
Cette situation peut être renforcée par une profondeur de fusion plus importante, comme dans le cas des points chauds, ou par la participation d’un manteau enrichi en éléments incompatibles, souvent appelé manteau métasomatisé. À l’inverse, les magmas tholéiitiques, typiques des dorsales océaniques, sont issus de taux de fusion plus élevés, ce qui dilue les éléments incompatibles et conduit à des compositions plus pauvres en alcalins.
Le Mont Royal ne constitue pas une intrusion isolée. Il s’inscrit dans un ensemble régional cohérent : les collines montérégiennes, qui forment un alignement de reliefs intrusifs alcalins autour de Montréal, contrastant fortement avec la topographie très plane des basses terres du Saint-Laurent.
Cet ensemble a été défini en 1903 par Frank D. Adams, qui y incluait initialement les monts Royal, Saint-Bruno, Saint-Hilaire, Rougemont, Saint-Grégoire, Yamaska, Shefford et Brome. Le mont Mégantic, bien que situé dans les Appalaches, a été ajouté ultérieurement en raison de sa composition magmatique alcaline atypique pour cette chaîne.
La province montérégienne inclut également de nombreuses intrusions sans expression morphologique marquée, telles que des cheminées, des milliers de dykes et de sills, ainsi que des corps entièrement enfouis comme les intrusions d’Iberville et de Saint-André, découvertes seulement dans les années 1960 grâce à la géophysique.
Les intrusions montérégiennes sont toutes datées du Crétacé, entre environ 140 et 110 Ma, avec un pic d’activité autour de 120 Ma. Elles dessinent un alignement régional globalement orienté Est–Ouest, ce qui a très tôt conduit à proposer un modèle de volcanisme de point chaud, comparable au modèle hawaïen.
Dans ce cadre, la plaque nord-américaine se serait déplacée au-dessus d’un point chaud mantellique supposé fixe, provoquant une succession d’intrusions alcalines à la surface de la lithosphère.
Le point chaud invoqué pour expliquer les Montérégiennes est généralement appelé Great Meteor hotspot ou New England hotspot. Selon ce modèle, il serait également à l’origine d’autres provinces magmatiques situées plus au sud-est : les White Mountains (New Hampshire), les monts sous-marins Kelvin, puis Corner Rise, et enfin les monts sous-marins Atlantis–Great Meteor au-delà de la dorsale médio-atlantique.
Les chaînes de monts sous-marins Kelvin–Great Meteor présentent effectivement une progression régulière des âges, caractéristique d’une trace de point chaud. En revanche, au sein des Montérégiennes et des White Mountains, aucune progression d’âge claire n’est observée. Les distances entre certaines collines sont trop faibles pour être compatibles avec une migration de plaque mesurable, et les âges obtenus sont trop dispersés pour correspondre à un modèle simple de point chaud.
Ces observations affaiblissent fortement l’hypothèse d’une trace continue et unique de point chaud sous la lithosphère continentale nord-américaine.
Une seconde hypothèse privilégie une origine liée à la tectonique extensive associée à l’ouverture de l’Atlantique Nord. Après le Jurassique, cette ouverture s’est propagée vers le nord au Crétacé, avec une géométrie complexe et l’activation de rifts annexes et de paléorifts réactivés, notamment dans la région du Saint-Laurent.
Les intrusions montérégiennes sont étroitement associées à des structures extensives majeures, telles que le graben du Saint-Laurent et le graben Ottawa–Bonnechère. Dans ce cadre, l’extension lithosphérique entraîne un amincissement de la lithosphère, une remontée passive de l’asthénosphère et une décompression adiabatique, conduisant à une fusion partielle à faible taux et à la production de magmas alcalins.
Pour discriminer entre ces modèles, la géochimie isotopique joue un rôle clé. Les roches des Montérégiennes montrent une grande hétérogénéité, tant au sein d’un même pluton qu’à l’échelle régionale.
D’ouest en est, on observe une évolution marquée des compositions majeures, depuis des magmas fortement sous-saturés en silice (carbonatites d’Oka et de Saint-André), vers des magmas modérément sous-saturés à saturés (Mont Royal, Saint-Bruno, Saint-Hilaire), puis vers des magmas nettement saturés à l’est (Brome, Shefford, Mégantic).
Sur le plan isotopique, cette hétérogénéité traduit des différences dans la nature du manteau source et dans l’importance de la contamination crustale, qui peut atteindre jusqu’à 20 % dans certains cas.