Minéralogie et Pétrographie des Roches Volcaniques du Massif du Mont-Dore

(d'après R. Brousse)

Résumé

Ce document synthétise une étude minéralogique et pétrographique exhaustive des roches volcaniques tertiaires du massif du Mont-Dore en Auvergne, menée par R. Brousse et publiée en 1961. L'analyse, fondée sur une méthodologie rigoureuse combinant le microscope polarisant, le compteur de points, la diffraction des rayons X et des analyses chimiques, apporte des précisions fondamentales sur la constitution minérale et la classification des roches du massif.

Les principaux points à retenir sont :

• Clarification des types de roches locaux : l'étude redéfinit avec précision la composition et les caractéristiques des sancyites, des doréites et des ordanchites, trois types de roches emblématiques du Mont-Dore.
• Analyse minéralogique approfondie : le document détaille la nature, la composition et les associations des principaux groupes de minéraux :
  • Famille de la Silice : Le quartz est moins fréquent que supposé, tandis que la tridymite est la forme la plus répandue dans les roches acides. La présence de cristobalite est expliquée par une cristallisation métastable.
  • Feldspathoïdes : Une grande variété est présente (néphéline, haüyne, noséane, sodalite, analcime). L'étude se concentre sur la série haüyne-noséane, dont la composition évolue d'un pôle sodique vers un pôle sodi-calcique, et dont la couleur est liée au degré de sulfuration.
  • Autres minéraux : Les feldspaths alcalins montrent un désordre structurel Si-Al élevé. Les pyroxènes sont systématiquement zonés. Les amphiboles sont identifiées comme des kaersutites riches en titane. L'altération des olivines en iddingsite est attribuée à un processus hydrothermal tardi-magmatique.
• Classification pétrographique systématique : basée sur la composition modale (système Jung et Brousse, 1959), l'étude organise les roches du massif en grandes familles : rhyolites, trachyandésites (sancyites et doréites), roches à feldspathoïdes (phonolites et téphrites/ordanchites), et une série basaltique complexe (labradorites, basaltes demi-deuil, basaltes sensu stricto et ankaramites).
• Perspective magmatique : l'étude conclut en postulant que l'ensemble des roches du massif peut être rattaché à deux séries magmatiques distinctes : l'une, sous-saturée en silice (de basaltes à phonolites), et l'autre, sursaturée (de basaltes à rhyolites), une hypothèse qui sera développée dans une publication ultérieure.

Introduction et contexte de l'étude

Cadre Géologique

L'étude porte sur les roches volcaniques tertiaires du massif du Mont-Dore, situé au cœur du Massif Central français. Les volcans sont édifiés sur des plateaux granitiques ou gneissiques.

• Dimensions : Le massif s'inscrit dans une ellipse de 35 km (axe nord-sud) sur 16 km (axe est-ouest). Les matériaux volcaniques couvrent une superficie d'environ 600 km² pour un volume estimé entre 200 et 250 km³.
• Structure : La structure est relativement simple, avec des appareils éruptifs répartis à la périphérie d'une grande fosse d'effondrement. Le point culminant est le Puy de Sancy à 1 886 m.
• Chronologie : L'activité volcanique a débuté au Miocène supérieur, a atteint son paroxysme au Pliocène inférieur et s'est terminée au début du Pléistocène.

Objectifs et méthodologie

L'objectif est une étude minéralogique et pétrographique détaillée des roches volcaniques. La méthodologie employée est multi-techniques, incluant :

• Microscope polarisant
• Compteur de points pour l'analyse modale
• Diffractographe de rayons X
• Analyses chimiques

Le mémoire est structuré en deux parties principales : la première consacrée à l'étude des minéraux, et la seconde à une pétrographie systématique des laves, basée sur la classification de Jung et Brousse (1959) qui utilise les pourcentages relatifs des espèces minérales.

Analyse minéralogique détaillée (Première Partie)

1. Famille de la silice (SiO₂)

Ce groupe inclut les trois formes cristallines de la silice présentes dans le massif.

• Le Quartz : Contrairement aux anciennes études (von Lasaulx, 1875), le quartz n'est pas un minéral très fréquent. Il se présente sous trois formes :
  • Xénomorphe : En petites plages dans la pâte de certaines rhyolites, rappelant les microgranites.
  • Automorphe : En petits cristaux bipyramidés (0,2 à 10 mm) dans des niveaux de ponces. Ils montrent des traces de corrosion marquées.
  • En enclave : Provenant de roches grenues (granites, gneiss), ces quartz xénolitiques sont fendillés et entourés d'une auréole de réaction avec de fines aiguilles de pyroxène.
• La Tridymite : C'est la forme de silice la plus répandue dans les roches acides (sancyites, rhyolites vitreuses). Elle est considérée comme l'équivalent du quartz des roches plutoniques dans la classification pétrographique modale.
  • Xénomorphe : En petits cristaux formant des amas rosés. Sa formation, à température élevée et pression faible, est favorisée par la présence d'ions potassium.
  • Automorphe : En lamelles pseudohexagonales (2 à 5 mm de diamètre) dans les cavités des roches acides.
• La Cristobalite : Moins abondante que la tridymite, elle se trouve dans les faciès de dévitrification des rhyolites. Sa présence à basse température de dévitrification est expliquée par la règle d'Ostwald, où elle se forme comme une phase intermédiaire métastable avant la formation de quartz stable.

2. Les Feldspathoïdes

Ce groupe de minéraux sous-saturés en silice est très varié dans le Mont-Dore, bien que peu abondant. On y trouve la néphéline, la noséane, la haüyne, la sodalite, l'analcime et la leucite.

Associations et répartition

Trois types principaux d'associations de feldspathoïdes sont identifiés :

1. 1. Groupement Néphéline-Sodalite (dans les phonolites)
2. 2. Groupement Sodalite-Analcime (dans les phonolites)
3. 3. Groupement Haüyne/Noséane-Analcime (dans certaines phonolites et toutes les ordanchites, c'est l'association la plus fréquente)

La Série Haüyne-Noséane La haüyne est le minéral le plus caractéristique des phonolites et ordanchites. L'étude montre que ces minéraux bleus ne sont pas toujours de la haüyne ; la noséane est également présente.

• Définition moderne : Basée sur les travaux de Barth, la haüyne est considérée comme un cristal mixte de noséane (silicate I : Na₈Al₆Si₆O₂₄·SO₄) et d'un silicate calcique (silicate III : Ca₄Al₆Si₆O₂₄·SO₄).
• Composition Chimique : L'analyse de nombreuses compositions montre que la série évolue entre un pôle sodique (noséane) et un pôle sodi-calcique, avec une fixation progressive de radicaux SO₄. La limite entre noséane et haüyne est fixée par convention à un rapport 100·Na/(Na+Ca) de 85.
• Propriétés Physiques :
  • Couleur : La couleur bleue est liée au degré de sulfuration (teneur en ion S), les minéraux bleus ayant une teneur normale ou en excès de soufre.
  • Indice de Réfraction : C'est le meilleur critère de distinction. Pour la noséane, l'indice est compris entre 1,485 et 1,493. Pour la haüyne, il est entre 1,493 et 1,510. Un indice supérieur à 1,493 suffit pour identifier la haüyne.

  Roche	Lieu	Indice	Minéral Identifié
  Phonolite	Sanadoire (Mont-Dore)	1,486	Noséane
  Phonolite	Le Roc Blanc (Mont-Dore)	1,492	Noséane
  Ordanchite	Barrie (Mont-Dore)	1,501	Haüyne

  Autres Feldspathoïdes

  • L'Analcime : Très abondant en cristaux microscopiques, il joue le rôle d'un feldspathoïde. Il est considéré comme l'équivalent pétrogénétique de la tridymite, se formant en fin de cristallisation dans les magmas déficitaires en silice.
  • La Sodalite : Forme des plages xénomorphes roses, uniquement dans les roches contenant de la néphéline.
  • La Leucite : Sa présence est seulement mentionnée comme exceptionnelle, trouvée dans une unique veinule.

  3. Les Feldspaths Alcalins et les Plagioclases

  Les feldspaths des roches du Mont-Dore sont des formes de haute température (sanidine, anorthose). L'analyse optique (mesure de l'angle des axes optiques -2V) révèle un désordre Si-Al dans leur structure, plus accusé que la moyenne des feldspaths de roches volcaniques. Les cristaux isolés dans les projections, connus comme "sanidine d'Auvergne", ne sont pas toujours monocliniques. Il s'agit soit de sanidines monocliniques (Or₅₀₋₄₄), soit d'anorthoses tricliniques (Or₃₂₋₂₆).

  4. Les Minéraux Ferro-Magnésiens

  • Les Pyroxènes : Toujours présents. Les phénocristaux sont zonés, avec un cœur d'augite titanifère violette, une enveloppe d'augite brunâtre et une couronne externe d'augite ægyrinique verte. La présence et le développement de ces zones varient selon la basicité de la roche.
  • Les Amphiboles : En raison de leurs fortes teneurs en titane (TiO₂ entre 3,80 % et 5,10 %), elles sont classées comme des kaersutites. Elles sont très sensibles à l'altération, particulièrement dans les roches acides (doréites, sancyites), où elles forment des pseudomorphoses (gaines d'oxyde de fer, agrégats de pyroxène, etc.).
  • Les Péridots (Olivines) : Les olivines du Mont-Dore sont généralement plus magnésiennes que les pyroxènes associés. Elles s'altèrent systématiquement en un produit rouge vif nommé iddingsite. L'étude montre que l'iddingsite est principalement composée de gœthite. Ce processus n'est pas une altération superficielle mais une décomposition par des solutions hydrothermales tardi-magmatiques, impliquant une oxydation du Fe²⁺, un départ de Si et Mg, et un gain de Fe³⁺.

  Pétrographie Systématique (Deuxième Partie)

  La classification des roches est réalisée selon les principes de la classification minéralogique quantitative de Jung et Brousse (1959), en utilisant un diagramme qui positionne les roches selon un indice de coloration (proportion de minéraux colorés) et un indice feldspathique (proportion de feldspath alcalin par rapport au total des feldspaths).

  1. Les Rhyolites

  Localisées principalement au centre de la fosse d'effondrement, elles représentent environ 10 % du volume total du massif. Elles sont divisées en :

  • Rhyolites vitreuses : Textures compactes ou perlitiques. La dévitrification tardive, liée aux fumerolles, produit des sphérolites composés de sanidine et de cristobalite.
  • Rhyolites holocristallines : Rares, aspect d'aplites, structure bostonitique. Contiennent anorthose, quartz, et des amphiboles sodiques (arfvedsonite, kataphorite).

  2. Les Trachyandésites

  Ce groupe intermédiaire, essentiel dans le massif, couvre près de 25 % de sa surface. Il est caractérisé par la présence simultanée de feldspaths alcalins et de plagioclases.

  • Les Sancyites : Roches claires, riches en feldspaths alcalins (indice feldspathique > 60), avec de grands phénocristaux de sanidine. La proportion de phénocristaux peut atteindre 50 %, suggérant une concentration par flottation. Elles varient d'un pôle hololeucocrate et subalcalin (dyke du Puy de Sancy) à un pôle leucocrate et latitique (Puy Gros).
  • Les Doréites : Roches plus sombres (mésocrates) et subplagioclasiques (indice feldspathique < 40). Elles ne contiennent plus de tridymite ni de biotite. Les minéraux colorés (augite, amphibole, olivine) y sont prépondérants. Elles représentent les trachyandésites sensu stricto.

  3. Les Roches à Feldspathoïdes

  • Les Phonolites : Roches verdâtres à débit en plaques sonores, pauvres en phénocristaux. Elles sont classées en phonolites alcalines (R > 92, ex: Le Piton) et subalcalines (R < 92, ex: Roche Sanadoire). L'altération superficielle crée une patine blanche caractéristique (leucostine), résultant d'un enrichissement en Si, K, Al et d'un lessivage des autres ions.
  • Les Téphrites (Ordanchites) : Définies par A. Lacroix comme les équivalents andésitiques des téphrites, caractérisées par la haüyne comme feldspathoïde exclusif. Ce sont des roches leucocrates, latitiques ou subplagioclasiques. Elles ne possèdent pas de phénocristaux de feldspath alcalin, mais la sanidine est présente dans la pâte. Elles sont considérées comme une variété locale de téphrite.

  4. Les Basaltes

  Cette famille est très diversifiée, distinguée par la structure et la proportion d'olivine.

  • Les Labradorites : Basaltes leucocrates à structure microlitique. Contiennent toujours de l'analcime en faible quantité, ce qui les rapproche des ordanchites. Elles sont qualifiées de labradorites basanitiques.
  • Les Basaltes demi-deuil : Se distinguent par leur structure trachy-doléritique unique, où des baguettes de plagioclase sont incluses dans les prismes de pyroxène. Ils ont un ordre de cristallisation particulier : titanomagnétite → olivine → labrador → augite.
  • Les Basaltes sensu stricto : Roches mésocrates à structure microlitique. On distingue :
    • Basaltes pauvres en olivine : Moins de 10 % de phénocristaux, structure fluidale.
    • Basaltes riches en olivine : 25-30 % de phénocristaux, tendance trachy-doléritique.
  • Les Mélabasaltes (Ankaramites) : Roches mélanocrates (plus de minéraux noirs que de plagioclases), riches en pyroxènes et pauvres en olivine. L'ankaramite de la Banne d'Ordanche est le type représentatif.