La sortie du 25.04.2004 en Normandie-Maine                                                                                                           

Au Cambrien, il y a quelques 500-530 millions d'années, donc au début du Paléozoïque, l'extrémité orientale du Massif armoricain et plus précisément la bordure sud-est de la Mancellia (province géologique située entre Maine et Normandie), a été le siège d'une intense activité volcanique localisée dans un vaste fossé qui s'étend du massif d'Ecouves jusqu'au bassin de Laval, soit sur 75km de long pour 50km de large.
Les produits de cette activité volcanique sont aujourd'hui reconnus dans les massifs paléozoïques d'Ecouves, de Multonne, de Perseigne, d'Héloup, de Pail, d'Assé-le-Boisne, des Coëvrons et de la Charnie (fig.1).

Fig. 1- Les volcanites cambriennes (en rouge) dans les unités paléozoïques de l'Est du Massif armoricain
(d'après J. Le Gall, 1993)

Les roches volcaniques, connues sous le nom de volcanites du Maine, y sont interstratifiées dans des sédiments cambriens détritiques (grès, siltites) ou carbonatés, de faible bathymétrie. A l'intérieur de ce fossé volcano-tectonique appelé graben Normandie-Maine, les centres éruptifs étaient localisés dans trois structures principales de type caldera (ou caldeira) dont le diamètre avoisinait parfois 20km: calderas d'Ecouves, d'Assé-le-Boisne-Pail, de Perseigne, bordées d'un vaste domaine externe méridional (fig.2).

Fig. 2- Reconstitution du graben du Maine au cours du Cambrien (vers 500 Ma), alors que la caldera d'Assé-le-Boisne-Pail était en activité (d'après J. Le Gall, 1993)

Les calderas ("chaudrons") sont des dépressions généralement circulaires, apparues lors d'éruptions cataclysmiques par effondrement du toit de la chambre magmatique, après expulsion d'un énorme volume de magma.

L'activité volcanique s'exerce lors de plusieurs phases, certaines paroxysmales, dont le dynamisme hautement explosif se traduit dans la nature des produits émis qui sont principalement des ignimbrites et des pyroclastites.

Les ignimbrites (de ignis, feu et imber, pluie) sont le produit d'éruptions extrêmement violentes, qui s'expriment par l'émission de coulées pyroclastiques (coulées riches en gaz, chargées de particules chaudes, progressant à très vive allure) issues pour la plupart d'édifices volcaniques à base très large qualifiés de strato-volcans.

Ces roches à chimisme acide (> 70% de silice), se sont essentiellement accumulées à l'intérieur des calderas (ignimbrites proximales) sur des épaisseurs pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres et représentant un volume qui dépasse 100km3.
Cette activité explosive s'accompagne d'éruptions qui expulsent un volume considérable de cendres et de ponces sous forme de colonnes hautes de plusieurs kilomètres (type plinien) mais aussi de l'extrusion de laves (andésites, dacites, rhyolites) qui, bien que de faible volume, leur sont toujours étroitement associées, soit sous la forme de coulées et dômes, soit en fragments dans de nombreux tufs et brèches.

La position de certains centres éruptifs en bordure de mer explique également le déclenchement de nombreuses éruptions d'origine hydromagmatique, caractérisées par le très fort degré de fragmentation du magma au contact de l'eau de mer.

A l'extérieur des calderas s'échappent quelques coulées pyroclastiques (ignimbrites distales moins chaudes et peu épaisses), accompagnées d'énormes coulées de boue, appelées lahars (exemple de la coulée meurtrière issue du volcan colombien Nevado del Ruiz, ayant anéanti la ville d'Armero en 1985).
Tous ces matériaux, dans lesquels s'intercalent des conglomérats (formations à galets désignant d'anciens chenaux fluvio-marins), s'accumulent au sud du graben Normandie-Maine, dans un bassin peu profond (exemple de la région des Coëvrons où ces matériaux sont exploités dans les grandes carrières de Voutré en Mayenne).

Si les effets combinés de l'érosion et de la tectonique (plissements varisques vers 340-300 Ma) ont, en raison de l'âge respectable des éruptions, totalement effacé la morphologie volcanique primitive, il nous reste heureusement les ensembles lithologiques, objet de la sortie de ce jour.

Le parcours et les différents arrêts

Par une agréable journée ensoleillée, quelques 25 personnes se sont retrouvées au pied de l'église de Carrouges avant d'emprunter une "route des volcans" d'une centaine de kilomètres depuis cette localité de l'Orne jusqu'à Voutré en Mayenne (fig.3).

Fig. 3- Carte du parcours avec emplacement des différents arrêts

Arrêt n°1 - la Carrière de Rouperroux (carrière Le Torriellec)

A quelques kilomètres au sud-est de Carrouges, entre Chahains et Rouperroux, la carrière Le Torriellec est ouverte dans un panneau de roches volcaniques qui appartiennent au massif volcanique d'Ecouves et qui apparaissent isolées au sein de formations sédimentaires cambriennes (argilites et grès).
Un malheureux contretemps ne nous a pas permis d'accéder à l'exploitation et c'est devant le portail fermé que notre guide nous a fait, à partir d'un panneau et de schémas, une présentation (quasi) exhaustive des manifestations volcaniques qui se sont produites à l'aube de l'ère primaire dans la province de Normandie-Maine.

Dommage que nous n'ayons pu accéder au front de taille, car cette carrière exploite, au dire des "spécialistes", l'une des plus belles ignimbrites que l'on puisse rencontrer dans cette région.

Les roches volcaniques de cette carrière se disposent en un ensemble massif, sans intercalation sédimentaire ou volcano-sédimentaire reconnue. Les ignimbrites, violacées, grises, ou verdâtres, montrent une remarquable texture flammée aux flammes longues et étroites (5 cm de long pour 0,5 cm de large au maximum) constituées d'un ancien verre vésiculé ou fibreux. Le microscope révèle une texture vitroclastique (fragments de verre volcanique) soudée remarquablement conservée. Ces ignimbrites renferment de nombreuses enclaves anguleuses de sédiments briovériens et cambriens ainsi que des cinérites et des rhyolites.

L'identification des ignimbrites, l'appréciation de leur volume ainsi que l'analyse de leur structure intime sont fondamentales dans la reconstitution des édifices volcaniques.

En effet, la tectonique et l'érosion ayant fait disparaître toute morphologie permettant de reconnaître quelconque structure volcanique dans le paysage, le dessin des 3 calderas principales identifiées dans la province volcanique du Maine (cf. travaux de J. Le Gall) est principalement fondé sur la reconnaissance de la texture des ignimbrites.

Fig. 4- Position supposée de la limite externe de la caldera d'Ecouves dans la coupe Chahains-Rouperroux (Sud-Ouest du massif d'Ecouves) (d'après J. Le Gall, 1993)

Celles qui se sont mises en place dans la caldera se sont accumulées sur une épaisseur importante et présentent de ce fait une texture vitroclastique extrêmement soudée tandis que celles qui ont débordé de la caldera, étant peu épaisses, montrent une texture peu soudée.
Ce point de vue a été confirmé pour la caldera d'Ecouves, lorsqu'une anomalie magnétique ayant été décelée autour de Chahains-Rouperroux par la Société Elf-Aquitaine; celle-ci, à la recherche d'amas sulfuré comparable à celui connu à Rouez en Mayenne, a effectué des forages qui ont permis de dresser une coupe de la région (fig.4) et donc de tracer la limite externe de la caldera.
Plutôt qu'à l'amas sulfuré recherché, l'anomalie s'est révélée correspondre à une importante masse de lave andésitique ce qui est important pour une explication de la genèse de ces ignimbrites (cf. fin de compte-rendu).

La caldera d'Ecouves est installée dans un environnement deltaïque à marin peu profond dans lequel se déposent des calcaires de plate-forme à stromatolites.
L'histoire volcanique s'y déroule au cours d'un seul grand cycle éruptif (V1) qui se décompose en 3 phases principales: une phase pré-caldera, une phase correspondant à la formation de la caldera, une phase post-caldera.
La phase pre-caldera libère peu de magma mais est accompagnée d'un important bombement tectonique; la seconde phase voit l'effondrement du toit du réservoir magmatique (formation de la caldera) et l'émission de très volumineuses ignimbrites qui restent essentiellement cantonnées à la caldera mais peuvent également s'en échapper vers le bassin de sédimentation.
La phase post-caldera voit le démantèlement des reliefs et la libération de décharges conglomératiques qui recouvrent les nappes ignimbritiques.

Arrêt n°2 - Saint-Léonard-des-Bois - route D 112

En plein cœur des Alpes mancelles, la Sarthe recoupe au sud de Saint-Léonard-des-Bois le complexe volcanique d'Assé-le-Boisne (fig.1). Les rochers ainsi dégagés, accessibles au long de la D. 112, permettent d'observer les différents termes volcaniques de ce complexe ainsi qu'un niveau sédimentaire.
L'évolution de la caldéra d'Assé-le-Boisne se déroule en 3 cycles d'activité (V1 à V3) séparés par le dépôt de corps sableux littoraux (Grès de Sainte-Suzanne).
Dans ce secteur, la série cambrienne comprend trois formations: les Conglomérats et arkoses, les Schistes et calcaires puis les Grès de Sainte-Suzanne; ces derniers sont répartis en 3 barres classiquement désignées par G1, G2 et G3 que séparent deux corps éruptifs V2 et V3.

Depuis le carrefour de la route de la route du Petit Coslin (ou Coslins) est visible au sud, près du Pont de la Folie, la silhouette d'un dôme rhyolitique ("crypto-dôme") tandis qu'un peu plus à l'ouest c'est la ligne de crête constituée par les conglomérats et arkoses de la base de la série sédimentaire cambrienne qui barre le paysage.

En allant vers Saint-Léonard-des-Bois, les premiers affleurements rencontrés au droit du Bois des Guerches sont principalement constitués d'ignimbrites à texture vitroclastique généralement soudée qui sont accompagnées de quelques tuffites (complexe V2).

Tufs et tuffites: ce sont des roches volcanoclastiques, c'est à dire formées pour tout ou partie de fragments volcaniques, dont la taille des éléments majoritaires est inférieure à 2 millimètres. Les tufs sont essentiellement constitués de particules volcaniques, correspondant souvent à des cendres consolidées (cinérites), tandis que les tuffites sont constituées d'un mélange de particules d'origine sédimentaire (épiclastes) et de particules d'origine volcanique (pyroclastes).

Un peu plus loin, mais uniquement visibles en haut de pente, ce sont les grès de Sainte-Suzanne (barre G2).
Ensuite viennent les laves et les brèches andésitiques à dacitiques du complexe V3. Ces volcanites sont clairement intrusives dans les ignimbrites et les grès G2. Ces roches sont issues de la formation de stratovolcans érigés à la bordure méridionale de la caldera (cf. fig.2).

Un peu plus loin, au delà du virage, un petit vallon transversal marque le passage de l'important accident orienté Est-Nord-Est - Ouest-Sud-Ouest qui correspond au chevauchement vers le sud de l'unité allochtone de Saint-Pierre-des-Nids sur l'unité d'Assé-le-Boisne.
L'unité de Saint-Pierre-des-Nids ne comprend pas de cambrien, le socle briovérien étant directement recouvert par la Formation du Grès armoricain qui forme les hautes falaises qui surplombent la Sarthe à Saint-Léonard-des-Bois.

C'est d'ailleurs au pied de ce site très touristique qu'a été pris le déjeuner .

Après un long parcours routier vers le sud-ouest via Fresnay-sur-Sarthe puis Sillé-le-Guillaume nous avons rejoint le synclinal des Coëvrons dans lequel sont connues de nombreuses manifestations volcaniques qui permettent de préciser la suite des événements décrits dans l'arrêt précédent.
En effet, la fin de l'évolution de la caldéra d'Assé-le-Boisne (cycle V4) voit d'abord l'éjection des plus volumineuses nappes ignimbritiques du Maine qui débordent très largement de la caldera vers Fresnay/Sarthe, puis la mise en place de gros volumes de rhyolite.
En raison de leur caractère paroxysmal les éruptions des cycles V3 et V4 se répercutent très largement au delà du périmètre de la caldera d'Assé-le-Boisne, notamment dans les Coëvrons fournissant un matériau de choix qui est notamment exploité dans la carrière de Voutré.

Arrêt n°3 - Carrières de la Kabylie et de la Massottrie, Voutré, Mayenne

Cette différence de morphologie est évidente lorsque l'on monte par l'ouest le chemin pentu qui mène au belvédère perché à quelques 300 mètres d'altitude.

Depuis ce superbe point de vue sont particulièrement bien visibles les gradins de l'ancienne carrière de la Kabylie qui est partiellement noyée. Les différentes ensembles volcaniques et volcanosédimentaires inclinés vers le sud y sont aisément identifiables à leur différence de couleur.

Au sud apparaissent les ateliers de concassage, de criblage, et les zones de stockage des granulats tandis qu'au loin vers l'est est visible la nouvelle exploitation de la Massottrie qui permet les observations actuelles.

Plusieurs ensembles volcaniques et volcano-sédimentaires d'une puissance totale de près de 170 mètres sont entaillés par les deux exploitations. 150 mètres appartiennent à la Formation des pyroclastites de Voutré, les 20 mètres sommitaux entrant dans la Formation des Grès feldspathiques.
La carrière de la Massotrie qui a été visitée lors de cette sortie, permet un accès aux unités supérieures de la succession volcanique telle qu'elle a été décrite par J. le Gall (Thèse, 1993).

On y voit:
- un ensemble bréchique inférieur qui repose sur quelques horizons pyroclastiques.
- un ensemble médian dans lequel alternent décharges conglomératiques et coulées pyroclastiques.
- un ensemble supérieur constitué de tuffites évoluant de façon graduelle vers des faciès strictement sédimentaires.

* L'ensemble inférieur, d'une puissance avoisinant 50 mètres, connu sous le nom de "brèche bleue", est très massif. Il est constitué d'une alternance de brèches ponceuses et de brèches à fragments lithiques dont la taille est voisine de 5mm. Les fragments sont dispersés au sein d'une matrice fine cinéritique. Dans les brèches ponceuses la matrice a une texture vitroclastique riche en fragments ponceux. Elles correspondent clairement à des coulées pyroclastiques.
Ces phases éruptives appartiennent à un seul événement majeur dont le dynamisme est avant tout ignimbritique et c'est le dynamisme phréato-magmatique qui est le principal vecteur de la fragmentation du magma acide tout en relevant le caractère distal des coulées pyroclastiques.

* L'ensemble médian est bien exposé sur la face orientale de la carrière ou il apparaît constitué d'une alternance de conglomérats, de brèches stratifiées et de coulées pyroclastiques (nappes de ponces et projections cinéritiques associées) dont la puissance varie de 40 à 50 mètres.
Les niveaux de conglomérats et brèches stratifiées, au nombre de 4 et d'épaisseur variant de 3 à 15 mètres, sont constitués à la fois de galets roulés et de blocs anguleux dont la taille peut varier de quelques centimètres jusqu'au mètre, emballés dans une matrice abondante. Ces éléments sont surtout d'origine volcanique (rhyolites, ignimbrites…).
La mise en place de ce type de roches correspond typiquement à un mécanisme de type "coulées de débris"; ces décharges conglomératiques, à base ravinante, colmatent des chenaux creusés dans les coulées pyroclastiques.

Les conglomérats évoluent souvent vers des tufs et des brèches stratifiés parfois chargés en laves dacitiques et andésitiques qui tirent leur source de l'érosion d'édifices volcaniques sans doute éloignés. Des passées plus fines (cinérites remaniées par l'eau) dérivent du démantèlement sur place des coulées pyroclastiques intercalées dans les conglomérats.

Le dynamisme éruptif invoqué pour la mise en place de telles roches est celle de l'éjection de cendres fines lors d'éruptions phréato-pliniennes qui voient également l'émission d'une coulée pyroclastique ponceuse.

* l'ensemble supérieur: les ultimes projections cinéritiques sont surmontées par un ensemble de tuffites (grès et siltites tufacés) puis finalement par des grès feldspathiques violacés.

* Les cycles d'activité volcanique dans les carrières de Voutré:

Premier cycle (carrière de la Kabylie): les manifestations volcaniques se déclenchent en milieu marin peu profond, se marquant par un enchaînement de phases explosives qui expulsent un volume important de cendres recouvertes de tufs et brèches ponceux.
Ce sont des éruptions phréato-pliniennes suivies de l'émission de coulées pyroclastiques et probablement de projections aériennes.

Deuxième cycle (carrière de la Kabylie): démantèlement des reliefs volcaniques suivi de l'accumulation des débris dans un bassin marin peu profond, fortement subsident et leur déplacement en masse dans des coulées de boue de type lahar.

Troisième cycle (carrière de la Massotrie): déclenché en milieu marin peu profond le dynamisme éruptif d'abord phréato-plinien se poursuit par l'émission de coulées pyroclastiques ponceuses au sein desquelles la "brèche bleue" correspond à des phases explosives hydroclastiques. Leur démantèlement et leur déplacement correspond à des lahars.

* Emplacement des centres éruptifs:

La recherche de l'emplacement des centres éruptifs est surtout guidée par la nature des clastes observés dans les brèches et les conglomérats ainsi que sur le cachet distal ou proximal des coulées pyroclastiques.
Il en ressort que les centres éruptifs se situent au nord du synclinal des Coëvrons, à l'emplacement de la caldera d'Assé-le-Boisne-Pail, la distance séparant les édifices volcaniques du lieu actuel des carrières de Voutré étant cependant difficile à évaluer.

* Milieu de mise en place:

La répétition des dynamismes hydroclastiques indique que le milieu dans lequel se déroulent les éruptions reste constamment sous l'emprise du facteur aquatique avec parfois quelques émersions.

Fig. 5- Reconstitution du cadre paléogéographique des éruptions volcaniques à l'origine de la Formation des pyroclastites de Voutré dans les Coëvrons, Mayenne (d'après J. Le Gall, 1993)

La paléogéographie la plus probable (fig.5) est celle d'un domaine marin littoral s'étendant au pied de reliefs volcaniques situés vers le nord au niveau de la caldera d'Assé-le-Boisne-Pail.
Rapidement érigés, ces reliefs somme toute meubles, sont peu à peu démantelés; ils alimentent les unités conglomératiques et bréchiques qui sont piégées dans des systèmes de chenaux fluviatiles et transportées sous formes de coulées de débris vers la plaine côtière.
La superposition de nombreux cycles dans lesquels alternent coulées pyroclastiques et conglomérats suggère la permanence d'un système de paléovallées fluvio-marines qui servent périodiquement d'exutoire aux nappes ignimbritiques puis sont soumis à une érosion fluviatile qui restaure le drainage initial.

* Genèse des volcanites (fig.6)

Le modèle de genèse des volcanites cambriennes du Maine offre d'étroites analogies avec celui envisagé pour les très nombreux massifs granodioritiques du batholite mancellien qui affleurent du nord-est de la Bretagne à la Normandie et au Maine.
Les données géochimiques étayent en effet l'hypothèse de l'origine des ignimbrites par fusion crustale. En fonction de la même signature géochimique, la nature du substrat impliqué par la fusion s'apparente à celle réputée à l'origine des granitoïdes mancelliens.

L'injection répétée des magmas andésitiques, toujours étroitement associés aux volcanites acides (cf. arrêts 1 & 2), pourrait être le facteur initiateur de l'anatexie.

Fig. 6- Bloc diagramme illustrant l'origine probable des volcanites cambriennes du Maine (d'après J. Le Gall, 1993)

1- déshydratation d'une écaille de croûte mancellienne (subduction continentale ?)
2- zone de fusion partielle au sommet du coin de manteau = genèse des magmas andésitiques du Maine. Cette fusion est déclenchée soit par l'action des fluides issus du lambeau de croûte subductée, soit par un mécanisme de décompression adiabatique du manteau lors de la distension cambrienne.
3- Fusion partielle de la croûte continentale inférieure et moyenne: production des magmas acides du Maine.
4- Chambre magmatiques, non ou peu zonées, dans lesquelles se déroulent des mécanismes de cristallisation fractionnée d'ampleur limitée (réservoirs ignimbritiques).
5- Différenciation des magmas andésitiques par cristallisation fractionnée dans de petits réservoirs superficiels (production de laves dacitiques, rhyodacitiques et rhyolitiques).
6- Interaction entre magma mantellique et croûte continentale: genèse des dacites à grenat.
7- Injection de magma basique à la base de la chambre magmatique (déclenchement de certaines éruptions ignimbritiques paroxysmales.
8- Mise en place de dômes rhyolitiques.

Rédaction du compte-rendu: Jean Plaine, Juin 2004
Clichés: J. Plaine       

à Jean-Jacques  

Documents utiles
Carte géologique de la France à 1/50 000ème, feuilles:
- La Ferté-Macé n° 250
- Villaines-la-Juhel n° 286
- Sillé-le-Guillaume n° 321

Guides géologiques régionaux: Normandie, Masson éd.
La Normandie- bibliothèque du naturaliste, Delachaux et Niestlé éd., 2003 (partie géologie armoricaine rédigée par J. Le Gall).

Orientation bibliographique

BOYER C. 1969- Le volcanisme pyroclastique acide dans le Paléozoïque inférieur des Coëvrons (carrière de Voutré, Mayenne). Bull.Soc.géol.France,XI,800-809.

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LE GALL J. 1978- Les pyroclastites acides du Cambrien de la Charnie (E. du Massif armoricain): pétrographie, encadrement lithostratigraphie. Bull.Soc.linn.Normandie, 106, 27-34, Caen.

LE GALL J. 1993- Reconstitution des dynamismes éruptifs d'une province volcanique: l'exemple du graben cambrien du Maine (Est du Massif armoricain). Pétrogenèse des magmas andésitiques et ignimbritiques et leur signification dans l'évolution géodynamique cadomienne (Thèse Etat, Caen). Mém.Géosciences Rennes, 52, 370p.

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LE GALL J., DORE F., GIORDANO R., POTTIER Y. 1975- Position stratigraphique et cadre tectono-sédimentaire des manifestations volcaniques cambriennes dans le Nord-Est du Massif armoricain. Bull.Soc.géol.Fr., (7), 17, 1101-1109.