Le volcanisme rhyolitique tardi-hercynien dans le Massif vosgien

Au début du Permien, à l'issue de l'orogenèse varisque, les forces compressives qui ont permis l'édification de la chaîne hercynienne (partie de l'Orogène varisque) durant le Dévonien et le Carbonifère se relâchent^[1][2]. Dans un contexte géodynamique d'extension, l'orogène s'effondre, ce qui provoque un amincissement et une délamination de la lithosphère suivie d'une remontée de l'asthénosphère.

En profondeur, surchauffée par l'épaississement antérieur lié à l'écaillage crustal, aux multiples intrusions de granitoïdes, à la chaleur apportée par les éléments radioactifs qu'elle contenait, ainsi que l'accumulation en sous-plaquage de magmas basiques engendrés par la fusion partielle par décompression de l'asthénosphère sous-jacente lors de sa remontée, la croûte continentale subit une anatexie (fig.1).

Cet épisode magmatique préfigure les prémices de dislocation de la Pangée et pourrait donc être rattaché à l'intervalle téthysien (= post-varisque) de l'histoire géologique de la France ^[11].

Fig.1 : Contexte géodynamique global du magmatisme permien tardi-orogénique (d'ap. Jaujard, 2020 ^[10] modifié)

Dans le massif vosgien, au centre de la branche européenne de la chaîne varisque, l'amincissement lithosphérique et crustal se caractérise par la structuration de bassins sédimentaires continentaux de type pull-apart, à composante décrochante, où viennent s'accumuler les ultimes produits de l'érosion de la chaîne montagneuse: -bassins de Plaine-Nideck, de Champenay, de Villé et de Saint Dié dans les Vosges septentrionales et centrales (fig.2) ; bassins du Val-d'Ajol et de Ronchamp-Giromagny dans les Vosges méridionales^[7].

Fig.2 : Localisation des émissions volcaniques permiennes des Vosges centrales (bassin de St.-Dié) et du Nord (bassin de Plaine-Nideck) et de la Forêt Noire - nom en rouge : affleurement décrit sur ce site (voir texte) ;  1 : Formations sédimentaires et magmatiques dévoniennes ; 2 : émissions volcaniques et microgranites permiens / bassins sédimentaires permiens ; 3 : couverture triasique ; 4 à 10 : volcanites permiennes avec : 4 : brèches et tufs rhyolitiques ; 5 : cinérites et tufs ; 6 : ignimbrites ; 7 : laves ignimbritiques ; 8 : coulées rhyolitiques ; 9 : dykes acides ; 10 : volcano-sédimentaire ; autres chiffres sur carte : échantillons prélevés pour données paléomagnétiques (d’ap. Edel & Schneider 1995) ^[6]

Les magmas acides et alcalins, produits lors de la fusion partielle de la croûte continentale, se mettent en place au Paléozoïque supérieur et plus particulièrement à la transition Carbonifère-Permien ou durant la première époque du Permien, le Cisuralien ^[11] (voir l'échelle chronostratigraphique ICI) :

- en intrusion comme cela est classiquement observé pour la plupart des magmas acides, qui du fait de leur relativement faible température et leur grande viscosité cristalliseront rapidement dans la croûte, donnant des granitoïdes ; ces derniers sont essentiellement des granites peralumineux comme par exemple les leucogranites alcalins à 2 micas du Kreuzweg, du Kagenfels (voir les fiches de St.-Jean d'Ormont ou du plutonisme du Champ du Feu) et du Grendelbruch dans les Vosges^[1][2],[9].

- en filons et en surface puisque certains liquides magmatiques s'épancheront sous forme de coulées rhyolitiques, associés à des pyroclastites (ignimbrites) ou de petits édifices ; en France, ces épisodes éruptifs correspondent aux volcanismes de l'Estérel (Provence)^[5], de Scandola ou du Monte Cinto (Corse)^[5], de la région d'Ossau (Pyrénées)^[5], d'Autun (Morvan)^[3] et de Roanne (Loire)^[4], de la vallée du Guil (Briançonnais des Hautes-Alpes)^[5] ou encore de l'ensemble du Massif vosgien, au droit ou en bordure des bassins sédimentaires continentaux de grès rouges, des Vosges du Nord et centrales (fig.2), à La Salle, à Brafosse (Provenchères-et-Colroy), à Remémont (Entre-Deux-Eaux), au Nideck, au Donon (vallée de la Sarre-Blanche ou Blanc Rupt), ou encore au sud du bassin de Ronchamp (Vosges du Sud) ^[1].

Dans les Vosges septentrionales, les datations par radiochronologie obtenues sur les rhyolites du Nideck donnent des âges compris entre 299 ± 7 M.a. (limite Carbonifère-Permien) et 293 ± 9 M.a. (Sakmarien = début du Cisuralien ou de l'étage "Saxonien" des anciens auteurs) ; ces résultats sont en accord avec la position de ces volcanites, interstratifiées dans le Permien sédimentaire dédritique, caractérisé par une flore fossile autunienne (= intervalle Gzhélien terminal-Sakmarien inf.) ^[8],[7][12].

Dans les Vosges du Nord, d'autres rhyolites, plus anciennes, ont été émises au cours du Dévonien moyen dans le massif du Schirmeck, ou au cours du Carbonifère inférieur (Viséen) pour le volcanisme calco-alcalin du Rabodeau et les rhyodacites appartenant aux Volcanites de St.-Nabor de la Bande médiane du Champ du Feu. Ces laves ont été générées dans un contexte bien différent de celui prévalant au Permien. Elles résultent de la différenciation d'un magma mantellique primaire et/ou de mélanges par assimilation de matériel crustal, dans un contexte de subduction (volcanisme d'arc ou d'arrière-arc), illustrant les stades primordiaux de l'orogenèse varisque dans les Vosges^[2],[8].

Eléments de bibliographie

[1] Bertrand H. et Tabaud A.-S. (2018) - Le magmatisme des Vosges septentrionales, traceur de l'évolution géodynamique d'un segment de la Chaine Varisque - Généralités. ISSN 2552-9250, https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/geoportail-infoterre.xml. ici

[2] Tabaud A.-S. (2012) - Le magmatisme des Vosges : Conséquence des subductions paléozoïques (datation, pétrologie, géochimie, ASM). Thèse de Doctorat, Université de Strasbourg, EOST, 231 pages.

[3] Thomas P. (2007) - Crochons de faille affectant des prismes rhyolitiques, carrière de Montauté, Montreuillon (Nièvre). ISSN 2552-9250, https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/geoportail-infoterre.xml. ici

[4] Thomas P. (2020) - Des rhyolites aux granites d'anatexie : Le volcanisme hercynien acide de la région de Roanne (Loire et Rhône), un exemple de volcanisme de collision. ISSN 2552-9250, https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/geoportail-infoterre.xml. ici

[5] Thomas P. (2020) - Le volcanisme rhyolitique permien du Sud de la France : Estérel, Corse, Briançonnais et Béarn. ISSN 2552-9250, https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/geoportail-infoterre.xml. ici

[6] Edel J.B. et Schneider J.L. (1995) - The Late Carboniferous to Early Triassic geodynamic evolution of Variscan Europe in the light of magnetic overprints in Early Permian rhyolites from the northern Vosges (France) and central Black Forest (Germany). Geophys. J. Int., 122, pp.858-876.

[7] Durand M. et Hanzo M. coord. (2014) - Le bassin permien de Saint-Dié-Villé (Lorraine-Alsace) et sa couverture gréseuse triasique. Livret-guide des Journées d'automne dans l'Est du Bassin parisien 4 et 5 oct. 2014. AGBP - Association des géologues du Permien et du Trias, 29 pages.

[8] Tabaud A.S., Withechurch H., Rossi P., Schulmann K., Guerrot C. et Cocherie A. (2014) - Devonian-Permian magmatic pulses in the northern Vosges Mountains (NE France) : result of continuous subduction of the Rhenohercynian Ocean and Avalonian passive margin. In Schulmann K., Martinez Catalan J.R., Lardeaux J.M., Janousek V. & Oggiano G. (eds) - The Variscan Orogeny : Extent, Timescale and the Formation of the European Crust. Geological Society, London, Special Publication, 405, pp.197-223.

[9] Faure M. (2021) - La chaîne varisque en France, un édifice multi-collisionnel et poly-cyclique. ISSN 2552-9250, https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/geoportail-infoterre.xml. ici

[10] Jaujard D. (2020) - Géologie. Géodynamique - Pétrologie - Études de terrain - 2^ème édition. Maloine éd., 396 pages.

[11] Quesne D. et Kersuzan A. (2022) - Géologie de la France - 2^ème édition. Omniscience éd., 304 pages.

[12] Boutin R., Montigny R. et Thuizat R. (1995) - Chronologie K-Ar et ³⁹Ar-⁴⁰Ar du métamorphisme et du magmatisme des Vosges, comparaison avec les massifs varisques avoisinants. Géologie de la France, 1, pp.3-25. lien de consultation.