Description

Les massifs de lherzolites
Les péridotites
Évolution du manteau supérieur sous les Pyrénées ariégeoises.
La lherzolite de Lherz : Les profondeurs terrestres au sommet des Pyrénées ariégeoise

Les massifs de lherzolites

Les endroits où apparait la lherzolite sont tous situés dans la Zone Métamorphique Nord Pyrénéenne. Elle forme des corps - ou massifs - concentrés en groupes. La moitié des 40 massifs de lherzolite répertoriés dans la chaîne Pyrénéenne est localisée dans le département de l'Ariège. Deux groupes sont distingués : le groupe Prades-Bestiac et le groupe Vicdessos-Lherz. Le dernier groupe, le plus volumineux et le plus intéressant, a été le sujet de nombreuses études depuis Lacroix (1894), en particulier au Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris.

Le massif de Lherz
Carte géologique simplifiée du site de l'étang de Lherz ©Leroux et al. (2007)
Carte géologique simplifiée de la lherzolite de Lherz, revue d'après une étude récente de Leroux et al. (2007).

Le corps de lherzolite de l'étang de Lherz, ou Lers, est situé à environ 1200 mètres d'altitude dans les Pyrénées ariégeoises.

La lherzolite est souvent réduite à l'état de petits fragments anguleux de quelques centimètres, intimement mélangés avec du calcaire. Cette roche particulière, une brèche dans le langage géologique, a été produite par l'excès de pression causé par le gaz carbonique issu de la décomposition du carbonate de calcium sous l'effet de la température.

Le massif lui-même est constitué essentiellement de la lherzolite qui prend un aspect lité du fait de la présence de fins lits de webstérite à spinelle,

ou plus rarement, de bandes métriques de pyroxénites riches en grenats.

Parfois s'intercalent également des lentilles de harzburgites.

Ces lentilles, qui peuvent atteindre 20 mètres d'épaisseur, sont facilement reconnaissables sur le terrain par une couleur jaune-orangé, due à l'abondance de l'olivine, qui contraste avec la patine noir-verdâtre de la lherzolite. Lherzolites et harzburgites sont localement recoupées par des filons de pyroxénites riches en amphiboles, de 30 cm d'épaisseur et par quelques veines de hornblendite (amphibolite) à phogopite.

Les péridotites (lherzolite et harzburgite) et les pyroxénites associées ont été fortement déformées au cours de leur remontée des profondeurs. Un aplatissement généralisé des minéraux définit une foliation; l'élongation des grains de spinelle matérialise la linéation minérale. Cette foliation semble presque parallèle au litage. En fait, les lits de pyroxénite sont étroitement plissés, les plis sont généralement petits, asymétriques et isoclinaux.

On a pu estimer que ces déformations se sont produites vers 30-50 kilomètres de profondeur, à des températures supérieures à 900°C.

Les péridotites

À Lherz, les péridotites sont faiblement serpentinisées et présentent des variations dans leur composition, particulièrement dans les proportions du clinopyroxène. Les lherzolites pauvres en clinopyroxènes sont rares et se trouvent uniquement dans les bandes harzburgitiques.

De même, la minéralogie des pyroxénites est variée; elles sont divisées en 4 groupes :

Les webstérites à spinelle
Les orthopyroxénites
Les clinopyroxénites à grenats
Les ariégites à grenats

Les filons riches en amphiboles, autre particularité minéralogique du massif de Lherz, sont épais de 1 à 30 cm. Quand ils sont abondants, ils forment des amas anastomosés. Les âges mesurés sur ces roches ont montré qu'elles étaient contemporaines et de même nature que le volcanisme observé dans la zone métamorphique nord-Pyrénéenne et qu'elles sont venues recouper la lherzolite de Lherz à 30-40 km de profondeur, il y a environ 100 millions d'années.

Évolution du manteau supérieur sous les Pyrénées ariégeoises

Les nombreux travaux scientifiques réalisés ces vingt dernières années ont permis de débrouiller l'histoire géologique de la lherzolite de Lherz.. En fait, tout semble commencer il y a au moins 2 Milliards d'années par la formation des harzburgites, fragments de manteau asthénosphérique duquel au moins 20% en masse de magma ont été extraits par le processus de fusion partielle. Ce n'est que bien plus tard, peut-être lors de l'orogénèse hercynienne, il y a environ 300 millions d'années, que s'est constituée la masse lherzolitique. On pense maintenant, grace aux efforts conjugués des géochimistes, géologues et spécialistes de la matière minérale profonde, que la lherzolite s'est formée à partir des harzburgites (et non l'inverse) suite à l'important magmatisme émis à cette époque. De cette histoire ancienne dérivent en fait toutes les péridotites et sans doute une grande partie des pyroxénites.

Après s'être collées à la frontière de la plaque européenne, les lherzolites ont subi toutes les vicissitudes géologiques des Pyrénées, qui les ont progressivement portées à la surface. Mais c'est pendant la rotation de la péninsule ibérique par rapport à la plaque Européenne, il y a 100 millions d'années, qu'elles vont quitter le manteau. Les mouvements tectoniques le long de la faille nord-Pyrénéenne vont déformer et découper des fragments dans le manteau, de la taille du massif de Lherz. Celui-ci va être porté à une profondeur d'environ 30 kilomètres, dans la base de la croûte continentale. Ensuite, la collision à l'Éocène, va porter les fragments du manteau ainsi que les roches de la croûte profonde (granulites) à faible profondeur; l'érosion et le rabotage par les glaciers quaternaires termineront le travail, en dégageant progressivement les roches profondes.

La lherzolite de Lherz : les profondeurs terrestres au sommet des Pyrénées ariégeoises

Actuellement, les lherzolites sont classées comme des roches éruptives de la famille des péridotites (40-90 % d'olivine ou péridot) renfermant d'importantes proportions de pyroxène, notamment de clinopyroxène (silicate de calcium, magnésium et fer), de couleur vert bouteille. Dans la lherzolite de Lherz, les différents minéraux sont présents dans les proportions suivantes :

olivine 50-60%
orthopyroxène25-30%
clinopyroxène 5-15%
spinelle 2-3%
Photographie d'une plaque mince de lherzolite de Lherz prise au microscope polarisant (grossie 100 fois). L'olivine présente de belles colorations vives, rougeâtres à jaunâtres; l'orthopyroxène est gris; le clinopyroxène vert-bleuâtre et le spinelle noir. Tous les minéraux ont des formes allongées, en fuseaux. Ils ont été mécaniquement déformés pendant la lente remontée de la lherzolite des profondeurs du manteau.

Des lherzolites ont été retrouvées sous forme de nodules remontés par les volcans (exemple Massif Central) ou draguées au fond des océans, là où les plaques lithosphériques s'écartent sous l'effet des circulations de matière chaude qui affectent le manteau. La composition de la lherzolite de Lherz est représentative de la nature du manteau supérieur sous les continents et les océans.

De nombreux éboulis d'origine glaciaire sont visibles sur les flancs du massif de Lherz, notamment sur le bord de l'étang. Grâce à leur patine, les éboulis sont des endroits privilégiés pour observer les relations entre les divers types de roches qui constituent le manteau supérieur et établir une chronologie dans les différents évènements géologiques qui se sont succédés. Sur cet échantillon, on peut identifier une harzburgite, à patine ocre-jaune, recoupée par des filons marron à noir d'ariégite amphibole (voir tableau ci-dessous). Ces dernières sont agées d'environ cent millions d'années.

En plus de la lherzolite, le massif de Lherz renferme un grand nombre d'autres roches du manteau supérieur. Le tableau ci-dessous en donne un aperçu :

Nom minéraux
harzburgite olivine,orthopyroxène (clinopyroxène, spinelle)
webstérite à spinelle clinopyroxène, orthopyroxène, spinelle
webstérite à grenatclinopyroxène, orthopyroxène, grenat, spinelle
ariégite (Lacroix 1901)clinopyroxène, spinelle (orthopyroxène)
ariégite à grenat clinopyroxène, grenat, spinelle
clinopyroxénite clinopyroxène, grenat
ariégite à amphiboleclinopyroxène, amphibole, spinelle
clinopyroxénite clinopyroxène, amphibole, grenat
hornblendite ("lherzite" de Lacroix, 1917) amphibole, mica
Cette clinopyroxénite à grenat (rouge) est une des roches rares du manteau que l'on retrouve dans le massif de Lherz (collection Roches Endogènes, Muséum National d'Histoire Naturelle, Paris).

Étudier et conserver ces roches rares, c'est la tâche des laboratoires de recherche. Le MNHN conserve et met à la disposition des chercheurs une collection de plus de l000 échantillons de la région de Lherz, dont certains ont été récoltés au début du siècle par Alfred Lacroix.