De la Butte Chaumont à Carrouges (Orne)
Volcanisme cambrien en Normandie-Maine et son Cadre géodynamique

 

Les ignimbrites du massif d’Ecouves témoignent de l’existence d’un volcanisme de type explosif dans la partie orientale du Massif armoricain au Cambrien, vers 510 millions d’années. Ce volcanisme s’est produit au cours de la phase de distension cambrienne postérieure à l’orogenèse cadomienne.


I. Volcanisme du Sud de la Normandie (Ecouves)

Figure 1 : Localisation des volcanites cambriennes dans le Sud de la Normandie (J. Le Gall 1993)

Le volcanisme du Massif d’Ecouves s’est mis en place au Cambrien dans un environnement deltaïque subissant des incursions marines à l’Ouest. 
Il s’est manifesté essentiellement par la production de puissantes nappes d’ignimbrites (visibles à Rouperroux et au Bouillon). Ces dernières se sont formés par accumulation des débris de laves acides produits par les phénomènes explosifs liés à la formation d’une caldeira ; les débris, soudés à chaud (500 °C), ont rempli sur plusieurs centaines de mètres d’épaisseur la caldeira, large de 15 à 20 km et centrée sur le Massif d’Ecouves. Des ignimbrites plus minces, présentant une texture peu soudée et un aspect moins compact, ont débordé de cette caldeira, sur de courtes distances. Vers leur sommet, les ignimbrites d’Ecouves sont localement interrompues par des brèches volcaniques (visibles à Livaie) émises le long d’une fissure éruptive. 
Des sondages effectués près de Rouperroux par la Société Elf-Aquitaine ont révélé la présence d’une importante masse de lave andésitique en bordure de la caldeira.

Figure 2 : Coupe dans la bordure occidentale de la caldeira d’Ecouves (J.Le Gall 1993)

 

Figure 3 : Reconstitution de la caldeira et de son domaine externe (J.Le Gall 1993)

L’activité volcanique du Massif d’Ecouves s’est déroulée au cours d’un grand cycle éruptif présentant trois phases :
1 - Bombement tectonique et accumulation de magma acide dans une chambre magmatique
2 - Effondrement du toit de la chambre magmatique, formation d’une caldeira et émission d’un grand volume d’ignimbrites qui remplissent la caldeira, certaines pouvant déborder vers le bassin de sédimentation.
3 - Démantèlement des reliefs et effacement des structures volcaniques ; épandages détritiques recouvrant les nappes ignimbritiques (conglomérat de Livaie).

 

II. Volcanisme du graben Normandie-Maine

Figure 4 : Localisation des volcanites cambriennes dans la Province Normandie-Maine (J.Le Gall 1993)

 

Figure 5 : Reconstitution du graben Normandie-Maine au cours du Cambrien (vers 500Ma) lorsque la caldeira d’Asné-le-Boisne-Pail était en activité (J.Le Gall 1993)

Les ignimbrites d’Ecouves se rattachent à la province paléovolcanique du Maine qui s’étend du Massif d’Ecouves au Bassin de Laval, incluant les massifs des Coëvrons et de la Charnie dans le Maine. Les volcanites du Maine, produits de l’activité volcanique de cette province, sont interstratifiées dans des sédiments cambriens détritiques déposés dans un environnement deltaïque au Nord et marin peu profond au Sud.
     
La majorité des volcanites du Maine sont des ignimbrites et des pyroclastites acides (plus de 90% du volume total émis), ce qui témoigne de l’intensité des phénomènes explosifs. Les autres produits volcaniques (10%) sont des laves : andésites, dacites et rhyolites, émises par des stratovolcans.
Les principaux centres éruptifs sont répartis dans de grandes caldeiras, dont la caldeira d’Ecouves au Nord et la caldeira d’Assé-le-Boisne - Pail, au Sud. Cette dernière est plus avancée dans le domaine marin ; de ce fait, les interactions entre le magma et le milieu marin sont à l’origine d’éruptions phréato-pliniennes, très explosives, délivrant de grandes quantités de cendres mêlées de ponces qui se déposent ensuite dans le bassin sédimentaire. Les éruptions s’accompagnent de l’émission de coulées pyroclastiques qui s’échappent de la caldeira pour rejoindre le bassin.
Ainsi, le bassin sédimentaire reçoit un volume considérable de matériaux volcanogènes qui peuvent s’y accumuler grâce à la subsidence (3000 m de sédiments marins peu profonds).

 

III. Cadre structural du volcanisme cambrien en Normandie-Maine

Les caldeiras sont localisées dans un fossé d’effondrement, le graben Normandie-Maine, orienté NNE-SSW, long de 75 km et large de 50 kilomètres. Soumis à une forte extension, ce fossé volcano-tectonique était le siège d’une intense subsidence et de multiples injections de magmas. Il s’est édifié lors de la phase de distension cambrienne en bordure des reliefs mancelliens issus de l’orogenèse cadomienne et soumis à l’érosion.

 

Figure 6 : Essai de reconstitution de l’ouverture du graben Normandie-Maine selon un régime d’extension oblique (J.Le Gall 1993)

 

Le fossé est limité au NW par une faille normale d’orientation N20 plongeant vers le Sud-Est. La présence d’accidents obliques orientés N60-N70 limitant des structures distensives cambriennes indique que le fossé se serait ouvert dans un contexte de transtension dextre (contrainte d’extension : N150-160).

Le fossé d’effondrement suit une discontinuité crustale majeure héritée de l’histoire cadomienne. Cette discontinuité séparait deux unités paléogéographiques cadomiennes : le bassin marginal mancellien dont la couverture sédimentaire a été déformée (plissement cadomien) et granitisée (granodiorite mancellienne) et sa marge continentale méridionale pratiquement exempte de déformations et de granitisation.

 

IV. Origine des magmas du volcanisme cambrien

Les analyses minéralogiques et géochimiques des volcanites de la province du Maine indiquent que les laves proviennent d’une fusion partielle du manteau et que les ignimbrites, résultant des phénomènes explosifs, sont issues d’une fusion de la croûte continentale.

Les laves de la province volcanique du Maine appartiennent à une série calco-alcaline où le taux de silice varie de façon continue depuis 53% (andésites basiques) jusqu’à 83% (rhyolites). Cette lignée andésitique est issue de la cristallisation fractionnée d’un magma andésitique provenant d’une fusion partielle du manteau dans un contexte compressif en relation avec l’épaississement crustal du domaine mancellien.

Les ignimbrites et les pyroclastites d’Ecouves et du Maine, qui constituent 90% des émissions volcaniques, révèlent à l’analyse des compositions de rhyolites, avec un taux de silice élevé, compris entre 69% et 80%.
Le volume considérable d’igimbrites émises (plus de 1000 km3) ne permet pas d’attribuer l’origine du magma ignimbritique, acide, au produit final de la différenciation par cristallisation fractionnée du magma andésitique, qui ne représente que 10% de la totalité des émissions volcaniques. D’où l’hypothèse d’une origine crustale.
Cette hypothèse est confirmée, entre autres, par la présence de minéraux riches en alumine tels que la cordiérite, indiquant une participation crustale, et par les similitudes pétrochimiques et géochimiques (concentrations en traces et éléments rares) entre ignimbrites et granodiorites cadomiennes de la Mancellia dont l’origine crustale est affirmée.

Ainsi les ignimbrites dériveraient de la fusion de la croûte continentale mancellienne inférieure et moyenne réalisée aux dépens des séries volcano-sédimentaires (grauwackes et argilites) briovériennes issues du démantèlement d’un arc volcanique et déposées dans le bassin mancellien d’arrière-arc du dispositif cadomien.
L’association, au niveau des grandes caldeiras, entre les laves andésitiques et les nappes d’ignimbrites suggère une possible interaction entre les deux types de magmatisme. L’injection répétée de magma andésitique chaud  en base de croûte aurait élevé le flux de chaleur et engendré un processus de fusion locale (anatexie) de la croûte continentale et la formation de magma ignimbritique qui s’est accumulé dans des chambres magmatiques proches de la surface.
Par ailleurs, le magma andésitique a pu s’injecter à la base de ces chambres magmatiques et déclencher des éruptions explosives paroxysmales.
La montée du magma andésitique a pu être favorisée par le jeu des failles obliques (orientées N20) du graben Normandie-Maine.
 

Figure 7 : Bloc-diagramme schématique illustrant l’origine probable des volcanites cambriennes du Maine (J.Le Gall 1993)

Légende du schéma

1- Déshydratation d'une écaille de croûte mancellienne
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- Accumulation de magma acide dans des chambres magmatiques (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 déclenchant certaines éruptions ignimbritiques paroxysmales
8- Mise en place de dômes rhyolitiques.

Après le plutonisme granodioritique de la Mancellia, le volcanisme du fossé Normandie-Maine marque la fin des manifestations magmatiques liées aux fusions crustales de la fin de l’orogenèse cadomienne.

Source bibliographique :

Jean Le Gall J. : Reconstitution des dynamismes éruptifs d’une province paléovolcanique : 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. Mémoires de Géosciences Rennes, n°52, 370 p. (1993)

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