Les informations de cette page sont extraites de notre livre : « Lemptégy, volcan à ciel ouvert, pour comprendre la chaîne des Puys »par Alain de Goër de Herve, Guy Camus, Pierre Lavina, Yves Michelin, Jean-Louis Montel et Maryse Tort.

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Introduction

La géologie est une science de devinette permanente : dans un paysage couvert de végétation, les points d’observation sont rares, en dehors de travaux humains le plus souvent très transitoires. Une carrière représente toujours un accès exceptionnel à la troisième dimension, donc une leçon d’anatomie du sous-sol. Mais celle-ci  est unique en son genre, par la richesse et la variété des enseignements qu’elle apporte. Certes, grâce à une exploitation vieille de plus de cinquante ans, qui l’a évidé jusqu’à déchausser sa cheminée, c’est l’anatomie d’un volcan élémentaire de type « cône de scories » qu’il nous est donné de découvrir ici. Mais le contenu va bien au-delà : ce sont deux volcans qui se sont succédé sur ce site-même il y a 30 000 ans environ. Le premier s’est déchiré, disloqué et affaissé en même temps qu’il était copieusement arrosé par son voisin immédiat, le puy des Gouttes. Le second a été à son tour enseveli sous les produits émis successivement par deux autres de ses proches voisins : d’abord, du côté sud, par le puy de Côme, il y a plus de 11 500 ans, alors qu’un climat glacial interdisait encore le développement de toute végétation ; puis, du côté nord,  par le puy Chopine, voici 9 500 ans, alors que le réchauffement avait permis la réinstallation d’une couverture forestière. C’est donc à la découverte de l’histoire de cinq éruptions que vous invite l’itinéraire de visite du « Volcan à Ciel Ouvert ». 

ALAIN DE GOËR DE HERVE Maître de conférences honoraire de géologie à l’université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand.

Pourquoi des volcans?  

La Chaîne des Puys (ou Monts Dôme) est le plus septentrional des 17 ensembles volcaniques du Massif Central français. C’est aussi le plus jeune témoin d’une histoire qui a débuté il y a 65 millions d’années (Ma), au début de l’ère tertiaire.  

LA CHAINE DES PUYS 

La Chaîne des Puys proprement dite compte près d’une centaine de volcans, alignés sur 45 km du sud au nord, du puy de Tartaret au gour de Tazenat, mais pour l’essentiel resserrés sur 30 km entre le Monténard et Beaunit.

Les plus anciens sont âgés de 90.000 ans environ (Chanat, St Hippolyte), les plus récents de 8.500 ans (La Vache et Lassolas). Toutefois c’est 10 à 15 km plus au sud, aux confins des Monts Dore et du Cézalier, que l’on rencontre les quatre volcans les plus jeunes de France métropolitaine, formant le “groupe Pavin”, âgés de 7.000 ans seulement. Mais on ne doit pas imaginer une activité continue durant toute cette période : la durée de vie de chaque volcan n’ayant dans la plupart des cas pas excédé quelques semaines à quelques mois, le temps total d’activité cumulée n’atteint probablement pas 20 ans ! Encore cette activité a-t-elle été très inégalement répartie selon quatre périodes majeures : entre 95 et 90.000 ans, entre 75.000 et 60.000 ans, entre 45.000 et 30.000 ans, enfin entre 16.000 et 8.500 ans.                                                        

On voit par-là que nous ne sommes que dans une période de rémission. Tout pousse à penser que les éruptions reprendront un jour, mais nous ne disposons pas d’éléments permettant de prévoir où, quand et comment un nouveau volcan apparaîtra. 

Par leur morphologie et leur structure, les volcans de la Chaîne des Puys peuvent être classés en trois catégories, répondant à trois types d’éruptions :

-les cônes de scories, pourvus d’un ou plusieurs cratères, au nombre de 70 ;

-les dômes (et aiguilles) de lave massive, dépourvus de cratère (à l’exception du cratère Kilian), au nombre de 7 ;

-les cratères d’explosion, ou “maars”, au nombre de 18. 

LES CONES DE SCORIES ou VOLCANS DE TYPE EFFUSIF

Les cônes de scories, et les coulées de lave qui les accompagnent, sont engendrés par des magmas de composition basaltique à trachyandésitique. Émis à des températures de l’ordre de 1000 à 1150°, ils sont fluides. Ce sont les plus communs, et les cônes sont donc les édifices les plus abondants.                                             

Les gaz se séparent du magma en formant des bulles qui augmentent de taille avec la baisse de pression. A leur arrivée au sommet du conduit éruptif, ces bulles éclatent, projetant rythmiquement des paquets de lave incandescente dans les airs.

L’accumulation de ces projections autour du point de sortie édifie peu à peu un cône circulaire à cratère central, dont les pentes n’excèdent pas 30 à 35° (pente limite d’un talus d’éboulis). L’édification d’un cône de 200 à 300 m de hauteur et 1 km de diamètre s’effectue en quelques semaines à quelques mois, mais son activité peut exceptionnellement se prolonger quelques années.

On définit les projections laviques en fonction de leur calibre (D = Diamètre) :   

On qualifie de “bombes” des blocs qui ont acquis une forme particulière alors qu’ils étaient encore plastiques, en tournoyant dans les airs (bombes en fuseau) ou en s’écrasant au sol (bombes en bouse de vache). Mais la majorité des fragments projetés sont contournés, hérissés d’aspérités, sans forme définie. Tous ces éléments sont bulleux, mais leur densité est supérieure à 1 ; on les qualifie de scories, par analogie avec les déchets de la métallurgie (du grec skôria = écume de fer).

La teinte normale des scories est noire ou gris sombre, mais par oxydation du pigment ferreux au contact de l’oxygène de l’air, alors qu’ils sont encore à haute température (plus de 600°), les matériaux du cœur du cône acquièrent une teinte rouge caractéristique ; sur la périphérie, trop froids pour s’oxyder, ils conservent leur teinte originelle.

Vers la fin de l’éruption, alors que le magma s’est séparé de l’essentiel de ses gaz la lave sort de façon passive, “effusive”, sous forme d’une coulée qui s’insinue à la base du cône et s’épanche plus ou moins loin. En se refroidissant et se solidifiant, la lave incandescente devient une roche noire à grise : basalte, trachybasalte ou trachyandésite Ainsi les scories, rouges ou noires, et les laves massives d’aspect basaltique ne sont-elles que des formes différentes du même matériau, qui reflètent ses divers modes de mise en place.

Il arrive fréquemment qu’une coulée, en sortant de dessous le cône, le déstabilise et en entraîne une partie sur son dos (ce fut le cas des deux volcans successifs de Lemptégy). Plus rarement, l’émission de la coulée s’effectue dès le début de l’éruption, empêchant la construction du cône d’un côté (cas des puys de La Vache et Lassolas). Dans un cas comme dans l’autre, on obtient un cratère dissymétrique, ébréché ou ouvert d’un côté, dit « égueulé ».   

LES DOMES ou VOLCANS DE TYPE EXPLOSIF

Les dômes et les aiguilles sont engendrés par les magmas trachytiques émis à des températures de 800 à 900° et très visqueux. Ces magmas montent très lentement dans les conduits, du fait de cette viscosité. Ils sont riches en gaz, et ces gaz ont de grandes difficultés à s’échapper.

En général, l’éruption débute par une phase explosive très violente, qui peut correspondre à la libération des gaz magmatiques sous haute pression. Cette phase initiale, souvent brève, élargit la partie haute du conduit puis suit une phase d’extrusion de la lave visqueuse. Celle-ci ne peut s’écouler ; elle s’accumule donc sur place sous forme d’un dôme.

Parfois, la carapace solide du dôme ne peut contenir la pression interne ; elle cède alors, libérant un nuage de gaz magmatiques qui contient en suspension blocs, lapilli et cendres de roche encore chaude (600 à 800°) : c’est une “nuée ardente”. Un tel mélange de gaz et de particules de lave est plus dense que l’air ; il roule alors sur le sol à une vitesse pouvant atteindre 200 km/h si la dénivellation est importante. Si la pente est très faible, comme c’est le cas au pied du puy de Dôme, l’écoulement est rapidement freiné, et l’avalanche ardente ne s’éloigne guère du volcan.

Mais ce schéma simple peut présenter des variantes. Dans certains cas, une grande partie du dôme en cours de croissance s’écroule  sous l’effet de la gravité, et se reconstruit par la suite : c’est ce qui est arrivé au Sarcoui, et au puy de Dôme. Ou encore, le dôme peut être décapité par de violentes explosions verticales, qui y creusent un profond cratère : c’est le cas du cratère Kilian.

Enfin, dans certains cas de viscosité extrême de la lave, celle-ci monte lentement à l’état quasi solide sous la forme d’un piston cylindrique appelé “aiguille de protrusion”. Dans les deux exemples connus dans la Chaîne des Puys : Chopine et Vasset, l’ascension de la protrusion n’a représenté que la phase finale de l’éruption.

LES MAARS 

Un maar est un cratère circulaire entaillé dans le sol. Son diamètre varie de 100 m à 1,5 km, pour une profondeur de 10 à 200 m.

A la différence des cônes de scories et des dômes, les maars résultent de phénomènes explosifs qui ne doivent rien à la nature du magma émis. 

L’arrivée d’un magma en surface peut être perturbée par un facteur externe : l’eau d’une nappe souterraine, d’un lac ou d’une rivière. La chaleur du magma, transférée à l’eau du milieu ambiant, entraîne la vaporisation explosive de cette eau : On parle d’éruption phréatomagmatique. Le gaz moteur est alors la vapeur. Dans ces conditions, les magmas basaltiques acquièrent une explosivité équivalente à celle des magmas riches en silice.  

Le maar-type suppose un régime phréatomagmatique constant pendant toute la durée d’une éruption. Les maars les plus connus sont ceux qui contiennent un lac (lac Pavin, Gour de Tazenat).

Mais il existe de multiples variantes à cette modalité. Ainsi, l’eau peut se tarir au cours de l’éruption, qui va reprendre son régime « normal » : le maar est alors comblé par un lac de lave, ou un cône de scories plus ou moins volumineux (c’est ce qui s’est produit au Pariou), ou éventuellement par un dôme (comme ce fut le cas au Sarcoui).  

Histoire du volcan de  LEMPTEGY

Au fait, pourquoi le nom de Lemptegy ? (pour une explication sur l'origine des noms des volcans d'Auvergne : toponymie)

Avant son exploitation, le puy de Lemptégy se présentait avant son exploitation comme un petit cône strombolien haut de 50 m (sommet à l’altitude 1019), avec un cratère égueulé vers le sud-ouest. En dépit de ces dimensions modestes, l’examen des parois de la carrière révèle une structure complexe. Deux volcans se sont succédé ici il y a 30.000 ans environ.

Histoire de Lemptegy scène 0

On présente généralement les volcans de la Chaîne des Puys comme des «édifices monogéniques», c’est-à-dire édifiés chacun lors d’une éruption unique (et donc individuellement non susceptibles de se réveiller un jour). Le premier volcan a avorté et s’est disloqué sur place, peut-être sous la poussée du magma qui un peu plus tard a nourri le second. 

LE PREMIER CONE DE SCORIES, BASALTIQUE (LEMPTEGY 1)

Sur le plancher Est de la carrière, on peut observer les produits d’un épisode strombolien initial (ou Lemptégy 1), dont la composition se situe à la limite des basaltes et des trachybasaltes.                                                                 

L’emplacement de la cheminée est matérialisé par un culot résistant fait de lave et de scories soudées (« spatter-cone ») culminé par deux énormes bombes dont la plus volumineuse a été cubée à 24 m³, soit 60 tonnes. L’exploitation a laissé autour de ce culot une multitude de bombes de grande taille.              

Dans les parois Nord et Est de la carrière, les projections du Lemptégy 1 sont séparées des scories noires appartenant au Lemptégy 2 par les lapilli de saupoudrage du puy des Gouttes.

La teinte de ces lapilli est normalement noire. Ici, leur teinte est rouge près de leur base. Ceci implique qu’ils sont tombés sur le Lemptégy 1 encore chaud, et suggère donc une activité sensiblement synchrone des deux volcans, Lemptégy 1 et les Gouttes, qui pouvaient être alimentés en profondeur par le même système de fractures. Leurs laves sont d’ailleurs chimiquement et minéralogiquement identiques.

Cet édifice initial du puy de Lemptégy a été récemment daté à 30 000 ans environ par la thermoluminescence des quartz des enclaves de socle profond qui abondent dans ses scories. Cet âge est donc aussi  celui du puy des Gouttes.  

Histoire de Lemptegy scène 1

Le cône du Lemptégy 1 est en outre affecté par une importante fracture N10 dont le rejet semble important (plusieurs mètres) dans les parties inférieures de la carrière. Ce décalage diminue au fur et à mesure qu’on monte dans l’empilement des projections. Ce phénomène est particulièrement visible dans les produits de saupoudrage du puy des Gouttes, affectés par une série de petites failles d’extension dont le décalage est de plus en plus faible vers le haut.

Cette extension a pu s’accompagner de quelques secousses sismiques d’intensité non négligeable, dont témoignent les circonvolutions perturbant localement le litage des lapilli du puy des Gouttes, soulignées par des dépôts fumerolliens blanchâtres (à de telles perturbations, on donne le nom de « sismites »). 

Ainsi a-t-on la preuve :

- de l’étirement et de la dislocation du cône de Lemptégy 1 pendant son éruption.

- du synchronisme de son activité avec celle du puy des Gouttes. 

Histoire de Lemptegy scène 2

LE SECOND CONE STROMBOLIEN, TRACHYANDESITIQUE (LEMPTEGY 2)  

L’âge de ce cône a été établi à 30 000 ans dès 1983, par la thermoluminescence. Il est donc peu différent de l’âge du Lemptégy 1. Compte tenu de la marge d’incertitude de la méthode de datation, il serait impossible de savoir lequel des deux cônes est antérieur, si la superposition des produits  observée dans la carrière ne permettait de lever toute ambiguïté quant à  la chronologie relative des deux éruptions. La valeur de 30.000 ans n’étant dans les deux cas qu’un bon ordre de grandeur, il pourrait en réalité s’être écoulé 3.000 ans entre les deux.

Le puy de Lemptégy 2 résulte d’une éruption de type effusif. Le magma est beaucoup plus évolué que celui de Lemptégy 1 : il s’agit d’une trachyandésite, proche de la célèbre «pierre de Volvic». 

La cheminée, caractérisée par la soudure des matériaux, a été préservée par l’exploitation. Des “fuites” de lave liquide depuis cette cheminée ont donné des filons, qui se sont insinués dans les scories et sont actuellement dégagés : on les appelle les dykes. On voit clairement ces filons sortir radialement autour de la cheminée, puis infléchir leur direction vers le sud-ouest, sans doute en raison de la plus grande pente. C’est probablement la réunion de tous ces filons, qui a alimenté la coulée de Lemptégy 2.

Cette sortie tumultueuse est probablement  à l’origine de l’égueulement du cratère du puy de Lemptégy vers le sud-ouest. La coulée de Lemptégy 2 apparaît dans les fouilles de Vulcania comme une «coulée à blocs» typique (ou cheyre), très semblable à celle, plus célèbre, du puy de Côme. Son épaisseur totale est d’une vingtaine de mètres, et sa partie supérieure, sur 5 à 10 m. 

Histoire de Lemptegy scène 3

LES dépôts de projections issues des volcans voisins

Les dépôts éoliens du Puy de Côme.

Des lapilli scoriacés et des cendres grises finement litées, attribués au puy de Côme (environ 16000 ans), forment sur le cône de Lemptégy 2 un dépôt dont l’épaisseur varie de quelques décimètres à 2 ou 3 m. Ces importantes variations d’épaisseur (accumulations de type dune ou congère), la finesse dominante des produits, leur litage très marqué, et divers effets de courants, sont la signature d’un dépôt en régime de vents violents. 

Les dépôts du Puy Chopine.

Les produits de l’éruption du puy Chopine forment au sommet du front de taille de la carrière de Lemptégy une couche continue, claire, épaisse de 50 cm à 3 m. 

Le puy Chopine est classiquement décrit comme une aiguille de protrusion trachytique. Une violente phase explosive a ouvert un vaste cratère dans le cône strombolien préexistant du puy des Gouttes.  

Mais l’analyse des dépôts permet d’aller plus loin : après cette phase explosive, croît un premier dôme (ou une première aiguille). La destruction explosive de ce dôme (ou de cette aiguille) est à l’origine du dépôt sur Lemptégy. Il est essentiellement constitué de trachyte et sa richesse en charbon de bois révèle une température de mise en place plus élevée (au moins 450°) : il s’agit là d’une véritable nuée ardente, dont le vecteur était le gaz magmatique.

Il convient à ce sujet de faire une remarque : dans les dépôts du Puy Chopine, on n’observe aucune trace de racines dont la longueur aurait excédé 50 cm. Il n’y avait donc pas d’arbres sur le puy de Lemptégy, mais seulement une végétation herbacée. Les branches et fragments de troncs carbonisés dispersés dans le dépôt proviennent donc de la destruction d’un couvert forestier qui occupait le puy des Gouttes, mais ne s’étendait pas à l’ensemble de la région. 

Les fragments carbonisés ont permis un nombre inhabituel de datations, par la méthode du ¹⁴C. La moyenne d’âge de douze mesures aboutit à la valeur calibrée : 9.500±500 ans, c’est-à-dire : entre 9.000 et 10.000 ans décomptés à partir d’aujourd’hui.

Exploitation des scories ou pouzzolanes