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Résumé de thèse

Le Velay est une région riche. Les paysages sont variés, alternant les plateaux couverts de bois et de landes et les vallées plus fertiles. Géologiquement, à part le secondaire, tous les types de terrains sont présents. Il s'agit également d'une des plus grandes étendues volcanique d'Europe. La préhistoire y est aussi très bien représenté, en particulier par des sites du très ancien paléolitique qui sont agés d'environ 1 Ma.

Située au Sud-Est du Massif central, sa position et sa langue en font la frontière Nord de l'Occitanie. Son relief est typiquement volcanique, mais c'est aussi la région française dont l'altitude moyenne est la plus élevée, voisine de mille mètres. Sa géographie physique se présente sous la forme de vastes plateaux constitués d'entablements basaltiques entaillés et bordés par de profondes vallées creusées par la Loire, l'Allier et leurs affluents. Ces plateaux sont parsemés de cônes volcaniques. C'est un pays rude, au climat rigoureux et assez humide qui ne permet qu'une faible agriculture principalement concentrée sur les plaines. L'élevage bovin est fait sur de petites exploitations familiales.

Ce mémoire se présente en trois parties. La première, demandée par le BRGM, est une synthèse des données réunies sur l'histoire géologique du Velay. Elle présente également l'état des connaissances sur les maars et introduit ainsi la seconde partie ou sont développées les analyses (cartographie, paléomagnétisme, argiles et pollens) qui ont été menées à bien sur les sites de Saint-Pierre-Eynac, Apilhac, la ferme de l'Aubépin et Chaudeyrolles. Ces quatre sites ont permis de développer l'histoire paléoclimatique et paléogéographique du Velay au cours du temps. Ces résultats sont intégrés dans l'évolution climatique de l'Europe continentale et du proche océan dans le troisième chapitre.

Le Velay est une région qui attire depuis longtemps les géologues (Guettard, 1752). Malheureusement, les publications, et principalement les synthèses géologiques de cette zone sont rares. Marcelin Boule, dans sa "description géologique du Velay" éditée en 1892, est le premier à faire une analyse scientifique du Velay. De plus, le recouvrement par les cartes géologiques au 50 000 est très lacunaire. Si les cartes du Puy et celles du Devès existent, la partie orientale du département est peu représentée. La feuille d'Yssingeaux est actuellement soumise à publication, celles du Monastier et de Saint-Front - Mont-Mézenc ne sont pas encore levées. Le seul travail synthétique récent est la carte du volcanisme vellave, faite par Boivin, Mergoil et Turland au 100 000 ème.

Le BRGM a donc ouvert le présent sujet de thèse dans le cadre du projet Velay. La cartographie de la zone de Saint-Pierre-Eynac (feuille d'Yssingeaux) a été faite dans le cadre de mon DEA (Werth, 1991) ; les études sur ce site se pursuivent dans le présent travail. Les cartes géologiques qui figurent dans ce mémoire sont inédites et appartiennent à des feuilles non encore levées. Il a été nécessaire de cartographier précisément les affleurements que l'on retrouve autour des édifices volcaniques étudiés. Ces terrains sont susceptibles d'intéresser la sédimentation dans les maars. Les sites étudiés, l'exception d'Apilhac, étaient déjà connus mais leur analyse peu développée. Le BRGM m'a permis d'effectuer un forage dans trois d'entre eux.

Dans chacun des sites présentés , nous avons élaboré log et parfois de courbes de susceptibilité magnétique quand la qualité des échantillons le permettait. La composition des minéraux argileux ainsi que les autres données sédimentologiques ont été faites au Laboratoire de Géologie du Quaternaire et la palynostratigraphie au BRGM pour les sites néogènes ou au LBHP (Laboratoire de Botanique Historique et de Palynologie) pour le Pléistocène supérieur et l'Holocène. Nous avons également tenté de caler chronologiquement ces sites soit par la paléontologie et la micropaléontologie (Apilhac, Aubépin, Araules et Chaudeyrolles), soit grâce à des datations absolues (Saint-Pierre-Eynac et Chaudeyrolles). Si les maars du Devès sont connus et ont été étudiés dans le cadre des programmes européens Géomaar et Euromaar, dans le Massif du Mézenc, seul le lac de Saint-Front a fait l'objet d'un carrotage. Trois autres sites ont donc été intégrés à cette étude. Apilhac, au Nord de la ville d'Yssingeaux, L'Aubépin au Nord-Ouest du Mont Mézenc et Chaudeyrolles, au Sud - Ouest du Mont Signon. Ces trois sites étaient localisés auparavant mais aucun d'entre eux n'avait fait l'objet de recherches approfondies. Le levée de la carte géologique de chacun des maars, la réalisation de forages et l'étude des sédiments prélevés ont permis de mieux connaître les formations géologiques qui leurs sont associées.

La datation des colonnes stratigraphiques qui comblent ces dépressions est souvent difficile en raison de l'absence de supports valables. Des datations absolues n'ont été réalisées qu'à Saint-Pierre-Eynac et à Chaudeyrolles. Ce dernier présente probablement de fortes pollutions qui altèrent les résultats obtenus. Les autres sites ont été datés grâce aux analyses polliniques. Ils s'échelonnent entre le Miocène moyen et le Pléistocène supérieur.

  • Saint-Pierre-Eynac est attribué à la base du Miocène supérieur.
  • Apilhac au Miocène supérieur.
  • Araules est daté de la limite Mio-Pliocène.
  • L'Aubépin montre une variation des associations floristiques qui le place à l'apparition de la première grande glaciation dans l'hémisphère Nord (2,4 Ma.). Cette date sera peut-être admise comme nouvelle limite entre le Pliocène et le Pléistocène. Dans ce cas, la série sédimentaire de la ferme de l'Aubépin aura sa place. Elle est en effet placée à la frontière climatique entre la Méditerranée et la zone Nord du continent Européen.
  • Chaudeyrolles qui est daté du Pléistocène supérieur grâce aux analyses polliniques permet de faire la transition avec le maar de Saint-Front dont la sédimentation semble débuter quand la phase lacustre de Chaudeyrolles prend fin.

Les informations recueillies sur ces nouveaux maars sont alors, dans le troisème chapitre, confrontées à celles qui sont actuellement connues en Europe. Le continent européen été séparé en quatres zones distinctes :

  • l'océan Atlantique et ses nombreuses courbes isotopiques ;

  • la Méditerranée qui a été étudiée tant au niveau du signal isotopique que pour ses grains de pollen. Le stratotype actuellement admis pour la limite Plio-Pléistocène est défini par la coupe de Vrica en Calabre ;

  • l'Europe continentale qui a subi les variations climatiques et dont la flore et la faune subirent les conséquences des changements globaux, enfin, plus détaillé,

  • Le Massif central et le Velay. Après cette compilation de nombreux sites, les nouveaux maars sont introduits dans ce contexte global. Le Miocène moyen et supérieur n'étant jusqu'à présent que très peu connu dans le Velay, Saint-Pierre-Eynac apporte une première pierre à leur connaissance.

La limite des premières glaciations pliocènes étant là non plus que très peu détaillée, les résultats donnés dans ce mémoire apportent de nombreuses informations nouvelles. Les quatres maars étudiés permettent donc, chacun à leur niveau, de compléter les connaissances déjà aquises sur le Velay dans les cadres paléoclimatique et paléogéographique. Ils ouvrent également des perspectives d'analyses nouvelles, plus détaillées permettant de confirmer et d'approfondir les informations recueillies .

Dans le cadre de ma thèse, faite en collaboration entre le Laboratoire de Géologie du Quaternaire et Le Bureau de Recherche Géologique et Minière, une longue étude sur le terrain a été menée à bien pour déterminer l'emplacement de maars qui étaient soit connus mais peu ou pas étudiés soit inconnus.

L'étude des sédiments de Saint-Pierre-Eynac a débuté au cours de mon DEA mais les analyses géologiques ont surtout été réalisées pour ce mémoire. Le carottage des trois autres maars (Apilhac, l'Aubépin et Chaudeyrolles) a été exécuté grâce aux moyens lourds du BRGM. L'histoire et l'évolution de la géologie du Velay montrent une prédominance du rôle de la tectonique sur les autres facteurs. C'est elle qui a déterminé les fracturations du Velay contribuant ainsi à la mise en place de l'immense bassin sédimentaire lacustre du Puy / Emblavés, qui se poursuit jusqu' aux Limagnes à l'Oligocène. Ces failles ont favorisé l'émergence du volcanisme dont l'une premières manifestations dans le Velay pourrait être le maar de Saint-Pierre-Eynac daté du Miocène inférieur. Un autre édifice volcanique dont les cendres retrouvées dans ce même lieu est également né au même moment.

Le Miocène supérieur est encore marqué par l'activité tectonique qui fracture de nouveau le dôme anatectique du Velay et permet la séparation des bassins du Puy et de l'Emblaves et la surrection du horst du Velay oriental. Favorisant alors une importante activité volcanique qui est à l'origine de la formation des plateaux du Mézenc et du Meygal. C'est encore l'ouverture d'une grande fissure éruptive qui permettra la formation du massif de Devès dont l'activité s'échelonne entre le Pliocène et le Pléistocène. Les sédiments miocènes sont rares dans le Velay, l'apport des maar de Saint-Pierre-Eynac et d'Apilhac permettent d'offrir de nouvelles données sur cette période, en particulier dans le Miocène inférieur. Celles-ci confirment le développement au Miocène inférieur d'un climat sec, dominés par les gymnospermes. Au sommet de la série, la plus grande importance des Engelhardtia et des autres taxons méga-mésothermes indique une tendance à un réchauffement au cours de cette période. Le maar d'Apilhac, placé dans le Miocène supérieur, confirme l'existence d'un climat chaud, humide à tendance sub-tropicale qui avait déjà était mis en évidence dans le gisement de Souteyros.

Cette évolution climatique qui se poursuit au Pliocène est marquée par une crise exceptionnelle au Pliocène supérieur, qui marque l'avènement de la première grande glaciation nord européenne et dont les effets dans le Nord de ce continent sont très sensibles ainsi qu'en Méditerranée. De plus, le Massif Central a toujours joué le rôle d'une zone climatique tampon entre les zones du Nord et du Sud de l'Europe. C'est pourquoi, l'étude sur des séries sédimentaires vieilles de 2,4 millions d'années dans cette zone était importante pour la compréhension des dynamiques climatiques en Europe. Grâce aux sédiments du maar de l'Aubépin, cette lacune est en partie comblée. En effet, les sédiments lacustres de ce maar ont enregistré grâce aux pollens, le passage entre un climat tempéré, contenant les taxons mésothermes et un climat très froid, avec une disparition presque totale des arbres et une nette domination des herbacées et des graminées. Ces résultats sont en concordance avec les études menée à bien dans le fossé bressan. Etant différente de l'évolution méditerranéenne, le Mézenc pourrait être la limite sud des climats froids du nord de l'Europe. La présence de taxons méditerranéens à Ceyssac semble montrer que la limite se situe pratiquement au niveau de la vallée de la Loire dans le Velay.

Un carottage ainsi qu'une analyse détaillée du paléomagnétisme, des pollens et de la sédimentologie de l'Aubépin serait très intéressante à mener à bien pour confirmer et développer ces hypothèses. Enfin, Le Pléistocène supérieur est bien connu dans le Velay grâce aux travaux déjà faits. Mais les forages sur le massif du Mézenc sont rares, seul Saint-Front avait été carotté. Pour pouvoir comparer les séries du Velay oriental avec celles du Devès, il faudrait poursuivre les travaux sur le maar de Chaudeyrolles dont la phase de sédimentation lacustre se termine au début de celle de Saint-Front. Nous pourrions ainsi remonter plus loin dans le temps.

Pour conclure, l'activité volcanique dans le massif central est classiquement subordonné à une évolution spatio-temporelle. Débutant dans le Mézenc vers 15 millions d'années, elle y prend fin aux alentours de 6 Ma. Le bassin du Puy fait la transition avec le massif du Devés dont l'activité éruptive débute il y a 5,7 Ma et se poursuit jusque' il y a 0,7 Ma. Que faire alors des maars du Mézenc ? Ils sont eux aussi les représentant d'une étape de l'activité volcanique. L'Aubépin est daté d'environs 2,4 Ma, Chaudeyrolles pourrait se former vers 0,5 Ma ainsi que Saint-Front. Ce qui indique que des phénomènes volcaniques très ponctuels mais violents peuvent se produire plusieurs millions d'années après la fin des grandes phases volcaniques connues.

A titre d'anecdote, à chaque nouvelle éruption, le spectre du réveil du volcanisme français ressurgit. Mais si des volcans viennent à ce former de nouveau en France, il pourrait aussi bien être localisé dans le chaîne des puys que dans les Coirons ou le Velay. Tous les résultats décrits dans ce manuscrits montrent qu'un immense travail reste encore à accomplir sur le Velay.

Il faut poursuivre nos investigations pour tenter de découvrir d'autres indices des explosions volcaniques du début du Miocène. Pour cela, les levés des feuilles au 50.000 ème de la carte géologique doivent être poursuivis. Le maar de l'Aubépin devrait faire l'objet d'un carottage de qualité qui permettrait une analyse sédimentologique des lamines, paléomagnétique et palynologique détaillée. Chaudeyrolles nous permettra peut-être d'allonger la colonne stratigraphique connue dans le Pléistocène supérieur du Massif du Mézenc pour la comparer à celle du Devès. Enfin un programme de datations devrait être mis en place par le BRGM en relation avec la carte géologique nationale. Dans ce cadre, une série de datation des maars du Velay a été proposée, d'une part pour connaître le plus précisément leurs âges mais également pour tenter de définir la durée de la sédimentation lacustre dans ces structures volcaniques.