Histoire Géologique du massif Armoricain : Actualité de la recherche

National audienceUne part essentielle de l'histoire géologique de la France (et même d'Europe occidentale, avec des roches ayant environ 2000 Ma) est déchiffrable dans le Massif armoricain. Si celui-ci est réputé pour ses excellentes qualités d'affleurement sur le littoral (Armor, ou pays de la mer), certains objets ou structures ne peuvent être observés que dans le bocage (Argoat, ou pays des arbres), où leur lisibilité est souvent problématique. En Armor comme en Argoat, de nombreux sites constituent un réel patrimoine géologique (l'intérêt de certaines localités sera mis en exergue dans le texte), dont la valeur ne peut être jaugée qu'au regard de son intérêt scientifique. Ainsi ce travail - une mise en perspective de nos connaissances scientifiques sur l'évolution géologique du Massif armoricain - est-il basé sur plusieurs synthèses antérieures (par ex. Le Corre et al., 1991 ; Ballèvre et al., 2009), qu'il complète en intégrant les nouvelles données disponibles. Plus qu'un exposé complet des faits, nous visons à clarifier certains débats, et montrer en quoi les recherches en cours changent notre image globale du Massif armoricain. Nous restreindrons notre analyse à la période qui couvre la fin du Protérozoïque (Ediacarien : 635-540 Ma), le Paléozoïque (540-250 Ma) et le début du Mésozoïque (Trias : 250-200 Ma)

Age et origine des premiers reliefs de la chaîne hercynienne : le dévono-carbonifère du bassin d'Ancenis

Mémoire de géosciences-Rennes n°135The Variscan belt, erected during the end of the Palaeozoic, results from the convergence between two major plates: Laurussia and Gondwana. The purpose of this work is to study how the sedimentary basins record the birth of the relief and the exhumation of rocks during the early stages of this orogenesis. The studied sedimentary series (Ordovician to Carboniferous of the Mauges Unit, South-Armorican Domain, France), despite being located in the internal zones of the belt, are weakly deformed. A multidisciplinary approach (structural, sedimentology and geochronology) was developed in order to constrain the palaeogeography and the nature of the material being eroded during the birth of this belt. Ordovician to Devonian sediments record a Lower Devonian rifting, marked by an unconformity which would have been located on the rift shoulders. This event could be linked to the opening of a back-arc basin (Saint-Georges-sur-Loire). The creation of a magmatic arc is recorded by detrital zircon at ca. 400 Ma in the Sainte-Anne Fm. The gap in the sedimentary record could be linked to an emersion during the Middle Devonian. Just after the destruction of this first relief, the return of a marine sedimentation is recorded in Upper Devonian times. The main final collision occurs at the Devonian/Carboniferous transition. Carboniferous sedimentation (Ancenis Fm) took place in a basin preserved thanks to the reactivation of the suture zone. The identified regressive mega-sequence is associated to surface uplift and progressive exhumation of the Variscan magmatic and metamorphic rocks.La chaîne hercynienne construite à la fin du Paléozoïque résulte de la convergence entre deux plaques majeures Laurussia et Gondwana. L'objectif de ce travail est d'étudier le potentiel des bassins sédimentaires à enregistrer la naissance des reliefs et l'exhumation des roches au cours des stades précoces de cette orogène. Les séries sédimentaires étudiées (Ordovicien à Carbonifère de l'Unité des Mauges, Domaine-Sud Armoricain, France), bien que localisées dans les zones internes de la chaîne, sont faiblement déformées. Une approche pluridisciplinaire (structurale, sédimentologique, géochronologique) a été développée pour contraindre la paléogéographie de la chaîne et la nature du matériel en cours d'érosion durant sa construction. Les séries sédimentaires ordoviciennes à dévoniennes enregistrent un rifting Dévonien inférieur marqué par une discordance (formation d'épaulements de rift). Cet évènement pourrait être lié à l'ouverture d'un bassin arrière-arc (St-Georges-sur-Loire). L'existence de l'arc magmatique est enregistrée par des zircons détritiques à ca. 400 Ma dans la Fm de Sainte-Anne. La lacune de sédimentation du Dévonien moyen pourrait être liée à une période d'émersion. Le retour de la mer après une destruction des premiers reliefs a lieu au Dévonien supérieur. La collision intervient à la transition Dévonien/Carbonifère. Les séries carbonifères (Fm d'Ancenis) sont préservées dans un bassin grâce à une réactivation de la zone de suture du bassin arrière-arc. La méga-séquence régressive identifiée enregistre une surrection des reliefs et l'exhumation progressive du matériel hercynien (roches magmatiques et métamorphiques)

L’orogenèse varisque dans le Massif armoricain : Des bassins sédimentaires dans la tourmente varisque

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L’orogenèse varisque dans le Massif armoricain : Les premiers reliefs de la chaîne au Dévonien inférieur et moyen

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The structural and sedimentary record within the Ancenis basin (Armorican Massif, France) : from early Devonian rifting to middle Devonian Collision. Mechanics of Variscan Orogeny : a modern view on orogenic research

1 p.National audienceIsotopic ages from high-pressure metamorphic rocks in the Variscan belt (Massif central and Armorican Massif) indicate an Early - to Middle Devonian age for the early stages of the plate convergence. However, the sedimentary record of this event is poorly known, because Devonian sediments from the internal zones were largely deformed and metamorphosed during the Variscan orogeny. The Ligerian Domain, located along the suture zone between Armorica and Gondwana, preserves uncleaved and unmetamorphosed sedimentary sequences covering the Ordovician to Carboniferous period. It thus offers us a unique opportunity for correlating the nature and timing of deformation recorded in the sedimentary sequences with the metamorphic record of the internal zones. Ordovician to Devonian sediments outcrop along the boundary of the Ancenis Carboniferous basin. Several models for their structure have been proposed, the prevailing interpretation being one of huge olistoliths at the bottom of the Carboniferous basin (Dubreuil, 1980). The main results of our combined stratigraphical and structural study of the pre-Carboniferous sediments drastically challenge this view. 1. The pre-Carboniferous sediments are not olistoliths at the base of the Carboniferous basin, but define coherent sequences that can be followed for several kilometres along strike and constitute the basement of the Carboniferous of the Ancenis basin. 2. Two units are identified. The southern unit consists of Ordovician marine sediments unconformably overlained by Devonian reefal carbonates (Emsian) followed by arkosic sandstones (Emsian to Eifelian). The northern unit consists of an Upper Ordovician (Ashgill) to Early Devonian (Emsian) condensed sequence. 3. The southern unit represents the Palaeozoic cover of the Proterozoic basement of the Mauges Unit. The northern unit, in reverse position, has been thrust over the southern unit. 4. The angular unconformity identified between the Ordovician (Caradoc-Ashgill) siltstones and the Devonian reefal limestones is interpreted here as evidence for an Early Devonian rifting, possibly related to the opening of a back-arc basin (Saint-Georges-sur-Loire) associated to a north-dipping subduction zone. 5. Petrographical (coarse- to fine-grained, immature, feldspar-rich sandstones), sedimentological (flood deposits in the front of a submarine delta) and palaeontological (abundant debris of early tracheophytes) data on the Early to Middle Devonian sandstones imply the proximity of an emerged land, thus recording the earliest evidence for mountain erosion in the Variscan belt. This is consistent with the isotopic ages of the oldest eclogites from the Variscan belt (e.g. la Bessenoits: 408 ± 7 Ma according to Paquette et al., 1995)

A revised age (Emsian-Eifelian) for the Sainte-Anne Formation (Armorican Massif, France): implications for the onset of mountain building in the Variscan belt

International audienceThe Sainte-Anne Formation (Châteaupanne Unit, Armorican Massif) consists of immature sandstones conformably deposited upon reefal limestones. Plant debris are abundant in the Saint-Anne sandstones (hence their older name of "Schistes et grès à Psilophytes"), but only rare crinoids and brachiopods have been found. The faunal content is analyzed in detail, consisting of a few columnals of crinoids and brachiopods (Ambocoelia and Plectodonta minor, the most common species). The distribution in space and time of the genus Plectodonta in Europe is analyzed, and allows proposing an Emsian to early Eifelian age for the Sainte-Anne Fm. Consequently, the Sainte-Anne Fm (Armorican Massif) could be the earliest record of the relief created at the beginning of the Variscan orogeny

L'enregistrement sédimentaire et structural de la bordure orientale du bassin d'Ancenis (Massif armoricain, France) : identification d'une phase de rifting au Dévonien inférieur et de l'érosion d'un relief montagneux au Dévonien moyen

1 p.National audienceL'enregistrement sédimentaire pré-carbonifère dans le Massif Armoricain est principalement documenté dans le domaine Centre-Armoricain, relativement épargné par les déformations varisques. Au contraire, dans la zone axiale de la chaîne, susceptible d'avoir enregistré les premiers événements de la convergence entre la microplaque Armorica et Gondwana, les formations sédimentaires non métamorphisées sont rarement préservées. Cependant, dans le domaine Ligérien, les formations sédimentaires ordoviciennes à carbonifères sont non métamorphisées et pourraient nous offrir l'opportunité de discuter de l'évolution de la paléogéographie de ce domaine au cours des prémices de la convergence varisque grâce à l'analyse des milieux de dépôts. Sur la bordure du bassin carbonifère d'Ancenis, des formations sédimentaires ordoviciennes à dévoniennes dont la faune et la flore ont été longuement étudiées, sont interprétées comme des olistolithes à la base du bassin carbonifère (Dubreuil, 1980). Les principaux résultats de notre étude stratigraphique, sédimentologique et structurale, sont en opposition avec cette interprétation : 1) Les sédiments pré-carbonifères ne sont pas des olistolithes à la base du Bassin d'Ancenis mais définissent deux unités cohérentes qui constituent le socle du bassin carbonifère d'Ancenis. 2) L'unité Sud est constituée de sédiments marins ordoviciens (d'âge Arenig à Ashgill) recouverts en discordance par des calcaires récifaux dévoniens (Emsien) suivis de grès feldspathiques (Emsien). L'unité Nord est constituée d'une série marine condensée d'âge Ordovicien supérieur (Ashgill) à Dévonien (Emsien). L'unité Nord est en polarité inverse et est séparée de l'unité Sud par un chevauchement à vergence Sud. 3) La discordance angulaire des calcaires emsiens sur les siltites ordoviciennes est interprétée ici comme une phase de rifting au Dévonien inférieur. La différence de faciès entre les calcaires emsiens d'arrière récif de l'unité Sud et ceux pélagiques de l'unité Nord précise la polarité de cette paléomarge. Ce rifting du Dévonien inférieur pourrait être mis en relation avec l'ouverture du bassin arrière-arc de Saint-Georges-sur-Loire. 4) Une étude pétrologique et sédimentologique des grès feldspathiques surmontant les calcaires récifaux indique qu'il s'agit de dépôts de crues au front d'un delta sous-marin. La présence de débris de plantes terrestres et de sédiments immatures (fragments lithiques, feldspaths) implique la mise en place d'une terre émergée soumise à l'érosion. Il s'agit du premier enregistrement de l'érosion d'un relief (chaîne de montagne ?) lors de l'orogenèse varisque. L'étude pétrologique des fragments lithiques pourrait permettre de discuter de la provenance du matériel

Palaeozoic history of the Armorican Massif: Models for the tectonic evolution of the suture zones

International audienceThe Armorican Massif (western France) provides an excellent record of the Palaeozoic history of the Variscan belt. Following the Late Neoproterozoic Cadomian orogeny, the Cambro-Ordovician rifting was associated with oceanic spreading. The Central- and North-Amorican domains (which together constitute the core of the Armorica microplate) are bounded by two composite suture zones. To the north, the Léon domain (correlated with the ''Normannian High'' and the ''Mid-German Crystalline Rise'' in the Saxo-Thuringian Zone) records the development of a nappe stack along the northern suture zone, and was backthrusted over the central-Armorican domain during the Carboniferous. To the south, an intermediate block (''Upper Allochthon'') records a complex, polyorogenic history, with an early high-temperature event followed by the first generation of eclogites (Essarts). This intermediate block overthrusts to the north the Armorica microplate (Saint-Georges-sur-Loire), to the south: (i) relics of an oceanic domain; and (ii) the Gondwana palaeomargin. The collision occurred during a Late Devonian event, associated with a second generation of eclogites (Cellier)

Evidence for pre-orogenic, Early Devonian rifting in the Variscan belt: stratigraphy and structure of the Palaeozoic cover of the Mauges Unit (Upper Allochthon, Armorican massif, France)

International audienceThe Palaeozoic sediments from the Mauges Unit (Armorican Massif, France) are the best-preserved pre-orogenic sequences belonging to the Upper Allochthon. Two coherent sequences are identified. The southern unit (Chaˆteaupanne Unit) represents the cover of the Proterozoic basement and consists of Ordovician sediments unconformably overlain by Emsian carbonates followed by Emsian to earliest Eifelian immature sandstones. The northern unit (Tombeau Leclerc Unit) consists of an Hirnantian to Emsian condensed sequence, in reverse position, that has been thrust over the southern unit. The Devonian unconformity is interpreted as evidence for an Early Devonian extension, recorded by normal faults affecting both the Early Devonian limestones and the underlying Ordovician series. This crustal extension, recorded here for the first time, is possibly related to the opening of a backarc basin (Saint-Georges-sur-Loire) associated with the subduction of an ocean located further south (Galicia- Brittany-Massif Central Ocean)

Palaeogeographical evolution of the Arabian platform during the obduction of the Samail ophiolite

International audienceObduction of a dense oceanic lithosphere on top of a light continental lithosphere remains one of the oddest phenomenons in plate tectonics. In northern Oman, the emplacement of the Samail (or Oman) ophiolite took place during Upper Cretaceous. The Samail ophiolite is probably the best studied ophiolite in the world because of its large size and because it has been relatively well preserved from deformation after its emplacement. If many studies have been carried out on the ophiolite itself in order to better understand the structure of an oceanic crust, little is known on the processes leading to its emplacement on the top of the Arabian platform. The sedimentary series deposited on the Arabian platform during the emplacement of the ophiolite could help us to understand the processes involved during the obduction by providing tectono-stratigraphic constraints on the evolution of the platform affected by the obduction. Moreover the reconstitution of the palaeoenvironments and the identification of source areas would allow discussing the evolution of reliefs formed in such a unique context. However, these series, being located just below the allochthonous units, have been affected by deformation. They are grouped in one formation, the Muti Formation, consisting of various lithologies of which the age is uncertain. In consequence, sedimentological analyses require careful mapping of the sedimentary series and biostratigraphical determinations remain difficult. The first results of our sedimentological and stratigraphical investigations show (i) a diachronism of the onset of syn-tectonic sedimentation (chemostratigraphic and biostratigraphic data) and (ii) a high variation of the source areas within the basin. These data are used in order to present a new model of evolution of the basin formed during the emplacement of the Samail ophiolite on top of the Arabian Platform. Implications for the processes involved during the obduction are also discussed