EVOLUTION CÉNOZOIQUE DES RIFTS DU MASSIF CENTRAL ETUDE DU FONCTIONNEMENT DES BASSINS SEDIMENTAIRES...

EVOLUTION CÉNOZOIQUE DES RIFTS DU MASSIF CENTRAL

ETUDE DU FONCTIONNEMENT DES BASSINS SEDIMENTAIRES DU MASSIF

CENTRAL A TRAVERS LE CAS DE LA LIMAGNE D’ALLIER.

Emmanuel Roquette

GÉOSCIENCES RENNES – UMR6118

263 Avenue du Général Leclerc Université Rennes 1

35 042 Rennes Cedex 02 23 23 60 75

17 juin 2015

Sous la direction de :

François Guillocheau

Evolution Cénozoïque des Rifts du Massif Central Emmanuel Roquette, Université Rennes 1, 2015

2

Résumé

Ce rapport est réalisé dans le cadre d’un stage de master 1 « Ressources Minérales et Pétrolières » de

l’université de Rennes 1. Ce travail, sous la direction de François Guillocheau s’effectue au département Dynamique

des Bassins du groupe de recherche de Géosciences Rennes. Les objectifs de ce rapport sont multiples. Il est ici

question de redéfinir l’état des connaissances sur le bassin sédimentaire de la Limagne et plus précisément de la

Limagne d’ Allier. Cette dernière est un bassin sédimentaire français ayant fonctionné au cénozoïque et ayant

enregistré des dépôts témoignant d’une altitude très proche de celle du niveau marin. Tout d’abord ce rapport présente

une synthèse bibliographique de l’histoire géologique des bassins. La région a vraisemblablement connu un épisode

marin d’une mer venant du sud au Rupélien Supérieur dont l’origine est encore très discutée. Des études de diagraphies

de puits pétroliers et de données paléontologiques et palynologiques ont permis la création de chartes stratigraphiques.

Les corrélations diagraphiques, reposant sur les principes de la stratigraphie séquentielle et du stacking patterns

permettent d’apporter aux données des informations de subsidence et de cycles stratigraphiques, cycles qui seront

reportés sur des chartes de synthèse. Elles permettent également de réaliser des logs très détaillés (précision métrique)

des puits sur lesquels les cycles stratigraphiques sont mis en évidence par la lithologie. Les données de subsidence

permettent également de redéfinir la nature de ces bassins habituellement inclus dans le grand ensemble des Rifts

Ouest Européen (ROE).

Abstract

This report is produced to expose the conclusion of an internship done in the framework of a Master 1 (fourth

year of study) specialized in Oil and Mineral Resources (University of Rennes 1, France). This work, directed by

François Guillocheau took place at the Department of Basins Dynamics, part of the research group Geosciences

Rennes. The objectives of this report are numerous. The target of this work is to redefine the state of knowledge

surrounding the sedimentary basin of Limagne (in Massif Central, France) and especially of the Allier Valley. The

Limagne is a French sedimentary basin which operate during the Cenozoic. The deposits recorded evidences of an

area very close to the sea level altitude. Firstly this report presents a literature review of the geological history of the

Limagne basins. The area has probably been flooded from the south by the sea during the Superior Rupelian but this

topic still is still debated nowadays. Well logging of petroleum wells and the study of paleontological samples and

palynological data allowed the creation of stratigraphic charters. The well log correlations, based on the principles of

sequential stratigraphy and stacking patterns help provides information about subsidence and stratigraphic cycles,

cycles that will be carried on for the making of the charter. They also make possible the making of very detailed

geological logs (meter accuracy) on which the stratigraphic cycles are highlighted by lithology. Subsidence data also

helps redefining the nature of its basins usually included in the West European Rifts (WER).


3

Structure d’accueil

L’université de Rennes 1 a deux fonctions principales : une mission d’enseignement et une mission

de recherche. Dans ce contexte, l’Observatoire des Sciences de l’Univers de Rennes (OSUR) regroupe des

fonctions de recherches et d’enseignements sur les thèmes des sciences de la Terre, de l’écologie et de

l’environnement. Géosciences Rennes (UMR 6118) constitue l’une des quatre unités mixte de recherche de

l’OSUR. L’UMR est sous la direction de Michel Ballèvre, enseignant chercheur de l’université de Rennes

1, et regroupe des chercheurs de l’Université Rennes 1 et du CNRS. L’unité accueille cinquante-quatre

chercheurs et enseignants-chercheurs permanents ainsi que vingt-cinq personnels administratifs. L’unité

compte également quarante-et-un doctorants ainsi qu’une dizaine de post-doctorants.

http://www.geosciences.univ-rennes1.fr/

Table des matières

Résumé ...................................................................................................................................................... 2

Abstract ..................................................................................................................................................... 2

Structure d’accueil .................................................................................................................................... 3

Table des matières .................................................................................................................................... 3

Introduction géologique aux données et structures du bassin sédimentaire de la Limagne ................ 4

Introduction .............................................................................................................................................. 4

Etat des connaissances ................................................................................................................................ 5

Histoire Géologique .................................................................................................................................. 5

Historique des recherches et des prospections effectuées en Limagne ..................................................... 8

Méthodologie ............................................................................................................................................... 9

Données et principes de travail ................................................................................................................ 9

Résultats ............................................................................................................... Erreur ! Signet non défini.

Logs ......................................................................................................................................................... 13

Diagraphies et Palynologie .................................................................................................................... 14

Discussion et interprétation: .................................................................................................................... 16

Episode marin du Rupélien Supérieur .................................................................................................... 16

Subsidence en Limagne et dans le bassin du Puy en Velay .................................................................... 16

Environnements de dépôts ...................................................................................................................... 16

Conclusion ...................................................................................................................................... 18

Bibliographie ............................................................................................... Erreur ! Signet non défini.

Annexes .......................................................................................................................................... 20

http://www.geosciences.univ-rennes1.fr/


4

Introduction géologique aux données et structures du bassin sédimentaire de la

Limagne

Introduction

Les Limagnes sont des bassins sédimentaires d’âge Eocène supérieur (38 – 34 Ma) à Miocène

inférieur (23 – 15 Ma), situés au nord du Massif central français. Elles font partie du grand ensemble de

bassins extensifs ouest-européens qui regroupent la Limagne, la Bresse, le sillon Rhodanien, le Fossé-

Rhénan et l’Egergraben. Ces grands bassins Cénozoïques sont situés à l’avant et globalement parallèlement

à l’arc Alpin et se sont formés pendant l’orogénèse de ce dernier. Les bassins d’effondrements de la

Limagne forment un groupe séparé en deux branches principales correspondant, à l’Ouest, à la vallée de la

Loire et à l’Est, à la vallée de l’Allier, figure 1.

La branche Ouest s’ouvre au sud avec les Limagnes méridionales et s’élargit vers le nord, au niveau

de Clermont-Ferrand, pour former la Grande Limagne, un grand bassin large de vingt à quarante kilomètres

et de près de soixante-dix kilomètres de long. La branche Est ou Petite-Limagne est séparée de la branche

Ouest par les Monts de Forez et de La Madeleine. Les deux branches se rejoignent au nord au niveau des

Limagnes Bourbonnaises

FIGURE 1 : CARTE

GEOLOGIQUE DU MASSIF

CENTRAL

(EXTRAIT DE LA CARTE

GEOLOGIQUE DE

FRANCE AU 1/1

000 000EME)


5

Le bassin du Puy-en-Velay s’est formé dans la continuité de la Limagne de Loire au sud des

Limagnes.

Ces bassins ont été explorés dans les années 50 et 60. Les synthèses disponibles (Morange et al.,

1971, Gorin, 1975) ont été apportées dans les années 70. Entre 1998 et 2001, plusieurs publications

d’Olivier Merle et Laurent Michon (Merle 1998, Michon 2000, Michon 2001, Merle 2001) étudient le

fonctionnement géodynamique des « rifts ouest Européens » qui proposent une genèse due à un fluage

asthénosphérique induisant des mouvements extensifs à la surface de la plaque plongeante. Ces dernières

études n’ont en aucun cas étudiés le remplissage sédimentaire des bassins.

Notre objectif est d’étudier l’évolution du remplissage sédimentaire des Limagnes au travers

d’une analyse stratigraphique séquentielles de onze puits disponibles afin d’en déduire les grandes

caractéristiques sédimentaires, tectoniques et leurs implication sur l’évolution du relief du Massif

central.

Etat des connaissances

a) Histoire Géologique

A partir de l’Eocène Supérieur, le Massif Central est soumis à une extension Est-Ouest qui

accompagne la surrection des Alpes. Des bassins extensifs se forment alors, principalement dans le Nord-

Est du massif avec la Limagne d’Allier, la Limagne de Loire, le Bassin du Puy-en-Velay et la Bresse (fig.

2). Ces bassins sont associés au Rift-Ouest-Européen dont le principe de fonctionnement n’a pas été

clairement établi. L’origine de cette extension pourrait être due au fluage asthénosphérique qui accompagne

la formation de la racine lithosphérique de la chaîne de montagne pendant l’orogénèse. Le fait que les

bassins soient situés uniquement à l’extérieur de l’arc Alpin serait alors dû au fait que ces mouvements

extensif sont situés exclusivement sur la plaque plongeante (fig. 3.A).

FIGURE 2 : POSITIONS

DES BASSINS

SEDIMENTAIRES

PERIALPIN

CENOZOÏQUE DU

MASSIF CENTRAL


6

Les dépôts, datés par palynologie, indiquent que la subsidence en Limagne a commencé au cours

de l’Eocène supérieur (Gorin, 1975) et s’est achevée au Miocène inférieur.

Dans ce rapport, les études seront surtout focalisées sur la branche ouest de la Limagne et sur le

Bourbonnais. Le socle de cette zone est composé de méta-sédiments Paléozoïque (parfois protérozoïque)

ainsi que de terrains cristallophylliens et en particulier d’orthogneiss d’âge Dévonien-Carbonifère. La

subsidence débute à l’Eocène et est particulièrement importante dans la fosse de Riom (fig. 4.a et 4.b). A

l’oligocène de grandes failles normales bordent le bassin. La remontée de magma par ces failles engendre

de nombreux évènements volcaniques qui seront notamment à l’origine de la chaîne des Puys.

Les grabens de Limagnes sont rapidement occupés par des lacs et l’environnement devient, dès le

Rupélien inférieur, une lagune qui s’approfondit.

FIGURE 3: A) FLUAGE ASTHENOSPHERIQUE INDUIT PAR L'ENFONCEMENT DE LA LITHOSPHERE DANS L'ASTHENOSPHERE.

B) CONSEQUENCES DU FLUAGE ET DE L'ARRIVEE DE MATERIEL MANTELLIQUE CHAUD SOUS UNE LITHOSPHERE

NORMALE. L'APPORT DE CHALEUR ENTRAINE UNE EROSION THERMOMECANIQUE DE LA BASE DE LA LITHOSPHERE, UN DESEQUILIBRE

ISOSTATIQUE ET UNE ACTIVITE MAGMATIQUE EN SURFACE. A ET B REPRESENTENT LES ZONES D'ANOMALIES DE VITESSES MISES EN

EVIDENCE PAR TOMOGRAPHIE SISMIQUE ENTRE LE MASSIF CENTRAL ET LES ALPES (GRANET ET CARA, 1988) ET A L'APLOMB DES

PROVINCES DE L'HEGAU ET L'URACH (GRANET ET AL., 2000).


7

En 1932, l’hypothèse d’une incursion marine en Limagne est avancée (Dangeard, 1932).

Longtemps remis en question, l’épisode marin est finalement démontré (Turland et Al, 1994) avec la

découverte de foraminifères, de radiolaires et de débris d’échinodermes dans le bassin du Puy-en-Velay au

Rupélien supérieur. Cet évènement soulève de nouvelles questions et notamment une interrogation sur

l’origine de cette mer, les marqueurs marins ayant seulement été trouvés au sud des Limagnes.

FIGURE 4:

A) (A GAUCHE) SCHEMA

STRUCTURAL DE LA

LIMAGNE DE LA VALLEE DE

L'ALLIER, LOCALISATION DE

LA COUPE DE LA FIGURE 2.B)

ET DES FORAGES ETUDIES.

B) (CI-DESSOUS) COUPE

SCHEMATIQUE DE LA

GRANDE LIMAGNE AU

NIVEAU DE LA FOSSE DE

RIOM, ORIENTATION 90°N.


8

Le bassin apparait finalement dans son ensemble fortement asymétrique avec une subsidence

maximale le long de la faille Limagne (grande faille formant la bordure Ouest du bassin) (fig. 4.a). Le pic

de subsidence se situe au niveau de la ville de Riom, au nord de Clermont-Ferrand, où le bassin adopte une

morphologie de demi-graben, (fig. 4.b). Le socle en cet endroit est situé à plus de deux mille cinq cents

mètres de profondeur (Morange et al., 1971).

Au début de l’Aquitanien, la sédimentation lacustre se réduit drastiquement pour ne plus occuper

que la Limagne Bourbonnaise et une fraction de la grande Limagne (Bodergat et al 1999). Le massif central

aurait connu par la suite une surrection due à une déstabilisation isostatique qui aurait donc débuté au

Miocène (Michon, 2000) et qui se serait poursuivie jusqu’au quaternaire. Cet évènement, provoqué par une

anomalie thermique issue du fluage asthénosphérique (fig. 3.B) aurait élevé la Limagne aux altitudes qu’elle

côtoie aujourd’hui (de l’ordre de trois-cents à quatre-cents mètres).

b) Historique des recherches et des prospections effectuées en Limagne

La première campagne d’exploration visant à étudier les dépôts en Limagne s’effectua à des fins

pétrolières dans la région de Riom-Clermont-Ferrand. L’opération regroupant 26 forages et s’achevant en

1932 a permis une première appréciation de la nature des formations sédimentaires du bassin. Les faibles

profondeurs d’investigation limitèrent grandement l’utilité de ces forages parmi lesquels seuls cinq

atteignirent les formations du Rupélien inférieur.

En mai 1959, une nouvelle campagne de forages est initiée par la Régie Autonome des Pétroles

(RAP) avec le forage Aigueperse n°101, sur la commune de Bussières-et-Pons. Ce forage atteint le socle

en cet endroit de nature granitique, et met en évidence une épaisseur totale de sédiment de neuf-cent-trente-

deux mètres ainsi que de nombreuses structures sédimentaires détritiques et carbonatées pouvant constituer

des réservoirs potentiels d’hydrocarbures. Entre 1959 et 1981, neuf autres forages principaux ainsi que deux

forages secondaires à travers les départements de l’Allier et du Puy-de-Dôme sont réalisés afin d’améliorer

la connaissance de la région. Ces puits seront utilisés pour les corrélations diagraphiques en annexe (annexe

1).

Tous les puits de forages à l’exception de Cebazat 1, traversent l’intégralité de la série sédimentaire

et s’achèvent après avoir atteint le socle. De plus, cinq-cent-deux kilomètres de profils sismiques ont étés

réalisés. Toutefois, la prospection se solde par un échec. En effet, bien que des indices de bitumes et de gaz

aient étés repérés, la subsidence du bassin n’a pas été suffisante (exception faite de la fosse de Riom) pour

atteindre la fenêtre à huile. Ainsi, malgré la présence de structures attractives, la création d’un système

pétrolier présentant un intérêt économique n’a pas été possible en Limagne d’Allier.


9

Méthodologie

a) Données et principes de travail

Les données disponibles en Limagne sont :

- des données d’affleurements, relativement bien étudiés,

- des puits (cuttings, diagraphies),

- des données d’imagerie géophysique (sismiques),

- des données de champs de potentiels (gravimétrie, magnétisme).

Les données sismiques, en cours de retraitement, n’étant pas disponibles, elles ne seront pas

utilisées dans ce rapport.

Nous avons principalement valorisé les diagraphies de puits pétroliers. Une diagraphie est une

mesure des propriétés physiques des roches traversées par un forage. Pour la plupart des puits du temps des

données de polarisations spontanées et de résistivités (tableau 1). Pour deux puits, des valeurs de gamma

ray et de dual induction sont disponibles (Saint-Beauzire 101 et Crouel 2).

- La polarisation spontanée (P-S), mesurée en millivolts, repose sur l’enregistrement de

différences de potentiels électriques entre une électrode parcourant le puit de forage et une

électrode fixe placée en surface. Ce type de diagraphie permet d’estimer comparativement la

porosité et la perméabilité d’une roche, d’évaluer la salinité de l’eau d’un aquifère et de mettre

en évidence les niveaux plus argileux au sein d’un ensemble lithologique.

- Le Gamma Ray, mesuré en µg de radium/Tonne sur ces vieux enregistrements (maintenant en

API), enregistre les émissions spontanées de rayons gamma se produisant dans les formations

adjacentes au puit de forage. Cette mesure renseigne sur la radioactivité des formations et est

utilisable dans tout environnement. Les outils de mesures de Gamma Ray sont très utilisés pour

la corrélation de logs. Ils peuvent être utilisés dans des puits tubés ou non.

- La résistivité, mesurée en ohm.m2/m, est calculée en faisant varier la distance entre une source

émettrice et un récepteur. La résistivité dépend essentiellement de la conductivité des minéraux

ainsi que de de la présence et de la nature des fluides.

- La Dual Induction (ou DI), mesurée en ohm/m, est semblable à la technique de résistivité. Les

appareils d’acquisition sont constitués de plusieurs séries de bobines destinées à optimiser la

résolution verticale et la profondeur de l'enquête. La bobine d'émission d'induction est entraînée

par un courant alternatif qui crée un champ magnétique autour de la bobine primaire du


10

transmetteur. Les mesures de DI ont étés initialement développées pour mesurer la résistivité

de formations dans les puits contenant des boues à l'huile et dans les puits forés par percussions

pneumatiques (et donc emplis de gaz) car les dispositifs d'électrodes ne pouvaient pas travailler

dans ces fluides non conducteurs.

L’interprétation des courbes de ces diagraphies (parfois effacées ou absentes) n’est pas toujours

évidente. Toutefois, il est possible d’effectuer une planche de corrélations diagraphiques des puits (puits du

tableau 1 [Cebazat 1 exclus]) selon un transect d’orientation globalement Nord 10°, (confer tracé fig. 2 et

planche de corrélation en annexe 1). Les positions des forages ont ici été précisées en croisant les données

de forages avec les positions des forages recensées par le BRGM.

Puits (du NNE au

SSW)

Latitude

WGS84

(Sexagésimal)

Longitude

WGS84

(Sexagésimal)

Début de

forage

Fin de

forage

Type de

diagraphies

disponibles

Profondeur socle

(épaisseur de

sédiments)

Moulins 103 46°35'36.56"N 3°30'31.31"E 11/03/1960 25/03/1960 P-S / Résistivité 873,5 1

Moulins 102 46°29'29.74"N 3°23'54.36"E 23/02/1960 04/03/1960 P-S / Résistivité 641 1

Moulins 101 46°19'5.59"N 3°21'14.55"E 08/02/1960 16/02/1960 P-S / Résistivité 663,5 1

Barberier 101 46°13'43.92"N 3°15'10.63"E 21/07/1959 27/07/1959 P-S / Résistivité 357 1

Brout-Verney 101 46°10'45.07"N 3°15'8.01"E 07/07/1959 12/07/1959 P-S / Résistivité 387 1

Aigueperse 101 46° 0'39.07"N 3°13'32.28"E 19/05/1959 14/06/1959 P-S / Résistivité 932 1

Martres-Sur-Morge

101 45°56'25.59"N 3°14'6.49"E 03/08/1959 21/08/1959 P-S / Résistivité 923 1

Saint-Beauzire 101 45°52'25.05"N 3°11'34.41"E 14/10/1962 18/11/1962 Gamma ray 1598 1

Lezoux 101 45°50'32.28"N 3°19'18.81"E 22/06/1959 30/06/1959 P-S / Résistivité 562 1

Cournon 101 45°45'57.50"N 3°10'13.78"E 25/11/1962 08/12/1962 P-S / Résistivité 853 1

Crouel 2 45°45'45.08"N 3° 8'16.74"E 05/10/1981 22/10/1981

Gamma Ray / Dual

Induction 1095 1

Cebazat 1 45°50'19.00"N 3° 6'29.00"E 05/09/1981 30/09/1981

(puit non utilisé dans

ce rapport) ≈1760 2

TABLEAU 1 : LOCALISATION DES PUITS, PERIODES DE FORAGE ET EPAISSEUR DE SEDIMENTS DES PUITS DE LIMAGNE FORES

PAR LA RAP ENTRE 1959 ET 1981

1 : Socle atteint

2 : Valeur estimée via données Eurafrep (septembre 1981) et BRGM/RP-52667-FR (Novembre 2013)


11

b) Corrélations diagraphiques

L’objectif de ces corrélations est de trouver des lignes temps qui recoupent des milieux et donc des

lithologies différentes. Le principe est de corréler des cycles stratigraphiques élémentaires (unités

génétiques ou paraséquences) attestant d’une variation du niveau de base en se fondant sur l’empilement

de ces cycles élémentaires en cycles de durées supérieures (figure 5). Cette méthode est appelée « stacking

Patterns of genetic units/parasequences » et a été développée par EXXON (Van Wagoner et al., 1990) et

ELF (Homewood et al., 1992).

Les combinaisons de cycles sédimentaires se

basent sur les corrélations de surfaces d’inondation

maximale (maximum flooding surface ou MFS) et des

surfaces attestant d’un maximum de régression

(maximum regressive surface, MRS), figure 5. Ces

surfaces sont définies sur des critères sédimentoogiques.

En domaine sous aquatique (lac-mer), les MFS correspondent aux milieux les plus profonds, c’est-à-dire

au niveau des maximums d’argilosité. L’interprétation des diagraphies suppose donc au préalable une

caractérisation sédimentaire soit au travers du faciès (carottes, cuttings) soit des associations de faunes et

flores (paléoécologie sur cuttings).

Ces cycles stratigraphiques se retrouvent sur deux ordres :

- 3ème ordre : x1 million d’années

- 4ème ordre : x100 000 ans

- 5ème ordre : de l’ordre de 100 000 ans

Ces niveaux caractéristiques dépendent directement des variations eustatiques et se retrouvent en

théorie sur toute la longueur du bassin. La validité des corrélations faites ici, (reposant sur les principes du

Stacking Patterns) est discutable étant données les distances entres les puits étudiés (de l’ordre de la dizaine

à la trentaine de kilomètres).

FIGURE 5:

ILLUSTRATION DE LA MISE EN EVIDENCE DES CYCLES

STRATIGRAPHIQUES D'UNE SEQUENCE DE DEPOT (EN ORANGE :

PROGRADATION, EN JAUNE RETROGRADATION)


12

Afin d’aider à la validation des corrélations des puits, des données biostratigraphiques ont été

utilisées (Gorin, 1975) afin de lier entre eux des coupes de Limagne d’Allier et des puits de forages (Saint-

Beauzire 101, Aigueperse 101 et Brout Vernet 101). Ainsi, sur ces trois puits, les limites des zones

palynologiques utilisées par Georges Gorin sont présentes et peuvent ainsi confirmer ou invalider les cycles

stratigraphiques choisis comme références.

Ainsi, ce travail a plusieurs ambitions. Tout d’abord, la création de logs géologiques détaillés

(précisions de l’ordre du mètre à partir des données de diagraphies et des coupes de forages (cuttings),

figure 6. Ces logs seront utilisés pour mettre en évidence les séquences transgressives et régressives sur

deux ordres de grandeurs (confer figure 5). Des logs seront réalisés sur les puits de Saint-Beauzire 101,

Martres-sur-Morges 101 et Moulins 103. Ces données contribueront à la réalisation de la planche de

corrélation diagraphique (annexe 1). La paléontologie, en particulier l’étude des fossiles de mammifères,

ainsi que l’étude des dépôts lagunaires, côtiers puis marins peuvent aider à mettre en évidence les premières

régions de Limagne ayant connu l’épisode marin du Rupélien Supérieur. Pour ce faire, une carte des

affleurements de fossiles de mammifères a été réalisée à partir des données de Marguerite Hugueney

(1987), annexe 2.

La planche de corrélation (annexe 1) sera utilisée afin d’offrir des précisions supplémentaires. En

effet, croiser les cycles stratigraphiques avec les données palynologiques permet d’apporter une précision

d’âge rendant possible l’estimation des vitesses de subsidence des différentes zones géographiques pendant

des périodes de temps données.

FIGURE 6 :

EXEMPLE DE LOG REALISE A

PARTIR DE DONNEES

DIAGRAPHIQUES (PS-RESIS)


13

Résultats

a) Logs

L’étude bibliographique et les données

paléoécologiques indiquent que pendant la

subsidence de la Limagne, l’environnement y est

demeuré globalement laguno-lacustre. Or, dans ce

type de milieu, les MFS seront marquées par des

maximums d’argilosité.

En se basant sur ce principe, il a été possible

de recréer les logs détaillés de Moulins 103 (figures

7), Martres-sur-Morges 101 et Saint Beauzire 101.

Ces logs permettent d’offrir une meilleure

appréciation de la zone et d’aider à la mise en

évidence des cycles stratigraphiques associés ainsi

qu’à la reconstitution des environnements de dépôts.

Moulins 103 et Saint Beauzire 101 sont reportés sur

les chartes de synthèse ci-après (figures 8 et 9). Le

format de rendu de ce rapport limitant grandement la

lisibilité de ces logs haute résolution, ces trois puits

sont disponibles à l’adresse suivante en format PDF

universel : http://bit.ly/1GjDfvJ .

FIGURE 7 :

LOG GEOLOGIQUE DETAILLE DU PUIT DE

MOULINS 103(LIMAGNES BOURBONNAISES) :

- LITHOLOGIE

- MFS (SURFACES D’INONDATION

MAXIMALES) DE TROISIEME ORDRE

- CYCLES STRATIGRAPHIQUES

(PROGRADATION EN JAUNE, RETROGRADATION EN ORANGE)

http://bit.ly/1GjDfvJ


14

b) Diagraphies et Palynologie

La planche de diagraphie présentée en annexe 1 semble confirmée par les données palynologique.

Toutefois, ce résultat est à nuancer de par la faible quantité de données palynologique.

La planche de corrélation diagraphique (annexe 1) permet de calculer les vitesses de

subsidence Afin de clarifier l’évolution des Limagnes pendant le Cénozoïque, la charte suivante (figure 8)

présente l’évolution du bassin pendant sa période d’activité et mettant en lumière les transgressions et

régressions marines, les environnements de dépôt, les variations climatiques ainsi que l’incursion marine

au Rupélien supérieur.

FIGURE 8 : CHARTE 1 : ENVIRONNEMENT DE DEPOTS, CYCLES STRATIGRAPHIQUES ET EVAPORITES DE LA

GRANDE LIMAGNE ET DU BOURBONNAIS


15

Une seconde charte a été réalisée en incluant cette fois ci les données de Limagne Méridionales et

du bassin du Puy en Velay témoignant de l’épisode marin, figure 9. De plus, les grandes variations de

températures cénozoïques y sont reportées.

FIGURE 9 : CHARTE SYNTHETIQUE DES PALEO-ENVIRONNEMENTS ET PALEOTEMPERATURES DE LIMAGNE ET DU BASSIN DU PUY

EN VELAY


16

Discussion et interprétation:

a) Environnements de dépôts

Les variations du niveau marin en Limagne présentés sur la première charte (figure 8) se corrèlent

relativement bien avec les variations de températures reportées sur la seconde charte (figure 9).

La Limagne a d’abord enregistré des dépôts lacustres puis lagunaire dès le Rupélien inférieur.

L’épisode marin développé en partie b) de ce chapitre aurait eu lieu brièvement au cours du Rupélien

supérieur et n’aurait pas nécessairement ennoyé toute la Limagne.

Un important épisode détritique est visible au nord de la Limagne, sur les puits Moulins 103 (confer

figure 7.B, 520m à 710m), Moulins 102 et Moulins 101. Cet épisode de nature fluviatile ou alluviale

contraste avec les niveaux beaucoup plus argileux présents au-dessous et en dessous de lui.

b) Episode marin du Rupélien Supérieur

Au Rupélien supérieur, les faciès de Limagne et du bassin du Puy en Velay deviennent brièvement

marin (Turland et Al, 1994).

D’un point de vue lithologique, plusieurs éléments sont à noter. Tout d’abord, du nord au sud, les

faciès très détritique de type cône alluviaux ou chenaux fluviatiles observés sur les puits Moulins 103

(confer figure 7.B, 520m à 710m), Moulins 102 et Moulins 101 passent latéralement au sud à des faciès

évaporitiques (Martres-sur-Morges 101, Saint Beauzire 101). Cet élément tendrait à indiquer que sur la

même période de temps, le sud du bassin était plus littoral que le nord. Ces dépôts d’évaporites, sont

abondants au sud et absents au nord. De plus, les affleurements étudiés (Puy-Saint-Romain (Gorin, 1975),

Valhory et Farges (Turland et Al., 1994) se situent exclusivement dans le sud de la Limagne.

Contrairement à la thèse soutenue jusqu’à présent ces éléments sembleraient indiquer que la mer

envahissant le bassin au Rupélien supérieur arriverait en Limagne par le sud.

c) Subsidence en Limagne et dans le bassin du Puy en Velay

Les vitesses de subsidence des puits étudiés en grande Limagne et en Limagne Bourbonnaise sont

globalement de l’ordre de plusieurs dizaines de mètres par millions d’années, rarement supérieure à cent

mètres par million d’années, figure 10.

Des vitesses de cet ordre de grandeur ne sont pas compatibles avec l’hypothèse de rifts dont la

subsidence est bien plus importante (plusieurs centaines de mètres par million d’années)


17

FIGURE 10 : VITESSES DE SEDIMENTATION (NON COMPACTEES) MOYENNES DES PUITS EN METRES PAR

MILLION D’ANNEES DU TABLEAU 1 (CEBAZAT 1 EXCLUS)

A l’échelle du bassin, la subsidence semble s’être effectuée en deux phases :

- d’abord très hétérogène, la première phase de subsidence s’effectue préférentiellement le long

des grandes failles normales bordant la Limagne. C’est pendant cette phase que se forme la

fosse de Riom et que les grabens de Limagne et du Puy en Velay (Graben du Bas) se forment.

Pendant cette période, dans des puits comme Saint Beauzire 101 plus de mille-cent mètres de

sédiments se déposent tandis que d’autres comme Barberier 101 ou Brout-Vernet 101

enregistre moins d’une centaine de mètres.

- puis, la subsidence semble s’homogénéiser. Les puits enregistrent des épaisseurs de sédiments

bien plus comparables.

Ce changement de mécanisme pourrait être dû au fait que le système passe d’une subsidence de

type rift, fonctionnant par des jeux de failles normales à une subsidence flexurale provoquant un

enfoncement du bassin pas totalement uniforme mais globalement plus homogène.


18

Conclusion

Les bassins sédimentaires de Limagnes ont enregistré des dépôts depuis le Priabonien jusqu’à

l’Aquitanien.

Il a été possible grâce à l’analyse de fossiles et de pollens, de cuttings et d’affleurements, de

déterminer les milieux de sédimentation des Limagnes. Ces dépôt d’abord fluvio-lacustre à l’Eocène

deviennent lagunaires au Rupélien et la mer envahit même brièvement la Limagne au Rupélien supérieur.

Les données regroupées dans les chartes de synthèse semblent indiquer que l’incursion marine aurait une

origine méridionale.

L’étude de l’évolution stratigraphique du bassin a permis de recaler par rapport aux chartes les

transgressions et régressions marines du bassin. Des cycles stratigraphiques de troisième et quatrième ordre

ont été mis en évidence. Les études de subsidence ont montrés deux stades de subsidences :

o d’abord syn-rift, par un système de failles normales principalement actives sur la

bordure ouest du bassin avec la faille Limagne et la faille de Riom par exemple (à ce

moment, la subsidence est extrêmement hétérogène à l’échelle du bassin).

o puis par un enfoncement flexural. Pendant cette phase, la subsidence homogénéise.

La même évolution est observée dans le bassin du Puy-en-Velay (graben du Bas).

Dans son ensemble, Les bassins de la Limagne ne fonctionnaient pas avec des vitesses comparables

à celles d’un rift avec des vitesses de subsidence de l’ordre de la dizaine de mètre par million d’années.

L’hypothèse formulée dans Michon et al. 2000 est, elle, bien plus cohérente.

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20

Annexes

Annexe 1 : Planche de corrélation diagraphique


21

ANNEXE 2 : CARTES DE LOCALISATION DES AFFLEUREMENTS DE FOSSILES DE MAMMIFERES (HUGUENEY 87) A: LOCALISATION SUR MODELE

NUMERIQUE DE TERRAIN, B: LOCALISATION SUR CARTE DE FRANCE AU MILLION

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