I. — Études régionales dans le Plateau Central

De 1886 à 1890, mes travaux de géologie et de pétrographie ont eu pour unique objet la région orientale du Plateau Central français. A partir de 1890 et jusqu’en 1897, j’ai continué et peu à peu achevé les travaux ainsi commencés, dans les loisirs que m’a laissés l’exploration des Alpes. J’ai fait entièrement une feuille de la Carte géologique détaillée, celle de Monistrol, et, en plus, la moitié de la féuÜle de Saint-Étienne, la moitié de la feuille du Puy, et la moitié de la feuille de Valence.

Cette région du Plateau Central est formée de terrains cristallophylliens, gneiss et micaschistes, souvent injectés et comme imbibés de granité, traversés par d’innombrables filons granitiques (grànulile de MM. Pouqué et Michel-Lévy), et passant peu à peu, en profondeur, à du granité d’abord gneissique, puis de plus en plus homogène. Les terrains cristallophylliens sont plissés régulièrement. Les plis, qui,.-ne sont ni très serrés, ni très nombreux, sont dirigés vers le Nord-Est. Dans les synclinaux,.on observe des lambeaux d’un terrain mi-partie élastique, mi-partie cristallophyllien, et aussi des témoins, plus oü moins importants,' de terrain houiller. Le terrain houiller est discordant sur les micaschistes : el donc Ceux-ci étaient déjà plissés, ou tout au moins ondulés avant l’époque houillère. Mais le plissement principal, de la région est postérieur au dépôt du terrain houiller. Les plis en question appartiennent ainsi à la chaîne variscique, ou hercynienne , de MM. E. Stress et. Marcel Bertrand.

Cette chaîne hercynienne a été peu à peu démantelée et rasée, dans la suite des âges, et l’on voit, sur la tranche des assises cristallophylliennes, reposer divers terrains plus ou moins récents : le Trias et le Jurassique marins, sur les plateaux de l’Ardèche ; l’Oligocène lacustre, dans le Forez et le Velay ; des cailloutis, enfin, qui appartiennent au Miocène ou au Pliocène, un peu partout. Pendant le Pliocène et le Pléistocène, des roches éruptives sont montées à travers les terrains cristallins et à travers leur couverture oligocène, et de nombreux volcans (nombreux surtout dans le Velay) ont

couvert le pays de leurs laves et de leurs cendres. L’érosion postérieure n’a laissé subsister que des témoins de cette période de grande activité volcanique'.

Terrain ciustallophyllien. — Je me suis attaché tout d’abord à l’étude straligraphique du terrain cristallophyllien, considéré comme un terrain sédimentaire transformé par métamorphisme régional. M. Michel-Lévy venait de publier ses idées à ce sujet, et de nous enseigner que les gneiss et les micaschistes sont d’anciens sédiments modifiés parle voisinage d’un magma granitique. Et le même savant venait aussi de publier un premier . essai de stratigraphie cristalLopbyUienne, concernant les gneiss et micaschistes du Lyonnais. Ces deux ouvrages de M. Michel-Lévy m’ont inspiré mes premières recherches, et le premier, celui qui renferme l’exposé de la théorie du terrain cristallophyllien, a été mon guide pendant dé longues années,'puisque voici dix-sept ans que j’étudie les terrains cristallins du Plateau Central et des Alpes, et que mes idées, à leur endroit, ne sont, encore aujourd’hui, que le développement naturel et la généralisation de celles de mon maître.

L’étude stratigr-aphique du terrain cristallophyllien n’est pas possible , partout ; mais elle est très facile dans la région de Saint-Etienne, et notamment dans le massif du Mont-Pilat et dans les plateaux qui, à l’Est de ce massif, dominent le Rhône [8]. On y peut distinguer quatre étages, assez régulièrement superposés. En haut, des micaschistes chloritéüx et sériciteux, qui forment le substratum immédiat du terrain houiller' de Saint-Étienne. Puis, d’autres micaschistes, alternant avec des schistes quartziteux. Ensuite, des gneiss riches en mica noir et bien lilés. Et. enfin des gneiss à cordiérite passant insensiblement au granité. Cette division en quatre étages permet d’étudier la tectonique du massif du Mont-Pilat, absolument comme si ce massif était constitué par des terrains pâl'éolj zoïques ou secondaires non métamorphiques. On constate alors que cette tectonique est relativement simple.

Malheureusement, cette étude ne peut être poursuivie ni vers le Nord, ni vers le Sud : au Nord, parce que les plis du Pilât se cachent sous les formations plus récentes de la vallée du Rhône; au Sud, parce que le granité monte de plus en plus haut dans la série, et que tous les termes de cette série se transforment alors en des gneiss granitoïdes, entièrement, ou à peu près entièrement, semblables. Le prolongement méridional dés plis du Pilât (feuilles de Monistrol et de Valence) n’est indiqué que par la

direction des strates. Sur la feuille de Valence, beaucoup de gneiss ne diffèrent guère, quant à leur composition chimique, du granité fondamental de la région; et l’on pourrait mettre en doute leur origine sédimentaire, si l’on n’y rencontrait, çà et là, des amphibolites nettement stratiformes [63],

L’étage supérieur des micaschistes de Saint-Étienne est peut-être représenté, sur la feuille de Valence, par les schistes de La Voulte, des Ollières et d’Alboussière. Ceux-ci forment un complexe où alternent les roches quartzo-seï miteuses, les chloritoschistes, les micaschistes à grenat, tourmaline etbiotite, les schistes serpentineux noirâtres et de rares niveaux amphiboliques. Vers le bord Ouest de la feuille de Monistrol [21], les chloritoschistfes et les micaschistes à séricile de Berbezit, qui forment une bande dirigée Nord-Sud, correspondent vraisemblablement au même étage.

J’ai appelé ..gneiss granuliliques (pour employer le nom appliqué par M. Michel-Lévy à des roches semblables) des gneiss nettement stratiformes, différant des gneiss ordinaires de la même région par une couleur plusclaire, une acidité plus grande, une teneur en alcalis plus, forte,, .une moindre teneur en chaux, magnésie et fer. Beaucoup de ces gneiss alcalins portent des traces évidentes d’écrasement et de laminage. D’autres passent localement à des masses interstratifiées de leptynite ou granulite schisteuse : et c’est pour cela que l’on peut conserver le nom de gneiss granulilique, qui reserve suffisamment la question d’origine. Sur la feuille de Saint' Étienne, ces gneiss se séparent mal des gneiss ordinaires. Sur les feuilles de Valence, et de Monistrol, ils reposent sur le granité. Leurs couches sont horizontales on faiblement ondulées : ce sont elles, par conséquent, qui forment les plus hauts sommets de la région cristalline. En rapprochant ce fait (horizontalité des assises) des phénomènes d’écrasement, et de laminage que le microscope permet de constater, j’en arrives me demander si ces masses de gneiss alcalins ne sont pas des lambeaux de recouvrement, d’origine plus ou moins lointaine [63].

Les amphibolites sont fréquentes dans cette région du Plateau central, et, par la facilité avec laquelle on peut suivre leurs affleurements, elles rendent de grands services au géologue qui veut étudier la tectonique du pays. Elles apparaissent, soit dans les chloritoschistes inférieurs, soit, plutôt dans les gneiss supérieurs, au voisinage de leur limite mutuelle. On y trouve beaucoup de sphène. Le quartz est généralement peu abondant. Il y a du feldspath (labrador ou oligoclase). Des, lits de pyroxénites À diopside, riches en grenat et hornblende, alternent souvent avec les.amphibolites [8, r5, a 1,63].

Sur l’âge de cette série çristallophyllienne, nous ne savons rien, sinon qu’elle est antérieure au Culm. Elle est probablement.fort ancienne. Sur la carte géologique détaillée, j'ai marqué de la lettre X (Précambrien) les lambeaux d’un terrain mi-partie élastique, mi-partie cristallin, que l’on trouve, çà et la, dans les synclinaux, terrain qui est donc plus jeune què) la série çristallophyllienne, et qui est fort semblable aux schistes et cornes du Beaujolais décrits par M. Michel-Lévy. Mais c’est là une qualificatiohjj provisoire, et la question d’âge doit être entièrement réservée, aussi bien , pour lés terrains X que pour les gneiss et les micaschistes.

Roches massives. — Le granité présente diverses variétés qui sombléhKf passer les unes aux autres [8, i5, ai, a5, 63j.

Le granité fondamental de la région, celui qui passe aux gneiss à cordiérite inférieurs, est très souvent gneissique, presque toujours micacé, souvent riche en cordiérite. Très variable et très peu homogène dans le détail, il est, dans l’ensemble, d’une composition remarquablement eon-> stante. Les intercalations gneissiques que l’on y trouve paraissent être des accidents de structure, plutôt que des enclaves sédimentaires métamorphosées.

Le granitéporphyroîde est un faciès de bordure du granité fondamental. - Il forme lisière autour des lambeaux de vieux schistes, notamment aux environs de Vienne, de Tournon et de la Chaise-Dieu. Les grands cristaux de feldspath sont d’anorthose. 11 existe un hiatus marqué dans la consôli®i| dation; et une partie du mica noir est postérieure aux gros cristaux de feldspath.

Sur le bord Sud de la feuille de Valence, j’ai observé une autre forme de bordure dü granité fondamental : c’est un granité à grain fin, souvent aplitique, passant d’autres fois à un véritable microgranite.

Dans le granité gneissique et dans le granité porphvroïdc de la feuille dé ; Valence, j’ai signalé de curieuses concentrations magnésiennes, en forme d’amas grossièrement sphériques, parfois très petits (moins de i m ), parfois très gros (200” ou 3oo m ). Le plus souvent, ce qui se forme ainsi, c’est une sorte de syénite à pyroxène, hornblende et mica noir. Quelquefois, la roche est plus basique et ressemble à une diorite, à un! gabbro, voire à une noritc à anthophyllite. Les types basiques passent, par métasomatose, à la serpentine. Je ne doute pas, aujourd’hui, que les amas de lherzolile et de serpentine, que j’ai autrefois [8, i5, 21] signalés et décrits dans le granité des feuilles de Saint-Étienne et de Monistrol, n’aient 1

là même origine. Ce sont de simples concentrations magnésiennes, c’est-à-dire de simples accidents de structure du granité. -

11 y a, par contre, mais plus rarement, dans le même granité, des concentrations alcalines, sortes de roches pegmatoïdes, très peu homogènes, formant des amas aux contours très irréguliers, et non pas des filons comme les véritables pegmatites [63 ].

Les aplites (granuht'es de la carte) sont, dans toute la région que j’ai étudiée, extrêmement fréquentes. Ce sont, essentiellement, des roches de filons : cependant, une roche toute semblable forme, sur le bord Sud de la plaine du Forez, un véritable massif, dont la superficie peut atteindre 20 1 "'';. Toutes ces aplites sont riches en alcalis et silice, ét pauvres en magnésie. Beaucoup renferment du mica blanc; quelques-unes de la tourmaline; d’autres, plus rares, des grenats. La forme des filons est souvent compliquée et curieuse (feuille de Monistrol). Sur la feuille de Saint-Etienne, ils ont, pour la plupart, une direction Nord-Est, c’est-à-dire parallèle aux plis; sur la feuille de Monistrol, ils sont dirigés vers le Nord-Ouest ou le Nord. Des aplites identiques apparaissent (feuille de Valence) entre les schistes et le granité, et sont donc des formes de bordure de celui-ci.

Roches volcaniques tertiaires. — J’ai repris l’étude des rochesyvolcaniques du Velay, commencée par Tournaire, et j’ai fait connaître, dès 1887 [2], la véritable succession des éruptions dans la région du Mézenc. Outre les phonolites et les basaltes, bien connus depuis longtemps, il y a, dans cette série volcanique, des trachytes et des andésites; èt les basaltes s’y rencontrent à plusieurs niveaux.

En 1890 [12], j’ai décrit d’une façon détaillée la région volcanique du Meygal, au Nord du Mézenc. La succession des éruptions y est la même qu’au Mézenc, et comprend six termes, qui sont, dé bas en haut : basaltes ; trachytes et phonolites inférieurs, riches en apatite et hornblende; andésites augitiques et micacées; basalte porphyroïde; phonolites supérieurs, parfois à néphélinè, parfois à ægÿrine; basalte des.plateaux.

Les andésites augitiques et micacées prennent un très grand-développement dans la région du Mézenc. Elles se distinguent nettement des basaltes par leur richesse relative en alcalis (3 à 4 pour 100): Les alcalis sont contenus, partie dans le mica noir, partie dans les feldspaths ; l’anorthose est fréquente.

Les études de M. Boule, commencées après les miennes et poursuivies parallèlement aux miennes, ont confirmé toutes mes observations. Mais

M. Boule, grâce à sa compétence paléontologique, a pu aller plus loin que je n’avais fait et a précisé l’âge de certaines coulées. Nous savons, grâce à lui, que les basaltes inférieurs du Velay sont miocènes, et que les phonolites supérieurs et les basaltes supérieurs du Mézenc sont antérieurs aux sables à Maslodon arvemensis. La feuille du Puy et la notice explicative; de cette feuille [25] sont dues à notre collaboration. L’ai dirigé, en 1893, les excursions de la Société géologique de France dans le pays des phonolites . et des andésites, au Meygal et au Mézenc [28, 29, 3o, 31].

Prolongement vers le Nord du bassin houiller de Saint-Étienne. - Ayant défini l’allure des plissements hercyniens dans la région comprise entré. Saint-Étienne et la vallée du Rhône, j’ai été tout naturellement amené à rechercher quel pouvait être, vers le Nord-Est, le prolongement du synclinal qui correspond au bassin houiller de Saint-Étienne. Cette question, comme toutes celles qui touchent aux prolongements des bassins houillers, a une importance pratique évidente.

Si l’on jette les yeux sur la carte des plis hercyniens annexée à mon mémoire [8], on voit que les trois synclinaux de Saint-Etienne, de Vienne et de Sarras convergent vers le Nord-Est, et tendent, au fur et à mesure qu’ils approchent du point de concours, à s'infléchir vers le Nord. Le point de concours n'est malheureusement pas visible, car, à partir du Rhône, les terrains primaires sont presque partout cachés par les dépôts tertiaires et quaternaires. .

J’ai émis l’avis que les assises, houillères d’ailleurs très redressées, trouvées, par sondage, à Toussieu, devaient appartenir, non pas au synclinal de Saint-Etienne, mais à celui de Vienne, et que, pour trouver le prolongement du synclinal de Saint-Etienne, il était prudent de reporter les sondages vers le Nord-Ouest ou le Nord.

Conformément à cette indication générale, un nouveau sondage a été entrepris, près de Saint-Bonnet-de-Mure, dont les résultats ont été exactement ceux que l’on pouvait prévoir d’après ma théorie [38, 41 J. Le sondage est tombé en plein synclinal. Sous les terrains tertiaires, il a traversé le Lias et le Trias, et enfin, à 65o'“ environ du jour, il a pénétré dans le terrain houiller. Il est probable que ce terrain va se prolongeant, encore très loin, vers le Nord ou le Nord-Nord-Est; il est seulement à craindre que 1 exploitation de la houille n’y devienne bientôt très difficile, en raison de l’épaisseur croissante et de la nature aquifère des morts-terrains.