Synthèse sur le massif volcanique

du Mont-Dore  (France)

Par Dominique Decobecq et Pierre Lavina

Longitude :  2,49 E
Latitude : 45,35 N
Altitude : 1886 m

Le Volcan du Mont Dore     Le Volcan du Sancy        Bibliographie récente sur le massif du Mont-Dore

 Le massif du Mont-Dore, qui se trouve au cœur du Massif Central Français, est coincé entre la Chaîne des Puys, au Nord, et le massif du Cézallier, au Sud. D’une étendue d’environ 500 km2, il se présente selon une forme elliptique d’axe Nord-Sud de 35 km pour un axe Est-Ouest de 15 km.

Puy de Montcineyre au premier plan, puy de Montchal et au loin le Sancy

 Le puy de Montcineyre et le puy de Montchal (des cônes stromboliens), et au loin le massif du Mont-Dore, avec plus particulièrement le Sancy, un strato-volcan (Photo D. Decobecq).

 Ce massif volcanique, par sa superficie, le volume des produits émis et sa « durée de vie » (au moins 4 millions d’années), présente une histoire très complexe, qu’il est difficile de reconstituer par rapport à des volcans « simples », comme ceux de la chaîne des Puys. Cependant, l’apport de la radiochronologie, des nombreuses études pétrographiques, de terrain et de géophysique ont permis de mieux comprendre les grandes étapes de sa mise en place.

Le premier signe de l’activité volcanique dans cette région remonterait à 15, 2 +/- 0,8 M.A., suite à une datation sur un basalte des environs de Tauves (Berger et al., 1979). Celui-ci est riche en nodules de péridotite à structure mosaïque ; structure qui traduirait qu’à cette époque, il y avait déjà un fluage du manteau supérieur. Cette coulée de basalte est, cependant, à rattacher au volcanisme dit de Limagne. Selon Baubron et Cantagrel (1980) à la suite de ce volcanisme, il se produit une phase d’érosion importante. Puis, vers 6 M.A. et jusqu’à 3 M.A., se produit l’émission de produits éruptifs caractéristiques d’une série alcaline régionale. Ensuite, grâce à plusieurs campagnes de datations (Bellon et al., 1972 ; Cantagrel et Baubron, 1983), il apparaît que dans le temps et dans l’espace le massif du Mont-Dore  peut être séparé en deux volcans distincts :

le volcan du Mont-Dore et le volcan du Sancy, point culminant de ce massif avec 1 886 m d’altitude.

Ces deux volcans ont une caractéristique commune : une caldeira. Notre article montre pour chaque volcan la démarche différente et complémentaire, pour retrouver les témoins, les indices, et les modèles afin de situer ces caldeiras sur le terrain.

Définition d’une caldeira
D’après les travaux de H. Williams (1942), R.L. Smith (1960), H. Williams et W. Mac Birney (1979), une caldeira — vaste dépression volcanique, de forme plus ou moins circulaire ou elliptique —, résulte de l’effondrement du toit d’un réservoir magmatique superficiel consécutif à l’émission d’un important volume de matériaux pyroclastiques. Dans le cas d’un volcanisme « acide », avec l’apparition de laves riches en silice (dacites, trachytes, rhyolites), ces dernières se mettent en place sous forme d’écoulements pyroclastiques de cendres et de ponces — des ignimbrites — dont l’extension, autour des points de sortie, est considérable ; ils ennoient tous les reliefs préexistants et l’épaisseur de leurs dépôts peut être inférieure à 50 m s’ils sont densément soudés (G.L.P. Walker, 1983)

Le volcan du Mont-Dore

Depuis que P. Glangeaud (1917) a montré l’existence d’un effondrement à l’intérieur de la région du Mont-Dore et de la Bourboule, l’âge, l’importance, ainsi que la limite de cet accident varient selon les auteurs. En effet, la seule limite visible à l’affleurement est restreinte au miroir de faille, de direction Nord 40 °, dit de Choussy, dans la ville de la Bourboule.

La caldeira ou les caldeiras du volcan du Mont-Dore ?
Louis Glangeaud (1940), le fils de Philippe Glangeaud, évoque, vingt ans plus tard, l’idée d’une fosse volcano-tectonique de forme triangulaire avec trois failles importantes de direction Nord-Sud, Nord-Ouest—Sud-Est et Sud-Ouest—Nord-Est, formant le fossé d’effondrement dit de « La Bourboule-Le Mont-Dore ». Glangeaud (1965) appuie son hypothèse par une étude d’anomalies gravimétriques (Coron et al., 1964) mettant en évidence les failles principales. La gravimétrie ainsi que la magnéto-tellurique et l’électromagnétisme (Varet et al., 1980) montrent une forte anomalie négative au cœur de la vallée de Haute-Dordogne. Cette anomalie témoignant d’un remplissage de matériel détritique léger (des ponces). Les sondages électriques (Varet et al. 1980) ainsi que la sismique réfraction, indiquent la présence au cœur du Mont-Dore d’une épaisseur de 500 m à 1 000 m de terrain conducteur, correspondant au remplissage de cette caldeira.
 
 

La vallée de la Dordogne sortant du massif du Mont-Dore. photo Dominique Decobecq
La vallée de la haute Dordogne dans le massif volcanique du mont-Dore, et la ville thermale de la Bourboule.
photo Dominique Decobecq

Une grande caldeira ?
Brousse (1960, 1961) propose une fosse volcano-tectonique de forme polygonale d’une dimension de 8 x 13 km en se basant sur les points de sortie des laves les plus différenciées et en particulier les dômes de phonolite et de trachyphonolite de Sanadoire, Tuilière, Roc Blanc, Pédaire...
Cette structure semble être en accord avec les données géophysiques collectées (Varet et al., 1980) : la magnétométrie aéroportée donne une cartographie du champ magnétique correspondant à une caldeira située au Nord-Ouest d’une très large structure centrée sous le Sancy ; la polarisation spontanée montre une forte anomalie négative, à l’aplomb de la limite Est de la caldeira, témoin d’une facturation avec une importante circulation d’eau.
Des prospections (Corinne Hulot, 1988) électriques, magnéto-telluriques audio et basse fréquences et sismiques montrent une discontinuité majeure qui se situe légèrement au Sud de la Banne d’Ordanche et se poursuit jusqu’au lac de Guéry.
L’étude tridimensionnelle sur la variation de vitesse et d’absorption des ondes sismiques (Nercessian et al., 1984) a permis de réaliser des coupes et des plans interprétatifs jusqu’à 7 km de profondeur. Ainsi, de 0 à 2 km de profondeur il apparaît une zone circulaire de faible vitesse dont le diamètre est de 10 km. Cette zone de faible vitesse fait place, entre 2 et 4 km de profondeur, à une zone de haute vitesse qui est interprétée comme le toit d’une structure pouvant être assimilée à un complexe subvolcanique.

Une petite caldeira ?
Vincent (1979) émet l’hypothèse d’une caldeira de plus petite taille, dite de « Haute Dordogne », peu développée vers le Nord et dont le dôme de la Gacherie serait un jalon de la bordure Nord. Vincent (1980) en précise les limites : forme elliptique pour une surface de 18 km2.
Mossand et al. (1982) reprennent le travail de Vincent et proposent une caldeira de 20 km2 de surface. Les limites proposées se réfèrent aux contours des coulées descendant dans la vallée de Haute-Dordogne et au tracé semi-circulaire de la Dordogne, qui buterait contre la faille bordière de la caldeira. L’émergence de sources thermominérales le long de la Dordogne se ferait par l’intermédiaire de cette même faille bordière. Pour ces auteurs, il existe une tectonique Est-Ouest visible dans certains affleurements de la rive droite de la Dordogne.

Quand cet événement s’est-il réalisé ?
La controverse sur la forme et les limites de la caldeira, se reflète aussi sur l’époque de sa formation. Selon la première interprétation c’est au cours de plusieurs éruptions paroxysmales, qui se sont produites sur une durée le temps de plusieurs millions d’années, que s’est mise en place une caldeira. La seconde interprétation y voit plutôt un phénomène soudain et unique à l’origine de la création de la caldeira du Mont-Dore, à l’instar de ce qui s’est produit, en 1991, au Pinatubo aux Philippines, avec la formation, en quelques jours, d’une caldeira de 2,5 km de diamètre.

Interprétation volcanologique dans la durée
Dans la connaissance des processus éruptifs à l’origine de la caldeira du Mont-Dore, il y a d’abord eu une étude stratigraphique (Brousse, 1963). Celle-ci a utilisé les nappes de ponces, anciennement désignées du nom de « cinérites », comme niveau repère. En effet, ces nappes ont une répartition sur l’ensemble du massif, et elles correspondent à des phases importantes dans l’édification du Mont-Dore. La caldeira, selon cette étude, se serait formée progressivement avec une configuration définitive, il y a 3 M.A. Ensuite, l’activité se déroule à la périphérie.

Les premières datations K-Ar faites directement sur ces niveaux repères (Bellon et al., 1972), et l’étude plus détaillée des nappes de ponces par Ménard (1979), indiquent une activité explosive continue, qui se serait déroulée entre 8,3 M.A. et 3 M.A. avec la production de nombreuses nappes de ponces :

Ensuite, les nappes supérieures. Considérées comme unique (Brousse et al. 1966), Ménard (1979) y distingue cependant trois nappes de ponces : Une interprétation volcanologique dans l’instant
L’âge de la formation de la caldeira a été discuté par Vincent (1979), Mossand et al. (1982), Baubron et Cantagrel (1983), Mossand (1984). Ces différents auteurs considèrent les datations K-Ar directes sur les ponces comme peu fiables. En effet, ces nappes de ponces contiennent du matériel provenant du socle. Ce dernier étant daté à 340 M.A. s’il se trouve 10 % de ce socle dans la nappe de ponces, l’erreur de datation sera d’au moins 34 M.A. C’est pourquoi ils proposent que les datations sur les nappes de ponces soient faites de façons indirectes.

Ces auteurs regroupent les différentes nappes de ponces, ainsi que les nappes supérieures situées au nord du massif du Mont-Dore (à l’exclusion des nappes terminales), en une seule : la « grande nappe ». En effet, toujours selon ces auteurs, pour former une caldeira, il faut une émission importante de ponces sur une large extension latérale. L’âge de l’émission est fixé par fourchette, ces auteurs se réfèrent à un niveau de pyroclastites situé au-dessus de la « grande nappe ».

Ce niveau, le « complexe intermédiaire » est caractérisé par la présence de perlites et de perles séparées. Ces éléments sont interprétés comme des xénolites appartenant au dôme rhyolitique de la Gacherie daté à 2,25 M.A. +/-  0,10 M.A. (Baubron et Cantagrel, 1980). L’époque de la formation de la caldeira est donc fixée à 2,25 M.A. par Mossand et al. (1982).
Dans cette conception, le volcanisme sensu stricto  du Mont-Dore débuterait à la formation de cette unique caldeira.

Volume des ponces du massif  Mont-Dore
Le volume initial de ce massif est estimé à 220 km3, mais l’érosion, plus particulièrement d’origine glaciaire, aurait dégagé près de 100 km3 de matériaux (Brousse, 1971).

la nappe de ponces de Rochefort-Montagne. Photo Dominique Decobecq

 La nappe de Rochefort-Montagne (Pierre Lavina, en bas de la photo, nous donne l'échelle, pour appréhender l'épaisseur de la nappe de ponces de Rochefort-Montagne) Photo Dominique Decobecq.

Surface des ponces
L’estimation, pour la partie centrale du massif du Mont-Dore, des surfaces d’affleurements des ponces donne 18,5 km2 pour l’ensemble des nappes du Mont-Dore (23,5 % de la surface) et 15 km2 pour les nappes du massif du Sancy (14 % de la surface). En pourcentage de roches émises, selon Brousse (1961) les ponces représenteraient 11 % (7,4 % pour Villemant, 1979) et les rhyolites 0,5 % du volume total émis.

Volume des ponces du Mont-Dore
Le volume de ponces, dont l’émission est à l’origine de la caldeira du Mont-Dore, varie selon la taille de celle-ci : pour Brousse (1971), R. Julien (1988) le volume émis serait de 11 km3, et pour Mossand (1984), le volume émis est moins important, il serait de 8,4 km3.
Le volume en roche compacte pour l’ensemble des ponces du Mont-Dore passe à 5 km3 si l’on ramène la densité des ponces (1,1) à celles des rhyolites (2,4) (Brousse, 1971). Vincent (1980) estime que le volume initial de la « grande nappe » est de 5 km3 de lave compacte pour un effondrement d’environ 360 mètres. Mossand (1984) propose un volume de 3,2 km3 pour la « grande nappe » avant expansion et sans y inclure les fragments de socle estimé à 1,8 km3 (ce qui nous semble important, car il n’y a pas autant d’enclaves de socle dans les nappes de ponces).
 

Les laves du Mont-Dore
Les laves et produits pyroclastiques du Mont-Dore sont très variés. Ils appartiennent à une série alcaline à tendance potassique avec une évolution par cristallisation fractionnée depuis un basalte alcalin jusqu’à des trachytes, des rhyolites et des phonolites.
L’existence de termes différenciés sous-saturés et sur-saturés en silice dans une même unité de lieu (la série sous-saturée est, cependant, en surface plus abondante dans la zone septentrionale du Mont-Dore) fait intervenir des facteurs physiques et chimiques. Cependant, pour le volcan du Mont-Dore les datations K-Ar réalisées sur les coulées et les dômes ont permis de distinguer, en fonction de leur pétrologie, des épisodes éruptifs bien distincts selon la saturation ou sous-saturation en silice.
 

Différenciation magmatique des laves du Mont-Dore
Les deux séries magmatiques seraient communes des basaltes aux hawaiites, l’écart se produisant à partir des mugéarites.
Le magma initial se différencie d’abord par cristallisation fractionnée d’olivines et de clinopyroxènes (Brousse, 1961, 1971 ; Maury, 1976 ; Villemant, 1979, Decobecq, 1987), ce qui permet d’obtenir des hawaiites.

Pour le seconde étape (au niveau des mugéarites), plusieurs hypothèses ont été émises. Selon Brousse (1961, 1971), Brousse et al. (1966), le magma passe à la saturation en silice par une contamination de l’encaissant. Mais, la mise en évidence de fortes pressions d’eau (Maury, 1976 ; Maury et al., 1980, Pupin 1983) permet d’envisager la saturation en silice par la séparation d’amphibole dans le cadre d’une cristallisation fractionnée. Dans ce cas là, le liquide résiduel, qui en est issu, est donc enrichi en silice (Mervoyer et al., 1973), ce qui se traduit d’ailleurs par l’apparition d’orthopyroxènes dans les termes intermédiaires (Maury, 1976).

La série volcanique du Mont-Dore évolue sous une fugacité d’oxygène importante, comparable à celle des séries calco-alcalines (Maury et al., 1980) ; la typologie des zircons des termes différenciés est semblable à celle rencontrée dans les suites plutoniques calco-alcalines potassiques (Pupin, 1983). La notion de contamination peut donc être reprise mais, au lieu de la silice, c’est l’apport de H2O qui modifie la séquence de cristallisation de la série volcanique.
La minéralogie comparée des nappes de ponces et des rhyolites par l’étude des inclusions vitreuses dans les quartz (Menard, 1979) ainsi que la géochimie des éléments en trace (Villemant, 1979) démontrent leur parenté ainsi que leur appartenance à la même série de différenciation par cristallisation fractionnée.
 

Différenciation dans le temps du volcan du Mont-Dore
Selon les datations radiochronologiques, de 2,5 M.A. à 1,9 M.A., il y a une première série saturée. La coupure à 1,9 M.A. est marquée par la mise en place des principaux dômes de phonolites et des coulées de téphrites : c’est l’épisode sous-saturé majeur. Il y aurait en fait une individualisation de deux groupes de phonolites : un groupe entre 2,6 et 3 M.A. dites anté-caldeira, et un groupe à 1,9 M.A. dites post-caldeira (Mossand, 1984).
De 1,9 à 1,6 M.A. il existe un second épisode saturé.

Approche théorique pour définir la caldeira du volcan du Mont-Dore
La variété des laves et le volume important des ponces traduisent l’existence en profondeur d’une chambre magmatique où la différenciation a pu se réaliser.
L’étude des enclaves plutoniques (Decobecq, 1987) associées aux roches volcaniques a permis de démontrer l’existence d’une chambre magmatique de faible profondeur 9 km, surmontée d’un domaine subvolcanique de nature monzonitique.
Si l’on connaît le diamètre de la caldeira, on peut estimer la profondeur et les dimensions de la chambre magmatique profonde et du complexe subvolcanique (Bonin, 1982). L’existence d’une caldeira pour le volcan du Mont-Dore ayant été établie, sa limite nous l’avons vu varie selon les auteurs. Essayons une démarche inverse, connaissant la profondeur de la chambre magmatique, essayons de définir le diamètre de cette caldeira.

La première relation met en évidence le diamètre de la caldeira et la profondeur de la chambre magmatique :

P = D

avec P = profondeur de l’apex de la chambre  et D = diamètre de la caldeira.

Une seconde relation fait le lien entre le complexe annulaire et la chambre magmatique (Roberts, 1970 ; Bonin, 1982) :
 P = RV2, avec R = rayon du complexe et P = profondeur de l’apex de la chambre.

Cette formule donne la distance entre le toit du filon annulaire et l’apex de la chambre magmatique.
La profondeur de cette chambre magmatique, par rapport à la surface, est donnée par P = RV2 + p, où p est la profondeur de mise en place du complexe subvolcanique.

Pour le volcan du Mont-Dore nous avons défini précédemment plusieurs paramètres :

En utilisant ces données et en appliquant les formules nous pouvons définir un diamètre de 8 km pour la caldeira du volcan du Mont-Dore. La seconde relation permet de définir R (le rayon du complexe annulaire) qui est donc de 3,9 km.
 
 

LE VOLCAN DU SANCY

 La première étude stratigraphique des sommets du Sancy revient à Lemonnier (1960). Bourdier (1980), dans la région du Puy de Sancy, reconnaît des tufs de maars liés à un épisode phréatomagmatique estimé à 400 000 ans environ (Cantagrel et al. 1983 ; Bourdier et al., 1983).
Baubron et al. (1980), Lavina (1985) montrent une lacune d’éruption de matériel de type intermédiaire de 1,6 à 0,9 M.A. avec une reprise à 0,8 M.A. par l’édification du volcan du Sancy jusqu’à 250 000 ans. Selon ces auteurs l’arrêt des éruptions intermédiaires pendant 700 000 ans ainsi que son déplacement du Nord vers le Sud témoigneraient de l’existence d’un second réservoir magmatique indépendant du premier.
Deux grands ensembles apparaissent : le volcan du Sancy au sens strict, entre 0,85 et 0,2 M.A., et le massif Adventif, entre 0,5 et 0,2 M.A. Leurs produits, qui recouvrent une surface d’environ 200 km2, ennoient une grande partie de la caldeira de la Haute-Dordogne (Mossand et al., 1982), le volcanisme post-caldeira associé et le Sud du volcan de l’Aiguillier (Morel, Cantagrel et Vincent, 1986).
 
 

Le volcan du Sancy au sens strict

Son activité débute par l’émission très rapprochée dans le temps (Lavina, 1985) des coulées pyroclastiques de cendres et ponces trachytiques de type Neschers (Besson et al, 1977 ; Besson, 1979) et de type Rioubes-Haut (Ménard, 1979 ; Bourdier, 1980 ; Lavina, 1985) qui seraient responsables de l’effondrement de la caldeira du Sancy (Lavina, 1985).

Les coulées pyroclastiques de cendres et ponces
On peut distinguer trois coulées pyroclastiques de cendres et ponces dans l’histoire du volcan du Sancy.
 

La coulée de cendres et ponces de type Neschers est définie par Besson et al, (1977). Cette coulée est canalisée sur les flancs Est (Besson, 1978 ; Ly, 1982) et Sud-Ouest (Lavina, 1985). Elle semble précéder une autre coulée pyroclastique de cendres et ponces, celle de Rioubes-Haut. L’âge de cette coulée de Neschers estimé à 0,8 M.A. (Besson et al, 1977), a été rajeuni à 0,6 M.A. (Lo Bello et Féraud, 1986).
Elle constitue une masse cendro-ponceuse dont l’épaisseur s’amenuise au fur et à mesure que l’on se rapproche de la source, l’érosion étant plus prononcée en amont. A Neschers, la taille des ponces peut atteindre 10 cm ; sa matrice cendreuse est constituée de débris de minéraux hérités du socle (Féraud, Lobello et al., 1987) et d’origine magmatique associés à des échardes de verre trachytique.
  Cette coulée a été définie à Rioubes-Haut, sur le flanc Sud-Est du massif (Ménard, 1979) et repérée, sur le flanc Sud, aux environs du lac Pavin (Bourdier, 1980) et de la station de skis de Super-Besse (Lavina, 1985).
De nature trachytique (Lavina, 1985), elle est calée par la chronostratigraphie vers 0,8 M.A, son extension est limitée à 2 ou 3 kilomètres autour des centres éruptifs de la partie centrale du volcan du Sancy.
 
 
CCP type Rioubes-Haut type Neschers
âge 0, 8 M.A. 0, 6 M.A.
analyse du verre en  %
H2Ot 8 10 7 6,5
SiO2 62 63 60,50 60,60
Al2O3 17 15 18,20 17,80
CaO 1,20 1,00 0,68 1,00
Na2O 3,70 4,80 5,20 5,10
K2O 6,10 5,20 5,20 5,30
Feldspath

Or

Ab

An

51

45

4

45

49

6

Pyroxène

WO (Ca)

EN (Mg)

FS (Fe)

46

39

15

48,30

34,70

16,70


  Ces ponces se situent plus haut dans la chronostratigraphie du volcan du Sancy. Ces ponces, qui se sont canalisées à la sortie de la vallée de Chaudefour, pourraient être le résultat de la destruction de dômes construits à l’époque dans la partie centrale du volcan. L’âge est estimé dans une fourchette de 0,6 à 0,45 M.A.
La minéralogie descriptive a permis de bien distinguer les ponces de type Rivaux-Chaudefour de celles des coulées pyroclastiques de type Neschers et Rioubes-Haut. Les ponces de Neschers et de Rioubes-Haut sont de composition trachytique, toutefois celles de Neschers sont plus sodi-potassiques que celles de Rioubes-Haut (2 à 3 %).
 
 
âge entre 0,32 ± 0.03

et 0,47 ± 0.20

types Rivaux - Chaudefour
gisements Ravin des

chèvres

Courbange
felds. x x
biotite x x
CPX x -
Amph. - -
oxydes - x
sphène - -
(access.) (x) (x)

Les extrusions et dépôts de nuées ardentes associées
L’activité volcanique à dynamisme éruptif de type Péléen est très fréquente dans l’histoire du volcan du Sancy. Si les dépôts de nuées ardentes, assez meubles en surface, sont facilement déblayés par l’érosion, les dômes, relativement résistants, constituent dans le paysage les môles des principaux sommets du volcan du Sancy. On dénombre ainsi 18 dômes et dôme-coulées presque intacts (sauf trois d’entre eux dont les racines sont encore visibles). Leur taille est imposante : par exemple, le dôme-coulée du puy de Sancy mesure 500 (L) x 400 (l) x 100 (h) mètres (soit un volume d’environ 20 millions de m3). A ces dômes sont associés des dépôts de nuées ardentes de deux types : le type Péléen et de type Saint-Vincent, ou avalanche retombante dont l’extension est très faible.
L’analyse stratigraphique montre une succession toujours constante et répétée : dépôts de nature hydromagmatique + dôme + dépôts de nuées ardentes associées.
Détail des observations sur deux de ces dômes :


Ce cycle éruptif est calqué sur une évolution magmatique très précise liée à la nature des laves émises ; on observe successivement :


Les études téphrochronostratigraphiques du volcan du Sancy, corrélées avec l’étude des cycles éruptifs et magmatiques, montrent deux périodes distinctes d’extrusions :

L’hydromagmatisme
Six appareils volcaniques construits et circonscrits à la structure interne ?, sur une surface de 9 km2, dans la zone centrale du volcan, sont le résultat d’une forte activité explosive due à l’interaction eau-magma. La plupart d’entre eux, à la base du volcan du Sancy, sont de véritables « tuff-cones » (selon la définition de M.F. Sheridan et K.H. Woletz, 1983), caractéristiques d’une activité explosive sous une très faible tranche d’eau.
Vers la partie supérieure du volcan du Sancy, ce sont plutôt des « tuff-rings », caractéristiques d’une activité explosive souterraine de type « maar ».
Dans les deux cas, l’extrême pulvérisation du magma sous-forme de granules vitreux — les hyalocastiques — est omniprésente.
Dans la partie sommitale du volcan du Sancy, l’activité hydromagmatique passe progressivement à une activité aérienne (présence de bombes « en choux-fleurs » passant à des bombes « en fuseau »).
L’activité phréatomagmatique dans la partie centrale du volcan du Sancy, pendant une période de 0,6 à 0,4 Ma, est une preuve de l’existence d’eau abondante, soit sous forme libre (lacs de montagne), ou piégée (nappe phréatique, circulation hydrothermale superficielle), soit sous forme solide (glaces), ou encore, coexistence de toutes les formes, ce qui est certainement le plus vraisemblable.
Le cycle sédimentaire et ses relations avec le volcanisme hydromagmatique
Chaque fois que l’érosion le permet, depuis le fond des trois vallées rayonnantes autour du puy de Sancy et de ses voisins — la Haute-Dordogne, Chaudefour et la Fontaine Salée —, en remontant vers le plateau sommital, les coupes stratigraphiques révèlent la présence de tuffites, formations sédimentaires lacustres. Celles-ci ont plusieurs faciès :


Les coulées de lave du volcan du Sancy
L’activité effusive, dans le volcan du Sancy, est moins importante que l’activité explosive liée aux extrusions et à l’hydromagmatisme. Elle se traduit par des coulées de lave, le plus souvent épaisses (10 à 20 m) et relativement courtes (500 m à 3 km) associées à des cônes de scories dont certains subsistent encore. Ces caractères s’expliquent par la nature et la viscosité des magmas qui les ont engendrées : des trachyandésites basiques (ou « doréites ») et les mugéarites.
Tout comme pour les extrusions, deux grands épisodes effusifs caractérisent l’histoire du volcan du Sancy :


Pétrographie du Sancy
Les laves du Sancy présentent, à toutes les échelles, une hétérogénéité diffuse caractérisée par des enclaves plus basiques. Pour Gourgaud (1983, 1985, 1989) ces laves sont le produit d’une homogénéisation magmatique opérée, dans le(s) réservoir(s) magmatique(s) superficiel(s), après la sortie explosive des magmas hétérogènes (extrusions + nuées ardentes). En règle générale, toutefois, ces laves ne sont pas forcément le résultat d’une homogénéisation.

Le volcan du Sancy aurait donc eu une évolution pétrographique différente de celle du volcan du Mont-Dore : des mélanges mécaniques de magmas basiques dans un réservoir de composition trachytique superficiel pourraient s’ajouter au processus de cristallisation fractionnée (Gourgaud et al., 1980, 1981, 1983 ; Cantagrel et al., 1984 ; Gourgaud, 1985). Ces mélanges, plus ou moins homogénéisés, sont observés principalement dans la série volcanique appartenant au volcan du Sancy et se succéderaient sur une période très courte : 0,85 à 0,2 M.A. (Lavina, 1985 ; Gourgaud, 1985).

Le « massif Adventif »
D’une superficie de 16 km2, le « massif Adventif » déjà défini par Ph. Glangeaud, en 1919, comme « groupe de superposition », se surimpose à 3 kilomètres au Nord-Nord-Est du volcan du Sancy sensu stricto. Il est synchrone de son activité terminale, entre 0,55 et 0,25 Ma.
Il s’est formé sur un socle fracturé, effondré en gradins, probablement le rebord d’un graben Sud-Sud-Est - Nord-Nord-Ouest, recouvert des produits antérieurs issus du volcan du Mont-Dore (Mossand, 1984), de l’Aiguillier (Lavina, 1985 ; Morel, 1988) et du volcan du Sancy s.s., avec les coulées pyroclastiques de type Rioubes-Haut (Lavina, 1985), des restes de coulées de lave (basalte alcalin et hawaiite du ruisseau de Surains, basalte de la Clef-du-Lac, à 0,55 Ma).
L’essentiel de l’activité éruptive s’échelonne suivant le schéma observé dans le volcan du Sancy :

Les laves du massif adventif
La nature des laves est trachytique à trachyandésitique basique, avec une forte proportion de trachyandésite hétérogène. On a retrouvé des xénolites de syénite hétérogène dans les produits de maar sommitaux, postérieur au dôme du puy de Barbier (Lavina, 1985), qui ont été analysé par Decobecq en 1987. La proportion considérable de xénolites dans les projections hydromagmatiques est un argument en faveur de la présence de chambre(s) magmatique(s) peu profondes (inférieur à 3 kilomètres) (Decobecq, 1987).
Une des caractéristiques de ce massif est la position à la même altitude et suivant un demi-cercle de captages d’eaux minérales non-gazeuses. Parmi celles-ci, les sources captées du Grand-Barbier alimentent depuis 1989 l’usine d’embouteillage des eaux du Mont-Dore, commercialisées sous l’acception d’« eau minérale ».
Les débits mesurés sont quasi constants, ce qui semble indiquer un aquifère constamment alimenté. Les observations stratigraphiques indiquent la présence de plusieurs anneaux et cônes de tufs phréatomagmatiques à la base des dômes extrusifs qui pourraient être un réservoir étanche idéal pour le stockage des eaux d’infiltration et de celles de ruissellement souterrain provenant des bases de coulées de trachyandésites issus du volcan du Sancy.

Les dykes du Sancy
Ils sont circonscrits au centre du volcan du Sancy. Leur disposition est grossièrement radiaire avec deux directions privilégiées : N50°-N60°E et N100-N140°E, le premier faisceau est prépondérant sur le second par le nombre de dykes.
D’après sept datations radiochronologiques il semble que le faisceau de dykes à N50-N60°E (0,35 à 0,22 Ma) soit postérieur à celui à N100°-N140°E (0,5 à 0,4 Ma) dont les directions sont identiques aux directions de fracturation du socle cristallin sous-jacent, celles qu’on a coutume d’appeler les directions « de la Margeride ».

Le massif du Sancy, avec le dyke de la Dent de la Rancune. photo D. Decobecq

Le massif du Sancy, avec le dyke de la Dent de la Rancune. photo D. Decobecq

Si l’on se réfère aux travaux de Nakamura (1977) relatifs aux « volcans comme indicateurs possibles des orientations du champ de contrainte tectonique », ces deux directions de faisceaux de dykes sécants et successifs dans le temps peuvent être une indication du changement du régime tectonique, ou tectono-volcanique, au cours de l’histoire du volcan du Sancy.
Par ailleurs, au Nord-Est du volcan du Sancy, certains dykes s’orientent à N0° - N20°E, directions préférentielles des faisceaux de failles observés le long de la faille de la Limagne et sur les alignements des cônes de scories de la chaîne des Puys plus jeune (80 000 à 6 000 ans). Ce changement de directions des dykes pourrait être le marqueur et la préfiguration d’un changement de l’état des contraintes tectoniques régionales à l’origine du déplacement souterrain des magmas et de l’amorce d’une activité volcanique plus récente.
Dans ce sens, nous observons, en effet, que les dômes du massif Adventif, contemporain du volcan du Sancy pendant sa deuxième période, sont relayés, sur les pentes Nord-Nord-Est du massif des Monts-Dore et de l’Aiguillier, par les cônes de scories ponctuels, plus jeunes, appartenant à la « petite chaîne des Puys » (150 000 à 80 000 ans ; Camus et al, 1986).
 

La caldeira du Sancy

Le tracé proposé de la caldeira d’effondrement du Sancy s’appuie sur plusieurs arguments indirects qui sont :

Ces limites restent pour le moment mal assurées en raison de l’importance de l’activité post-caldeira et probablement aussi de celle des déformations tardives de la partie centrale (dôme résurgent ?). Toutefois, des contrastes magnétique (Lénat, 1979) et magnéto-tellurique (Hulot, 1988) mesurés de part et d’autre de ces limites, sont d’autres arguments indirectes en sa faveur ainsi que pour ses relations avec le(s) réservoir(s) magmatique(s) sous-jacent(s).
La caldeira du Sancy aurait une superficie de 9,40 km2 pour une profondeur d’au moins 150 m. La cartographie de la nappe de ponces de type Rioubes-Haut nous permet d’affirmer qu’elle est responsable de la formation de la caldeira du Sancy. C’est le premier épisode majeur du volcan du Sancy.
Une seconde structure (CI) est en partie visible à l’Ouest et au Sud-Ouest grâce aux résultats de la cartographie et de l’analyse de photographies aériennes ; elle est d’ailleurs corrélable avec les points de sortie immédiatement post-caldeira (puys Jumel, du Capucin, de Champbourguet, ... aux alentours de 0,75 Ma). P. Vincent (1988) admet qu’elle peut être une structure « précaldeira ». Du fait des points de sortie du volcanisme basique (basalte, hawaiite) elle pourrait délimiter l’extension souterraine de la chambre magmatique profonde.
 
 
 

Des dépôts d’avalanches de débris dans la vallée de Chaudefour
La cartographie des formations volcaniques sensu-stricto et volcano-sédimentaires dans l’enceinte de la Réserve Naturelle de la Vallée de Chaudefour, réalisée entre 1994 et 1996, confirment l’existence de deux édifices volcaniques superposés (P. Lavina et al, 1983) ; les dépôts du plus récent édifice reposent sur une remarquable surface d’érosion, laquelle pourrait être la trace d’un arrachement destructif (base  et partie d’une paroi ? d’un ancien cratère en fer à cheval ouvert vers l’Est). Des dépôts d’avalanches de boue et de débris de type Mont Saint-Helens (environ cent mètres d’épaisseur) ont été découverts à la sortie de la vallée de Chaudefour, entre les sources Sainte-Anne et la cascade de Peyrouse (P. Lavina, 1999) ; la matrice contient des fragments de pierres ponces trachytiques de type Rivaux-Chaudefour. En l’absence de datation absolue, cet événement cataclysmique est plus jeune que 450 000 ans B.P.

Bibliographie récente sur le massif du Mont-Dore