Un article de vulgarisation scientifique

Avec l'aimable autorisation du Comité de Liaison Enseignants et Astronomes Extrait du n° 66 - Eté 1994 du bulletin "Les Cahiers Clairaut" :

Le cratère météoritique de Rochechouart-Chassenon

Claude Marchat
Animateur géologie-environnement


La région de Rochechouart - Chassenon, à cheval sur les départements de la Haute - Vienne et de la Charente (schéma 1), possède une originalité qui a longtemps intrigué les géologues. En effet, il existe là des formations de roches inhabituelles sur le terrain des plateaux du Limousin. Ces formations sont constituées d'éléments rocheux anguleux liés par un ciment naturel. Dénommées "brèches", par les premiers auteurs (1808), nous savons aujourd'hui qu'elles sont le résultat de l'impact d'une météorite géante au Jurassique inférieur, il y a environ 165 à 200 millions d'années.

Comment les géologues ont-ils interprété l'origine de ces brèches ? Quelles sont leur nature et leur répartition ? Que peut-on dire de cet impact ? Quels sont les apports scientifiques de l'étude des impacts ? Quelles sont les caractéristiques de l'astroblème de Rochechouart et quelles perspectives d'avenir du site ? Telles sont les questions auxquelles nous allons tenter de répondre.

I - HISTORIOUE DE L'EVOLUTION DES INTERPRETATIONS GEOLOGIQUE

C'est dans la "Statistique de la FRANCE", publiée en 1808, qu'est mentionnée pour la première fois l'existence des brèches de Rochechouart.

Jusqu'à il y a une trentaine d'années, les géologues considéraient ces roches d'origine soit volcanique, soit tectonique, soit sédimentaire.

Sur la carte géologique au 1/80 000 publiée en 1967, feuille de Rochechouart, deux types de formations bréchiques sont reportés les brèches de Chassenon et Montoume (du nom de deux villages de la région) d'origine volcanique, les autres brèches d'origine tectonique.

Mais la même année, F. KRAUT souligne des analogies entre les brèches de Chassenon et les suévites du RIES (Allemagne). Il émet alors l'hypothèse de la naissance de l'ensemble des formations bréchiques par impact d'une météorite géante. L'indice majeur qui le guide vers la solution de l'énigme géologique est la présence fréquente, au sein des éléments des brèches observés au microscope, de cristaux de quartz clivé qui présentent une alternance de zones claires et de zones sombres correspondant à des plans de dislocation très rapprochés, caractéristiques d'un effet de choc.

En 1969, F. KRAUT découvre des cônes de percussion (shattercones) dans un filon de microgranite. C'est le deuxième indice de métamorphisme de choc. Il retient définitivement l'hypothèse impactique des brèches de Rochechouart - Chassenon, hypothèse confirmée en 1972 par les travaux de E. RAGUIN, Pr. à l'Ecole des Mines de PARIS.

Enfin en 1974, 1977, dans deux thèses, Ph. LAMBERT confirme la réalité de l'astroblème de Rochechouart. Il apporte aussi des informations nouvelles sur la taille du cratère, son âge, sur la nature de la météorite et sur les phénomènes de choc dus à l'impact.

Puis jusqu'à 1988 seuls des scientifiques étrangers se sont intéressés à Rochechouart ; leurs travaux (en particuliers ceux du Pr. BISCHOFF, Université. de MUNICH) ne sont pas encore publiés.


II - NATURE ET REPARTITION DES DIFFERENTS TYPES D'IMPACTITES, CONDITIONS DE FORMATION :

Au voisinage de l'impact de la météorite les roches cristallines du socle ont été partiellement fondues. Il s'est formé une brèche, où de petits morceaux de roches sont enrobés dans un ciment vitreux, qui ressemble à une roche volcanique. Plus loin le socle cristallin a volé en éclats et poussière qui sont retombés et se sont agglomérés en brèches clastiques.

A l'origine, le cratère avait une forme circulaire. Le fond plat était entièrement recouvert de brèches sur une épaisseur de 60 à 80 m. L'érosion, plus intense depuis le plissement alpin (19 à 20 millions d'années) a profondément modifié la structure du cratère dont on ne voit plus la forme. L'érosion a donné lieu â un exemple original d'inversion du relief : c'est essentiellement sur les plateaux que l'on trouve les lambeaux de brèches dispersés sur une surface elliptique de 12 km de grand axe pour 10 km de petit axe. Entre ces lambeaux, l'érosion a mis à nu le socle cristallin fortement disloqué sous l'effet de l'impact.

Les brèches peuvent être classées en deux familles
- les brèches polygéniques dans lesquelles les éléments sont constitués de différentes sortes de roches,
- les brèches monogéniques dans lesquelles les éléments sont constitués d'une seule sorte de roche.


A - LES 4 TYPES DE BRECHES POLYGENIQUES :

Sur le terrain, il est possible de distinguer 4 types différents de ces brèches dont la répartition est bien ordonnée (schéma 2).

1°) Brèches de type BABAUDUS (impact meits) :
Au centre de l'astroblème, se trouvent des brèches polygéniques à fort taux de fusion. Leurs éléments sont petits, peu abondants et constitués de roches cristallines variées par suite d'un brassage important. Elles ont un aspect de roche volcanique, riche soit en vacuoles de toutes tailles, soit en microlites d'orthose. Elles se caractérisent géochimiquement par leur caractère ultra potassique (10,2 % K20 en moyenne) et leur fort enrichissement en Nickel, en moyenne 40 fois plus que dans le socle granito - gneissique, Nickel provenant de la météorite. Ce type de brèches s'est formé à une température de 3 000 à 4 0000C et sous une pression de 600 à 800 kb (centre de l'impact).


2°) Brèches de type ROCHECHOUART : sans verre :
Elles se situent tout autour des brèches précédentes dans un rayon de 6,5 km. Ce sont des brèches de retombées dont les éléments de nature variée ont une taille allant de I cm à i m. Le ciment clastique, sans verre, est formé de fins débris et de poussières de roches. Ce sont de loin les plus abondantes. Projetées dans le nuage d'explosion, elles sont retombées au fond du cratère où elles se sont soudées. les meilleurs affleurements se trouvent à Rochechouart, ce sont le piton du château et le grand rocher situé sous le Roc du Bœuf.


3°) Brèches de type CHASSENON : brèche clastique et localement vitreuse :
Elles surmontent localement les brèches type Rochechouart dont elles se distinguent par des éléments globalement plus petits et surtout par la présence de fragments de verre qui sont d'une teinte verte caractéristique. Les fragments vitreux proviennent de la zone d'impact et sont mêlés aux débris de roches pour former un type de brèches de retombées que l'on trouve essentiellement aux alentours de Chassenon. Elles sont surmontées elles-mêmes par des dépôts très finement lités, constitués de cendres et de très petits débris de verre, qui correspondent aux ultimes retombées.


4°) Brèches de type MONTOUME : à pâte mixte :
Elles couronnent la colline de Montoume et se distinguent immédiatement de toutes les précédentes par leur teinte rouge. Ces brèches sont riches en verre et reposent directement sur le socle. La pâte est constituée d'un mélange de verre et de poussières. Du verre est également présent sous forme de fragments. La teinte rouge traduit une richesse anormale en fer, probablement due à une contamination par la météorite. Cependant, leur position excentrée pose un problème d'interprétation.


B - LES BRECHES MONOGENIQUES :
Il s'agit rarement de brèches de retombées et généralement de brèches de dislocation ou de fragmentation situées dans le socle cristallin sous le plancher du cratère. Elles s'observent sur toute l'étendue de l'astroblème, là où l'érosion a enlevé les brèches polygéniques qui les recouvraient initialement. Les éléments sont constitués de la même roche finement broyée.

Une carrière, proche de Rochechouart, permet d'explorer en 3 dimensions des lambeaux de brèches monogéniques et le socle cristallin sous - jacent, constitué de paragneiss et de diverses roches magmatiques intrusives, fortement fracturé avec un développement intensif de pseudotachylites (verre formé par friction sans fusion) et de brèches hydrothermales (â quartz, carbonates, sulfures) liées â l'impact.


C - LES CONES DE PERCUSSION (shattercones) :
Ils sont présents dans un rayon de 2,5 km autour du point d'impact au sein des roches cristallines adéquates (microgranites essentiellement). La hauteur des cônes varie entre i et 20 cm. Ils se forment dans les roches choquées â 250 kb. Leurs pointes sont tournées vers le haut et vers le centre des structures d'impact.


III - LE PHENOMENE D'IMPACT DE METEORITE ET SES CONSEQUENCES :

Le schéma 3 résume les phases principales d'un impact.

En ce qui concerne l'astroblème de Rochechouart, Ph. LAMBERT (1974), estimant le diamètre du cratère â un minimum de 20 km, a calculé certaines caractéristiques de la météorite et de l'impact.

Il obtient :

* Energie libérée â l'impact : E = 1, 2.10 28 ergs, égale à l'énergie cinétique de la météorite (E 1/2 mv2)

* La vitesse de la météorite au moment de l'impact était au minimum de 20 km/s (cas général = 20 à 50 km/s)

* La densité de la météorite : 3,4 (sidérite)

* Sa masse = 6.10 9 tonnes

* La masse correspondrait â une sphère de 1,5 km de diamètre

* 13 km3 de socle ont été vaporisés

* 66 km3 de socle ont été fondus

L'énergie libérée par l'impact de la météorite correspond à 1 000 fois celle libérée par les plus violents séismes jamais enregistrés (magnitude 9 sur l'échelle de Richter) soit â un séisme de magnitude il sur la même échelle.

La catastrophe naturelle provoquée par l'impact a dû être considérable. Les scientifiques qui travaillent sur le cratère du RIES, dans le sud de l'ALLEMAGNE, qui est de taille analogue, estiment que toute vie y a été rayée dans un rayon de 500 km par suite des phénomènes suivants : onde de choc dans l'air (quelques millièmes de seconde avant l'impact) puis une explosion, effet de souffle, émissions de vapeurs toxiques, nuée ardente, séisme.


IV - LES APPORTS SCIENTIFIQUES DE LA RECHERCHE SUR LES IMPACTS DE METEORITES :

Le développement rapide de cette recherche depuis les années 60 se poursuit de pair avec le développement des connaissances sur les effets de choc dans la matière, et avec les progrès de l'exploration spatiale.

L'évolution des conceptions des interactions entre la terre et les petits corps du système solaire a ouvert de nouveaux horizons à la géologie (planétologie, physique du solide) et à la paléontologie.


A - PLANETOLOGIE :

Le phénomène d'impact est général, il intéresse les surfaces planétaires et celle de tous les objets célestes. La densité d'énergie mise en jeu est colossale, et ses effets dépendent très peu de la nature du socle de la cible. La zone d'impact a un aspect en anneaux concentriques proéminents très caractéristiques. De ce fait le géologue a les moyens d'interpréter ces phénomènes à la surface des planètes, d'après les connaissances acquises sur leurs équivalents terrestres.

Le bombardement météoritique provoque une érosion de surface des astres, petits ou gros. C'est le seul processus géologique actif pour la majorité d'entre eux, à part des exceptions comme la Terre.

Les grands impacts peuvent déclencher le volcanisme (le volcanisme lunaire leur est dû en grande partie). Le cratère de Sudbury (CANADA) en est une manifestation authentique sur terre.

Ils sont des agents de pétrogenèse et leur rôle a probablement été primordial lors de l'accrétion des planètes de notre système.


B - PHYSIQUE DU SOLIDE : effets de choc

La densité d'énergie dans la zone d'impact est beaucoup plus élevée que celle qui est mise en jeu dans tous les autres phénomènes naturels connus ou obtenus par expérimentation. On observe donc dans le cratère d'impact un domaine de contraintes et de déformations inhabituel, domaine où le solide tend à se déformer comme un gaz.

L'ordre de grandeur atteint par les paramètres physiques induit un métamorphisme de choc très différent du métamorphisme classique. Dans le métamorphisme classique le temps de compression est de l'ordre du million d'années, la pression ne dépasse pas 20 kb, la température 1 000 0C. Les compressions statiques sont prépondérantes, la mise en pression extrêmement lente. Dans ces conditions des réactions chimiques se produisent entre les minéraux présents et l'équilibre chimique est atteint ou au moins approché. Enfin la compression orientée suivant une direction préférentielle se traduit par une texture orientée de la roche.

Dans le métamorphisme de choc au contraire la pression atteint des milliers de kilobars, la température plusieurs milliers de degrés et la durée est largement inférieure à la seconde. Dans ces conditions peu de réactions chimiques ont le temps d'avoir eu lieu et il se produit majoritairement des transformations physiques. Par ailleurs le phénomène est isotrope.

Les modifications pétrographiques dues à ce métamorphisme sont extrêmement importantes. Pendant la montée en puissance du choc les altérations rocheuses varient de l'intense fracturation à la fusion et à la vaporisation. Des phénomènes exceptionnels peuvent se produire comme la transformation de roches en verre à l'état solide, sans fusion.

Les fortes pressions provoquent l'apparition de formes cristallines rares ; ainsi le quartz est transformé en partie en stishovite et coésite au-delà de 80 et 300 kb respectivement.

Dans quelques cas exceptionnels il peut se former des diamants d'impact sur le graphite des gneiss quand la pression atteint 500 à 700 kb (Popigai en Sibérie).

Et ce ne sont que quelques exemples des transformations qui peuvent être provoquées par le choc d'une météorite.


C - PALEONTOLOGIE :

Les impacts de météorites ont des conséquences climatiques importantes sur tout ou partie de la Terre en rapport avec la taille du cratère.

Les perturbations ainsi entraînées peuvent être à l'origine de disparitions massives d'espèces tant animales que végétales. Par exemple, les grandes extinctions de la limite Crétacé - Tertiaire, il y a 65 millions d'années, sont peut être le résultat de l'impact d'une ou plusieurs météorites dont les cratères n'ont pas encore été clairement identifiés.

Un champ de recherche important est ouvert aux paléontologues.


V - CARACTERISTIQUES DE L'ASTROBLEME DE ROCHECHOUART :

Par rapport aux autres cratères d'impact terrestres, Rochechouart revêt un caractère exceptionnel grâce à un niveau d'érosion qui permet de "voir" le socle immédiatement sous la limite du fond du cratère et les lambeaux de brèches subsistantes qui tapissent le fond du cratère. En ce sens il est complémentaire des structures plus jeunes (Ries, ALLEMAGNE ; Popigai, SIBERIF...)

Rochechouart a été la première structure d'impact érodée et le premier cratère terrestre de plusieurs kilomètres dont le projectile a été identifié (Ph. LAMBERT 1974) comme étant une sidérite. En 1981, des chercheurs allemands ont détecté de très fines particules d'un alliage de métaux : fer (75 %), chrome (17 %) et nickel (8 %) dans des fissures de roches situées immédiatement sous le plancher du cratère. La composition de cet alliage est probablement très proche de celle de la météorite.


VI- CONCLUSION :

Les travaux de levé de la carte géologique de la France au 1/50 000, feuille de Rochechouart, effectués de 1988 à 1993 par Ph. Chévremont (SNG. BRGM Orléans) et J.P. Floc'h (laboratoire de géologie université de Limoges) ont provoqué un regain d'intérêts de la part des scientifiques français mais aussi étrangers.

Comme beaucoup de problèmes restent à résoudre des programmes de recherche sont en cours d'élaboration. Le champ de recherche est vaste aussi bien dans les domaines pétrographiques et minéralogiques que dans les domaines géologiques. De études géologiques de terrain vont s'étendre aux terrains sédimentaires proches (Poitou - Charente) qui n'ont pas été étudiés à ce jour. L'étude systématique de coupes verticales à l'aide de sondages emmèneront probablement des connaissances nouvelles sur le phénomène et sur son extension exacte.

L'astroblème de Rochechouart - Chassenon devrait devenir un terrain privilégié d'étude et de recherche pour les étudiants en Science dans différentes disciplines. Sa situation géographique, presque centrale par rapport aux universités françaises, rend son accès facile. Mais surtout il est unique en France et est l'un des rares sites, sinon le seul au monde, où il est possible d'observer toute la gamme des effets de choc provoquée par impact de météorite géante.

Enfin, actuellement, seul un public restreint accompagné par les animateurs en géologie de l'association Pierre de Lune peut avoir accès au site (scientifiques, enseignants, étudiants, élèves du secondaire dans le cadre de classes ou d'ateliers de géologie, géologues amateurs, ...). En effet, il n'est pas évident, pour un public non averti, de bien saisir toute l'importance de l'événement et de l'interpréter sur le terrain.

Donc, pour le plus grand nombre, il faudra attendre que soit mise en place toute une infrastructure destinée à lui faciliter la compréhension et l'accès à ce phénomène exceptionnel qui appartient à notre patrimoine géologique national.



BIBLIOGRAPHIE:

* Ph. CHEVREMONT Une météorite en France (Pour la Science 1993)

* J et W.D. KAVASCH The Ries Météorite Crater (éd. anglaise 1986) Ries Krater Museum Nôrdlingen

* Ph. LAMBERT La structure impactique de ROCHECHOUART. Effet des ondes de choc (Thèses 1974 et 1977)

* E. RAGUIN Les impactites de ROCHECHOUART (Bulletin du B.R.G.M. (2eC série) section 1, N03 - 1972)

* w. v. STOFFLER Petrologische Untersuchungen im Ries (Géologica Bavaria, 61; Mûnchen - 1969)

* S. VICHNEVSKII (1991) The Popigai astroblema (non publiée) Branche Sibérienne de l'Académie des Sciences Novosibirsk (Sibérie)

Avec l'aimable autorisation du Comité de Liaison Enseignants et Astronomes
Extrait du n° 66 - Eté 1994 du bulletin "Les Cahiers Clairaut"
Directeur de publication Lucienne GOUGUENHEIM


 

Auteurs : Françoise BOISSOU (IPR - IA, SVT, Académie de POITIERS)
Jean-Pierre GENESTE-SIMANDON (professeur de SVT)


Académie de Poitiers
Courrier électronique : svt.enligne@ac-poitiers.fr