Géologie

                                  L'ampélite : "la couche-savon"

   Cette roche noirâtre mérite une page spéciale en raison de sa forte présence dans le cirque de Barrosa, de son rôle dans la géomorpholgie de la région du port de Barroude, et surtout de son rapport étroit avec le processus de chevauchement qui est l'élément essentiel du cirque sur le plan géologique.

    Son nom (on dit aussi" les ampélites," et elle en a plusieurs autres) a pour origine le mot grec ampélos qui veut dire vigne.Ce qui est peut-être en rapport avec sa couleur, noire (avec parfois une altération ocre, ou rouille), mais tirant vers le violet foncé, comme celle du raisin noir (figure ci-contre).
    Par ailleurs l'ampélite était autrefois utilisée pour traiter la vigne (elle était censée écarter les chenilles et les vers au début du bourgeonnement, effet attribué à la pyrite qu'elle contient). En effet la "théorie des signatures", communément admise de l'Antiquité à la Renaissance, voulait que la caractéristique d'une plante ou d'une roche (ici la couleur vineuse) soit l'indice (la signature) d'une propriété bienfaisante dans un domaine présentant une caractéristique analogue (ici
le raisin et le vin). C'est ainsi que l'extrait de saule ou de Reine des prés, qui poussent dans des lieux humides (et d'où a dérivé l'Aspirine), était censé (ce qui, par chance, s'est avéré exact) traiter les rhumatismes réputés être favorisés par l'humidité . De même ce qui était rouge était réputé bon pour le sang, etc..

    Il s'agit d'une variété de schiste (certains lui donnent le nom de "schistes ampéliteux", ou de "schistes noirs"), résultant du métamorphisme (modéré), par enfouissement, sous forte pression et haute température, lors de la surrection de la chaîne de montagne hercynienne (vers 350 à 300 millions d'années), de sédiments argileux (des "pélites") déposés dans une mer calme, au Silurien (il y a 444 à 416 millions d'années). Ces sédiments, déposés au Silurien dans une mer chaude riches en organismes vivants, contenaient des matières organiques marines (essentiellement du plancton) qui, en raison d'un milieu confiné pauvre en oxygène (dit "réducteur"), se sont par la suite conservées. Sa texture, schistosée, en partie liée au cisaillement dû au charriage du chevauchement dont il constitue la base (la "semelle"), simule une stratification parce qu'elle est constituée par de multiples écailles, associées à des replis, posées à plat sur la couverture de calcaire crétacé du "socle".

    Outre les silicates (surtout des phyllosilicates), propres aux schistes, sa composition est la suivante :
   - pyrite (sulfure de fer, FeS2) en grains fins, ou en nodules, dont l'altération se traduit par des taches de couleur rouille ;
   - matière organique, donc du carbone, en forte proportion (jusqu'à 25%), principalement sous forme de fines particules de graphite (on parle de "schistes graphiteux", ou de" schistes carburés" quand il est abondant) qui lui donnent sa couleur noirâtre (on parle aussi de "schistes noirs") (note 1).
    De la décomposition de l'ampélite on peut tirer l'alun, sulfate double d'aluminium et de potassium (d'où le nom de"schistes alunifères").
    L'ampélite peut aussi contenir du calcaire, sous forme de bancs, ou de lits fins, ou plus souvent de gros nodules (dont la dissolution laisse parfois des trous dans la roche), et aussi des lits de quartz
    On y trouve des fossiles d'animaux marins, préservés par une mince pellicule charbonneuse, les Graptolites (ou Graptolithes ; dessinant des lignes, droites ou courbes, simples ou composées), permettant de dater cette roche du Silurien (le plus souvent), soit en gros -450 à -400 millions d'années.

                                                                                                              **

    La présence du GRAPHITE dans l'ampélite explique sa couleur noirâtre. Celle-ci est peut-être à l'origine du nom que les espagnols donnent au chemin des mines : "camino de Las Pardas", tout le long duquel on cotoie la base de la sombre falaise d'ampélite.
    Mais à lui seul le graphite explique beaucoup des autres constatations qu'on peut faire concernant l'ampélite, et qui découlent de sa structure à l'échelle atomique.
  
    Celle-ci (figure 1, schéma 1) consiste
en effet en l'empilement de feuillets constitués d'atomes de carbone arrangés en "nids d'abeilles" (structure hexagonale). Leur épaisseur est celle d'un atome de carbone. Les atomes de carbone y sont très fortement liés entre eux, mais les feuillets ne sont liés entre eux que faiblement : tout est là (note 3).

                                     

    Figure 1 : Schémas montrant : la structure du graphite (1), le processus de chevauchement (2), la structure géologique de la falaise nord du cirque (3), et la place de l'ampélite dans le cirque (4).
  
    C'est en effet cette faible liaison des feuillets entre eux qui explique :

   *  la faible résistance mécanique de l'ampélite, donc sa faible dureté et son délitement facile. Cette friabilité de l'ampélite (et sa ductilité, d'autant plus grande qu'elle est riche en eau) explique les reliefs émoussés de la région du port de Barroude (du port lui-même et du Soum de Barroude), et le fait qu'elle tombe parfois en poussière sur le chemin des mines (figure 2) ;
    
      
                         
  
 Figure 2 : montage de photos montrant :
     -
en haut, l'ensemble de la falaise nord du cirque (où le tracé du chemin des mines est repéré, entre le "dôme" à gauche et le port de Barroude à droite, par la limite inférieure de la couche d'ampélite, sur laquelle repose, sous les schistes sommitaux, la couche de calcaire dévonien blanchâtre) ;
     -
en bas et à gauche, un passage du chemin des mines sur l'assise de calcaire crétacé, à la base de la falaise d'ampélite, qui le couvre de ses débris ;
     -
en bas et à droite, le port de Barroude et son relief émoussé, dans la couche d'ampélite.


   *  le noircissement des doigts au contact de l'ampélite, de la même façon que le glissement de la mine du crayon (graphite artificiel) sur la feuille de papier, y laisse une trace noire faite de particules de graphite.(le mot graphite vient du grec graphein, écrire ; on l'appelle aussi plombagine, ou mine de plomb). D'ailleurs les charpentiers, qui l'appelaient la "pierre noire", ou le "crayon noir", utilisaient des blocs d'ampélite pour tirer des traits sur le bois. L'ampélite a aussi été utilisée pour noircir les sourcils ou les cheveux ;
   
    la situation de la couche d'ampélite juste au-dessus du plan de chevauchement de la nappe de charriage. Elle constitue en effet pour celle-ci une semelle d'épaisseur variable (jusqu'à 100 m.), voire discontinue (épaisse au nord du cirque, elle disparaît au sud), jalonnant son contact (anormal) de base. Elle repose donc directement sur le "socle", le plus souvent sur la couverture crétacé de celui-ci (figure 3). Ce qui
fait que sur la plus grande partie du parcours du chemin des mines dans le cirque on cotoie la base de ce niveau d'ampélite, et que celui-ci permet, quand on regarde de loin la paroi du cirque, d'y repérer le plan de chevauchement et donc le tracé du chemin. Ecrasement et cisaillement ont donné d'ailleurs à la couche d'ampélite une franche texture feuilletée, ou plissée, au voisinage du plan de chevauchement (figure 1, schémas 3 et 4, et figures 2 et 3)
    L'explication de cette situation dans la paroi du cirque est la suivante.
    La faible liaison des plans de carbone entre eux confère au graphite un pouvoir lubrifiant, mis à profit lorsqu'on l'ajoute à l'huile pour en augmenter le pouvoir lubrifiant (le graphite est d'ailleurs à rapprocher du talc, qui est lui aussi un "phyllosilicate" (du grec phulos, feuillet) dont les feuillets, également peu liés entre eux, sont constitués de tétraèdres de silice [un atome de silice entouré de 4 atomes d'oxgène]).
    Or les chevauchements, qui sont à l'origine de la surrection d'une chaîne de montagne par collision continentale, impliquent un clivage initial (un décollement) entre la future masse chevauchante et le "socle" sous-jacent (figure 1, schéma 2 ; voir aussi une des pages consacrées à la formation des Pyrénées). Ce clivage se produit de préférence dans une couche de terrain de faible résistance. Celle-ci est souvent une couche d'ampélite, dont la partie qui fait corps avec la nappe chevauchante, et qui jalonne sa base, va ensuite favoriser son glissement, du fait de son pouvoir lubrifiant.
   
    C'est le cas de façon exemplaire dans le cirque de Barrosa, qui est une "coupe" dans l'un des chevauchements à l'origine des Pyrénées (figure 1, schemas 3 et 4). On parle de "COUCHE- SAVON".

    (VOIR un schéma de la structure géologique du cirque de Barrosa)

                                         
   
 Figure 3 : dans la falaise nord du cirque,base de la couche d'ampélite (Silurien : 450 à 400 Ma environ), vue de près, reposant par un "contact anormal" sur la lame de calcaire qui couvre le "socle", beaucoup plus récente qu'elle (Crétacé supérieur : 75 Ma environ) . Ce contact est aussi le plan de chevauchement le long duquel l'ampélite ("couche-savon" à la base de la nappe de Gavarnie) a glissé sur le calcaire feuilleté, d'une dizaine de km du nord (à droite) vers le sud. Sur ce calcaire une flèche à la peinture rouge balise le chemin des mines, aménagé sur, ou dans, le calcaire, ici au début de la corniche nord quand on vient du sud.
    
    Ce rôle de "couche-savon" est parfois
joué, ailleurs, par des roches différentes de l'ampélite, mais où l'on retrouve le plus souvent sa structure en feuillets faiblement liés entre eux (ou au moins une faible consistance) :
  
   -
 le grès rouge : il contient des minéraux argileux, qui sont des phyllosilicates comme le talc, avec des feuillets constitués le plus souvent de 2 couches de tétraèdres, enserrant des ions) ; il y en a d'ailleurs dans le cirque de Barrosa (figure 1, schéma 4) au-dessous du plan de chevauchement, en couverture du "socle" ; et aussi dans le massif du Cotiella où une couche de grès rouge a facilité le chevauchemnt d'une nappe de calcaire sur une autre plus récente (voir le paragaphe "un peu de géologie" dans une une page consacrée au Cotiella dans le site du club de montagne "Les Cadets de Toulouse") ;

   - les marnes, qui sont un mélange de calcaire et d'argile ;
  
   -
 le gypse (une des "évaporites", dépots de sels communs au Trias, résultat de l'évaporation de mers ou lagunes sous climat tropical), qui est un sulfate hydraté de calcium dans les cristaux
duquel, facilement clivable, les feuillets, constitués de tétraèdres centrés par un atome de soufre entouré de 4 atomes d'oxygène, sont mal liés par des ions calcium associés à des molécules d'eau (note 4);

  
   -
 d'autres évaporites, dont le sel gemme.

  La sombre couche d'ampélite, qui tient une place importante dans le cirque de Barrosa, bien visible à la base de son étage supérieur (surtout dans la falaise nord du cirque où elle est surmontée par celle, blanchâtre, de calcaire dévonien), est ainsi en rapport, par l'intermédiaire du graphite qu'elle contient, avec le processus de chevauchement qui est l'élément essentiel du cirque sur le plan géologique. De plus sa couleur se retrouve dans le nom du "Camino de Las Pardas".
  
La structure et l'aspect particuliers d'un paysage peuvent donc ici, comme dans d'autres cas (note 2), être mis en rapport avec la structure d'un minéral à l'échelle atomique.

  
    VOIR AUSSI :
   
- les pages consacrées à :
        * une
description géologique du chemin des mines
;
        * une description du chemin des mines dans la falaise nord ;
   - et les pages de photos suivantes :

   Principalement :
  
8-4 : La falaise nord (dont une photo de L. Briet)
  8-5 : L'extrémité sud du chemin des mines dans la falaise nord (dont une photo de L. Briet)
  8-6 : Une cascade dans la falaise nord (dont une photo de L. Briet)
  8-11 : L'aménagement du chemin des mines dans la falaise nord
  4-2 : Le calcaire crétacé

                                                                                                             *
  En dehors du cirque de Barrosa, la couche d'ampélite, très discontinue (et d'ailleurs déformée), apparaît, à la base de la nappe de Gavarnie, en plusieurs endroits, dont la figure 4 ci-dessous montre trois exemples.

                         
    Figure 4 : la couche d'ampélite, surmontée par la couche de calcaire dévonien clair, est repérable, en particulier,
      
1 - à l'ouest du cirque de Barrosa, en aval du cirque de Troumouse, dans la vallée du gave d'Héas, sur son flanc nord, au-dessus de la chapelle d'Héas ; le plan de chevauchement, qui la sépare du "socle" constitué de migmatites et de diorite, est net (voir aussi la Figure 5) ;
      
2 - au nord, en aval du balcon de Barroude, dans la vallée de La Géla, sur son flanc ouest, où elle est traversée par le sentier qui relie le balcon de Barroude à la Hourquette de Chermentas ; ici aussi le plan de chevauchement (qui plus au sud affleure la surface du balcon de Barroude) est nettement visible, souligné par la mince couverture de calcaire crétacé du "socle" constitué ici par des schistes cambro-ordoviciens ;
      
3 - à l'est, dans le chaînon qui sépare les vallées de Saux et du Moudang, au nord du port de Bataillance, au pied du pic de Pène Abeillère taillé dans la couche de calcaire dévonien surmontée elle-même par les schistes du pic Garlitz (à gauche) ; ici le plan de chevauchement entre ampélite et schistes cambro-ordoviciens sous jacents (au premier plan) est mal repérable.
 

        
    Figure 5 : Autres photos de la vallée du gave d'Héas :
   
   - 
En haut, vue vers l'aval de la vallée ; on y retrouve sur son flanc nord ensoleillé la couche d'ampélite (en haut à droite de l'image) à la base de la nappe de Gavarnie chevauchant les migmatites (les pentes rocheuses) du socle ; on suit le plan de chevauchement jusqu'à la gauche de la photo.
  La chapelle d'Héas est au-dessous du milieu de l'image.

   En bas à droite : la route de l'auberge du Maillet et du cirque de Troumouse.
   Noter à gauche, sur le plateau herbeux, un cercle de pierres (voir à ce sujet la page consacrée à la
haute vallée du rio Barrosa, note 1, où figurent 3 photos de ce cercle de pierres et du paysage environnant).
  
   -
En bas, vue du flanc droit (nord) de la vallée, depuis le plateau de Coumély (rive gauche) ; la couche d'ampélite (à peu près horizontale, à mi-hauteur de l'image) y est bien visible entre la vallée de l'Aguila à droite (dominée par le pis des Aguilous) et la montagne de Camplong à gauche.

 
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NOTES :
    1. Les "pompes" (ou puits) à CO2 sont l'océan (notamment à travers la précipitation des carbonates sous forme de calcaires) et la photosynthèse. Mais l'altération des roches silicatées en est une autre, moins connue, d'une part parce qu'elle consomme du CO2, d'autre part parce qu'elle permet le stockage de carbone sous forme de graphite stable. En effet, si le carbone contenu dans les roches sous forme de matière organique subit en profondeur des transformations métamorphiques par augmentation de pression et de température pour donner du charbon et du pétrole (fragiles et facilement oxydés lors de leur retour à la surface, libérant ainsi le carbone qu'ils contiennent), l'étude des sédiments de l'Himalaya a montré que du carbone y était présent sous forme de particules de graphite, micrométriques et nanométriques. Or le graphite est une forme très stable du carbone et ces particules (par exemple celles contenues dans l'ampélite) sont, par l'érosion, entrainées sans être détruites (donc sans libérer le carbone) vers l'océan où elles sédimentent et y forment un important réservoir de stockage géologique de carbone. Important parce que ces particules représentent jusqu'à 50 p. 100 du carbone initialement présent dans les roches. (Source : Edouard Kaminski, Le stockage du CO2 dans les chaînes de montagnes, La science au présent 2010, p. 71, d'après un article de G. Valier et al. paru dans la revue Science).
   (dans le site de l'Institut national des sciences de l'univers, www.insu.cnrs.fr, voir un article sur la formation de graphite dans les zones de subduction)
   
    La présence du carbone dans l'ampélite pourrait expliquer que celle-ci puisse brûler dans certaines conditions (voir à ce sujet dans le  site "Moyenne Vilaine et Semnon" un fichier pd f [page 5] de découverte d'un lieu breton dit "Tertre gris" : pour le trouver cliquer sur Sortir et visiter, puis sur Sentiers d'interprétation, puis sur Le tertre gris). En fait la forte liaison des atomes de carbone entre eux et la faible distance qui les sépare (voir la note 3) feraient que le graphite ne brûle qu'à une température supérieure à 3000°.
   
 
2. Ce lien entre une structure kilométrique et une structure nanométrique se rertouve ailleurs : c'est le cas, par exemple, dans un autre lieu des Pyrénées, le village de Moncaup (dans le sud de la Haute-Garonne), dont le toponyme (qui signifie "mont chauve") est en relation avec la présence d'un petit massif de lherzolite (voir une page spéciale consacrée à ce village).

   3. Chaque feuillet isolé constitue un "graphène", c'est-à-dire un cristal à deux dimensions (le seul connu pour le moment), fait d'une seule couche d'atomes de carbone, chacun lié à trois autres (la distance entre les atomes de carbone étant de 0,14 nanomètre [nm]), en une disposition hexagonale. Son épaisseur est donc celle d'un atome de carbone, soit 0,07 nm, et sa surface est quasi plane (légèrement bosselée). Le graphite est donc un empilement compact de graphènes faiblement liés entre eux (et distants de 0,34 nm).
   Le prix Nobel de physique 2010 a été décerné à deux chercheurs de l'université de Manchester qui ont obtenu en 2004 un cristal de graphène à partir de cristaux de graphite. Leurs travaux et ceux d'un nombre de plus en plus grand d'équipes de physiciens (dont ceux spécialisée dans les nanotechnologies) ont depuis mis en évidence les stupéfiantes propriétés de ce cristal : très bonne conductivité électrique (les électrons s'y déplacent 130 fois plus vite que dans le silicium, sans dégager de chaleur) et thermique, grande solidité grâce à la très forte liaison des atomes de carbone entre eux (résistance à la traction 200 fois supérieure à celle de l'acier à densité égale), transparence, légèreté, flexibilité. Les physiciens progressent dans la production de grandes surfaces de graphène à un coût raisonnable.
   D'où l'intérêt des industriels pour le graphène : en particulier dans le domaine de la micro- et nano-électronique et de l'informatique (il est plus ou moins semi-conducteur) où il est appelé à remplacer avantageusement le silicium quand le coût pour en produire de grandes surfaces aura diminué. Son utilisation est aussi envisagée pour la fabrication d'écrans plats tactiles, de panneaux lumineux, de détecteurs, de capteurs solaires, etc..
   Le graphène a également un grand intérêt dans le domaine de la physique quantique.
   (pour en savoir plus sur le graphène consulter le site d'information scientifique gratuit du CNRS mis en ligne début 2014, rubrique matière : cliquer ici)

   4. On trouve parfois, notamment dans les Alpes, à la base de nappes de charriage, une roche particulière appelée "cargneule", vacuolaire, faite d'un conglomérat de fragments de dolomie et de calcaire associés à du gypse. Elle n'est pas sans intérêt dans l'optique de la formation des montagne. Sa génèse serait la suivante : lors de la formation de la montagne des bancs de dolomie auraient subi une fracturation hydraulique par l'action de l'eau, sous la forte pression liée au poids des roches, eau dont l'abondance s'explique par la porosité naturelle de la dolomie et provient surtout de la déshydratation du gypse souvent souvent associé aux dolomies du Trias. Cette fracturation crée une bouillie qui diminue la résistance au cisaillemnt et facilite ainsi décollement et glissement des nappes de charriage. Lorsque, plus tard, cette bouillie arrive à l'air libre, l'eau qui l'imprègne dépose du calcaire qui soude les fragments de dolomie. Ces derniers tendent à se dissoudre, à la faveur du sulfate provenant du gypse, d'où les vacuoles de la cargneule. (source : site web : membres.multimania.fr/stephanerevel/cargneule.htm)

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   Page mise à jour le 7 mai 2017