L’orogenèse varisque.

Les sédiments non métamorphiques les plus vieux du Périgord Noir / Haut Quercy sont du Carbonifère supérieur, de l’étage Ghzélien, auparavant nommé Stéphanien.
En effet, la majeure partie du Paléozoïque de la région qui nous occupe (comme une bonne part de l’Europe occidentale) a été modelé au cours de l’orogenèse varisque (également appelée hercynienne), qui s’est déroulée entre 350 et 300 Ma (Ma= millions d’années). Cette orogenèse (= formation de montagne) a transformé les sédiments existants en roches métamorphiques (= roche transformée en profondeur sous l’action conjuguée de la pression et de la température), essentiellement des gneiss et des micaschistes, que l’on trouve abondamment dans le massif central.

La formation des montagnes varisques a transformé les sédiments préexistants en roches métamorphiques, gneiss et micaschistes pour l’essentiel.

Dans certains cas, l’augmentation de la température et de la pression a été telle que les roches ont partiellement fondu ; ces roches sont appelées migmatites ou gneiss migmatitiques.
Les températures et pressions atteintes dans la région au cours de l’orogenèse varisque sont trop élevées pour permettre la préservation de la matière organique, quelle qu’elle soit. Il n’est donc pas question d’envisager la présence de gaz de schistes dans le massif central, sauf peut-être dans quelques bassins tardifs (voir plus bas).

Affleurement de gneiss migmatitiques varisques près de Lanteuil (région de Brive) et prise d’échantillon par l’auteur.
Cet affleurement est situé à quelques centaines de mètres du Permien du bassin de Brive.

Gneiss migmatitique varisque à Lanteuil (région de Brive). Ce gneiss migmatitique était probablement un sédiment avant l’orogenèse varisque. La préservation de matière organique et donc de gaz de schistes n’est pas envisageable dans ce type de roches.

L’orogenèse varisque en Europe occidentale a entraîné la collision de petits continents et leur amalgamation dans un super-continent, la Pangée, formée à la fin du Carbonifère, vers 300 Ma.

Le super-continent de la Pangée, formé il y a 300 Ma. Il comprenait une bonne partie des continents actuels.

Une vue de la Pangée au Permien supérieur avec mise en valeur artificielle des futurs continents actuels pour une meilleure visibilité.

L’Europe occidentale en particulier s’est formée par l’amalgamation d’une série de microcontinents (appelés en anglais "terranes") dont les contacts sont constitués par des failles très profondes, d’échelle lithosphérique, c’est-à-dire de plusieurs dizaines de km et traversant toute la plaque tectonique.

Les différents anciens microcontinents d’Europe après le Varisque (Ballèvre et al., 2009). Le graben du Quercy s’est formé à la frontière de deux d’entre eux.

Le Périgord Noir - Haut Quercy se situent dans le terrane sud-armoricain, à proximité du terrane du Massif Central, ces deux terranes étant séparé par une faille majeure qui sera toujours une zone de faiblesse au cours du temps. Elle sera à l’origine du rift ou graben du Quercy, un bassin d’effondrement, juste après le Varisque. Dans les gneiss du Massif Central, cette faille se marque par des roches fortement tectonisées, des mylonites ou gneiss mylonitiques.

Gneiss mylonitique prélevé à 500 m de la limite occidentale du terrane du Massif central (Lanteuil), marquant sa faille bordière.

La situation dans le Massif central.

A la fin des orogenèses, le régime tectonique passe le plus souvent d’une phase compressive (à l’origine des montagnes) à une phase extensive, le tout accompagnés de mouvements horizontaux (transpression et transtension) caractéristiques de la période post-collisionnelle (Liégeois et al. , 1998).
Ces deux phases se marquent dans le type de bassins sédimentaires : au Carbonifère terminal (Ghzélien), l’orogenèse varisque était en train de se terminer et les derniers mouvements transpressifs (= mouvements obliques en compression entraînant des mouvements horizontaux) étaient en cours. Ces mouvements transpressifs créent du relief mais également des bassins par effet de creux. Dans ces bassins se déposent les sédiments résultant de l’érosion des montagnes adjacentes.
Cela a été le cas du côté d’Argentat en Corrèze dont le bassin ghzélien (stéphanien) a été étudié par Genna et collaborateurs :

Bassin ghzélien (stéphanien) d’Argentat formé à la fin de l’orogenèse varisque en conditions transpressives (d’après Genna et al., 1998).

Une série de bassins ghzéliens similaires, toujours localisés le long de grandes failles (le "sillon houiller" s’étend le long de la plus importante d’entre elles), se sont formés dans le terrane du Massif Central et sont les sédiments non métamorphiques les plus vieux de ce terrane.

Carte du Massif Central où sont représentés les bassins ghzéliens (stéphaniens) et permiens, localisés le long de grandes failles, dont le "sillon houiller".

Ces bassins intra-montagneux recevaient en abondance des sédiments provenant des montagnes avoisinantes y compris beaucoup de matière organique car à cette époque la France était proche de l’équateur et la végétation luxuriante.

Reconstitution paléogéographique du Ghzélien (extrait de Stampfli & Borel, 2004) montrant les nombreux terranes en Europe occidentale, la proximité de l’équateur et la proximité de l’océan Paléotéthys.

Ces conditions, couplées à un approfondissement rapide du bassin en conséquence des mouvements tectoniques, étaient favorables à la préservation de la matière organique, c’est-à-dire qu’elle pouvait être enfouie sous sa forme réduite, condition nécessaire à son exploitation future en tant que combustible (voir article "Le gaz de schistes, sa genèse"). Certains de ces bassins ont été exploités pour le charbon comme à Saint Etienne ou à Decazeville.

Mine de la Découverte à Decazeville.

La phase transpressive ghzélienne a évolué vers une phase transtensive puis franchement extensive (collapse) au Permien, terrains succédant au Carbonifère. Plusieurs de ces bassins permiens qui ont succédés aux bassins ghzéliens sont préservés dans le massif central (voir figure plus haut).

Echelle géologique (2010) du Carbonifère au Jurassique.
Quelques anciens noms figurant souvent sur les cartes géologiques régionales sont également indiqués à droite sur fond jaune.

La situation dans le Périgord Noir - Haut Quercy

Au contact des terranes du Massif central et de Sud-Armorique, un bassin s’est également développé. Vu l’importance de la faille, qui limite deux terranes, ce bassin est d’une taille beaucoup plus importante que les petits bassins présents au sein du Massif central. Ce bassin d’effondrement est appelé rift (ou graben) du Quercy et s’étend de Périgueux à Albi et de Brive à Montauban.

Le rift du Quercy qui s’est développé sur le long de limite des terranes du Massif Central et Sud-Amorique mais au sein de ce dernier.

Le rift du Quercy est donc la conséquence des mouvements d’extension qui termine l’orogenèse varisque et qui l’ont suivi. Le début de son développement est d’ailleurs contemporain d’épisodes magmatiques extensifs comme celui du granite de Montalet en Montagne Noire (295 Ma, sommet de l’Assélien, Permien inférieur ; Poilvet et al., 2011). Le rift du Quercy est un bassin intracontinental comme le montre la reconstruction paléogéographique pour l’Artinskien (Permien inférieur).

Reconstitution paléogéographique de l’Artinskien (Permien inférieur ; extrait de Stampfli & Borel, 2004) montrant le caractère intracontinental du rift du Quercy. Remarquons également la proximité de l’équateur.

Un bassin contemporain de type rift (Ghzélien/Permien) au sud du Massif Central (bassin de Graissessac–Lodève) a fait l’objet d’une étude récente (Pochat et Van den Driessche, 2011) qui montre son développement en 4 périodes successives :
(1) une phase initiale fluviatile au début du développement rift ;
(2) une phase de lac d’eau profonde pouvant engendrer des conditions anoxiques (sans oxygène voir article) avec turbidites, shistes gris et noirs et donc favorable à la préservation de la matière organique, dans un bassin allongé alors que la subsidence tectonique excède le taux de remplissage sédimentaire ;
(3) une phase de lac d’eau peu profonde de type lac-plage avec pélite rouge et évaporites, quand le taux de remplissage sédimentaire excède la subsidence tectonique ;
(4) une nouvelle phase fluviatile quand le bassin de type rift est rempli.

Evolution d’un bassin de type rift tel que celui de Graissessac–Lodève (Pochat et Van den Driessche, 2011) avec ses 4 phases d’évolution (voir texte).

Schéma représentant les phases 1 et 2 du développement d’un rift ou graben.

Ce type d’évolution peu s’appliquer au rift du Quercy (même si celui-ci est plus symétrique et nettement plus grand) tel que la géophysique nous le montre sur le causse de Gramat et du côté de Bouzic.

Coupe du causse de Gramat basée sur les données sismiques.

Le Carbonifère y marque la phase initiale du rift et le Permien la phase principale, en partie d’eau profonde et en partie d’eau peu profonde. Le Trias y représente la phase post-rift immédiate et le Jurassique une phase post-rift tardive, marine épicontinentale dans ce cas.
La transition de la phase rift à la phase post-rift est marquée par une période sans sédimentation induisant une lacune de sédimentation et une zone de discordance qui est observée partout au sud du Massif Central (Bourquin et al., 2011).

Résumé des logs sédimentaires au sud du Massif Central montrant la lacune de sédimentation au Permien supérieur.

Cette lacune de sédimentation en Quercy-Périgord correspond à la plus grande extinction qui a eu lieu sur terre, avec la disparition de 95% des espèces. Cette extinction a permis ensuite aux dinosaures de dominer la planète car auparavant, au Permien, ils étaient en compétition avec les Thérapsides, auparavant appelés reptiles mammaliens. Ils possédaient en effet plusieurs caractéristiques en commun avec les mammifères.

Des Pristeroognathus du Permien, qui font partie des Thérapsides et qui présentaient pas mal de points communs avec les futurs mammifères.

Quelques familles de thérapsides ont néanmoins passé cette extinction et l’une d’entre elles donnera naissance aux mammifères qui finiront par dominer la planète après une autre extinction, celle de la fin du Crétacé, qui verra la quasi-disparition des dinosaures. Retour des choses...
"Quasi"-disparition des dinosaures car les oiseaux en sont les descendants (plus précisément de certains d’entre eux, les Théropodes). D’ailleurs, de plus en plus de dinosaures sont actuellement considérés comme ayant des plumes (mais elles sont rarement fossilisées. Alors que les thérapsides avaient eux plutôt des poils, en tout cas au Trias comme observé dès 1976 dans le bassin de Lodève (Ellenberger, 1976).

La coupe sismique de l’ouest du rift du Quercy passant par Bouzic montre que les dépôts permiens ne sont pas présent à l’ouest de l’accident ouest-quercynois marquant la bordure occidentale du rift.

Et le gaz de schistes dans tout cela ?

Le gaz de schiste requiert l’enfouissement rapide de la matière organique en milieu réduit pour en empêcher l’oxydation. Dans le cas du rift du Quercy, ces conditions peuvent être rencontrées au moment de son initiation (Ghzélien), même si elles sont plutôt favorable au charbon, et lors de la phase d’eau profonde, c’est-à-dire au début du Permien, pendant la phase autrefois appelée Autunien (actuellement Asselien-Sakmarien). La suite du Permien est à rapporter à la phase rift de faible profondeur d’eau, caractérisée par des roches fortement oxydées et rouges du type des grès de Meyssac comme l’on trouve à Collonges la Rouge, interstratifié avec des pélites rouges où il est peu probable que de la matière organique réduite ait été préservée.

Grès (Grès de Meysac) et pélite rouges du Roadien (Permien moyen).

Un forage pétrolier réalisé en 1993-1994 dans la région de Gramat (le forage de Sabadel-Lauzes) et qui a atteint une profondeur de près de 3500 m, permet de vérifier le modèle.

Site du forage de Sabadel-Lauzes en 1993.

Log des roches traversées par le forage de Sabadel-Lauzes.

On y voit qu’effectivement, les premières traces de matière organique rencontrées au cours du forage se localisent dans le Sakmarien (ex-Autunien supérieur) et que le Permien moyen (par exemple les grès de Meyssac) et le Trias en sont dépourvus.
L’Assélien (base du Permien) et le Ghzélien (Carbonifère terminal) en possède également.
Des indices de gaz sec ont été relevés à la base de l’Assélien en particulier dans les niveaux charbonneux (grisou) et dans le sommet du Ghzélien mais en faible quantité. Des réservoirs compacts cimentés ont été mis en évidence mais sans indices de gaz. Notons également que des indices d ’huile ont été relevé au Trias mais en faible quantité. A l’époque, ces indices ont été considérés comme insuffisants et le site a été abandonné.

Quelle conclusion pour les gaz de schistes dans le Permo-Carbonifère du Périgord Noir - Haut Quercy ?

(1) S’il existe du gaz de schistes dans le Permo-Carbonifère du Périgord Noir - Haut Quercy, c’est dans le Carbonifère supérieur (Ghzélien, ex-Stéphanien) mais l’environnement confiné et de faible profondeur d’eau est plutôt favorable au charbon, et la base du Permien (Asselien et Sakmarien, ex-Autunien). Ces deux niveaux affleurent peu dans la région et les données des forages sont essentielles.

(2) Le forage de Sabadel (causse de Gramat) ne montre que peu d’indices de gaz de schistes mais par contre a relevé de faibles indices d’huiles et de gaz mobiles, suggérant que les réactivations régulières (y compris récentes lors de la compression pyrénéenne) pourraient avoir fait migrer les (faibles) quantités de gaz présentes.
Plus au sud, au nord de Toulouse, les sondages de Saint Martin Labouval (2500 m de profondeur ; Astruc et al, 1992) et de la Grésigne (3000 m de profondeur ; Astruc et al., 2000) n’ont rencontré que des faciès rouges du Permien sans indices d’hydrocarbures.

Du point de vue des réserves, on peut conclure d’une part que les données sont insuffisantes (quelques forages anciens seulement) que pour avoir une vue bien contrainte de la situation mais que les données fragmentaires disponibles indiquent une situation défavorable.

Et si l’on trouvait néanmoins du gaz de schistes exploitable ?

La situation serait meilleure que celle décrite pour le Toarcien (voir article) étant donné que les gisements seraient à 2000-3000 m de profondeur, donc nettement plus bas que les aquifères même profonds (800 m de profondeur, voir article).

Elle serait néanmoins problématique au moins pour deux raisons :

(1) L’environnement du rift du Quercy est une zone fortement faillée et donc perméable en grand et il n’existe guère de bouclier imperméable entre les gisements potentiels et les aquifères. Les fuites inévitables hors du gisement risqueraient fort de ne pas être contenue en profondeur.
C’est tellement probable qu’il est d’ailleurs bien possible que le gaz soit déjà parti à la faveur des évènements géologiques qui ont affecté la région depuis plus de 200 millions d’années.

(2) Il est reconnu nécessaire de réaliser un tubage étanche de haute qualité pour traverser les aquifères. Dans les exemples classiques, les aquifères se cantonnent dans les 100 premiers mètres, ce qui rend ce tubage parfaitement faisable même si délicat pour une parfaite étanchéité.
Dans le cas du Périgord Noir - Haut Quercy, les aquifères, non salins et exploités pour l’eau potable, sont présents jusqu’à une profondeur de 800 mètres voire un peu plus (aquifère bajocien) tout en étant également présents en surface sur les bords du rift (ex : près de St Céré à proximité de la grotte de Presque pour l’aquifère bajocien, voir photo ci-dessous). Il serait donc nécessaire d’effectuer un tubage étanche jusqu’à 1000 m (1 km) de profondeur, techniquement réalisable mais coûteux.

Indépendamment des autres problèmes posés par l’exploitation du gaz de schistes en particulier en surface (voir article), il serait donc hasardeux d’entreprendre une exploitation du gaz de schistes dans le Permo-Carbonifère du Périgord Noir - Haut Quercy tant du point de vue économique (réserves de gaz potentiellement faibles et bouleversement de l’économie actuelle de la région en particulier touristique et de terroir) que du point de vue environnemental avec les aquifères très profonds quoique non salins de la région et non protégés par un bouclier imperméable (absence en partie due au grand nombre de failles dans le rift) des gisements potentiels.
D’un point de vue scientifique, obtenir plus d’informations serait souhaitable, en particulier au moyen de forages profonds (sans fracturation hydraulique !), mais pour les obtenir, il serait préférable de passer par des laboratoires académiques subventionnés par l’Etat pour que ce dernier ait des informations de première main et conserve entièrement son pouvoir de décision. Et pour ce faire, nul besoin de fracturation hydraulique, seulement d’un financement public dans l’intérêt de la connaissance géologique du pays : un tel forage améliorerait la connaissance du sous-sol périgourdo-quercynois dans son ensemble, pas seulement en ce qui concerne le gaz de schistes, mais aussi par exemple la problématique des aquifères ou tout simplement l’histoire géologique de la région.

Jean-Paul Liégeois, géologue, Bouzic.

L’aquifère bajocien sur le Toarcien à matière organique avec une résurgence à leur contact (à proximité de la grotte de Presque, causse de Gramat).

Voir également les articles :

"Permis de Brive" et gaz de houille

Le gaz de schistes : la situation en Périgord Noir - Quercy jurassique.
ainsi que la rubrique "Gaz de schistes".