Les roches orbiculaires

Les roches orbiculaires

Vue générale du filon de granite orbiculaire de Porspoder dans le Finistère. Ce filon est situé en bord de mer et mesure 3 à 4 mètres de longueur pour une largeur de 1 mètre au plus large. Les orbicules ont une taille moyenne de 8 centimètres.

Définition :
Les roches orbiculaires sont d’origine magmatique intrusive ou extrusive, métamorphique, migmatitique ou de filons minéralisés. La roche contient des orbicules à une ou plusieurs couches concentriques avec une texture et une minéralogie contrastées autour d'un noyau central. Les structures semblables incluent les agates, la structure de cocarde, la malachite botryoïde, les sphérules, les oolites, les concrétions, les nodules, les anneaux normaux de liesegang, les jantes de réaction et les couronnes.

Liste des occurrences :
Le géologue américain, David J. Leveson a été le premier à faire un recensement des roches orbiculaires ; en 1966 il avait répertorié 103 occurrences. En prenant comme base le tableau de D.J. Leveson, et les écrits que les géologues du monde entier ont publié sur les roches orbiculaires, j’ai pu recenser 334 occurrences de roches orbiculaires sur les 6 continents. La répartition par continent est la suivante : Afrique : 11 occurences Amérique : 69 occurences Antartique : 3 occurences Asie : 51 occurences Océanie : 12 occurences Europe : 188 occurences dont 85 en Finlande

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• Historique :
  

Le premier bloc volant de roche orbiculaire fut découvert en 1785 par des élèves des Ponts et Chaussées placés sous les ordres de Monsieur de BARRAL. Il faudra attendre 1809 (soit 24 ans) pour que Monsieur MATHIEU découvre la roche en place. Le célèbre gisement de diorite orbiculaire de Santa Lucia di Tallano était découvert. Selon Jean-Christian GOUJOU, cette roche aurait servi dès le néolithique pour la confection de menhirs.

Roche orbiculaire. Gisement de Santa Lucia di Tallano en Corse. Échantillon appartenant à la collection de l'Ecole des Mines de Paris.

L’affleurement de roche orbiculaire de Karkonosze a été découvert par VON BUCH en 1796 ou 1797. Historiquement, c’est le premier affleurement enregistré. Par la suite, les découvertes de gisements ou de blocs volants vont continuer ; aujourd’hui, de nouvelles roches orbiculaires sont recensées mais d’autres gisements restent à découvrir. En effet, certains blocs de roches orbiculaires ont été observés, mais les gisements en place restent à retrouver. Actuellement on recense plus de 330 occurrences et blocs volants sur les 6 continents.

• Liste de quelques découvertes :

Hiorthdal & Thorstein découvre en 1879 la norite orbiculaire de Romsaas en Norvége

M. Fouqué découvre en 1887 le granite orbiculaire de Ghistorrai prés Fonni en Sardaigne

Granite orbiculaire multicouches de Ghistorrai prés Fonni en Sardaigne. Echantillon N°G/70 de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris

F.H. Hatch découvre en 1888 le granite orbiculaire de Mullaghderg, Donegal en Irlande

H. Röbergh découvre en 1889 la syénodiorite orbiculaire de Virvik, Porvoo en Finlande

Bäckström découvre en 1894 le granite orbiculaire de Kortfors en Suède

A.C. Lawson découvre en 1902 le gabbro de Déhesa, Californie au U.S.A.

A. Rantala découvre en 1915 la monzonite orbiculaire de Kangasala en Finlande

W.C. Smith découvre en 1921 le granite orbiculaire de Mc Murdo Sound en Antarctique

H. Tallkvist découvre en 1921 la syénodiorite d’Espoo en Finlande

Hupé découvre en 1948 le gabbro orbiculaire des Alharisses (65) en France

M. Chenevoy découvre en 1953 le granite orbiculaire du Chatenet (23) en France

H.W. Kobe découvre en 1962 la diorite orbiculaire de Chosica au Pérou

T. Maunula découvre en 1964 le gabbro orbiculaire de Toivakka en Finlande

F. Ortiz en 1961 découvre la tonalite de Caldera au Chili

A. Barros-e-Carvalhosa découvre en 1981 la diorite orbiculaire de Montemor-o-Novo au Portugal

Bevan & Jenny découvre en 2004 le granite orbiculaire de Boogardie en Australie

En 2006 le granite orbiculaire de Porto Vellio et découvert au Brésil

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Les types de roches orbiculaires :
Il y a actuellement 43 types de roches orbiculaires répertoriées sur la planète. Les 4 groupes sont : Les roches orbiculaires intrusives : 25 types qui représente environs 86% Les roches orbiculaires extrusives : 7 types qui représente environs 4% Les roches orbiculaires métamorphiques : 6 types qui représente environs 4% Les autres roches orbiculaires : 21 types qui représente environs 6%

Description des roches orbiculaires :
Une roche orbiculaire se compose d’orbicules, d’une matrice (roche autour des orbicules et immédiatement environnante) et de la roche encaissante (la formation qui inclus la roche orbiculaire).
Les formations orbiculaires constituent généralement des affleurements de petite taille (2 à 5 m² en moyenne) sauf quelques gisements d’exception qui peuvent dépasser les 50 m² de surface.
Les orbicules sont constitués d’un noyau central (nucléus) entouré d’une couche (orbicule simple) ou de plusieurs couches concentriques (orbicule multiple).

Granite orbiculaire de Porspoder. Finistère. Orbicule à couche simple.

Monzonite orbiculaire multicouche de Kangasala en Finlande Echantillon sans N° de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris .

Les orbicules sont de forme sphéroïdale, ellipsoïdale, irrégulière ou pyriforme. Ils sont parfois déformés ou réduits en fragments ; certains sont partiellement assimilés par la matrice :

Syenodiorite orbiculaire, montrant des orbicules dissous lors de la mise en place de la matrice. Occurrence de Virvik, région de Porvoo (Finlande).

Ils présentent parfois des recristallisations. Leur dimension varie de moins de 1 cm à plus de 40 cm ; ils sont étroitement serrés ou au contraire dispersés dans la matrice. Les noyaux et les cortex (couche) peuvent être poly ou mono-minéral. Ils ont une texture aphanitique, phanéritique, granulaire, radiale ou sont tangentiellement orientés. Pour une occurrence donnée, les orbicules sont tous semblables ou plusieurs types peuvent se rencontrer.

Plaque polie montrant des orbicules à couches multiples avec une structure radiale. Occurence du Mont-Magnet en Australie.

Détail d'une plaque polie avec deux orbicules à structure tangentielle. Gisement de Espoo en Finlande. Echantillon N°B/55 de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris..

Les noyaux ont des types variés, on rencontre :

• Noyau identique à la matrice (à grain fin, moyen ou grossier)

Orbicule simple à noyau granitique identique à la matrice. Carrière de La Clarté, Ploumanac'h, Côtes d'Armor. Photo Tourmaline.

• Noyau identique à la roche encaissante (à grain fin, moyen ou grossiers)
• Noyau constitué de un ou plusieurs cristaux

Orbicule de 8 cm à noyau composé de plagioclase. Gisement de Porspoder, Finistère. Photo Tourmaline.

• Noyau de type schisteux
• Noyau constitué d’un xénolite surmicacé

Orbicule simple à noyau surmicacé. Gisement, carrière de Loretto di Tallano en Corse. Photo Tourmaline.

• Noyau constitué d’un fragment d’orbicule
• Noyau constitué d’un orbicule formé précocement
  

On rencontre très souvent plusieurs types de noyaux dans un même affleurement, il est très rare qu’un gisement présente un seul type de noyau. La forme du noyau donne la dimension et la forme de l’orbicule.

Plaque polie d'un granite orbiculaire de Kangasniémi, Finlande. Les orbicules présentent plusieurs types de noyaux (schisteux, granitique...) et des couches d'épaisseurs différentes. Le nombre de couches est variable. Echantillon N° 98.592 de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris.

Le cortex (couches qui entourent le noyau) peut aller de une à plus de 40 couches ; l'espacement est soit régulier, soit irrégulier. Chaque couche individuelle est assez constante en épaisseur. Les couches intérieures et extérieures ont un contact plus ou moins précis avec le noyau ou la matrice ; les contacts entre couches sont distincts ou graduels. Certaines couches épaisses se composent de plusieurs couches minces alignées étroitement. Dans un même affleurement, les orbicules peuvent ou ne peuvent pas avoir le même nombre d’espacements ou de successions de couches.
La matrice peut-être identique ou différente de celle de la roche encaissante. La granulométrie de la matrice peut-être identique ou différente de celle des orbicules ou de la roche encaissante ; la texture est très variable (granulaire, schisteuse, feuilleté, etc). La zone de contact entre la matrice et la roche encaissante peut être franche ou graduelle ; certains gisements présentent deux ou plusieurs matrices distinctes.
Les roches encaissantes sont de nature magmatique intrusive ou extrusive, métamorphique, migmatitique ou il peut s'agir d'un massif minéralisé. Les structures sont : des dykes, des sills, des batholites, des tufs, des coulées de laves, des gneiss, des schistes, des cornéennes, des migmatites ou des chromitites.

On rencontre fréquemment au sein des roches orbiculaires des fragments de roches magmatiques, des xénolites, des nodules non orbiculaires, des ségrégations minérales, des phénocristaux, des porphyroblastes et des proto-orbicules formés d’un noyau entouré d’une couche mal définie.

Minéralogie des roches orbicules :
Les orbicules se forment dans des magmas siliceux à ultramafiques, sous-saturés à sursaturés et dans des massifs magmatiques intrusifs ou extrusifs, métamorphiques ou dans des filons minéralisés. Les minéraux qui constituent principalement les orbicules sont : le quartz, les feldspaths alcalins, les plagioclases (An5 à An90), les amphiboles, les pyroxènes, les micas, l’olivine, la néphéline, le sphène, l’épidote, la cordiérite, la sillimanite, la chromite, la tourmaline, la magnétite, l’ilménite et la calcite. Les textures radiales et tangentielles de certains noyaux et de certaines couches sont dues à l’alignement des feldspaths, des amphiboles, des pyroxènes, des micas ou de groupes orientés de minéraux. Les gisements diffèrent tous par les espèces et la proportion de minéraux contenus dans les noyaux, la ou les couches, la matrice et la roche encaissante.

Deux orbicules simples à noyau de plagioclase rose. Occurence de la carrière de La Claté, Ploumanac'h, Côtes d'Armor..

Hypothèses de la formation des roches orbicules :
Au siècle dernier, plusieurs hypothèses ont été émises pour expliquer la formation de ces roches. Certains géologues voient une origine magmatique et d’autre une origine métamorphique. Mais aucune hypothèse n’est satisfaisante pour expliquer l’origine des diverses occurrences. De nos jours, la thèse du métamorphisme est un peu abandonnée mais elle pourrait expliquer la formation de certains gisements, par exemple l’affleurement du moulin de Chatenet dans la Creuse ou certains affleurements que l’on rencontre dans les roches métamorphiques.

• Magmatique :

Plaque de granite orbiculaire simple couche montrant différents types de noyaux. Carrière de La Clarté, Ploumanac'h, Côtes d'Armor. Photo Tourmaline.

1°) Formation d'orbicules à partir des gouttes non-miscibles d’un magma ; les gouttes diffèrent en composition du reste du magma ; elles se cristallisent de leurs marges vers l'intérieur, et forment des orbicules (Bäckström, 1893 ; Adams, 1898 ; Gelman, 1962). Cependant, parce que des orbicules ne sont pas limités aux compositions particulières ou limitées, il est peu probable que l'immiscibilité soit significative dans leur formation.
2°) Les fluctuations d'une fonte au niveau d'un eutectique dû aux variations de la température et de la pression produisent des couches de compositions alternatives (Lawson, 1904 ; Vogt, 1906).
3°) Les orbicules sont les produits des réactions entre le magma et les enclaves (Frosterus, 1892 ; 1896 ; von Chrustschoff, 1894 ; Benedicks et Tenow, 1911 ; Cole, 1916 ; Nockolds, 1931 ; Koide, 1951).
Les hypothèses 2°) et 3°) sont probablement valides mais ne sont pas suffisantes en tant qu'explications générales.
4°) Les orbicules résultent du mouvement des noyaux dans des parties de magma de différentes compositions (Sederholm, 1928). Cette hypothèse manque à l'évidence d’explications.
5°) La cristallisation d’enveloppes concentriques de composition différente dans un magma forme des orbicules. L'homogénéisation du magma est empêchée par une grande viscosité qui retarde la diffusion (Sederholm, 1928) ; cependant, la plupart des orbicules se forment dans les environnements de la diffusion active.
6°) Cristallisation excessive de feldspath au cœur d'un noyau sursaturé de constituants ferromagnésiens dans un magma environnant ; puis, cristallisation excessive du dernier magma environnant sursaturé en feldspath. Le processus est répété jusqu'à ce que le magma soit épuisé dans les deux constituants (Iddings, 1909). Cette hypothèse est valide seulement pour des magmas près des compositions eutectoïdes.
7°) Les orbicules résultent de sursaturation rythmique et cristallisent au centre d’un magma de manière analogue à la formation d'anneau de Liesegang dans un gel (Liesegang, 1913 ; Erdmannsdörffer, 1924). Cette hypothèse est probablement valide dans beaucoup de cas mais exige une élaboration.

• Métamorphique :

Granite orbiculaire simple couche montrant des orbicules déformés. Janaillat, Creuse. Photo Tourmaline.

1°) Formation d'orbicules pendant la granitisation et la diffusion active (Eskola, 1938) en quelque sorte semblable à la formation de l'anneau de Liesegang dans un gel (Ishioka, 1953 ; Leveson, 1963).
2°) L'afflux des ions Na⁺ (ion sodium) et la diffusion extérieure des ions Ca⁺, Mg²⁺, et Fe²⁺ pendant la métasomatose de sodium des roches mafiques créent les conditions dans lesquelles les orbicules peuvent se former (Simonen, 1941 ; 1950). Ces deux hypothèses sont valides dans certains cas, mais elles ne fournissent pas une explication générale.

PETROGENESE
Rapport général :
La similitude des orbicules aux précipités rythmiques artificiels (anneaux de Liesegang) est notée dans des études récentes, et le rôle de la diffusion dans la formation d'orbicules est soumis à une contrainte. La comparaison est faite entre les orbicules et les roches plutoniques. L'espacement des couches d'orbicules et la relation noyau matrice ont également une signification génétique.

Formation des Orbicules :
La formation des orbicules dans les environnements métamorphiques, migmatitiques, et ignés peut être attribuée aux procédés de diffusion semblables à ceux employés dans le mécanisme d'anneau de Liesegang ; Eskola (1938), Simonen (1941; 1950), Ishioka (1953), Grolier (1961), Leveson (1963), et Quartino et Villar Fabre (1963,) ont déclaré que, dans des environnements métamorphiques et migmatitiques, les orbicules se forment pendant des périodes de diffusion active. Nockolds (1931), Koide (1951), et d'autres ont attribué la formation des orbicules par les réactions entre le magma et les enclaves des roches plutoniques. Erdmannsdörffer (1924) a suggéré que ces orbicules résultent de la sursaturation et de la cristallisation rythmique autour des noyaux dans un magma analogue à la formation d'anneau de Liesegang dans un gel.

Bloc de granite orbiculaire montrant le contact avec le granite de l'encaissant. Carrière de La Clarté, Ploumanac'h, Côtes d'Armor. Photo Tourmaline.

Aucune corrélation n'a été démontrée entre la structure des orbicules, la composition chimique ou l'arrangement géologique brut. Les roches ignées et métamorphiques chimiquement semblables toutes les deux contiennent des orbicules. Grolier (1961) a décrit des orbicules dans un granite intrusif ; Leveson (1963) a décrit des orbicules dans un gneiss granitique. Les compositions chimiques des deux roches (granite et gneiss granitique) sont semblables, et la présence des orbicules dans les deux roches suggère que les facteurs affectant la formation des orbicules soient, occasionnellement semblables dans les environnements magmatiques et métamorphiques.

Plaque polie de diorite orbiculaire multicouches. Santa Lucia di Tallano, Corse. Photo Tourmaline.

Les roches chimiquement semblables ont des orbicules avec des structures diverses. Les diorites orbiculaires de l'Amo, d’Esbo, de Pöytyä, et de Vilppula ont des orbicules à couche simple et multiple, avec et sans structures radiales. Les roches chimiquement différentes ont des orbicules avec des structures semblables ou différentes. Les orbicules à couche simple se forment généralement dans les granites, monzonite, diorite, norite, gabbro, et gneiss, et les orbicules à couche multiples se forment généralement dans les gneiss granitique et les gabbros, cependant il y a des exceptions (par exemple le granite de La Faye à couches multiples). Des couches irrégulièrement et exponentiellement espacées sont trouvées dans les environnements ignés et métamorphiques et dans les roches felsiques et mafiques. Ainsi, analogue à l’anneau de Liesegang, la structure des orbicules est plus directement une fonction de diffusion et/ou de stabilité environnementale qu’une composition chimiques particulières ou un arrangement géologique général.

Diorite orbiculaire simple couche. Loretto di Tallano, Corse. Photo Tourmaline.

Signification des noyaux d'orbicule :
Les noyaux des orbicules peuvent être textuellement, minéralogiquement, et chimiquement distincts de la matrice environnante ou des roches encaissantes. De tels noyaux incluent des enclaves, des structures métamorphiques différenciées. D'autres noyaux sont semblables à la matrice ou aux roches encaissantes.

Granite orbiculaire de Toivakka Finlande. Collection de l'Ecole des Mines de Paris.

Les noyaux à composition chimique contrastée suggèrent que les couches aient résulté d’un échange de matériel entre les noyaux et la matrice. La réaction chimique entre la substance centrale et environnante élimine généralement les différences de compositions inachevées, et a comme conséquence une ou plusieurs zones intermédiaires concentriques de composition différente, par exemple, jantes de réaction. Les orbicules simples peuvent être semblables aux jantes de réaction. La plupart des orbicules diffèrent des jantes communes de réaction du fait des couches successives alternativement riches en un ou plusieurs minéraux constituant principal. La répétition de la minéralogie des couches peut résulter de la réaction entre les centres chimiquement contrastés et leurs environnements, si l'échange des matériaux a comme conséquence la précipitation rythmique semblable à la formation d'anneau de Liesegang. Dans certaines conditions limites, le matériel se répandant vers et loin du centre chimiquement distinct réagit à des précipités dans certaines zones. Si les conditions externes demeurent constantes, les zones de précipité sont espacées dans une progression exponentielle ; cependant, si les conditions externes changent modérément, l'espacement des couches est irrégulier. Le désaccord radical des conditions externes finit la précipitation rythmique, et la croissance des orbicules cesse. L'échange continu du matériel entre le noyau et les environnements élimine par la suite le contraste chimique, et la croissance des orbicules se termine. Ainsi, au commencement la texture et la minéralogie distincte des noyaux sont détruites, et les noyaux résultants sont semblables à la matrice ou aux roches de l’encaissant. Les conditions pour la précipitation rythmique due à la diffusion se produisent dans les environnements ignés ou métamorphiques.
L'origine de quelques orbicules avec des noyaux chimiquement semblables à la matrice et d'orbicules dont la minéralogie des couches est indépendante de la composition du noyau n'a pas besoin de comporter d'échange de matériel entre les noyaux et les environnements. La répétition de la minéralogie des couches d'orbicule est semblable à la formation rythmique dans les roches plutoniques (Wager, 1953). Yoder (1954) a indiqué que la formation rythmique dans les roches plutoniques peut résulter des changements de la pression de l'eau pendant la cristallisation magmatique. Taubenek et Poldervaart (1960) ont proposé que la formation rythmique du type de la roche orbiculaire du lac Willow commence par un super refroidissement répété provoqué par les courants convecteurs intermittents dans un magma. Les conditions qui ont comme conséquence la formation rythmique dans les roches plutoniques peuvent également avoir comme conséquence la formation d'orbicules si la cristallisation est localisée sur les centres dispersés. Les noyaux des orbicules produits par de tels processus servent de centres de cristallisation et n'ont pas besoin d'avoir une composition spécifique ou limitée. La variation irrégulière des conditions produit l'espacement irrégulier des couches d'orbicules. Plusieurs occurrences d’orbicules liés aux roches plutoniques ont été décrites.

Proto orbicule du granite orbiculaire de la carrière de La Clarté, Ploumanac'h, Côtes d'Armor.

CONCLUSIONS :
Dans des conditions limites, des orbicules peuvent se former dans des environnements ignés, métamorphiques et magmatiques. La structure des orbicules n'est pas caractéristique d’un environnement géologique donné ; des orbicules semblables peuvent être dans des roches différentes ; des orbicules différents peuvent être dans des roches semblables.
Les roches orbiculaires se forment rarement car les conditions de leur formation sont rares. Les orbicules déformés et partiellement digérés suggèrent que la rareté des roches orbiculaires puisse également être due à la destruction commune des orbicules après leur formation. L'espacement des couches des orbicules reflète la stabilité de l'environnement de formation. Le désaccord irrégulier des facteurs affectent le résultat de croissance des orbicules dans l'espacement irrégulier des couches.

Granite orbiculaire. La Faye. Creuse. Orbicule multi-couches.

Les séquences d'espacement des couches dans la progression exponentielle indiquent que les facteurs affectant la croissance des orbicules étaient régulièrement constants ou changeants.
Les orbicules formés dans les environnements métamorphiques peuvent avoir des couches davantage espacées dans la progression exponentielle que dans les orbicules des roches ignés, parce que les changements environnementaux rapides sont moins probables pendant le métamorphisme que durant la cristallisation des roches magmatiques. Le noyau par rapport à la matrice est significatif pour déterminer le mode de formation des orbicules.

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DESCRIPTION DE QUELQUES OCCURRENCES

L'AFFLEUREMENT DE SYENODIORITE ORBICULAIRE DE VIRVIK, PORVOO, FINLANDE :

La découverte de cette roche a eu lieu à Virvik près de la ville de Porvoo en 1889 par l'évêque Herman Röbergh. Il fit don de cette roche à l'Université d'Helsinki. Elle a été décrite par Frosterus en 1893. Ces observations ont été complétées par les publications de Sederholm (1928), de Laiti (1960), de Härme (1980) et de Laitala (1984).
L'occurrence mesure environ 50 m de long et 20 à 30 m de largeur. La partie Nord Est de l'occurrence s'enfonce dans le sol.
Frosterus en 1893, à partir de la composition classique pour les granites, avait qualifié cette roche de granite orbiculaire mais des analyses chimiques plus récentes l'ont classée parmi les syénodiorites.
Il existe trois types de cette roche qui forment la majeure partie d'un large bloc de monzonite dans un granite à microcline plus jeune. Le contact entre la monzonite et le granite est franc dans la partie Sud Ouest. Dans la partie Sud Est, le granite sous forme de dyke coupe la roche orbiculaire par un contact net.

• La roche à gros orbicules domine sur le sommet de la colline dans la partie Sud Est. Elle est formée d'orbicules ovales localement arrondis, irréguliers et déformés de 15 à 30 cm de diamètre. Le noyau des orbicules arrondi mesure quelques centimètres de diamètre. De couleur gris clair, il est composé d'oligoclase et d'un peu de biotite. Le noyau est similaire à celui de la variété à petits orbicules. Le noyau est entouré par une enveloppe de couches mesurant jusqu'à 10 cm d'épaisseur. Elle est formée de nombreuses sous-couches fines, claires et foncées composées de feldspath et de biotite. De 40 à 50 sous-couches de biotite ont été observées dans certains orbicules. La quantité de biotite augmente vers l'extérieur. Dans les couches, les paillettes de biotite sont orientées tangentiellement. La matrice des orbicules non homogène à grains moyens est de composition plus granitique. Localement, apparaissent des inclusions irrégulières noires de roches ignées et des zones pegmatitiques. Des phénomènes d'assimilation partielle des gros orbicules par la matrice sont courants particulièrement dans la partie Est.

Plaque polie de syénodiorite orbiculaires de Virvik. Faciès à gros orbicules. Echantillon de la collection de l'Ecole des Mines de Paris.

• La zone à petits orbicules se rencontre autour du type à gros orbicules dans la partie Nord. Le contact entre les deux types est franc. La roche à petits orbicules se transforme progressivement en roche à proto-orbicules (type à orbicules peu développés). Les petits orbicules mesurent de 2 à 5 cm. Ils possèdent un noyau gris clair entouré de couches foncées de 0,5 à 1 cm d'épaisseur. Les noyaux sont constitués d'oligoclase avec un peu de biotite. L’enveloppe est formée par 2-3 alternances de sous-couches riches en plagioclase ou en biotite. Les couches internes sont riches en plagioclase avec des discontinuités de biotite. La densité des petits orbicules dans la roche est élevée. Ils sont déformés par contacts mutuels.

Plaque polie de la syénodiorite de Virvik. Faciès montrant les petits orbicules. Echantillon de l'Ecole des Mines de Paris.

• La roche à proto-orbicules forme la transition entre la roche à petits orbicules et la monzonite environnante. Les enveloppes sont peu développées et les proto-orbicules sont indistincts. La roche à proto-orbicules se transforme graduellement en monzonite ce qui montre qu'il existe une relation génétique entre la monzonite, la roche à proto-orbicules et la roche orbiculaire à petits orbicules.

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L'AFFLEUREMENT DE SIGNAL DE RANDON EN LOZERE :

Bloc de granite orbiculaire à petits orbicules de Signal de Randon en Lozère.

Description
Le gisement a été découvert en 1972, par le professeur de géologie Jean Pierre Couturier de l’université de Clermont Ferrand. Le granite orbiculaire est inclus dans le vaste pluton de granite porphyroïde de La Margeride, au Signal de Randon dans le département de la Lozère. Le granite orbiculaire se rencontre en blocs dispersés sur un versant incliné vers le Nord. Les blocs sont répartis sur une surface triangulaire d’environs 2 hectares.
Le granite orbiculaire est constitué d’orbicules de différentes tailles ; leur dimension suivant le plus grand axe, varie de 1 à 14 centimètres, avec un calibrage régulier sur un même bloc. On rencontre 3 types de blocs sur le gisement :

Un granite à gros orbicules : diamètre supérieur à 5 centimètres

Un granite à petits orbicules : diamètre inférieur à 5 centimètres

Une granodiorite

Plaque polie montrant les petits orbicules. Affleurement de Signal de Randon en Lozère.

• Le granite à gros orbicules se situe dans la partie haute de l’affleurement. Les orbicules sont relativement espacés, ils représentent environs 50% du volume de la roche, le reste étant occupé par la matrice. Les noyaux sont constitués de :

Biotite à aspect schisteux dans environ 50% des cas.

Phénocristaux de plagioclase dans environ 50% des cas.

Ils possèdent deux couches, une enveloppe plagioclasique de 1 à 2 centimètres d’épaisseur moyenne autour du noyau et une enveloppe de feldspaths potassiques de 2 centimètre d’épaisseur moyenne à leur périphérie.

Plaque polie montrant les gros orbicules à deux couches de Signal de Randon en Lozère.

• Le granite à petits orbicules se situe dans la partie intermédiaire de l’affleurement. Les orbicules sont plus serrés, ils représentent un peu plus de 60% de la roche. Ils ont des noyaux de composition identique aux gros orbicules. Une seule enveloppe de plagioclase de 1 à 2 centimètres entoure le noyau et parfois une fine couche discontinue de feldspath potassique.

• La granodiorite se rencontre dans la partie basse de l’affleurement.

Interprétation du gisement d’après J.P. Couturier :
Le gisement, avant sa destruction par l’érosion devait avoir une forme de filon avec en partie inférieure la granodiorite, surmonté par le faciès à petits orbicules, qui passe progressivement au faciès à gros orbicules (granoclassement inverse), tandis que la roche s’appauvrit en anorthite et s’enrichit en feldspaths potassique.

La formation du granite orbiculaire peut être envisagée de la façon suivante par évolution d’un magma se refroidissant lentement dans un réservoir dont la forme évoque celle d’une caisse filonienne.

1/ Cristallisation des premiers minéraux : zircon, apatite, biotite, qui tendant à s'agglomérer en formant des loupes micacées dans lesquelles une partie du mica noir pourra se transformer par la suite en muscovite, chlorite et peut-être sillimanite. Une origine primaire de la muscovite peut également être envisagée, en raison du caractère à la fois très alumineux, leucocrate et potassique du magma favorable au développement de ce minéral.

2/ Différenciation par gravité de la granodiorite. : De gros cristaux, automorphes et zonés, d'un plagioclase assez basique (An. 30) se développent dans le magma et s'accumulent au fond du réservoir avec une partie de la biotite. Les autres minéraux constitutifs de la granodiorite (feldspath potassique xénomorphe et quartz) se formeront ensuite sur place à partir du liquide interstitiel qui occupe environ 35 % du volume total.

3/ Apparition des premiers orbicules. : La température du magma continuant de décroître, le solidus de l'oligoclase (An. 24) est atteint. Les germes de cristallisation ont déjà été utilisés au cours du stade précédent, aussi ce minéral va-t-il cristalliser en se fixant sur les éléments présents dans le magma : petits agrégats de biotite ou cristaux de plagioclase automorphe non encore sédimentés. Au début de la croissance une sélection s'opère et les cristaux de plagioclase qui continueront de se développer sont ceux dont le plan (010) est disposé radialement. Ainsi se forment les très petits orbicules (diamètre de l'ordre de 1 cm) qui viennent se mélanger au fond du réservoir avec les derniers cristaux constituants la granodiorite.

4/ Faciès à petits orbicules. : Le plagioclase qui cristallise ensuite s'appauvrit encore en calcium (An. 17 à 18), il va se fixer comme précédemment sur des noyaux dont la taille a augmenté entre temps. Ces petits orbicules, dont le diamètre est inférieur à 5 cm, se déposent seuls au fond du réservoir.

5/ Faciès à grands orbicules. : La taille des orbicules qui se forment augmente régulièrement à mesure que celle des noyaux s'accroît par capture de nouvelles particules de mica, tandis que le refroidissement du magma entraîne la cristallisation d'un plagioclase de plus en plus sodique (An. 7) qui constitue la première enveloppe. A la fin de cet épisode plagioclasique, le feldspath potassique cristallise à son tour massivement et vient tout naturellement se fixer sur les gros orbicules encore en suspension dans le magma pour former la deuxième enveloppe, de largeur équivalente à la précédente.
Sur les petits orbicules, déjà sédimentés, cette couronne est beaucoup moins développée en raison du faible volume du magma interstitiel. Elle est discontinue et fait en particulier défaut au point de contact des ovoides, ce qui est significatif.
Une autre partie du feldspath potassique s'individualise sous forme de mégacristaux isolés qui se développent entre les petits orbicules. Selon la place disponible, ils peuvent être automorphes ou subautomorphes. Leur taille est réduite : 3 à 5 cm selon l'axe C. Dans la partie haute du réservoir, où se concentre le magma résiduel, ces mêmes cristaux se développent plus librement (caractère très automorphe) et peuvent atteindre de plus grandes dimensions : 6 à 15 cm. Ainsi s'expliquent les relations de taille entre mégacristaux et orbicules.

6/ Cristallisation de la mésostase : Le liquide résiduel, très enrichi en silice va à son tour cristalliser sous forme d'une aplite renfermant des flots de pegmatite à tourmaline.

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L’AFFLEUREMENT DE DIORITE ORBICULAIRE DE MONTEMOR-O-NOVO, PORTUGAL

Blocs de diorite orbiculaire de l'affleurement de Montemor-O-Novo, Portugal.

Cet affleurement a été décrit par A. Barros et Carvalhosa du service géologique du Portugal en 1981.
Il est situé dans la province de l’Alentejo, au lieu dit Herdade dos Padres, près de la ville de Montemor-O-Novo. La diorite orbiculaire se rencontre sous forme de blocs éparpillés sur une surface d’environ 80 000 m2 dans un affleurement de diorite à enclave tonalitique qui est en contact avec un gneiss migmatitique.

Plaque polie de la diorite orbiculaire de Montemor-O-Novo, Portugal.

La diorite orbiculaire à un faciès à orbes de type simple. Les orbicules sont majoritairement sphérolithiques avec quelques-uns de formes ellipsoïdes, déformés ou pyriformes. Leurs dimensions est comprise entre 1 centimètre et 3 centimètres pour les plus gros. Ils représentent environs 70% de la roche et sont très serrés. Le reste de la roche étant occupé par une matrice de nature dioritique.

Les noyaux sont dans la majeure partie des cas de composition identique à la matrice avec une structure radiale, certains sont constitués d’un ou deux cristaux de hornblende avec une structure tangentielle. Ils sont entourés d’une couche de plagioclase (An 45-50) à structure tangentielle. Quelques orbes présentent une fine couche (moins de 1 mm) de biotite et hornblende entre le noyau et la couronne, ce type d’orbes est relativement rare.
La matrice de composition dioritique occupe par endroits de larges zones dans la roche. Elle comporte des zones à nombreux proto-orbicules ou micro orbicules (moins de 5 mm) à structure micro orbiculaire radial/tangentielle ou des zones dioritiques à structure microgrenue. Une particularité de cette roche est que certaines portions de matrice sont entourées d’une couronne de plagioclases. C’est « gros orbicules » sont constitués d’un noyau identique à la matrice avec des micro-orbicule et d’une couronne mince 2 à 3 mm de plagioclase (An 40-45) parfois discontinue.

Détail d'un "gros orbicule" de la diorite orbiculaire de Montemor-O-Novo, Portugal.

La roche est aussi fréquemment parcourue par de minces filets de plagioclase qui recoupent la matrice et certains orbicules.

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L’AFFLEUREMENT D'HERMANOVITE EN REPUBLIQUE TCHEQUE

Le gisement est situé en République Tchèque à Hermanov, région de Jihlava et de Tribié en Moravie.
C’est le seul gisement connu au monde. Il a été découvert dans les années 1950 dans une zone de contact de pegmatites et de péridotites à une profondeur de 2 à 3 mètres. De nombreux filons de phlogopite (variété de mica) recoupent le massif. L’occurrence des boules d’Hermanov se situe dans un de ces filons, qui à une largeur d’environs 2 mètres.

Une Hermanovite montrant le noyau de phlogopite et la couronne d'anthophyllite partiellement chloritisée au contact noyau-couche extérieure.

Les orbicules ont un noyau constitué par du mica phlogopite, entouré par une couche rayonnante d’anthophyllite et de trémolite deux variétés d’amphibole partiellement transformé en chlorite. Une fine couche de biotite entoure l’orbicule à sa périphérie.
Les boules ont un diamètre de 4 à 5 centimètres en moyenne et les plus grosses peuvent faire jusqu’à 7 centimètres, mais cela reste exceptionnel. Elles sont très serrées les unes aux autres et certaines sont très déformées La matrice est composée de phlogopite.

Hermanovite sur gangue, montrant une boule très déformée (en bas à gauche) et un bel orbicule de 6 centimètres.

Le filon de phlogopite contenant les Hermanovites est en contact d’un côté avec la péridotite et de l’autre avec la pegmatite. Les boules sont en place dans la phlogopite ; une petite zone très localisée sur le haut du filon met en contact les Hermanovites avec la péridotite. Aucun orbicule n’est en contact avec la pegmatite. Une étude récente indique que la phlogopite aurait cristallisée autour d’un cristal de grenat microscopique. Actuellement, il n’y a aucune publication scientifique sur cette formation orbiculaire atypique.

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LA MONZONITE QUARTZIQUE ORBICULAIRE DE KUOHENMAA, KANGASALA, FINLANDE.

Cette roche est certainement le plus bel orbiculaire connu à ce jour.
Malheureusement, seulement quelques petits blocs de cette roche ont été trouvés. Son origine se trouve probablement au nord nord-ouest de l'endroit où elle a été découverte. Un des plus gros blocs est exposé au musée de Kangasala. Les premiers blocs ont été découverts en 1915 par un propriétaire terrien du nom d’Antti Rantala. C'est seulement en 1922 lors de la construction d'une route que de nouveaux blocs furent découverts. En 1928, Sederholm étudia cette roche et la classa dans les granites orbiculaires. Des analyses chimiques plus récentes ont permis de la classer parmi 1es monzonites quartziques.

Plaque polie montrant des gros orbicules de Kangasala. Echantillon Sans N° de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris

Deux variétés peuvent être décrites, une à petits orbicules jusqu'à 10 cm de diamètre, une autre à gros orbicules jusqu'a 40 cm. Les petits orbicules sont ellipsoïdaux et occupent 60 % du volume de la roche. Le noyau peut mesurer jusqu’à 5 cm de diamètre ; il est composé de plagioclase, de biotite et d'une accumulation d'autres minéraux. Dans quelques orbicules, le noyau est constitué de xénolites de schiste très micacé. Le noyau est entouré par une enveloppe, souvent discontinue, de biotite pure de 2 à 3 mm d'épaisseur.

Bloc brut à gros orbicules de Kangasala. Echantillon N° B/62 de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris

Autour du noyau, existe une enveloppe de 0,5 à 1 cm d'épaisseur de plagioclase à structure radiale. Autour de cette enveloppe de plagioclase, il y a une succession de couches riches en plagioclase à grains fins et de couches riches en biotite. Le plagioclase (An 27) est granulaire. La biotite est orientée tangentiellement. Les orbicules se détachent facilement de la roche au contact des enveloppes de biotite. Dans les couches riches en plagioclase ayant plusieurs millimètres d'épaisseur, les grains sont grossiers avec une structure radiale. Les petits orbicules peuvent contenir de 4 à 20 couches différentes. Le contact entre l'enveloppe de plagioclase et celle interne de biotite est nette. Le contact avec l'enveloppe externe de biotite est graduel. Le contact de l'enveloppe externe avec la matrice est franc. La matrice hétérogène est constituée principalement de grains moyens de plagioclase, de feldspath potassique, de biotite et d'un peu de quartz en quantité variable. Certaines parties de la matrice sont à grains grossiers et d'aspect presque pegmatitique.

Bloc brut à gros orbicules de Kangasala. Echantillon N° B/63 de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris

La variété à gros orbicules est similaire à celle à petits orbicules. La différence réside dans la taille des orbicules. Le noyau est formé de fragments de roches, de schistes surmicacés ou de monzonite identique à la matrice.
La structure des enveloppes est similaire dans les deux variétés mais leur nombre est 2 à 3 fois plus important que dans la variété à petits orbicules. Les enveloppes riches en plagioclase ont jusqu'a 1 cm d'épaisseur.

Détail d'un gros orbicule brut de Kangasala. Echantillon N° B/63 de la collection A. Lacroix du MNHN de Paris

La quantité de matrice est un peu plus faible dans la variété à gros orbicules. La composition et la texture de la matrice sont similaires dans les deux variétés sauf que celle à gros orbicules est plus pegmatitique. Lorsque les gros orbicules sont en contact, ils apparaissent déformes surtout la couche externe qui semble avoir été plus plastique que les couches internes.

LE GRANITE ORBICULAIRE DE LA FAYE, CREUSE

Cette occurrence est située sur une propriété privée, une autorisation est nécessaire.

Ce granite orbiculaire à été découvert par Grandprat et signalé par JP Couturier en 1982. L’occurrence se situe dans le granite à biotite de Guéret. Il est distant d’environs 5 kilomètres de l’occurrence du granite orbiculaire du Chatenet. L’affleurement n’est pas visible en surface, il est recouvert par environs 0.50 à 1 mètre de terre. Seuls quelques petits blocs dispersés indiquent sa présence. Les orbicules ont un diamètre de 15 à 25 centimètres. Ils sont jointifs, sphériques ou ellipsoïdaux. Certains orbicules ont des formes complètes, mais beaucoup sont cassés ou déformés. On rencontre aussi des fragments d’orbicules, des orbicules partiellement corrodés par la matrice et d’autres dont les auréoles montrent des décalages souvent important, plus de 1 centimètre. Ils se détachent facilement de la matrice.

Vue du gisement de granite orbiculaire. La Faye, Creuse

Le noyau est composé de plagioclase, quartz et biotite. Le noyau est très souvent schisteux, et sa taille atteint fréquemment 6 centimètres de diamètre. Les couches sont constituées d’une alternance cyclique de plagioclase et de cordiérite. En moyenne, on observe 4 couronnes de plagioclase à structure radiale, les 3 premières ont une épaisseur de 1 à 2 centimètres et la quatrième mesure seulement un demi-centimètre. Ces 4 couches sont séparées par 3 couronnes de cordiérite (souvent très altérées en chlorite, muscovite et biotite) à structure radiale, les deux premières ayant une épaisseur moyenne de 1 centimètre et la dernière environs 2 millimètres. Le passage d’une couronne de plagioclase à une couronne de cordiérite et nette alors que l’inverse est progressif. Le contour de l’orbicule est constitué d’une auréole fine de biotite, le noyau est entouré d’une couche de biotite-cordiérite, ces deux couches ont une structure tangentielle.

Plaque polie du granite orbiculaire de La Faye. Echantillon du musée TERRAE GENESIS, Saint-Amé, Vosges

Plaque polie montrant deux orbicules de grande taille. La Faye, Creuse

La matrice est un granite à grains moyens, constituée par du quartz, des plagioclases, des cordiérites très altérées, et de la biotite. Cette matrice renferme aussi des îlots pegmatitique et des nodules surmicacés. La roche qui entoure le granite orbiculaire est le granite de Guéret. C’est un granite à biotite et cordiérite souvent altérée en Pinite, muscovite et chlorite. Ce granite est un lacolite qui repose sur les anatexite à cordiérite d’Aubusson dont il est probablement issu.

Voir la Liste des occurrences dans le monde
Voir Les types de roches orbiculaires

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