BIOCONSTRUCTIONS I-n MATITIQUES DE GRIOTTES DEVON1ENNES

(PYRI NI ES CENTRALES)

BERNARD MAMET & MARIE-FRANCE P E R R E T

MAMET B. & PERRET M.F. 1995. Bioconstructions h6matitiques de Griottes d6voniennes (Pyr6n6es centrales), [Hematite nioconstructions in the Devonian "Griottes" (Central Pyrenees]. GEOBIOS, 28, 6 : 655-661. Villeur- banne le 31.12.1995.

Manuscrit d6pos6 le 07.07.1994 ; accept6 d6fmitivement le 28.09.1994.

RI~SUMI~

Deux calcaires "griottes" famenniens rouges des Pyr6n6es montrent dans leurs matrices et cavit6s des bioconstruc- tions h6matitiques qui vont de simples liser6s ~ des microstromatolithes complexes ~ colonnes. Les constructions sont morphologiquement identiques ~ celles observ6es dans les monticules micritiques rouges du Frasnien de la Belgique et dans un calcaire "griotte" carbonif~re des Asturies. Une origine microbienne est probable pour l~6ma- tite, responsable de la pigmentation de ces calcaires.

MOTS-CLI~S : PYR]~NI~ES, FAMENNIEN, GRIOTTES ROUGES, BIOCONSTRUCTIONS Hl~MATITIQUES.

ABSTRACT

Two Famennian red "griottes" limestones of the Central Pyrenees have hematite bioconstructions in the matrices and cavities. They range from simple coatings to columnar complex microstromatolites. Similar bioconstructions are known in the Frasnian red mud-mounds of Belgium and in a Carboniferous "griotte" of Asturias. A microbial origin for the hematite is therefore plausible and is responsible for the pigmentation of these red carbonates.

KEY-WORDS : PYRENEES, RED GRIOTTES, FAMENNIAN, HEMATITE BIOCONSTRUCTIONS.

I N T R O D U C T I O N

L'origine de la pigmentation rouge de certains carbonates pal4ozo'iques a donn6 lieu h de multi- ples interprdtations : origine d6tritique continen- tale, relation avec une p6d0g6n6se tropicale ou 6quatoriale, liaison avec des micro-organismes, ont tour h tour 6t6 invoqu6es (voir Boulvain 1993 pour l~istorique).

Dans deux cas bien pr6cis de carbonates d'eaux relativement profondes, mud-mounds frasniens de Belgique (Boulvain 1989, 1993) et griottes car- bonif'eres des Asturies (Mamet & Boulvain 1991), il a 6t6 r6cemment montr6 que la couleur rouge a la m~me origine : l'action de microbes ferro-oxy- dants, capables de concentrer un pigment rub6fi6 en milieu "profond", relativement r6ducteur. Ceci

explique une contradiction apparente et concilie l'existence d'oxydes ferriques dans un milieu d6ficit d'oxyg6ne (Ghiorse 1984, 1989).

Dans le cas des monticules micritiques frasniens CF2J") de Belgique des traces de cocco~'des et fi- laments bact6riens du groupe Sphaerotilus-Lep- tothrix ont 6t6 mis en 6vidence (Boulvain 1989). Mais, c'est surtout la pr6sence de nombreuses constructions microstromatolithiques dans les ca- vit6s qui attire l 'attention (Mamet & Boulvain 1988). Dans le second cas, celles des griottes des Asturies, ces auteurs ont mis en 6vidence des constructions ferrugineuses similaires, voire identiques, sous forme de microstromatolithes plus ou moins complexes et de cloques microbien- nes intra-particulaires d6velopp6es dans des ca- vit6s.

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Ils nous a sembl6 int6ressant de voir si ces obser- vations ponctuelles et dispers6es, pouvaient s'6tendre d'une fa~on plus g6n6rale ~ d'autres cal- caires rouges et en particulier aux griottes n6o- d6voniennes des Pyr6n6es (Ovtracht & Fourni6 1956 ; Mirouse 1966 ; Boyer et al. 1968).

CADRE G]~OLOGIQUE

Nous avons donc 6chantillonn6 al6atoirement deux gisements : le Marbre de Campan dans la carri6re de l 'Espiadet et les griottes de la coupe des Cabanes de Saubette.

Ces deux affleurements se situent sur la bordure septentrionale de la Haute Chalne Primaire des Pyr6n6es centrales (Fig. 1).

1) Dans la carri6re des Marbres de Campan, pr6s d'Espiadet (Fig. 1-1), (R. Mirouse 1992), au con- fluent des vall6es de l'Hourc et de l'Adour de Payolle, l 'ensemble des calcaires n6od6voniens correspond h une antiforme complexe allong6e E- W e t d6jet6e vers le Nord. Parmi les calcaires amygdalaires, rouges, rose panach6s de vert, ou verts, visibles dans la carri6re, seuts les niveaux rouges, dat6s du Famennien to II (Cubaynes 1972 ; Cygan 1979), ont fait l'objet de pr616ve- ments de notre part.

2) Plus h rEst, en pattie amont de la vall6e de l'Ourse de Ferr6re (Fig. 1-2), il est possible d'ob- server une bonne coupe du D6vonien sup6rieur et

du Carbonif'ere inf6rieur. Ces terrains, dispos6s en s6rie normale h plongement sud, font partie du flanc nord du Synclinorium Culm d'Arreau. Un peu en aval du lieu dit "Cabanes de Saubette" affleurent de fa~on spectaculaire les griottes rou- ges qui nous int6ressent (Bouquet & Stoppel 1975).

Egalement dat6s du D6vonien sup6rieur to II, ces griottes, comme celles d'Espiadet, sont form6es par des amandes ovoides bien d6finies s6par6es par des joints phylliteux le plus souvent verts ; chaque amande renferme g6n6ralement un am- monoid6. La texture amygdalaire est ici bien mise en 6vidence par la dissolution pr6f6rentielle des lits carbonat6s.

LES GRIOTTES

Avant d'aborder le probl6me des bioconstructions h6matitiques, il parait utile de dire quelques roots sur l'origine des "griottes".

Leur terminologie et leur interpr6tation ont sus- cit6 de nombreuses controverses. Apr6s une dis- cussion sur l'6volution de leur d6finition dans la litt6rature, Boyer, Krylatov, Le F6vre & Stoppel (1968), consid6rent les "v6ritables griottes" comme des calcaires noduleux rouges, d'~ge fa- mennien, dont les nodules, s6par6s par des enve- loppes phylliteuses, sont riches en petites co- quilles d'Ammonoid6s.

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Socle varisque I; ' .-" "'~'A varlscan basement

Affleurements carbonireres Carboniferous outcrops

Figure 1 - Car te m o n t r a n t la Zone Pr imai re Axiale et la localisation des aff leurements (1, 2). Map showing the Primary Axial Zone and the location of outcrops (1, 2).

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Dans la l i t t6rature pyr6n6enne, le terme griotte est toutefois employ6 dans un sens plus large pour d6signer des calcaires amygdalaires plus ou moins color6s du D6vonien ou du Carbonif'ere.

Pour Mirouse (1966), le d6p6t des griottes d6vo- niennes se serait effectu6 durant le maximum de r6gression de l a m e r , c'est-h-dire dans une mer peu profonde au fond instable, ~ proximit6 imm6- diate d'aires exond6es. Le d6bit noduleux du cal- caire serait dfi ~ un ph6nom6ne de boudinage.

Pour Aubou in (1964), les griottes sont l'6quiva- lent probable, dans le cycle orog6nique hercynien, des faci6s "ammonitico-rosso" du cycle alpin. E1- les se seraient d6pos6es h la veille des mouve- ments orog6niques.

Pour Boyer et al. (1968), la texture noduleuse a une origine pr6coce alors qu'au contraire Barrou- qu6re et al. (1969) consid6rent que cet aspect est en relation avec des d6formations tectoniques agissant sur un mat6riel rythmique argilo-cal- caire.

Pour Franke & Walliser (1983) les calcaires p61a- giques varisques, h s6dimentation lente, se se- raient d6pos6s h proximit6 d'une mer ouverte et correspondraient h une s6dimentation de transi- tion entre les environnements de type b a s s i n e t ceux de type n6ritique.

dans des eaux tr6s peu profondes (seulement quelques m6tres de profondeur).

Enfin d'apr6s Dreesen (1989) les calcaires amyg- dalaires rouge~tres du Fammenien : CCheiloceras limestone"), que l'on rencontre en Allemagne de l'Ouest, en Montagne Noire, en Pologne (Holly Cross Mountain) ainsi qu'au Maroc (Tafilalt) sont 6quivalents. Ils se seraient d6pos6s sur une plate- forme sous-marine peu profonde durant une ac- calmie g6n6rale de la s6dimentation terrig6ne. Leur d6p6t se situerait, au cours de l'6volution du bassin varisque, entre une phase initiale de s6di- mentation carbonat6e de faible profondeur et une phase finale de s6dimentation fiysch ; il corres- pondrait ~ un approfondissement r6gional ou ~t une mont6e du niveau eustat ique et coinciderait, ou succ6derait imm6diatement, h u n 6v6nement tectonique de la ceinture varisque.

I1 est h noter ici que le terme "profond" a u n e acception fort diff6rente suivant les auteurs cit6s. Pour un pal6og6ographe qui reconstitue des los- ses, des bassins et des ~flate-formes, les griottes sont "peu profondes". Pour un s6dimentologue qui 6tudie une rampe carbonat6e, les griottes sont "profondes".

I1 est, de plus, curieux que le r61e des Eponges dans la s6dimentation n'ait jamais 6t6 soulign6. Or, nous verrons qu'elles sont ubiquistes.

Suivant Wendt & Aigner (1985), les calcaires no- duleux du Pal6ozoique se forment sur le bord ex- trSme de la plate-forme, sur le talus ou dans un bassin peu profond. Ces auteurs consid6rent que les calcaires griottes de la Montagne Noire cor- respondent ~ un d6p6t sur la pente et dans un bassin peu profond (plusieurs dizaines h plu- sieurs centaines de m6tres) ; dans l'Anti-Atlas ils correspondent h u n d6p6t de transition plate- forme / bassin (Wendt & Aigner 1982) ; dans les Monts Cantabriques, les calcaires noduleux 6talent d6pos6s dans un environnement de tran- sition talus / bassin. Ces calcaires condens6s re- fl6tent une p6riode bien distincte de l'6volution d'un bassin s6dimentaire, ils indiquent un stade interm6diaire d'approfondissement de la plate- forme des marges continentales passives avant le s tade de leur collision.

Pour Dvorak (1989), les griottes CHercynian Fa- cies") sont des d6p6ts typiques d'un environne- ment marin peu profond, en bordure de bassin, dans des bales bien a6r6es, off les conditions oxy- dantes pr6dominaient, sans forts courants de fonds et durant une tr6s faible subsidence. Les faunes p6lagiques que l'on y trouve auraient v6cu

MICROFACII~,S

Pr6s d'une centaine de lames-minces ont 6t6 taill6es dans les griottes r6colt6es : une quaran- taine pour Campan et le reste pour Saubette. Leur 6tude permet de reconnaitre les microfaci6s suivants.

Le Marbre de Campan est un mudstone (classifi- cation de Dunham 1962) argileux et nodulaire avec quelques concentrations en wackestone. Les d6bris figur6s sont essentiellement constitu6s par des fossiles avec une raret6 frappante de peloi- des. Les spicules d'Eponges, microscl6res et ma- croscl6res, dominent largement. I1 s'y ajoute des Ostracodes avec valves en connection ou d6sarti- cul6es, des Ammonoid6s, des Lamellibranches et quelques Trilobites et Radiolaires. La plupart des coquilles sont dissoutes et taraud6es. Notons des concentrations locales d'Ostracodes ~ l 'int6rieur d'Ammonoid6s.

La griotte de Saubette a u n e composition origi- nale similaire. C'est un mudstone amygdalaire, plus ou moins argileux avec comme fossiles des Eponges (les spicules sont syst6matiquement bri-

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s6s par r6traction de la matrice), des Ostracodes, des Ammonoid6s, des Lamellibranches, quelques Trilobites et Radiolaires. La bioturbation est plus pouss6e qu'~ Campan, ainsi que la dolomitisation qui, localement, d6truit compl6tement les struc- tures originales.

Les deux faci6s sont d6pourvus de microfossiles qui prolif6raient au D6vonien dans les milieux superficiels de rampe bien oxyg6n6s et situ6s dans la zone photique. Nous n 'avons observ4 au- cun Brachiopode, Bryozoaire, Crinoide, Foramini- f~re, Rhodophyte ou Chlorophyte (Tsien 1980).

rente, voir Witzke & Heckel 1988 uti l isant Scote- se 1986 ; Scotese & McKerrow 1990), la limite disphotique ne d6passerait gu6re la centaine de m6tres, car les griottes sont riches en argile. De plus, si la profondeur maximale de la plate-forme d6vonienne est voisine de celle des plates-formes actuelles (200 m6tres pour les mudstones phos- phat6s ~ radiolaires d'upwelling), cette profon- deur est loin d'etre atteinte. On peut donc raison- nablement sugg6rer une colonne d'eau voisinant

- l a centaine de m6tres tan t pour la s6dimentation de Campan que pour Saubettes. C'est donc un

~. milieu qui est loin d'etre riche en oxyg6ne.

Dans les deux cas, le milieu est marin ouvert, amplement sous les zones d'action des vagues et de l'oxyg6nation et prat iquement ~ la limite inf6- rieure de la zone disphotique. I1 n'y a pas t r a c e de remaniement m6canique, de tempestites ou de coul6e de boue. La s6dimentation s'effectue probablement sur une rampe profonde, mais en- core assez 61oign6e de la marge continentale, qui,

cette 6poque, est caract6ris6e par des radiolari- tes-spiculites ~ phosphates noduleux.

BIOCONSTRUCTIONS .HEMATITIQUES

Nous avons reconnu dans les griottes carbonif'e- res des Asturies, les bioconstructions suivantes : des liser6s simples, des liser6s multiples qui con- duisent ~ des microstromatolithes, des microstro- matolithes ~ colonnes et des semi-oncolithes cr6nulations. Des "cloques" microbiennes sont for- m6es dans des cavit6s cari6es intra-particulaires.

La condensation s6dimentaire et l'absence de tempestite sugg6rent une profondeur au moins sup6rieure ~ une cinquantaine de m6tres. Si la position des Pyr6n6es au D6vonien est proche de l 'Equateur (Poncet 1990 ; pour une position diff6-

D'une mani6re similaire nous observons darts les Pyr6n6es : 1) de fins liser6s, continus ou granu- leux en bordure de fossiles (simples, comme P1. 82, fig. 3 ; ou multiples comme P1. 82, fig. 2) ; 2) des microstromatolithes (P1. 82, fig. 8) ; 3) des

PLANCHE 82

Fig. 1 - U. de M. 828/6A, Echantillon ELI 325/3, Espiadet, Marbre Campan, Famennien, x 78. Cloques h4matitiques d6velopp6es dans la matrice microsparitique des "deux c6t6s" d'une fine coquille de Mollusque. Hematite blisters developped in a microspar matrix on "both sides" of a thin mollusk shell.

Fig. 2 - U. de M. 828/9A, Echantillon ELI 325/4, figure 1. Plusieurs fins liser6s continus entourant une coquille de Mollusque, suivis de plusieurs cloques h6matitiques. Two-three thin continuous layers around a mollusk shell, followed by a few hematite blisters.

Fig. 3 - U. de M. 828/22A, Echantillon ELI 357, Coupe de Saubette, Famennien, IIbinf., x 98. Fin liser6 continu recouvrant un Lamellibranche dissout. On note, en bas, une cloque isol4e. En haut, perforation de spongiaire, compl6tement-h6matitis6e. Fine continuous layer on a disolved bivalve. A thin blister, lower right. Hematite filled sponge perforation at top of shell.

Fig. 4 - U. de M. 828/10A, Echantillon ELI 325/4, figure 1. Fin liser6 continu entourant un Lamellibranche dissout avec grosses caries compl6tement h6matitis6es. Fine continuous layer on a disolved bivalve with extensive caries now completely filled by hematite.

Fig. 5 - U. de M. 832/14A, Echantillon ELI 357/3, figure 3, x 121. Liser6 h6matitique discontinu et granuleux sur un Lamellibranche, suivi de plusieurs cloques et finalement de microstromatolithes r6niformes. Discontinuous,

""granular hematite layer on a bivalve, covered by blisters, then by reniform stromatolites. Fig. 6 - U. de M. 828/3A, Echantillon ELI 325/3, figure 1, x 121. D6tail de cloques h6matitiques intraparticulaires.

Detail of intraparticule blisters. Fig. 7 - U. de M. 828/7A, Echantillon ELI 325/3, figure 1, x 98. Trilobite recouvert de grosses cloques surbaiss6es.

Trilobite covered by depressed blisters. Fig. 8 - U. de M. ~ 828/23A, Echantillon ELI 357, figure 3, x 121. Deux microstromatolithes et une cloque

recouvrant un fossile compl~tement dissout. Two microstromatolites and a blister on a thoroughly disolved fossil.

Fig. 9 - U. de M. 832/15A, Echantillon ELI 357/3 bis, figure 3, x 121. Oncolithe ~ cr6nulations. Crenulated oncolite. Tousles 6chantillons de griottes rouges famenniennes : collection de l~3niversit6 de Montr4al. All samples from red famennian griottes : University of Montrdal collection.

G e o b i o s P1. 82 n ° 28, fasc . 6 B. M a m e t & M.F P e r r e t

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micros t romato l i thes h colonnes (P1. 82, fig. 5) et 4) des oncoli thes h cr6nulat ions (P1. 82, fig. 9). Les "cloques" ne sont pas toujours concentr6es l ' in t6r ieur de per fora t ions et / ou caries (cloques in t ra -par t icu la i res , P]. 82, fig. 6), mais elles s'ob- se rven t aussi en bordure des liser6s fe r rug ineux et se d6veloppent alors dans le s6diment (P1. 82, fig. 1,2,3,5,7,8). Quan t aux perfora t ions d'Epon- ges elles sont g6n@alemen t compl6tement h6ma- tit is6es.

Le mat6r ie l des As tur ies es t sens ib lement mieux pr6serv6 que celui des Pyr6n6es. On peu t toute- fois compare r sans peine : 1) les liser6s pyr6n6ens avec ceux i l lustr6s dans M a m e t & Boulvain 1991, P1. 82, fig. 1 ou 3 ; 2) les micros t romatol i thes avec idem, P1. 2, fig. 2 ; 3) les microstromatol i - thes co lumnai res avec idem, P1. 2, fig. 3 ; 4) les oncoli thes avec idem, P1. 1, fig. 8, P1. 2, fig. 9 ; 5) les cloques avec la P1. 1, fig. 4,9 et la P1.2, fig. 7 ; et 6) les per fora t ions h6mat i t i s6es avec la P1. 2, fig. 1,6,10,11.

Au microscope 61ectronique, l 'h6mat i te est assez bien cristal l is6e sous forme de p laquet tes submi- croniques. Elle es t semblable aux plaques hexa- gonales du F r a s n i e n de Belgique.

C O N C L U S I O N S

Les cons t ruc t ions h6mat i t iques des griot tes d6vo- n iennes des Pyr6n6es et celles des griot tes carbo- nif'eres des Astur ies sont t e l l emen t semblables, qu'elles pe uven t p r a t i q u e m e n t s ' in terchanger . La seule diff@ence est que le mat@iel d 'Espagne est mieux conserv6 et que la diagen6se est beaucoup moins pouss6e. La s imil i tude avec les construc- t ions observ6es dans les mont icules f rasniens (Monty 1982) es t tou t aussi f rappan te . Pour tan t , les condit ions de croissance sont 16g6rement diff6- rentes . Cer ta ines const ruct ions carac t6r isent l'in- te r face du s6diment , alors que d 'au t res se limi- t en t h des cavit6s. Cer ta ines sont form6es dans une obscuri t6 p resque totale, d 'au t res to l@aient une luminos i t6 faible. I1 est donc ra i sonnable de pense r que les bact6ries fer ro-oxydantes sont res- ponsables de la p igmen ta t ion de tous ces s6di- merits rouges, m~me si nous ne pouvons soupcon- her l eur exis tence que pa r le produi t de leur ac- tion.

I1 fau t ins i s te r sur le fa i t que les bact@ies ferro- oxydantes prol i l~rent h peu pr6s dans t o u s l e s mil ieux, qu'ils soient mar in s ou non (Ghiorse 1984). La posi t ion dans une r ampe re l a t ivemen t profonde des deux gr iot tes 6tudi6es ici est d6- dui te de l eur microfacies e t non de la couleur de leur p igment .

R e m e r c i e m e n t s - Un subside du Conseil de recher- ches en sciences naturelles et en g6nie du Canada a permis la r6alisation de cette 6tude.

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B. MAMET Universit~ de Montr6al

D~partement de G~ologie B.P. 6128

Montreal, P.Q., Canada H3C 3J7

M.F. P E R R E T Universit~ Paul Sabatier

Laboratoire de G~ologie structurale et tectonophysique 38 rue des Trente-six-Ponts

F-31400 Toulouse cedex