L’émergence de l’île remonte à 9 ma et son histoire géologique, décrite par L. Chevalier en 1982, est assez mouvementée et peut se résumer en 5 phases bien distinctes :
Phase 1 : Volcanisme sous-marin
Cette phase volcanique a produit un volcan d’une quarantaine de kilomètres de diamètre. Les roches de cette époque sont observables à l’extrémité ouest de l’île (Les moines, Cap de L’Héroine), elles sont composées de cendres et de produits d’explosion dans lesquelles est intercalé un lit fossilifère renfermant des coquilles de moules et de pecten. Cet indice marin atteste l’alternance de périodes d’immersion et d’émersion de l’édifice. Le sommet de l’édifice dépasse de très peu le niveau de l’océan.
Phase 2 : Strato-volcan de base
Le strato-volcan sort réellement de l’océan, il crache des cendres et émet des coulées de lave basaltiques par alternance. L’érosion le taraude et ses copeaux détritiques s’intercalent dans les produits d’émissions volcaniques. Cette série atteignant environ 300 m d’épaisseur s’observe dans le fond des vallées actuelles, et constitue les fondations de l’île. A la suite à cet épisode magmatique, le volcan s’est effondré dans sa partie sommitale à l’aplomb de la chambre magmatique, formant en surface une dépression. Un réseau de fissures et de filons concentriques semble indiquer le sommet de l’édifice à l’ouest du cap de l’Héroine. Actuellement, environ un quart seulement du strato-volcan demeure émergé.
Phase 3 : Volcano-détritique
Une très forte érosion du massif accompagnée d’une petite activité volcanique caractérise cette troisième phase. Les matériaux grossiers issus du démantèlement du relief sont charriés par de puissants torrents et accumulés sur les contreforts du volcan. De temps à autre, des coulées de lave s’épanchent de fissures et nappent les reliefs écorchés. L’ensemble entrecoupé de sills atteint une épaisseur de 800m au niveau de l’arête des Djinns. Il forme l’armature de l’île.
Phase 4 : Basaltes des plateaux
Un rift de type Hawaïen orienté N135 s’étendant du Cap du Gauss au Mont du Mischief se met en place et expulse une série de grandes coulées basaltiques sur les plateaux environnants (Jeannel, Pétrels). L’aspect massif et la couleur claire de ses roches les distinguent des séries volcano-détritiques sous-jacentes.
Episode Glaciaire
Une calotte de glace recouvre l’édifice volcanique. Les langues de glace rabotent les nouveaux reliefs et entaillent de profondes vallées en auge. Les vallées actuelles (Vallées des Branloires, de la Hébé, du Petit Caporal, des Géants, de la rivière du Camp et la vallée Austère) divergeant du centre de l’île sont les empreintes de cette érosion très active. La trace d’un magnifique cirque glaciaire est visible à l’extrémité ouest de la vallée du Petit Caporal où des parois rocheuses vertigineuses se dressent devant une zone plane et très marécageuse.
Phase 5 : Tectonique et volcanisme ponctuel
L’activité volcanique continue. De petits cônes de scories fleurissent sur les reliefs monotones de l’île et plus particulièrement à l’ouest de celle ci. Ils s’alignent suivant un réseau de fractures sub-méridiennes hachant l’île du Nord au Sud. Ces accidents sont accompagnés d’affaissement et de basculements de blocs rocheux. La zone centrale coiffée aujourd’hui par les Monts des Cratères s’est effondrée de 500 mètres environ et la partie ouest de l’île s’est soulevée. Les petits volcans au caractère explosif de type strombolien sont constitués de scories, de bombes en fuseau ou en bouse de vache ainsi que des tufs ponceux. Une trentaine de tels édifices sont visibles sur l’île de la Possession avec parmi eux les plus remarquables comme le Morne Rouge, le Mont Branca, les Monts des Cratères, Labourage et Pâturage. Les Monts de Cratères ont dans un deuxième temps émis deux grosses coulées épaisses de basalte. Cette dernière activité volcanique est très récente et pourrait être datée de 5 à 10000 ans.
