Une histoire géologique de l'Alsace

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 Introduction :

Il ne fait aucun doute lorsque l’on se promène dans les Vosges que l’on se trouve sur un massif montagneux d’où la question : montagnes jeunes ou montagnes vieilles ?

La tentation de dire vieille est grande à cause des arrondis et pourtant il n’en est rien: ce sont en réalité de vieilles montagnes rajeunies et nous allons le démontrer.

Cette histoire est assez bien connue car la géologie est une discipline très active dans la région et ce depuis des décennies.

Pour commencer, regardons à quoi ressemble la région géologique d'Alsace.

Représentation de la structure de la région de l'Alsace.

Unités structurales

 

Vue cavalière du fossé rhénan (d’après Cloos, 1955)

carte structurale du fossé rhénan

 

Schéma d'une coupe entre Vosges et Forêt Noire à l'heure actuelle

coupe est-ouest fossé couleur

 

Aspect actuel de la région :

Les Vosges à l’Ouest, la plaine rhénane au centre et la forêt Noire à l’Est.

Les Vosges et la Forêt Noire présentent les mêmes types de roches, des granites, du même âge, primaire. Par conséquent, ces deux structures se sont formées en même temps et un coup d’œil sous le tapis rhénan nous montre les mêmes granites : la partie centrale est liée à un effondrement comblé par des grès, des calcaires, des sables et des graviers du Rhin qui font le bonheur des nombreuses Gravières installées dans la plaine. Entre les granites et les graviers, on trouve sur les contreforts des calcaires dans lesquels la vigne est implantée.

Comment cette structure très symétrique s’est-elle mise en place ?

On peut montrer que la région est passée par tous les stades de l'évolution d'un domaine continental à la faveur d'un déplacement de plaques tectoniques:

  • une chaine de montagnes péri-océanique ;
  • puis une chaine de montagne intracontinentale ;
  • puis un bassin intracontinentale ;
  • et enfin un fossé d'effondrement ;


 

1-De la formation de deux chaines de montagnes à sa disparition au Primaire (De 400 à 250 Ma)

          1.1-La mer chassée par une fermeture océanique liée à une subduction  :

Cette histoire commence comme celles des Alpes ou de l’Himalaya que vous avez étudié en Terminale : une fermeture océanique qui met en place une chaine péri-océanique comme dans les Andes actuelles suivie d’une collision entre deux blocs continentaux à l’origine d’une chaîne de montagne aux dimensions pharaoniques comme celles des grands massifs actuels, Atlas, Alpes, Iran, Himalaya. Ceci commence il y a 400 Ma environ et se met en place en 100 Ma environ.

Les preuves ? Direction des Vosges du Nord, près de la Rothlach.

Photo prise au refuge du Neuntelstein en pleine tempête de neige!

photo au refuge du Neuntelstein

(Photo: Michel Patalano)

 

Photo d'une granodiorite du Neuntelstein

Photo granodiorite du Neuntelstein

 (Photo: Michel Patalano)

Une sortie au Neuntelstein permet de ramasser des granodiorites, roche témoignant d’une activité magmatisme au-dessus d’une zone de subduction, ce qui signifie que deux plaques se rapprochent en refermant un océan entre elles. A proximité, à la carrière de la Katzmatt, vous aurez aussi ramassé une andésite, la roche volcanique typique de cette zone.

Photo d'une andésité de la carrière de la Katzmatt.

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(Photo: Michel Patalano)

Si vous allez plus au sud, au-dessus de Fellerin, dans la vallée de Than, on ramasse une superbe péridotite serpentinisée témoin d’une ancienne croute océanique, comme au Chenaillet dans les Alpes…

Vue sur le Markstein depuis Fellering, la carrière du Talhorn est dans notre dos.

Vue sur le Markstein depuis la carrière de Fellering

(Photo: Michel Patalano)

Photo de l'ophiolite de la carrière du Thalhorn

Carrière du bergenbach à Fellering

(Photo: Michel Patalano)

Photo de la péridotite serpentinisée de l'ophiolite du Thalhorn

peridotite fellerin

(photo: Michel Patalano)

 

Ces roches nous donnent l'aspect de la région au milieu du Primaire:

Photo de la Cordillère des Andes au Chili

Cordillère des Andes

(© Michel Meynsbrughen)

 

         1.2-La formation d’une chaine de montagne grâce à la collision continentale :

Autour de 350 Ma, la chaîne Vosgienne est appelée chaîne hercynienne ; elle s’étire de la Bretagne à la Russie selon une orientation globalement Est-Ouest ; cette chaine est donc le résultat d’une collision continentale de plaques Nord et Sud (Gondwana au Sud et Laurentia au Nord).

Ça ne vous rappelle rien ? Exactement la même chose que pour les Alpes ! La géologie c’est simple, une fois qu’on a les bases, il suffit d’identifier les mêmes phénomènes qui se répètent.

La preuve ?

Allez ramasser un très beau granite rose derrière le camp du Struthof, granite pour lequel le camp a été installé afin de fournir au parti Nazi des roches d’une exceptionnelle beauté dédiée à la construction de monuments à la gloire du 3e Reich.

Carrière de Chenagoutte du Camp du Struthoff, à Natzwiller (Vosges du Nord)

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Photo prise devant la carrière de granite rose de Chenagoutte, à proximité du camp de travail du Struthof

Photo carrière de Chenagoutte

(Photo: Michel Patalano)

Photo du très beau granite rose convoité par les Nazis

photo granite de Natzwiller

(Photos: Michel Patalano)

Cette roche nous donne l'aspect de la région au milieu du Primaire: celui des Alpes.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f1/Matterhorn_from_Zermatt.jpg/1200px-Matterhorn_from_Zermatt.jpg

Les granites sont des roches issues de magmas se formant dans les fours à pain que sont les racines crustales des chaînes de montagnes ; c’est la période de formation des granites vosgiens, et des granites de la Forêt Noire, la plaine d’Alsace n’existe pas encore.

 

LA CHAÎNE HERCYNIENNE DES VOSGES

L'histoire géologique des Vosges s'inscrit dans le cadre de l'évolution de la chaîne hercynienne.

Le cycle orogénique hercynien appartient à l'ère primaire: il débute au dévonien (400 MA) et se termine au permien (250 Ma).

Il fait suite à l’orogenèse calédonienne, l’ensemble constituant l’épisode varisque.

Ces déformations prennent ainsi naissance après le long contexte distensif du paléozoïque inférieur.

La chaîne hercynienne résulte de la collision de deux plaques continentales: l'ensemble laurentia- Baltica et le gondwana, formant alors la dernière Pangée de l'histoire de la Terre.

Ainsi, la chaîne hercynienne était une grande chaîne de montagne de la Pangée qui s’étendait sur plus de 6000 kilomètres de long et 1000 kilomètres de large des Appalaches au Caucase.

 

 

         1.3-La destruction de la chaine hercynienne et la formation d’une grande plaine, dite pénéplaine

Puis, comme toutes les chaines de montagne, lorsque la convergence s’arrête, l’érosion décape les sommets : à la fin de l’ère Primaire, il n’y a plus de montagne dans la région.

La preuve ?

Photo des grès du couvent St Marc.

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(Photo: Michel Patalano)

grès rouge des Vosges

 

Allez vous balader (ou bien grimper sur un bloc !) au-dessus de Pfaffenheim près de Colmar, le grès vosgien montre de belles formes et des belles couleurs et si on y regarde de plus près, de petits grains de quartz hérités des granites vosgiens, eux-mêmes, roches riches en quartz.

 

Photo du delta du Rhône vu d’avion puis carte du delta

 

Delta du Rhone vu d'avion

carte delta du rhone

Cette photo nous donne un aspect de la région à la fin du Primaire, début du secondaire.

Aujourd’hui le Rhône est le fleuve chargé des débris de la chaine alpine ; tant que la pente est forte, le fleuve transporte, mais dès que la pente s’annule alors il y a dépôt, comme c’est le cas dans le delta du Rhône que représente assez bien les Bouches du Rhône.

Carte d’une étude des crues du Rhône

carte des crues du rhone

 

Pente, érosion, transport et dépôts détritiques le long du Rhône.

 

Transport sédimentation et pente du Rhone

 

Récapitulatif de l'évolution de la région au Primaire après la collision continentale

 

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 C’est la raison pour laquelle, les Vosges et la Forêt Noire ne sont ni jeunes ni vieilles puisqu’elles n’existent plus à la fin du primaire.

Il y a bien une plaine à l’emplacement du bloc Vosges-Alsace-Forêt Noire mais ce n’est pas la plaine d’alsace que nous connaissons.

Après une période de convergence des plaques tectoniques, il s’ensuit, comme toujours, une période de divergence de plaques : la Pangée, réunion de tous les continents va alors commencer sa dislocation par l’ouverture de l’Océan Atlantique à l’Ouest.

 

2-De la formation des calcaires du vignoble à l’apparition du fossé rhénan au secondaire

         

La mer revient en Alsace avant de se retirer

Le bloc géologique Vosges-Alsace-Forêt Noire est sous l’eau !

Après une sédimentation de bord de plage (c’est là que se forment en général les grès), le Trias cède la place à une période de dépôts de sédiments marins, la région est donc une mer (dite Germanique) assez ouverte à l’Est sur un océan que l’on a appelé la Téthys. Le milieu s’approfondit au Jurassique : une plate-forme carbonatée se forme. Au Sud les derniers dépôts marins voient se développer de grands récifs à l’origine des calcaires à coraux jurassiens. Il fait donc chaud à cette époque dans notre région, nous étions entre les deux Tropiques.

Et qui va se refermer à la faveur de la collision alpine : nous sommes alors presque au Tertiaire.

Les preuves ?

Photo des Marnes bariolées au-dessus de Voegtlinshoffen découvertes en 2019!

photo arc-en-ciel géologique

(Photo: Michel Patalano)

 

Photo de fossile de limule du grès des Vosges (Trias) exposé au Château de Lichtenberg

Fossile de limule du grès des Vosges (Trias) exposé au Château de Lichtenberg / © BRGM – F. Michel - voir en grand cette image"

  © BRGM – F. Michel

Microscopie optique d'un calcaire oolithique alsacien

microscopie optique d'un calcaire oolithique

(Photo: Durringer)

On a pu voir fugacement lors des travaux d'un hôtel au-dessus de Voegtlinsoffen de magnifiques marnes bariolées témoignant de l'existence de bassins marins s'asséchant régulièrement, il y environ environ 230Ma, donc d'un milieu peu profond. Les ondulations seraient postérieur à la mise en place qui est toujours horizontale pour des roches sédimentaires. On pense que la dissolution du gypse suite à l'infiltration d'eau crée des trous à l'origine d'effondrement localisé.

On peut ramasser des calcaires avec des moules, entre Ingersheim, Turckheim et Niedermorschwihr, ou bien encore des calcaires oolithiques formant une jolie formation bien visible dans le paysage et nommée « La grande oolithe ».

En plus, c’est beau car nous sommes dans le vignoble alsacien ; la vigne aime les sols secs de type calcaire.

Puis, au milieu du secondaire, il n’y a plus de dépôt ce qui indique que la région n’est alors plus sous l’eau et ce qui a pu chasser l’eau n’est autre qu’une surrection qui a débutée et donc une collision entre masses continentales, les Alpes pointent le bout de leur nez !

Un déplacement horizontal est amorti par un déplacement vertical de domaines continentaux qui ne peuvent pas s’enfoncer car de plus faible densité que le matériel sous-jacent.

Visages de l’Alsace au Secondaire :

 

 

Légendes :

Croix rouges : granites formés au primaire

Points rouges : grès formés au primaire, début du secondaire

Rectangles bleus : calcaires formés au Jurassique

 

A la fin du Crétacé, donc à la fin du Secondaire, l’Alsace ne ressemble pas à celle que l’on connait car le fossé dans lequel elle est aujourd’hui installée ne s’est pas encore formé. Mais elle n’est plus sous l’eau grâce à l’effet de la poussée alpine qui va entrainer le bombement de la croute alsacienne avant son effondrement en un fossé à la faveur du jeu de failles symétriques…L’Alsace devient alors une Terre de séismes !

C’est son histoire au Tertiaire.

3-Du dépôt de la Potasse à la sédimentation par le Rhin au tertiaire

        

         3.1-Un rajeunissement alpin à la faveur d’une collision :

Comme toujours, une divergence des plaques à un endroit peut entrainer une convergence de celles-ci ailleurs, c’est la raison pour laquelle on parle souvent de « ballet des continents ».

La plaque africaine, qui s’éloigne de la plaque Sud-Américaine et qui dérive vers le Nord-Est, vient emboutir la plaque eurasiatique selon un mouvement du Sud vers le Nord. L’Atlas, les Alpes, les Monts d’Iran, l’Himalaya se forment, tout comme le Jura au sud de chez nous.

 

       3.2-Un effondrement secondaire à la collision alpine :

Le bloc Vosges-Plaine-Forêt Noire reprend de la hauteur, accompagné d’un curieux phénomène : l’effondrement de sa partie centrale c’est-à-dire le fossé rhénan.

La preuve ?

Représentation schématique du champ de fractures des contreforts vosgiens

https://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/Images/Alsace-champ-fracture/Alsace-champ-fracture-37-br.jpg

Un réseau de failles visibles entre Ribeauvillé et Ingersheim, le champ de fractures de Ribeauvillé où un spécialiste vous montrera les célèbres Faille Vosgienne et Faille Rhénane, qui ont joué au toboggan descendant coté plaine.

Ça y est : la plaine d’Alsace telle que nous la connaissons avec Vosges et marches d’escaliers pour arriver à la plaine se met en place, mais elle ne ressemble pas vraiment à ce que l’on connait aujourd’hui.

 

          3.3-Un retour de la mer, 3e épisode !

Cet effondrement est tel que la mer revient, par le Nord.

La preuve ?

 Photo d'une bouteille renfermant des sels de Potasse

potasse

 

Allez visiter le musée de la potasse d’Alsace près de Wittelsheim ; les dépôts de sel au sud attestent que la mer est là, c’est la formation de ce qui a fait la richesse économique de la région, la fameuse potasse d’Alsace qui servit d’engrais au XXe siècle et qui fut expédiée partout dans le monde.

 

Capture d'écran du livret du musée français du pétrole situé à Pechelbronn

musée du pétrole de pechelbronn

http://www.musee-du-petrole.com/wp-content/uploads/2017/09/WEB-1-PECHELBRONN-EXE-2017.pdf

 

Au Nord, allez à Pechelbronn voir du pétrole ! Les forêts sont alors immergées, recouvertes de sédiments, elles se transformeront en pétrole : allez voir les bulles du liquide noir prouvant que la roche réservoir n’a pas trouvé de coiffe étanche pour empêcher la remontée du liquide moins dense qui, du coup, se répand à même le sol.

 

          3.4-Un volcanisme spectaculaire témoin d’une remontée mantellique !

La mer se retire car la région se soulève à nouveau mais cette fois-ci pas à cause de mouvement horizontaux mais plutôt d’un mouvement vertical du manteau sous-jacent provoquant un bombement de toute la région postérieur à l'effondrement.

La preuve ?

Dessin d'interprétaion d'étude de sismique réflexion

fossé rhénan et Moho

Des images en sismique réflexion montre que la plaine est amincie de 10 km par rapport au reste de la croute continentale française.

2e preuve : de beaux volcans : Le Kaysersthul à l’est de Colmar et le Vogelsberg vers Mayence.

Vue aérienne du complexe du Kaisersthul

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(photo Kaisersthul-Breisgau.de)

 

Coupe Est-Ouest du fossé rhénan

schauenberg_coupe_geol_fosse---lithotheque-alsace.jpg

(d'après La lithotèque d'Alsace)

Allez visiter Limburg, au pied du Kaysersthul, vous y trouverez une roche nommée d’après ce village, la limburgite, typique de ce type de volcanisme qui devait ressembler à celui du Stromboli, au large de la Sicile.

Si ce phénomène s’était poursuivi, il aurait conduit à la séparation des Vosges et de la Forêt Noire avec mise en place d’une dorsale océanique comme dans la Mer Rouge et nous aurions eu la mer en Alsace, pour la 4e fois !

Il est à noter que cette remontée du manteau est suspectée d’avoir rajeuni une nouvelle fois les Vosges et la Forêt Noire puisque toute la région se soulève. On comprend mieux comment des granites formés à 50 km de profondeur il y a 300 Ma sont arrivés en surface.

Un mécanisme possible de formation du fossé:

Sous l'effet d'une distension, la croute casse en surface suivant un système de failles normale conjuguées, tandis qu'en profondeur, la croute ductile s'amincie en s'étirant. Les failles normales de surface tendent à se coucher peu à peu en profondeur, devenant des failles listriques (= en cuillères), ceci avant de s'estomper dans la zone de passage croute rigide à la croute ductile.

Grace à cet étirement de la croute ductile, le manteau supérieur s'élève et subit de ce fait une décompression accompagnée peut-être de fusions partielles qui l'allègent et favorisent d'autant son ascension.

Celle-ci s'accompagne d'un flux thermique important qui se dissipe facilement au centre du fossé lui-même, (présence de thermes) certainement grâce aux circulations d'eaux qui existent dans les réseaux faillés limitant le fossé.

Mais, latéralement, il est raisonnable de penser que ce flux de chaleur élevé réchauffe les bordures du fossé; c'est alors que la densité de ces bordures diminue et que leur volume augmente.

Ce mécanisme expliquerait l'élévation des bordures autrement dit pourquoi Vosges et Forêt Noire ont aujourd'hui l'allure de montagnes vieilles.

Pour être clair, le rifting aurait précédé le doming des bordures, et non l'inverse.

         

3.5-Une érosion glaciaire à l’origine du ski alpin et de lacs montagnards :

 Vue aérienne du Massif du Hohneck (Vosges)

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Schémas interprétatifs de l'érosion glaciare

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 Enfin l’érosion récente, liée aux glaciers vosgiens, nous a laissé de beaux lacs et de belles pentes sur lesquelles le ski alpin dans les Vosges est possible tout en ayant conservé de belles bosses pour le ski de fond.

 

            3.6-La formation de la plus grande nappe phréatique d’Europe

Dans la plaine, c’est à ce moment-là que le fossé rhénan se comble de graviers et sables déposés par le Rhin, venu des Alpes, formant la plus grande nappe phréatique d’Europe.

La preuve : une visite d’une gravière finira de vous convaincre !

 

Photo d'une drague dans une gravière

(photo: Michel Patalano)

 

Photo prise à la gravière de Réguisheim

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(Photo: Michel Patalano)

 

 Evolution de la région Alsace et de la Forêt Noire au Tertiaire

L'alsace au Tertiaire

 

Schéma d'une coupe entre Vosges et Forêt Noire à l'heure actuelle

coupe est-ouest fossé couleur

 

 

 En résumé :

Les roches vosgiennes se forment au primaire suite à une collision continentale : c’est l’origine des granites vosgiens formant les ballons des Vosges.

Puis c’est l’érosion à l’origine du fameux grès des Vosges dont sont formées les cathédrales d’Alsace.

Puis, il n’y a plus d’Alsace : elle est sous l’eau ; c’est l’origine de la roche calcaire des vignes.

Puis à la faveur de la collision alpine, le bloc Vosges-Alsace-Forêt Noire refait surface.

Enfin, un effondrement central, une sédimentation marine, une remontée mantellique, une sédimentation fluviatile expliquent la richesse de notre région en roches ayant un intérêt pour les humains : potasse, pétrole, graviers.

 

Bilan:

L’histoire géologique d’Alsace est donc bien l’une des plus riches qui soit en France et qui, malgré la complexité de ses phénomènes et la diversité de ses roches, peut s’inscrire dans un schéma global de mouvement horizontal des plaques lithosphériques qui se rapprochent, s’éloignent ou s’arrêtent de bouger pour des raisons encore mystérieuses ou de mouvement vertical de la lithosphère ou du manteau.

Toujours est-il que cette riche histoire permet aux alsaciens de profiter de milieux d’une très grande diversité : la montagne, son granite et ses beautés, la plaine alluvionnaire, ses milieux humides et son fleuve, le Rhin le plus puissant d’Europe ; les vignes entre les deux, poussant sur des calcaires et sa fameuse route des vins.

 

Mots-clés : Granite, grès, calcaire, potasse, graviers, bassin, chaine de montagne, érosion, sédimentation, fossé, failles.