Visite touristique des chutes et travertins du Hérisson (Jura)

Matthias Schultz

Professeur de SVT, Lycée H. de Chardonnet, Chalon sur Saône

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

07/12/2015

Résumé

Érosion et précipitation en domaine karstique : chutes, gours, travertins (tufs calcaires) en remontant la quasi-reculée des cascades du Hérisson.


Les semaines précédentes, nous avons admiré et disséqué diverses formes d'érosion en pays calcaire ( Un exemple de petit lapiaz : le lapiaz de Loulle (Jura) , Le lapiaz de la Pierre Saint Martin (Pyrénées Atlantiques), l'un des plus grands lapiaz de France ...). L'image de la semaine présente quelques beaux exemples de reculées du Jura, y compris la vallée du Hérisson, de morphologie intermédiaire entre vallée "classique" et reculée ( Les reculées du Jura ). Le phénomène dominant y est la dissolution des carbonates par les eaux de ruissellement chargées de CO2 suivant l'équation :

  • CO2 + H2O + CaCO3 → 2 HCO3 - + Ca2+ .

Le dioxyde de carbone provient de l'atmosphère et surtout de la respiration des êtres vivants dans les sols (bactéries, champignons, racines des végétaux…). Une part d'érosion mécanique peut bien sûr s'y ajouter. Nous allons, dans cet article, présenter plus en détail la "quasi-reculée" du Hérisson avec ses cascades et dépôts de travertins associés, un beau parcours de visite touristique à thématique géologique.

Pour un rappel sur les structures rencontrées dans un karst, consultez, par exemple : Structures rencontrées dans un karst et Karst et érosion karstique .

Le Hérisson recule pour mieux sauter

Dans un secteur tabulaire, comme le Jura des plateaux, l'érosion peut aboutir à la formation de vallées encaissées, bordées par des falaises, et s'achevant par un « bout du monde », c'est-à-dire un cirque entouré de parois verticales impressionnantes. Cette morphologie karstique typique est nommée « reculée ». Le fond de la reculée est occupé par une source (exsurgence ou résurgence karstique), qui sape par en dessous la falaise calcaire, et éventuellement par une cascade, qui l'attaque par le dessus. Le fond recule donc progressivement sous l'effet de l'érosion, et l'entaille dans le plateau s'allonge peu à peu, atteignant dans certains cas plusieurs dizaines de kilomètres, parfois avec des ramifications complexes.

Toutefois, l'origine des reculées jurassiennes est souvent plus complexe qu'un simple creusement par un cours d'eau : l'érosion glaciaire (lors des grandes glaciations quaternaires) a pu amorcer ou surcreuser des vallées, participant à la formation des reculées. En outre, ces reculées empruntent préférentiellement des zones préalablement faillées.

Un subtil mélange d'érosion chimique et mécanique, glaciaire ancienne et karstique récente, avec une influence de la tectonique, produit donc les reculées.

Le Hérisson est un affluent de l'Ain qui prend sa source au niveau du lac de Bonlieu, dans le Jura, à 800 m d'altitude. Cette petite rivière descend rapidement du Jura plissé vers le plateau de Champagnole, y creuse une belle "quasi-reculée", puis rejoint la combe d'Ain. La vallée inférieure du Hérisson, à fond plat, d'altitude 500 m environ, est une ancienne vallée glaciaire occupée par deux lacs (lacs du Val et de Chambly). Elle débouche dans la combe d'Ain, elle-même une ancienne vallée glaciaire, de 25-30 km de long sur 4-6 km de large, parcourue par l'Ain qui lui donne son nom. Le cours d'eau rejoint donc sa vallée inférieure, dans la "quasi-reculée", en sautant près de 300 mètres de dénivelé sur 3 kilomètres, ce qui constitue les « cascades du Hérisson ». Ces cascades recoupent les calcaires du Jurassique supérieur, principalement le Kimméridgien et le Thitonien (anciennement appelé Portlandien).

Comme expliqué dans l'image de la semaine ( Les reculées du Jura ), la différence de la vallée du Hérisson par rapport aux reculées "vraies" de Baume-les-Messieurs et des Planches tient au fait qu'une part du Hérisson garde un parcours de surface, générant les cascades. Il n'en reste pas moins qu'une grande partie des eaux se perd dans la barre kimméridgienne en amont des cascades et ressort par de nombreuses résurgences au fond de la vallée, à la base du Kimméridgien, notamment en aval du Grand Saut. Pendant les périodes d'étiage, la cascade du Grand Saut est d'ailleurs à sec, 100% du débit empruntant un parcours souterrain. Si, dans l'avenir, les pertes du Hérisson n'augmentent pas, le débit à l'air libre du Hérisson sur le calcaire kimméridgien perdurera, la cascade du Grand Saut reculera par érosion, et la vallée du Hérisson deviendra une vallée classique. Si, par contre, les pertes amont sont de plus en plus importantes, le cours aérien du Hérisson sur le Kimméridgien va devenir une vallée sèche, et la vallée du Hérisson deviendra une reculée typique.

Les siècles et millénaires à venir nous diront ce que deviendra cette vallée du Hérisson. Et il est tout à fait possible que les reculées de Baume-les-Messieurs et des Planches aient eu, il y a quelques milliers d'années, une morphologie et un fonctionnement identiques à ceux du Hérisson actuel.

Figure 1. Localisation des cascades du Hérisson dans le Jura

Localisation des cascades du Hérisson dans le Jura

La punaise rouge indique la position des "chutes" du Hérisson.


Figure 2. Localisation plus précise des chutes du Hérisson (Jura)

Localisation plus précise des chutes du Hérisson (Jura)

Le cercle noir indique l'emplacement des chutes du Hérisson, qui sont d'ailleurs signalées sur la carte. Des parkings (payants) sont aménagés en amont et en aval des chutes, ainsi qu'un parcours de découverte (assez sportif si on souhaite le faire en entier) et un petit musée (côté aval). Les chutes démarrent près d'Ilay, à une altitude proche de 800 m, et perdent près de 300 m en 3 km. Ensuite, le cours d'eau emprunte la "quasi-reculée", qui adopte une forme en S inversé, globalement orienté Sud-Est / Nord-Ouest, jusqu'à la combe d'Ain. Le fond de cette ancienne vallée glaciaire est occupé par deux lacs (lacs du Val et de Chambly). Une autre langue glaciaire, plus courte, a creusé la dépression du lac de Chalain juste au Nord. La combe d'Ain, qui apparaît bien en blanc sur la carte, orientée NNE-SSO, est elle-même une vallée glaciaire, de 25-30 km de long sur 4-6 km de large, parcourue par l'Ain qui lui donne son nom, et d'altitude moyenne 500 m.


Figure 3. Carte géologique du secteur des chutes du Hérisson (Jura)

Carte géologique du secteur des chutes du Hérisson (Jura)

Le cercle noir indique l'emplacement des chutes du Hérisson. Le secteur est hélas situé à la jonction de 4 cartes, dont celle de Morez, sur laquelle figurent les chutes. Les différentes vallées glaciaires (reculée du Hérisson, du lac de Chalain, et combe d'Ain) restent cependant aisément identifiables, souvent occupées par des lacs (en blanc) et des sédiments glaciaires (moraines apparaissant en pointillés bleus ou blancs sur fond vert, notés Gm ou G sur les cartes), et bordées par des éboulis (en jaune, notés E). On voit que les chutes entament principalement les couches jurassiques supérieures tabulaires du plateau de Champagnole (en nuances de bleu, notées j8 et j9 (c'est-à-dire Kimméridgien et Thitonien). Le Jura plissé (à l'Est), d'où vient le Hérisson, se distingue bien du Jura des plateaux (à l'Ouest).


Figure 4. La cascade dite de l'Éventail sur le Hérisson (Jura)

La cascade dite de l'Éventail sur le Hérisson (Jura)

Il s'agit de la chute la plus en aval et la plus spectaculaire sur le cours du Hérisson, tout au fond de la reculée. Elle fait 65 m de haut, avec un débit très variable selon la saison (ici le régime est moyen). Quelques blocs éboulés sont visibles dans le lit majeur du Hérisson, au pied du saut.


Figure 5. La cascade dite de l'Éventail sur le Hérisson (Jura), vue de plus près

La cascade dite de l'Éventail sur le Hérisson (Jura), vue de plus près

Les strates horizontales du plateau de Champagnole sont bien visibles : les bancs de calcaires les plus durs apparaissent en avant, tandis que les couches plus tendres, plus marneuses, attaquées par l'érosion chimique et surtout mécanique, sont en retrait. La cascade est colonisée en partie par des mousses.


Figure 6. La cascade de l'Éventail, l'une des cascades du Hérisson (Jura)

La cascade de l'Éventail, l'une des cascades du Hérisson (Jura)

Vue très similaire à la précédente, mais avec un débit plus fort.

Les strates calcaires sont bien visibles.


Figure 7. Au pied de la cascade de l'Éventail, l'une des cascades du Hérisson (Jura)

Au pied de la cascade de l'Éventail, l'une des cascades du Hérisson (Jura)

Les strates calcaires sont bien visibles, ainsi que des gros blocs éboulés dans le lit du Hérisson.


Figure 8. Vue de dessus de la cascade de l'Éventail et de ses "marches", cascades du Hérisson (Jura)

Vue de dessus de la cascade de l'Éventail et de ses "marches", cascades du Hérisson (Jura)

Quelques couches plus dures forment les "marches" sub-horizontales de cette cascade.


Figure 9. Vue sur le Hérisson (Jura), depuis le haut de la cascade dite de l'Éventail

Vue sur le Hérisson (Jura), depuis le haut de la cascade dite de l'Éventail

L'aval de la "quasi-reculée" est visible en fond. À cet endroit, ses flancs ont une pente adoucie par les éboulis (dont certains blocs sont visibles au pied de la chute), largement colonisés par la forêt. Les visiteurs dans le lit majeur du hérisson, au pied de la cascade, donnent l'échelle.


Figure 10. Depuis le haut de la cascade dite de l'Éventail sur le Hérisson (Jura)

Depuis le haut de la cascade dite de l'Éventail sur le Hérisson (Jura)

L'aval de la "quasi-reculée" est visible en fond. À cet endroit, ses flancs ont une pente adoucie par les éboulis (dont certains blocs sont visibles au pied de la chute), largement colonisés par la forêt. Le sentier de découverte est bien équipé (barrières à droite de l'image), mais reste assez sportif, et glissant par temps humide.


Figure 11. Petit saut sur le Hérisson en amont de la cascade de l'Éventail

Petit saut sur le Hérisson en amont de la cascade de l'Éventail

Chaque couche dure dans les calcaires jurassiques donne lieu à un nouveau ressaut de la rivière.


Figure 12. Petit saut sur le Hérisson en amont de la cascade de l'Éventail

Petit saut sur le Hérisson en amont de la cascade de l'Éventail

Chaque couche dure dans les calcaires jurassiques donne lieu à un nouveau ressaut de la rivière.


Figure 13. Le Grand Saut (ou Queue de Cheval) un peu plus en amont sur le Hérisson (Jura)

Le Grand Saut (ou Queue de Cheval) un peu plus en amont sur le Hérisson (Jura)

Les calcaires kimméridgiens très durs et homogènes constituent un cirque fermant la "quasi-reculée" du Hérisson. Au-dessus et au-dessous, des couches plus marneuses et des éboulis permettent l'établissement d'une pente plus douce sur quelques dizaines de mètres. La forêt s'y installe. Le Hérisson franchit la falaise en un saut unique de près de 60 m de haut, au débit très variable selon la saison. En ce mois de juin 2015, le régime est faible, réduit à un filet d'eau. La majorité du débit du Hérisson est souterrain et ressort par des résurgences en aval de la cascade.

On voit l'une de ces résurgences, à gauche de l'image, apparemment à sec en juin 2015. Elle est située au sommet des couches marneuses, imperméables, et à la base des calcaires durs, perméables en grand. La majorité du débit s'écoule de façon invisible au sein des blocs du lit de cette résurgence ou dans d'autres résurgences situées plus en aval.


Figure 14. Le Grand Saut (ou Queue de Cheval) un peu plus en amont sur le Hérisson (Jura)

Le Grand Saut (ou Queue de Cheval) un peu plus en amont sur le Hérisson (Jura)

Les calcaires kimméridgiens très durs et homogènes constituent un cirque fermant la "quasi-reculée" du Hérisson. Au-dessus et au-dessous, des couches plus marneuses et des éboulis permettent l'établissement d'une pente plus douce sur quelques dizaines de mètres. La forêt s'y installe. Le Hérisson franchit la falaise en un saut unique de près de 60 m de haut, au débit très variable selon la saison. En ce mois de juin 2015, le régime est faible, réduit à un filet d'eau. La majorité du débit du Hérisson est souterrain et ressort par des résurgences en aval de la cascade.


Figure 15. Le Grand Saut (ou Queue de Cheval) un peu plus en amont sur le Hérisson (Jura)

Le Grand Saut (ou Queue de Cheval) un peu plus en amont sur le Hérisson (Jura)

Le parcours est bien aménagé pour la visite (barrières, passerelles d'observation…).


Figure 16. Vue depuis le Grand Saut (ou Queue de Cheval), sur le Hérisson (Jura)

Vue depuis le Grand Saut (ou Queue de Cheval), sur le Hérisson (Jura)

Les calcaires kimméridgiens très durs et homogènes constituent un cirque fermant la "quasi-reculée" du Hérisson. Au-dessus et au-dessous, des couches plus marneuses et des éboulis permettent l'établissement d'une pente plus douce sur quelques dizaines de mètres. La forêt s'y installe. Le Hérisson franchit la falaise en un saut unique de près de 60 m de haut, au débit très variable selon la saison. En ce mois de juin 2015, le régime est faible, réduit à un filet d'eau. La majorité du débit du Hérisson est souterrain et ressort par des résurgences en aval de la cascade.


Figure 17. Vue de la "quasi-reculée" du Hérisson (Jura) depuis le cirque du Grand Saut (ou Queue de Cheval)

Vue de la "quasi-reculée" du Hérisson (Jura) depuis le cirque du Grand Saut (ou Queue de Cheval)

Les falaises caractéristiques bordent la reculée. Au pied, les éboulis et les couches plus marneuses forment une pente plus douce.


Figure 18. Le Gour Bleu, encore plus en amont du Hérisson

Le Gour Bleu, encore plus en amont du Hérisson

La couleur bleue du gour (peu visible à cette saison) peut être due à la présence de micro-particules de calcaire en suspension dans l'eau (cf. Eaux bleues d'origine karstique ).


Figure 19. Le Gour Bleu, encore plus en amont du Hérisson

Le Gour Bleu, encore plus en amont du Hérisson

Une couche plus tendre a été fortement érodée, laissant en surplomb la couche de calcaire dur supérieure.


Figure 20. Le Gour Bleu, encore plus en amont du Hérisson

Le Gour Bleu, encore plus en amont du Hérisson

Le parcours est bien aménagé (passerelles, escaliers…).


Figure 21. Le Saut Girard, très en amont du Hérisson, en 2006

Le Saut Girard, très en amont du Hérisson, en 2006

Ici aussi, des résurgences bien visibles à gauche, à mi-hauteur de la falaise sapent la base de la falaise tandis que la cascade l'attaque par le haut.

La cascade présente un assez fort débit en ce mois de mars 2006. Une vasque a été aménagée au pied de la cascade.


Figure 22. Le Saut Girard, très en amont du Hérisson, en 2015

Le Saut Girard, très en amont du Hérisson, en 2015

Les résurgences que l'on voit couler sur l'image précédente sont bien visibles entre les strates calcaires et dans les éboulis à la base de la falaise ; elles se matérialisent par l'abondant "tapis" de mousses et autres organismes chlorophylliens. La cascade est réduite, en octobre 2015, à un mince filet d'eau.


Les dépôts carbonatés du Hérisson

En pays calcaire, l'équilibre des carbonates peut aussi jouer dans le sens de la précipitation, déposant en un lieu ce qui a été dissous ailleurs :

  • 2 HCO3 - + Ca2+ → CO2 + H2O + CaCO3 .

Les eaux sont chargées en ions HCO3 - et Ca2+ par leur circulation dans les calcaires. Elles déposent ensuite d'autant mieux un précipité de CaCO3 qu'elles relâchent simultanément vers l'atmosphère du CO2.

Cette perte de CO2 peut être favorisée par l'agitation du cours d'eau. Les lieux de dégazage préférentiel (cascades, petits obstacles le long du lit…) deviennent ainsi des lieux de dépôts qui amplifient les obstacles et s'auto-entretiennent donc. Les irrégularités initiales du cours d'eau deviennent ainsi une série de gours et de murets naturels.

La baisse de la concentration en CO2 peut aussi être favorisée par la photosynthèse de mousses, d'algues, de bactéries…

On trouve ainsi fréquemment dans les pays calcaires des dépôts carbonatés encroûtants, plus ou moins poreux et friables (selon leur degré de compaction et de cimentation ultérieure), associés à des débris ou des empreintes de végétaux (bryophytes, algues) ou des biofilms (algues microscopiques, bactéries…). On parle alors de « travertins », ou encore « tufs » (terme qu'il vaut mieux éviter pour ne pas introduire de confusion avec certains dépôts volcaniques autrefois aussi appelés "tufs ").

Le paysage karstique est donc le résultat d'un équilibre subtil entre érosion (chimique et mécanique) et dépôt de calcaire.

Le Hérisson illustre bien cette notion. On peut y voir, en une seule visite, la "compétition" entre l'érosion "de surface" et l'érosion "souterraine". On peut y voir aussi la "compétition" entre l'érosion "qui enlève" et la précipitation "qui construit". On peut aussi y voir l'influence de la résistance des roches sur la morphologie (bancs résistants à l'érosion et cascades ; bancs moins résistant et cours réguliers). Les "images de la semaine" des trois semaines à venir seront consacrées à des exemples encore plus spectaculaires de ces dépôts karstiques, exemples tous pris dans le Jura.

Figure 23. Un petit saut juste en amont du Gour Bleu, sur le cours du Hérisson (Jura)

Un petit saut juste en amont du Gour Bleu, sur le cours du Hérisson (Jura)

On distingue plusieurs encroûtements calcaires. Le barrage naturel s'auto-entretient par précipitation de carbonates à la faveur du dégazage du CO2 dans les remous.


Figure 24. Une cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson

Une cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson

Cet affluent, qui dépose des travertins, est situé une centaine de mètres en aval de la cascade de l'Éventail.


Figure 25. Une cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson

Une cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson

La cascade descend dans la "quasi-reculée" depuis son bord gauche. Si l'érosion dominait, on obtiendrait au bout de quelques temps une reculée (ou une vallée classique) ramifiée ; ici le dépôt de travertin est majoritaire, et vient au contraire empiéter sur la reculée du Hérisson.


Figure 26. Vue plus rapprochée de la base de la cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson (Jura)

Vue plus rapprochée de la base de la cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson (Jura)

Le surplomb constitué par l'accumulation des voiles de tufs est bien visible, ainsi que les dépôts de carbonates dans le lit du ruisseau au pied de la cascade.


Figure 27. Vue plus rapprochée de la cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson

Vue plus rapprochée de la cascade de travertin (ou tufière) en rive gauche du Hérisson

Le surplomb constitué par l'accumulation des voiles de tufs est bien visible. Les mousses dominent la végétation au niveau de ces travertins ; leur photosynthèse contribue à la précipitation des carbonates. Les strates calcaires se retrouvent sous la cascade : l'accumulation de travertin reste, ici, modeste.


Figure 28. Dépôts de carbonates dans le lit de l'affluent en rive gauche du Hérisson

Dépôts de carbonates dans le lit de l'affluent en rive gauche du Hérisson

La photosynthèse des mousses et l'agitation de l'eau contribuent à la précipitation des carbonates. On distingue des encroûtements calcaires à la surface des éboulis et végétaux tombés dans le lit du ruisseau.


Figure 29. Détail d'un bloc de travertin (ou tuf calcaire) dans le lit du Hérisson

Détail d'un bloc de travertin (ou tuf calcaire) dans le lit du Hérisson

Les empreintes de débris végétaux (encroûtés mais aujourd'hui décomposés) sont bien visibles.