La carrière du Strangenberg, tectonique et sédimentation en bordure du fossé rhénan

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Caroline Escuyer

Lycée Jean Rostand, Strasbourg

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

26/05/2015

Résumé

Visite d'une carrière des collines sous-vosgiennes (Westhalten, Alsace). Étude du milieu de dépôt des conglomérats côtiers, observation de figures sédimentaires et petite étude tectonique.


Localisation, contexte, accès à la carrière du Strangenberg

Accès interdit sauf dérogation

L'accès à la carrière du Strangenberg est interdit. Le site est clos mais les travaux de recherche et les visites d'étudiants sont possibles sur dérogation à demander au Conseil général du Haut-Rhin (Colmar), auprès du Service Environnement et Agriculture de la Direction de l’environnement et du cadre de vie (). Cette dérogation est nécessaire aussi bien pour une visite avec des élèves / étudiants que pour le nécessaire repérage préparatoire. Une autre possibilité est de passer par le biais de guides accompagnateurs tels que ceux proposée par la Maison de la géologie de Sentheim, par exemple.

Du fait de la chute régulière de blocs, il est préférable de ne pas s'approcher des falaises, ou alors seulement muni obligatoirement d'un casque de sécurité et pour une durée limitée au strict nécessaire.

Figure 1. Accès à la carrière du Strangenberg depuis Westhalten sur fond d'image aérienne

Accès à la carrière du Strangenberg depuis Westhalten sur fond d'image aérienne

Depuis l'église de Westhalten (à l'Ouest de Rouffach), il est possible de continuer en voiture ou en bus sur une route goudronnée (tracé bleu foncé) jusqu'à un parking avant de continuer à pied sur un chemin (tracé bleu clair) passant dans les vignes et au pied d'un pylône de télécommunications.

Depuis le parking, il est aussi possible de prendre le premier chemin à droite pour une étude botanique de la pelouse calcaire du Strangenberg avant de rejoindre la carrière.


Figure 2. Accès à la carrière du Strangenberg depuis Westhalten sur fond cartographique IGN

Accès à la carrière du Strangenberg depuis Westhalten sur fond cartographique IGN

Depuis l'église de Westhalten (à l'Ouest de Rouffach), il est possible de continuer en voiture ou en bus sur une route goudronnée (tracé bleu foncé) jusqu'à un parking avant de continuer à pied sur un chemin (tracé bleu clair) passant dans les vignes et au pied d'un pylône de télécommunications.

Depuis le parking, il est aussi possible de prendre le premier chemin à droite pour une étude botanique de la pelouse calcaire du Strangenberg avant de rejoindre la carrière.


Figure 3. Extrait de la carte géologique de Neuf-Brisach Obersaasheim au 1/50 000

Extrait de la carte géologique de Neuf-Brisach Obersaasheim au 1/50 000

La carrière (étoile bleue) est située en bordure orientale des collines sous-vosgiennes marquées de nombreuses failles. Les terrains ne sont pas du "socle vosgien" mais des dépôts sédimentaires de l'Oligocène relié à l'histoire du fossé rhénan (ou graben du Rhin).

Même cadre que les deux figures précédentes d'accès au site du Strangenberg.


Figure 4. Extrait de la carte géologique de la France au millionième

Extrait de la carte géologique de la France au millionième

La carrière (étoile bleue) est située en bordure orientale des collines sous-vosgiennes. Les dépôts oligocènes affleurent ici ainsi que plus au Sud (vers Mulhouse) et plus au Nord-Est vers le Kaiserstuhl. La Forêt Noire, de l'autre côté du graben du Rhin, montre des terrains semblables à ceux des Vosges.

Au Sud-Ouest de cet extrait de carte, dans le Carbonifère magmatique de la région de Thann, il est possible d'étudier le paléovolcan du Rossberg pour aborder le volcanisme viséen des Vosges méridionales et plus généralement la formation de la chaîne varisque (cf. Excursion sur le paléovolcan du Rossberg (Alsace), coulée prismée et porphyre vert antique ).


Figure 5. Vue sur les sommets des Vosges depuis l'entrée de la carrière du Strangenberg (Westhalten)

Vue sur les sommets des Vosges depuis l'entrée de la carrière du Strangenberg (Westhalten)

Les sommets enneigés sont, à gauche, le Grand Ballon et, à droite, le Petit Ballon. Entre les vignes et les sommets, on voit une ligne de collines sous-vosgiennes d'altitude intermédiaire.


Figure 6. Vue sur le fossé rhénan et la ligne de crête de la Forêt Noire depuis la carrière du Strangenberg

Vue sur le fossé rhénan et la ligne de crête de la Forêt Noire depuis la carrière du Strangenberg

Depuis le bord oriental de la carrière, on aperçoit au loin la Forêt Noire ( Schwarzwald ). La planitude du graben du Rhin est bien visible.


Plusieurs carrières locales ont permis l'exploitation des grès calcaires à grain fins, dits « grès lattorfiens » utilisés pour la construction de maisons de Rouffach, de monuments à Colmar et de la cathédrale de Thann. Le site étudié a été ré-exploité en 1954 pour la restauration de l'église Saint Martin de Colmar. Laissée à l'abandon, elle fut pillée (fossiles, pierres), commença à poser aussi des problèmes de sécurité, ce qui amena à sa clôture et son interdiction d'accès. Le site est aujourd'hui régulièrement entretenu et maintenu dans un état propice à son étude géologique, sur dérogation.

Milieux de dépôt et sédimentation

Alternance marno-calcaire, conglomérats, calcarénites et figures de dépôt

Globalement, le front de taille montre une alternance de bancs indurés de grès à ciment calcaires jaunes (calcarénites) et de bancs marneux jaunes, roses ou rouges. On peut par endroit voir une évolution verticale avec passage de bancs indurés de moins en moins épais alors que les passées marneuses semblent s'épaissir, ce qui fait penser à une cyclicité climatique : alternance de périodes marquées par l'érosion de massifs amont (grès) et de périodes sans érosion importante pendant lesquelles une altération de développe avec formation d'argiles dans les sols. Une légère érosion peut emporter ces argiles d'altération qui sédimentent alors en mélange avec une boue calcaire biogénique (marnes). La diminution progressive de l'épaisseur des bancs gréseux indiquerait alors la diminution progressive de la force et/ou de la durée des périodes érosives et l'augmentation de l'intensité et/ou de la durée des périodes d'altération.

La présence de galets de taille pluri-centimétrique à décimétrique plaide en faveur d'un dépôt en bordure de bassin (ce qui correspond bien à la position actuelle en limite collines sous-vosgiennes / fossé rhénan).

Figure 7. Alternances marno-calcaires avec bancs gréseux d'épaisseur variable, carrière du Strangenberg

Alternances marno-calcaires avec bancs gréseux d'épaisseur variable, carrière du Strangenberg

Le banc basal est le plus épais de ce front de taille.


Figure 8. Alternances marno-calcaires avec bancs gréseux d'épaisseur variable, carrière du Strangenberg

Alternances marno-calcaires avec bancs gréseux d'épaisseur variable, carrière du Strangenberg

Le banc basal est le plus épais de ce front de taille.


Figure 9. Zoom sur les passées marneuses séparant les bancs gréseux

Zoom sur les passées marneuses séparant les bancs gréseux

Les argiles, plus érodables, apparaissent en creux en les bancs indurés. On observe des couleurs allant du jaune, au rode, au rouge.


Figure 10. Bancs conglomératiques à "gros" galets

Bancs conglomératiques à "gros" galets

Outre des bancs généralement à grains assez fins à ciment calcaire (calcarénites), on trouve quelques bancs à galets plus gros et nombreux (conglomérats, toujours à ciment calcaire).

L'étude des galets dans la pile sédimentaire du Strangenberg (et du voisinage) montre une origine vosgiennes avec un phénomène de "sédimentation inverse" puisque les galets vosgiens les plus jeunes (les premiers à être érodés par la suite) se retrouvent à la base de la formation (dépôts les plus anciens). Quelques rares galets du socle granitiques sont parfois trouvés dans les strates les plus sommitales de cette formation.


Figure 11. Banc marneux jaune et rose relativement épais

Banc marneux jaune et rose relativement épais

L'échelle est donnée par le manche du marteau de géologue, sur la droite de l'image.


Figure 12. Lentilles gréseuses dans un banc marneux

Lentilles gréseuses dans un banc marneux

On observe plusieurs lentilles gréseuses d'épaisseur et d'étendue variables au sein des marnes. Même lors des périodes d'altération, de petits épisodes érosifs ont déposé des lentilles gréseuses.

Ce mode de dépôt de lentilles gréseuses à base érosive se retrouve aussi au sein des bancs gréseux eux-mêmes, formant des stratifications entrecroisées (cf. figure suivante) typiques de dépôts par des cours d'eau ou courants divaguant sur un cône deltaïque ou en bordure de bassin.


Figure 13. Banc de calcarénite à taille de grains variable et stratification entrecroisée

Banc de calcarénite à taille de grains variable et stratification entrecroisée

La granulométrie variable d'arrivées gréseuses successives permet de déceler des figures de stratifications entrecroisées. Même si cela ne saute pas aux yeux (en fonction de l'éclairage), une première observation minutieuse permet de repérer ensuite les stratifications entrecroisées dans de nombreux bancs. À vos dessins (ou photos) et interprétations !*

Remarquons que la base de la passée marneuse est une surface d'érosion. Le sommet des calcarénites a donc subi un épisode érosif sans dépôt (dépôt plus distal ?) avant le passage à des conditions de sédimentation argilo-calcaire (marnes).


Figure 14. Granoclassement dans des banc de calcarénite

Granoclassement dans des banc de calcarénite

Les bancs massifs de calcarénite encadrant la passée marneuse montrent tous deux la présence de galets plus grossiers à la base puis un passage à une granulométrie de plus en plus fine. L'absence de nette stratification, au moins dans le banc supérieur, fait penser à un granoclassement, c'est-à-dire au dépôt en une seule fois d'une forte charge à grains de tailles variables.

La présence d'un banc "fin" sur un banc "grossier" peut, elle, correspondre à une variation temporelle de la force d'érosion (une érosion plus forte entraîne des "morceaux" plus gros") et/ou à un dépôt plus u moins proximal (les dépôts plus fins indiquant que les plus grossiers se sont déposés plus en amont).

On retrouve des lentilles gréseuses dans le banc marneux, comme sur la figure ci-dessus.


Stromatolithes

Figure 15. Dalle calcaire à encroûtement stromatolithiques

Dalle calcaire à encroûtement stromatolithiques

Les encroûtements ne sont visibles qu'en coupe, comme sur la photo suivante.


Figure 16. Encroûtement du substrat par des lamines stromatolithiques

Encroûtement du substrat par des lamines stromatolithiques

Quelques lamines carbonatées recouvrent un substrat gréseux (calcarénite).

Le dépôt en encroûtements plutôt qu'en formes plus massives plaide en faveur d'un dépôt en milieu peu profond non soumis aux marées (cf. Les stromatolithes ).


Figure 17. Lamines stromatolithiques dans des dépôts gréseux

Lamines stromatolithiques dans des dépôts gréseux

L'érosion des couches existantes lors d'une arrivée gréseuse peut arracher les encroûtements stromatolithiques que l'on retrouve alors sous forme de morceaux ces lamines comme éléments du grès calcaire.


Figure 18. Lamines stromatolithiques dans des dépôts gréseux

Lamines stromatolithiques dans des dépôts gréseux

L'érosion des couches existantes lors d'une arrivée gréseuse peut arracher les encroûtements stromatolithiques que l'on retrouve alors sous forme de morceaux ces lamines comme éléments du grès calcaire.


Les stromatolithes indiqueraient plutôt un milieu de dépôt peu profond et non tidal (cf. Les stromatolithes ).

Rides de houle

Certains bancs montre une surface ondulée dont l'étude renseigne sur le milieu de dépôt. Ces ondulations sont des rides de houle semblables à celles que l'on peut observer en bord de plage (lac ou Méditerranée) et résultant de vaguelettes ou clapotis sans courant et sous faible tranche d'eau.

Figure 19. Banc gréseux à surface ondulée avec rides de longueur d'onde décimétrique

Banc gréseux à surface ondulée avec rides de longueur d'onde décimétrique

Rides de courant ou rides de houle ? Il faut voir en coupe.

Le manche du couteau mesure 10 cm de long.


Figure 20. Banc gréseux à surface ondulée avec rides de longueur d'onde décimétrique

Banc gréseux à surface ondulée avec rides de longueur d'onde décimétrique

Rides de courant ou rides de houle ? Il faut voir en coupe.

Le manche du couteau mesure 10 cm de long.


Figure 21. Vue en coupe d'un banc à surface ondulée

Vue en coupe d'un banc à surface ondulée

Les rides de courants sont asymétriques et indiquent le sens du courant (du flanc long vers le flanc court). Ici, les rides sont symétriques et indiquent une formation liée aux vagues ou clapotis. La longueur d'onde des rides étant de l'ordre de grandeur de la hauteur d'eau, ces rides indiquent donc que ces bancs se sont déposés sous une faible tranche d'eau (de l'ordre de la dizaine de centimètres)


Figure 22. Dalle gréseuse à rides de houle

Dalle gréseuse à rides de houle

La symétrie des rides se voit sur la tranche de la dalle, ici posée pour proposer une table de pique-nique (ou pour exposer de grandes cartes géologiques) à côté du parking mentionné pour l'accès à la carrière.


Figure 23. Vue par la tranche d'une dalle ridée servant de table

Vue par la tranche d'une dalle ridée servant de table

On peut observer une dalle gréseuse cohérente dans toute son épaisseur.

En bas, on a le moulage d'une surface ondulée correspondant certainement à une surface d'érosion. La dalle montre ensuite deux niveau distincts séparés par une ligne quasi-plane avec un grès plus grossier à la base et un grès plus fin au sommet. La surface supérieure montre des rides de houle de longueur d'onde décimétrique.

Sous le couteau, on pourrait penser observer des stratifications entrecroisées. Mais ces lignes ont un rayon de courbure bien régulier et semblable. De plus, ces lignes forment un léger relief en profondeur. Circularité rigoureuse et entame dans la profondeur nous indique qu'il s'agit en fait de trats de scie circulaire ayant servi à débiter la dalle gréseuse.


Fossiles et milieu d'eau douce

Il n'est pas aisé de voir, trouver des fossiles identifiables par le commun des mortels dans cette carrière, c'est même dangereux et interdit (toute dégradation et tout prélèvement sont interdits sur le site). Pour en observer plus facilement, il est possible de se rendre au Musée d'histoire naturelle et d'ethnographie de Colmar dont les collections contiennent des fossiles du Strangenberg dont certains sont exposés dans la salle consacrée à la géologie des Vosges et de l'Alsace.

Dans cette carrière, les fossiles retrouvés cités par la littérature sont des espèces dont les noms ont varié et/ou dont l'interprétation a varié au fil du temps. Sur la notice de la carte géologique sont citées les espèces Mytilus socialis (moule) et Paralates bleicheri (poisson). L'identification précise d'espèces fossiles et surtout la reconstitution de leur milieu de vie n'est pas toujours aisée. Ici, les moules, en général, sont potentiellement aussi bien d'eau douce que marines. De même Paralates est de la famille des Percidae (perches), poissons d'eau douce dont certaines peuvent se trouver dans les estuaires marins. Le caractère côtier est donc bien acquis, mais bordure de mer ou de lac ? Les études plus récentes, reprenant, comparant, compilant les données paléontologiques mais aussi les données sédimentologiques des terrains synchrones du fossé rhénan amènent les sédimentologues actuels à pencher pour un caractère dulçaquicole des dépôts, et donc des fossiles. C'est, par exemple, la présence d'espèces d'eau douce non contestées dans d'autres localités présentant ce même type de conglomérats côtiers, qui a permis de lever l'ambiguïté. Une meilleure compréhension des conditions de dépôts des sédiments et sels du fossé rhénan à aussi conduit à prendre le caractère essentiellement lacustre de nombreux épisodes de sédimentation (qui dit sel ne dit pas nécessairement mer).

Ces dépôts "lattorfien" ou du "Latdorfien" datent, selon le sens donné au terme (formation ou étage) de l'Éocène terminal au début de l'Oligocène, nous sommes en tout cas à la période charnière entre un fossé rhénan lacustre et une incursion marine. À cette époque, de forts mouvements verticaux différentiels (subsidence et/ou surrection des massifs bordiers) accentuent le dénivelé entre bordures et bassin de dépôt, d'où une forte érosion des massifs et la formation des dépôts conglomératiques associés.

Un peu de tectonique

On retrouve dans cette carrière de quoi faire un peu de tectonique en observant une faille normale.

Figure 24. Vue générale sur la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Vue générale sur la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

En bas à gauche, le morceau de dalle sur lequel ont été vu les encroûtements stromatolithiques.

La faille décale vers le bas le compartiment de gauche, à l'ombre, derrière la dalle à stromatolithes, par rapport au compartiment de droite selon un plan de faille (à l'ombre derrière le petit arbre dans sa artie inférieure) assez pentu.


Figure 25. Vue générale sur la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Vue générale sur la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

L'existence d'un décalage entre les bancs ne saute pas tout de suite aux yeux du fait de la faible variabilité de l'épaisseur des bancs indurés et de la relative continuité des passées marneuses de part et d'autre du plan de faille.


Figure 26. Faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Zoom de l'image précédente.

Si l'épaisseur des bancs est peu variable, on remarque tout de même des différentes d'aspects.

Le troisième banc, en partant de la base du compartiment gauche montre un certain litage fin interne que l'on ne retrouve pas dans d'autres bancs plus massifs. Par contre, on retrouve ce banc, avec son aspect particulier, dans le compartiment, un peu plus haut. Une fois ce décalage repéré, on reconnaît plus aisément le décalage général dans la série et on peut alors suivre les bancs un par un.

La couleur peut être un repère, mais attention alors à la patine et à l'exposition qui sont parfois être trompeurs.


 

Figure 27. Zoom sur une partie de la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Zoom sur une partie de la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Quand on repère, sur la gauche, le banc de calcarénite à litage interne, on se rend compte que l'on passe vers la droite à un banc massif lorsqu'on arrive à l'entaille qui pourrait n'être qu'un découpage du front de carrière. Cette variation latérale et le fait de retrouver ce banc lité juste au-dessus de du banc massif de droite permet d'attester que l'on a bien un plan de faille.


Figure 28. Zoom sur une partie de la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Zoom sur une partie de la faille normale affectant les dépôts de la carrière du Strangenberg

Sur cette vue, le banc lité de droite est mieux visible dans son ensemble.

Les bancs inférieurs massifs sont moins facile à distinguer de prime abord sur cette vue. C'est le repérage de bancs particuliers et/ou de successions lithologique qui permet de "voir" le décalage tectonique dans cette partie à lithologie peu variée.

Un œil exercé décèlera même des crochons de faille indiquant bien une faille normale.


Cette faille normale s'interprète comme une faille syntectonique liée à la subsidence du fossé rhénan lors du dépôt des conglomérats côtiers. Ce n'est pas l'observation de cette seule faille qui permet de l'affirmer, mais, comme pour les fossiles, la comparaison avec d'autres sites et la compréhension du contexte local. Le caractère syntectonique, par exemple, n'est pas facile à démontrer ici. Dans l'absolu, il faudrait, par exemple, trouver un niveau postérieur qui scelle la faille (marquant l'absence de jeu de cette faille après les dépôts observés) et/ou observer un décalage différentiel entre les niveaux inférieurs, plus anciens, et les niveaux supérieurs, plus récents (les plus anciens étant au final plus décalés puisque "soumis" plus longtemps à l'activité de la faille).

Résumé

Cette carrière permet d'observer, de comprendre, d'illustrer plusieurs concepts de sédimentologie et de tectonique. Elle se prête à la proposition d'exercice d'observation et d'interprétation abordables à différents niveaux de difficulté.

Sa visite peut aussi se placer dans le cadre d'une excursion thématique autour des Vosges (dont on aura par exemple étudié la série sédimentaire et le socle ou les vallées glaciaires), des collines sous-vosgiennes (champ de fracture entre faille vosgienne et faille rhénane) et/ou du fossé rhénan (rifting passif, mines de potasses). Les idées de visite alentour ne manquent pas.

Une autre proposition d'excursion dans les environs, à thématique "volcanisme", est proposée dans Excursion sur le paléovolcan du Rossberg (Alsace), coulée prismée et porphyre vert antique .

Quelques références

Académie de Strasbourg, SCÉRÉN, CRDP Alsace. Près de chez vous / Sud Alsace / Strangenberg , Lithothèque Alsace , consulté le 18 mai 2015

N. Théobald, avec la collaboration de F. Ménillet, P. Fluck, J. Lougnon, Ch. Bonnet, 1978. Notice explicative de la carte géologique de la France à 1/50 000 - 378-379, Neuf-Brisach Obersaasheim , 43p, disponible via InfoTerre - [pdf]

J.-P. von Eller, 1984. Guides géologiques régionaux - Vosges-Alsace , Masson, 2ème éd. révisée, 182p