La carrière de Cerin (commune de Marchamp, Ain) et ses faciès sédimentaires

Pierre Thomas

Laboratoire de Sciences de la Terre / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

14/09/2009

Résumé

Une carrière de calcaire (sub)lithographique : faciès et contexte.


Figure 1. Dalle de calcaire lithographique présentant des « mini cratères », probables traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Dalle de calcaire lithographique présentant des « mini cratères », probables traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Les traces sont interprétées comme de probables impacts de grosses gouttes de pluie d'un début d'orage s'étant immédiatement arrêté. Il serait également possible d'interpréter ces « cratères » comme des traces d'activités biologiques, du genre entrées de tubes d'arénicoles. Mais ces structures sont d'un seul type alors que les terriers d'arénicoles présentent une « entrée » et une « sortie » d'aspects différents ; De plus ces cratères ne se prolongent pas dans la masse du calcaire par un tube fossile. Cela ne plaide pas pour des traces d'activités biologiques, dont l'origine serait alors bien énigmatique. Le couteau suisse donne l'échelle.

Échantillon : Jacques Gastineau ; origine : carrière de Cerin (Ain) ; dépôt : Musée de la Mine de Saint Pierre La Palud (Rhône)


Figure 2. Gros plan sur les « mini cratères », probables traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Gros plan sur les « mini cratères », probables traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Gros plan de la figure 1.

Échantillon : Jacques Gastineau ; origine : carrière de Cerin (Ain) ; dépôt : Musée de la Mine de Saint Pierre La Palud (Rhône)


 

Figure 3. Autre dalle de calcaire lithographique présentant des traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Autre dalle de calcaire lithographique présentant des traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Les traces de gouttes de pluie (ou éventuellement traces énigmatiques d'activité biologique) sont moins resserrées que sur la dalle de la figure 1.


Figure 4. Gros plan sur les traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Gros plan sur les traces de gouttes de pluie, Cerin (Ain)

Traces de gouttes de pluie ou éventuellement traces énigmatiques d'activité biologique. Gros plan de la figure 3.


Figure 5. Traces actuelles de gouttes de pluie sur un fond d'argile

Traces actuelles de gouttes de pluie sur un fond d'argile

Modèle actuel des empreintes des figures 1 à 4 (dans la mesure où ces empreintes jurassiques sont bien celles de gouttes de pluie).

Ces photos ont été prises en septembre 2009 à l'emplacement d'une flaque d'eau en voie d'assèchement au fond d'une carrière en activité. On voit très nettement des empreintes de gouttes de pluies « actuelles » que l'on peut comparer avec les empreintes jurassiques. Une belle application du principe de l'actualisme. On peut noter que l'argile est affectée par des fentes de dessiccation, fentes qui souvent recoupent des traces de gouttes. L'assèchement a eu lieu après la pluie, ce qui semble logique. Une réflexion plus poussée permet de préciser le déroulement chronologique. En effet, les gouttes dont on voit les empreintes sont (relativement) peu nombreuses et n'ont pas mouillé l'intégralité de la surface. D'autre part, pour qu'une goutte laisse une trace, il faut que le substrat soit relativement mou, mais à l'air libre. Une goutte tombant sur une argile bien sèche et bien dure ne laisse pas d'empreinte ; une goutte tombant dans une flaque d'eau non plus. Il faut que la flaque soit asséchée, mais que l'argile du fond soit encore humide et malléable.


Figure 6. Traces actuelles de gouttes de pluie sur un fond d'argile

Traces actuelles de gouttes de pluie sur un fond d'argile

Modèle actuel des empreintes des figures 1 à 4 (dans la mesure où ces empreintes jurassiques sont bien celles de gouttes de pluie).

...

On peut alors reconstituer la suite des événements : (1) une bonne pluie remplit la flaque d'eau, et l'argile du fond devient de la boue meuble, sans aucune empreinte de gouttes, comme c'est le cas « normal » au fond des flaques d'eau ; (2) la flaque se vide (par écoulement ou évaporation modérée) et l'argile du fond commence à sécher. ; (3) alors que l'argile est encore malléable et avant qu'elle ne soit complètement sèche, quelques gouttes isolées, trop peu nombreuses pour mouiller toute la surface, tombent et laissent des empreintes sur l'argile encore meuble ; (4) l'assèchement à peine interrompu par ces quelques gouttes reprend, l'argile se rétracte, ce qui donne de magnifiques fentes de dessiccation qui recoupent des empreintes de gouttes.


Figure 7. Carrière de Montclaret, St Georges Haute-Ville (Loire)

Carrière de Montclaret, St Georges Haute-Ville (Loire)

Localisation de la flaque d'eau (flèche) où ont été prises les photos de traces de gouttes de pluie actuelles.


 

Les deux dalles présentées ci-dessus proviennent de la carrière de Cerin (Ain), qui exploitait de 1850 à 1910 des calcaires du Kimméridgien terminal (Jurassique supérieur, - 151 Ma). L'étude des faciès sédimentaires (cette semaine) et des fossiles (semaines suivantes) que l'on y trouve permet de reconstituer le milieu de sédimentation local. Un très bel exemple de reconstitution paléogéographique et paléobiologique.

Figure 8. Vue générale du site des anciennes carrières de Cerin (Ain)

Vue générale du site des anciennes carrières de Cerin (Ain)

Ces carrières ont été exploitées pour le calcaire lithographique de 1850 à 1910.

Des recherches paléontologiques et sédimentologiques y ont été menées entre 1975 et 1995. Ces zones de fouilles récentes (au fond) sont maintenant clôturées et interdites au public. Le reste des carrières est librement accessible, mais la municipalité y interdit le prélèvement de dalles calcaires.


Figure 9. Détail de la stratification des calcaires sub-lithographiques de Cerin (Ain)

Détail de la stratification des calcaires sub-lithographiques de Cerin (Ain)

Les strates sont bien parallèles, et chacune d'entre elles a une épaisseur constante. Le grain de la roche est extrêmement fin (d'où son utilisation possible pour la lithographie). Tout cela traduit un milieu de sédimentation de très faible énergie, extrêmement calme.


Figure 10. Détail de la stratification des calcaires sub-lithographiques de Cerin (Ain)

Détail de la stratification des calcaires sub-lithographiques de Cerin (Ain)

Les strates sont bien parallèles, et chacune d'entre elles a une épaisseur constante. Le grain de la roche est extrêmement fin (d'où son utilisation possible pour la lithographie). Tout cela traduit un milieu de sédimentation de très faible énergie, extrêmement calme.


Figure 11. Partie orientale de l'ancienne carrière de Cerin (Ain)

Partie orientale de l'ancienne carrière de Cerin (Ain)

Partie aujourd'hui clôturée et interdite au public.

Le pendage des strates permet de voir la surface supérieure des couches.


Figure 12. Ondulations (ripple marks ?) à la surface d'une dalle, carrière de Cerin (Ain)

Ondulations (ripple marks ?) à la surface d'une dalle, carrière de Cerin (Ain)

Les strates de Cerin sont parallèles les unes aux autres et ont en général une épaisseur constante. Il peut localement y avoir quelques ondulations (ripple marks ?) comme sur cette strate visible au centre de la photographie.


Figure 13. Détail de rides ou ondulations à la surface d'une dalle, carrière de Cerin (Ain)

Détail de rides ou ondulations à la surface d'une dalle, carrière de Cerin (Ain)

On pourrait expliquer ces rides de deux manières.

Une interprétation rapide pourrait expliquer ces rides comme des rides de courants (puisqu'elles sont dissymétriques). Ce seraient alors des ripple marks sensu stricto , crées par des courants locaux et temporaires, des courants de marée par exemple.

Les sédimentologues de l'Université Lyon 1, grâce à l'étude de plus grandes dalles mises au jour lors des fouilles de 1975-1995, ont pu éliminer cette première explication. Ils ont proposé une interprétation alternative : ces ondulations proviennent du glissement d'un voile bactérien sur une très faible pente, pente qui existait à l'époque dans ce milieu de sédimentation.


Figure 14. Dalle de calcaire lithographique présentant à sa surface des fentes de dessiccation, carrière de Cerin (Ain)

Dalle de calcaire lithographique présentant à sa surface des fentes de dessiccation, carrière de Cerin (Ain)

Les sédimentologues de l'Université Lyon 1 ont pu déterminer que ces fentes de dessiccation affectaient une boue calcaire recouverte d'un voile bactérien.


Figure 15. Détail de fentes de dessiccation, carrière de Cerin (Ain)

Détail de fentes de dessiccation, carrière de Cerin (Ain)

Les sédimentologues de l'Université Lyon 1 ont pu déterminer que ces fentes de dessiccation affectaient une boue calcaire recouverte d'un voile bactérien.


Ces données sédimentologiques (calcaire à grain très fin, rareté des figures de courant, fentes de dessiccation, traces de gouttes de pluie probables…) couplées avec des études régionales permettent de reconstituer la paléogéographie et le milieu de sédimentation de Cerin, au Sud du massif du Jura. Au Jurassique supérieur, l'actuelle chaîne du Jura était occupée par une mer peu profonde, continuant au sud-est la mer épicontinentale occupant le Bassin Parisien. Cette mer peu profonde était séparée de l'Océan Alpin (encore plus au sud-est) par une barrière récifale. Vers la fin du Kimméridgien (-151 Ma), ces récifs furent démantelés par une alternance d'exondations et d'immersions successives, laissant la place à des groupes d'îlots séparés par des dépressions lagunaires peu profondes. Ces lagunes, protégées du large par ces chapelets d'îles, fonctionnaient comme des pièges à sédiment recevant la boue calcaire fine venant du front du récif en cours de démantèlement. L'actuel site de Cerin se trouvait dans l'une de ces lagunes abritées, susceptibles d'exondations temporaires (marées basses de vives eaux par exemple) comme l'attestent les traces de gouttes de pluie et les fentes de dessiccation.

Figure 16. Localisation du site de Cerin (Ain)

Localisation du site de Cerin (Ain)

La punaise rouge localise la carrière de Cerin.


Figure 17. Localisation et géologie du site de Cerin (Ain)

Localisation et géologie du site de Cerin (Ain)

La punaise rouge localise la carrière de Cerin.

Le Jurassique moyen (brun et jaune) affleure à l'ouest. Le Jurassique supérieur (différentes nuances de bleu) occupe la majorité de la surface. Un lambeau synclinal de Jurassique terminal / Crétacé inférieur (orange et vert) est visible au nord de Cerin.


Figure 18. Localisation régionale du site de Cerin (Ain) dans la partie sud du Jura

Localisation régionale du site de Cerin (Ain) dans la partie sud du Jura

La punaise rouge localise la carrière de Cerin.

Cerin se trouve dans la partie sud de la chaîne du Jura. Au premier plan, le Rhône avec un superbe méandre abandonné.


Figure 19. Localisation régionale du site de Cerin (Ain)

Localisation régionale du site de Cerin (Ain)

La punaise rouge localise la carrière de Cerin.


La carrière de Cerin a été exploitée au 19ème siècle (et au début du 20ème jusqu'en 1910) comme carrière de calcaire lithographique. Des milliers de fossiles très variés et extraordinairement bien conservés y ont été récoltés, qui font de Cerin un véritable "lagerstätte" du Jurassique terminal (mot allemand signifiant « lieu de stockage », souvent employé au pluriel : lagerstätten, et désignant un site où on trouve de nombreux fossiles exceptionnellement bien conservés). D'importantes campagnes de fouille y ont été re-conduites de 1975 à 1995 sous la direction de l'Université de Lyon et du CNRS. La grande majorité des fossiles extraits avant 1910 sont maintenant dans les réserves du futur Musée des Confluences de Lyon, musée en cours de construction qui devrait ouvrir en 2014-2015. Sous la conduite éclairée de Didier Berthet, responsable des collections de Cerin, j'ai pu accéder à ces réserves et en photographier une (petite) partie. Merci à lui de m'y avoir guidé, et de m'autoriser à diffuser ces photographies. Merci également à Jacques Gastineau de m'avoir autorisé à photographier son échantillon (figures 1 et 2), actuellement déposé au Musée de la Mine de Saint Pierre la Palud.