Mots clés : marbre, érosion, Patagonie

La cathédrale de marbre de Puerto Rio Tranquilo, Chili

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

09/09/2013

Résumé

Érosion et figures tectoniques dans des marbres au bord du lac transfontalier Général Carrera (Chili) / Buenos Aires (Argentine).


Figure 1. L'intérieur de la « cathédrale de marbre » de Puerto Rio Tranquilo, commune de Chile Chico, région de Aysen, Chili

L'intérieur de la « cathédrale de marbre » de Puerto Rio Tranquilo, commune de Chile Chico, région de Aysen, Chili

Cette grotte est creusée dans un massif de marbre (calcaire métamorphisé) du Paléozoïque par les eaux du lac Général Carrera, lac qui porte le nom de lac de Buenos Aires dans sa partie argentine.


Le lac Général Carréra (ou lac de Buenos Aires dans sa partie argentine) est l'un des plus grands lacs d'Amérique du Sud (1850 km2). Il est situé en Patagonie du Sud, à cheval sur le Chili et l'Argentine. La géologie de ses côtes est très variée, et comprend, entre autres, un socle datant du Paléozoïque. Ce socle composite contient des niveaux de calcaires métamorphisés (devenus marbres) dans lesquels l'érosion des eaux du lac a creusé de superbes grottes ou la lumière de Patagonie joue avec l'eau et la roche pour donner un spectacle enchanteur. Ces grottes sont visitables avec des petits bateaux. Elles sont connues sous les noms de « Catedral de Mármol », « Capilla de Mármol » ou « Caverna de Mármol », soit, respectivement, cathédrale, chapelle ou grotte de marbre.

Dans une première partie, nous naviguerons dans ces grottes en nous en éloignant progressivement et en faisant une série de zooms arrières pour resituer cette grotte dans son contexte géographique.

Dans une deuxième partie, nous détaillerons quelques-unes des figures pétrologiques et tectoniques qu'un œil de géologue de manque pas de voir en se promenant dans ces grottes.

Figure 2. Un couloir dans la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Un couloir dans la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili



Figure 5. Quelques entrées communicantes de la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Quelques entrées communicantes de la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

En fait l'érosion par les eaux du lac a érodé la majorité du marbre soumis à son influence, et il ne reste plus que quelques « piliers » qui soutiennent la masse de marbre sus-jacente.


Figure 6. L'une des bases de la colline dans laquelle est creusée la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

L'une des bases de la colline dans laquelle est creusée la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Les eaux du lac ont érodé la majorité du marbre soumis à son influence, et il ne reste plus que quelques "piliers" qui soutiennent la masse de marbre sus-jacente.


Figure 7. Vue globale sur la colline à la base de laquelle est creusée la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Vue globale sur la colline à la base de laquelle est creusée la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

L'érosion par les eaux du lac a érodé la majorité du marbre soumis à son influence, et il ne reste plus que quelques "piliers" qui soutiennent la masse de marbre de la colline.



Figure 9. Un secteur de la côte du lac Général Carrera où l'érosion a attaqué la base d'une colline de marbre, en commençant à sculpter des cavités qui formeront, dans un futur lointain, une nouvelle cathédrale de marbre

Un secteur de la côte du lac Général Carrera où l'érosion a attaqué la base d'une colline de marbre, en commençant à sculpter des cavités qui formeront, dans un futur lointain, une nouvelle cathédrale de marbre

On voit ici très bien que le niveau "attaqué", horizontal, domine le niveau actuel du lac de quelques mètres. On voyait déjà la géométrie du niveau attaqué sur les trois photos précédentes. Ce lac est un lac d'origine glaciaire, qui a moins de 15 000 ans (date du dernier retrait glaciaire). Le niveau du lac à l'origine était environ 200 m plus haut que le niveau actuel, comme l'atteste des plages et deltas torrentiels perchés. L'érosion du seuil du lac par la rivière, et la remontée tectonique de la région (on est dans une région de tectonique active) a entrainé une forte baisse relative du niveau du lac par rapport aux terrains environnants. Il est probable que cette baisse relative des eaux du lacs s'est fortement ralentie depuis quelques millénaires. Depuis ce ralentissement/arrêt de la baisse du niveau, l'eau, sapant le marbre presque toujours au même niveau, a creusé cette encoche horizontale et commence à la perforer pour la transformer en un réseau de "cathédrales".


Figure 10. Vue d'ensemble depuis l'autre rive du secteur où se situe la Cathédrale de Marbre (flèche noire)

Vue d'ensemble depuis l'autre rive du secteur où se situe la Cathédrale de Marbre (flèche noire)

Cette mosaïque d'image montre la taille de ce lac Général Carréra – Buenos Aire. Les sommets enneigés des Andes, à gauche, ont une altitude d'environ 4000 m. Le lac lui-même n'est qu'à 202 m.




Figure 13. Détail d'une paroi interne de la cathédrale de marbre

Détail d'une paroi interne de la cathédrale de marbre

On voit un litage alternativement clair et sombre. Il s'agit vraisemblablement d'une ancienne stratification maintenant parallélisée avec une schistosité (phénomène de transposition). On devine encore, ici ou là, des niveaux clairs ou sombres se terminant « en pointe », sans doute d'anciennes charnières de plis isoclinaux très resserrés. Sauf au niveau de ces charnières, schistosité (parallèle au plan axial des plis) et stratification sont confondues. Stratification/schistosité semblent ondulées par des plissements tardifs à grand rayon de courbure.


Figure 14. Zoom sur une paroi interne de la Cathédrale de marbre

Zoom sur une paroi interne de la Cathédrale de marbre

On voit un litage alternativement clair et sombre. Il s'agit vraisemblablement d'une ancienne stratification maintenant parallélisée avec une schistosité (phénomène de transposition). On devine encore, ici ou là, des niveaux clairs ou sombres se terminant « en pointe », sans doute d'anciennes charnières de plis isoclinaux très resserrés. Sauf au niveau de ces charnières, schistosité (parallèle au plan axial des plis) et stratification sont confondues. Stratification/schistosité semblent ondulées par des plissements tardifs à grand rayon de courbure.


Figure 15. Figures liées à l'intersection de différentes surfaces géologiques

Figures liées à l'intersection de différentes surfaces géologiques

Les alternances claires et sombres, très vraisemblablement l'ancienne stratification parallélisée avec la schistosité, ont été ondulées par une tectonique tardive. Les parois de la grotte sont elles aussi formées de surfaces courbes, souvent concaves. L'intersection entres ces deux surfaces courbes dessinent ces figures "originales".



Figure 17. Gros plan sur ces alternances de marbre purs (gris) et impur (beige)

Gros plan sur ces alternances de marbre purs (gris) et impur (beige)

En cherchant bien, on devine des charnières de mini-plis très resserrés dans les niveaux de marbre gris.


Figure 18. Charnière de plis très resserré matérialisée par un niveau dolomitique moins érodable, cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Charnière de plis très resserré matérialisée par un niveau dolomitique moins érodable, cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Le caractère très anisopaque de ce pli indique qu'il est syn-métamorphe.


Figure 19. Vue d'ensemble de la colline à la base de laquelle est creusée la cathédrale de Marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Vue d'ensemble de la colline à la base de laquelle est creusée la cathédrale de Marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

On voit très bien le litage formé d'alternances clair / sombre, litage qui dessine un vaste plis (une antiforme) à l'échelle de toute la colline. Si ce litage est bien une schistosité parallèle à l'ancienne stratification, sauf au niveau de petites charnières de plis resserrés (invisibles à cette échelle), on peut alors proposer une histoire tectonique en deux temps : (1) évènement tectono-métamorphique entrainant la parallélisation entre la stratification et la schistosité syn-métamorphe, (2) flexion tardive de cette schistosité en un vaste antiforme.


Figure 20. Les 3 étapes à l'origine de la colline surmontant la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Les 3 étapes à l'origine de la colline surmontant la cathédrale de marbre, Puerto Rio Tranquilo, Chili

Les étapes d'érosion ne sont pas figurées. La première étape correspond à la sédimentation de niveaux de calcaires plus ou moins dolomitisés. La deuxième étape correspond aux évènements tectono-métamorphiques. Une schistosité, parallèle au plan axial des plis, c'est-à-dire parallèle aux flancs des plis, sauf au niveau des charnières, n'est pas représentée. La flèche rouge indiquant le mouvement à l'origine des évènements tectono-métamorphiques de la deuxième étape n'est donnée qu'à titre purement indicatif. La troisième étape correspond à un serrage tardif qui replisse la schistosité (sur laquelle est transposée la stratification).


Figure 21. Carte géologique de la région du lac Général Carrera (Chili) – Buenos Aires (Argentine)

Carte géologique de la région du lac Général Carrera (Chili) – Buenos Aires (Argentine)

La flèche bleue indique la position de la cathédrale de marbre de Puerto Rio Tranquilo.


Mots clés : marbre, érosion, Patagonie