La faille bordière d'un bloc basculé dans les Alpes : la faille du col d'Ornon, La Chalp, commune de Chantelouve (Isère)

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

02/12/2013

Résumé

Traces de l'histoire extensive des Alpes : faille normale, demi-graben, olistolithes et sédimentation en eau profonde.


Figure 1. Vue globale et schéma interprétatif d'un fragment de la faille dite du col d'Ornon , dans la vallée de la Malsanne à 500 m au Nord du hameau de la Chalp, commune de Chantelouve, Isère

Vue globale et schéma interprétatif d'un fragment de la faille dite du col d'Ornon , dans la vallée de la Malsanne à 500 m au Nord du hameau de la Chalp, commune de Chantelouve, Isère

Tout l'arrière de la photo est constitué de gneiss d'âge paléozoïque (socle hercynien). Tout le premier plan est constitué de roches d'âge mésozoïque (couverture). La limite entre les deux (trait violet sur le schéma interprétatif, en pointillé quand il est situé derrière un éperon rocheux) est souvent masquée par des éboulis. Quand cette limite affleure comme en bas de la grande dalle claire au centre de la photo, on s'aperçoit que cette limite est une faille normale. Sur le schéma interprétatif, le plan de faille est indiqué et localisé. Les traits noirs représentent les stries virtuelles (érodées) sur ce plan de faille. Là où les stries sont visibles (plus ou moins épargnée par l'érosion), les traits sont figurés en bleu. On peut donc mesurer la direction (environ N-S) et le pendage (environ 60° vers l'Est) du miroir. Le compartiment situé au-dessus du miroir (le compartiment Est) est plus jeune (mésozoïque) que le compartiment ouest situé en dessous (paléozoïque). Il s'agit donc d'une faille dont le jeu global est normal. Cette faille indique donc un mouvement en élongation (divergence et extension E-O).


La présence de grandes failles normales dans les Alpes est le témoignage de l'extension qui a affecté la bordure du continent européen avant et pendant l'initiation de l'ouverture de l'océan alpin au Jurassique. Ces failles normales ont ensuite plus ou moins été reprises et affectées par les phénomènes de convergence qui ont engendré les Alpes. Assez souvent les "petites" failles normales sont conservées (comme nous le verrons la semaine prochaine). Mais les grandes failles normales à jeu pluri-kilométrique, celles qui ont engendré des demi-grabens et des blocs basculés, assez similaires à ceux que révèle la sismique réflexion dans les marges actuelles, sont difficiles à voir ou même à appréhender. La faille du col d'Ornon est l'une de ces failles majeures qui permet de montrer qu'il y a eu une extension de grande ampleur en bordure du continent européen lors de l'ouverture de l'océan alpin.

Dans un premier temps (image 1 à 11) nous regarderons le miroir de cette faille et les roches voisines de plus en plus près. Puis dans un second temps, nous regarderons des particularités du Mésozoïque situé à l'Est de cette faille, ce qui, à l'aide de la carte géologique, nous permettra de reconstituer le fonctionnement passé et la géométrie actuelle de ce demi-graben initié au Jurassique.

Figure 2. Vue, prise en direction du Sud-Ouest, du miroir de la faille du col d'Ornon

Vue, prise en direction du Sud-Ouest, du miroir de la faille du col d'Ornon

À cette échelle et de cette distance, on ne voit que très mal le contact sédiments mésozoïques / socle.


Figure 3. Vue, prise en direction du Sud-Ouest, du miroir de la faille du col d'Ornon

Vue, prise en direction du Sud-Ouest, du miroir de la faille du col d'Ornon

À cette échelle et de cette distance, on ne voit que très mal le contact sédiments mésozoïques / socle.


Figure 4. Contact socle / marno-calcaires sur le miroir de la faille du col d'Ornon

Contact socle / marno-calcaires sur le miroir de la faille du col d'Ornon

La droite de l'image (photo prise en direction du Sud-Sud-Ouest) est occupée par le socle fait de gneiss hercynien. Ces gneiss sont limités à gauche par une surface plane, le miroir de faille. Au premier plan, ce miroir de faille met en contact le socle (à droite) et des marno-calcaires schistosés du Lias supérieur (la couverture jurassique, à gauche). À l'arrière plan, ce contact par faille entre couverture et socle est recouvert d'éboulis.


Figure 5. Contact par faille entre les marnes schistosées du Lias supérieur (à l'avant) et les gneiss hercyniens (à l'arrière)

Contact par faille entre les marnes schistosées du Lias supérieur (à l'avant) et les gneiss hercyniens (à l'arrière)

Un plaquage de quartz sur lequel on devine des stries est visible au centre de l'image (et sur les images suivantes).


Figure 6. Vue de profil d'un plaquage de quartz sur lequel les stries sont parfaitement visibles

Vue de profil d'un plaquage de quartz sur lequel les stries sont parfaitement visibles

La direction des stries est quasi-verticale (composante décrochante nulle). Avec la résolution de ces photos, on ne peut pas en déterminer le sens avec certitude (on peut le faire sur le terrain avec une bonne loupe). Le sens du mouvement n'est cependant pas ambigu du fait de l'âge des terrains (Jurassique devant, Paléozoïque derrière). Il s'agit bien d'une faille normale.


Figure 7. Vue de face d'un plaquage de quartz sur lequel les stries sont parfaitement visibles

Vue de face d'un plaquage de quartz sur lequel les stries sont parfaitement visibles

La direction des stries est quasi-verticale (composante décrochante nulle). Avec la résolution de ces photos, on ne peut pas en déterminer le sens avec certitude (on peut le faire sur le terrain avec une bonne loupe). Le sens du mouvement n'est cependant pas ambigu du fait de l'âge des terrains (Jurassique devant, Paléozoïque derrière). Il s'agit bien d'une faille normale.


Figure 8. Vue, prise en direction du Nord, du miroir de la faille du col d'Ornon

Vue, prise en direction du Nord, du miroir de la faille du col d'Ornon

À droite, les marnes schistosées du Lias supérieur et, à gauche, le socle de gneiss hercynien.


Figure 9. Vue, prise en direction du Nord, du miroir de la faille du col d'Ornon

Vue, prise en direction du Nord, du miroir de la faille du col d'Ornon

À droite, les marnes schistosées du Lias supérieur et, à gauche, le socle de gneiss hercynien.


L'étude des roches du compartiment supérieur de l'Est (alternances marno-calcaires datant du Lias supérieur, l4b-5a sur la carte géologique) est riche d'enseignement. Ces roches du compartiment supérieur comportent deux particularités relativement peu fréquentes au niveau du compartiment supérieur d'une faille normale.

Première particularité. Les roches sédimentaires de ce compartiment supérieur sont très déformées. Elles montrent une très belle schistosité sub-verticale là où elles affleurent près de la faille normale. Ces mêmes roches du Lias (supérieur et aussi inférieur) montrent de très beaux plis, parfois avec schistosité, de l'autre côté de la vallée. Ce sont des plis identiques aux plis de La Paute décrits la semaine dernière, situés à 12 km au Nord. Ces roches sédimentaires du Lias (Jurassique inférieur) ont donc subi une compression et un raccourcissement (E-O) après leur dépôt.

Figure 10. Alternances marno-calcaires liasiques au voisinage immédiat de la faille du col d'Ornon

Alternances marno-calcaires liasiques au voisinage immédiat de la faille du col d'Ornon

Ces marno-calcaires sont schistosés (schistosité N-S, subverticale). Les niveaux marneux sont intensément schistosés, alors que les bancs plus calcaires le sont moins, ce qui est classique vue la différence de compétence.


Figure 11. Vue rapprochée sur les alternances marno-calcaires liasiques au voisinage immédiat de la faille

Vue rapprochée sur les alternances marno-calcaires liasiques au voisinage immédiat de la faille

Ces marno-calcaires sont schistosés (schistosité N-S, subverticale). Les niveaux marneux sont intensément schistosés, alors que les bancs plus calcaires le sont moins, ce qui est classique vue la différence de compétence.


Figure 12. Le versant Est de la vallée de la Malsanne, de l'autre côté de la faille qui en constitue le versant Ouest

Le versant Est de la vallée de la Malsanne, de l'autre côté de la faille qui en constitue le versant Ouest

Les plis affectant le Jurassique sont parfaitement visibles.


Deuxième particularité. La série stratigraphique affleurant dans la vallée est constitué de haut en bas de :

  • Lias supérieur : marno-calcaires, sédiments pélagiques, déposés en eau relativement profonde (> 100 m) (c'est ce Lias supérieur qui affleure au niveau de la faille) ;
  • Lias inférieur constitué de calcaires déposés en eau peu profonde ;
  • Trias constitué d'une faible épaisseur de dolomies (formées en eau peu profonde), dolomies contenant des coulées de basaltes interstratifiées dans les dolomies (il y a eu de nombreuses éruptions de laves basaltiques au Trias dans la région).

On retrouve des blocs de ces "anciennes" formations (Lias inférieur et Trias) emballés dans les calcaires marneux du Lias supérieur juste au pied de la faille, et uniquement au pied de la faille. Les blocs de ces roches plus anciennes sont de toutes tailles, du centimètre au décamètre ; dans ce dernier cas, ils portent le nom d'olistolithes. Ces blocs sont « tombés », se sont éboulés ou ont glissé dans la mer "profonde" du Lias supérieur, et se sont « posés » dans les sédiments pélagiques en cours de sédimentation. Ils venaient forcément de plus haut. La mer profonde du Lias supérieur était donc bordée, à l'Ouest, de hauts fonds, voire de terrains émergés d'où pouvaient tomber des blocs déjà déposés des terrains du Lias inférieur ou du Trias. Or, à l'Est de la faille, Lias inférieur et Trias existent, mais situés 1000 m sous la surface topographique actuelle de la vallée de la Malsanne. Au Lias supérieur, le trajet de la faille actuel correspondait donc à une forte pente séparant un compartiment surelevé à l'ouest et une mer profonde à l'Est. Au Lias supérieur, de ce compartiment surélevé se détachaient des blocs de terrains plus anciens glissant dans les marnes se déposant dans la mer profonde du Lias supérieur. Tout cela démontre que la faille du col d'Ornon a joué en faille normale majeure au Lias supérieur (et au Jurassique moyen) et que les 2500–m de dénivelé séparant le Trias du bloc Ouest du Trias du bloc Est ont été pour une bonne part acquis à cette époque. On peu ainsi "dater" la formation de ce demi-graben : sommet du Jurassique inférieur, et Jurassique moyen.

Figure 13. Gros bloc pluri-décamétrique fait de roches résistantes (basalte, dolomie, calcaire) anciennes, bloc emballé dans les calcaires marneux du Lias supérieur

Gros bloc pluri-décamétrique fait de roches résistantes (basalte, dolomie, calcaire) anciennes, bloc emballé dans les calcaires marneux du Lias supérieur

Cet ensemble fait de roches résistantes est bien moins érodé que les marno-calcaires, et forme cet éperon escarpé. La dépression entre le socle et ces roches dures est constituée des calcaires marneux du Lias supérieur, montrant bien que basalte, calcaire et dolomie sont bien emballés dans les calcaires marneux. Il s'agit donc de la coalescence de trois gros olistolithes.


Figure 14. Basalte photographié sur la gauche de l'éperon escarpé de la figure précédente

Basalte photographié sur la gauche de l'éperon escarpé de la figure précédente

Ce basalte est très vacuolaire, et certaines des vacuoles sont remplies de calcite. Sur les cartes géologiques, ce basalte vacuolaire riche en calcite est appelé « spilite ».


Figure 15. Éperon rocheux du miroir de faille du col d'Ornon : vue annotée et interprétation

Éperon rocheux du miroir de faille du col d'Ornon : vue annotée et interprétation

À gauche, image de l'éperon rocheux des figures précédentes. Sur l'image ont été localisés des faciès assez facilement accessibles (et identifiables) : D = dolomie, β = basalte, LSM = Lias supérieur marneux. À droite, interprétation de ce même éperon rocheux inspiré de celui de la notice de la carte géologie BRGM 1/50 000 de La Mure. Selon cette interprétation, difficile à vérifier simplement sur le terrain sans être encordé, on voit bien que calcaire du Lias inférieur, basalte triasique et dolomies triasiques sont trois olistolithes différents, car (au moins partiellement) emballés dans les marnes du Lias supérieur bien que parfois au contact l'un de l'autre. Les « boules de basaltes » et les « conglomérats de calcaire du Lias inférieur » ont la signification de mini- ou de micro-olistolithes.


Figure 16. Vue globale, prise en direction du Nord, de la vallée de la Malsanne où est situé l'affleurement de la faille du Col d'Ornon

Vue globale, prise en direction du Nord, de la vallée de la Malsanne où est situé l'affleurement de la faille du Col d'Ornon

Le miroir de faille étudié est localisé par la flèche jaune. La limite Jurassique / socle est figurée par le trait violet. les gros olistolithes (principalement faits de basalte) sont indiqués en vert avec la lettre β. Le rectangle jaune localise la photo de la figure 12.


Figure 17. Coupe Est-Ouest de la vallée de la Malsanne passant par la faille dite du col d'Ornon et l'olistolithe, objets de cet article

Coupe Est-Ouest de la vallée de la Malsanne passant par la faille dite du col d'Ornon et l'olistolithe, objets de cet article

La ligne rouge indique la discordance base du Trias / socle hercynien. La faille principale est figurée en bleu. Le jeu normal actuel de cette faille peut être estimé par le décalage vertical de la base du Trias, jeu vertical d'environ 2500 m. L'allure en demi-graben (bloc basculé) du secteur est parfaitement visible, malgré la tectonique compressive qui l'a affecté depuis.


Figure 18. Vue Google Earth de la vallée de la Malsanne

Vue Google Earth de la vallée de la Malsanne

L'affleurement de cette semaine est localisé par la flèche jaune. Le trait rouge représente le tracé approximatif de la coupe de la figure précédente.


Figure 19. Carte géologique du secteur de la Chalp

Carte géologique du secteur de la Chalp

La flèche jaune localise l'affleurement étudié, le trait rouge la coupe de la figure ci-dessus. Cette figure nous amène à nous interroger sur la signification réelle d'une carte géologique. Ce secteur est à cheval sur deux cartes géologiques : La Mure au Sud, Vizille au Nord. Sur la carte de Vizille, la faille du col d'Ornon a été indiquée (nous l'avons renforcée pour la rendre bien visible) en noir (en pointillés quand elle était masquée par des éboulis). Cette faille est parfaitement visible. Elle n'est pas indiquée sur la carte de La Mure. Cela montre bien qu'une carte géologique est un document interprétatif, qui synthétise ce qu'ont voulu dire les auteurs, reflétant ainsi l'état de la science et des préoccupations géologiques au moment où les relevés de terrain ont été faits. Avant les années 1980, les failles normales internes aux chaînes de montagnes n'étaient que des "anecdotes" locales et sans grande signification pour les géologues alpins. Et, à moins qu'il ne s'agisse que d'une "erreur" d'impression, d'une coquille, l'absence de cette faille sur la feuille du Sud montre que les auteurs de la carte de la Mure n'ont pas jugé utile d'encore compliquer leur carte par ce simple "détail". À partir des années 1980, les failles normales dans les chaînes de montagnes ont été interprétées comme des éléments majeurs, qu'ont figurés les auteurs de la carte de Vizille. Il est à noter que cette faille, absente sur la carte de La Mure, est bien présente et sur les cartons en bas de cette carte (cartons d'où est extrait la coupe proposée ci-dessus, et dans sa notice (cf. schéma de l'éperon rocheux), ce qui prouve que l'opinion des auteurs a changé entre le moment où ils ont rendu leurs minutes de terrain aux dessinateurs et l'année de publication de la carte (1989).


Figure 20. Vue, sur fond "3D", de la carte géologique du secteur de la vallée de la Malsanne

Vue, sur fond "3D", de la carte géologique du secteur de la vallée de la Malsanne

L'affleurement étudié est localisé par la flèche jaune, le tracé de la coupe par la ligne rouge. On remarque bien la "disparition" de la faille du Col d'Ornon quand on passe de la carte de Vizille à celle de La Mure.


Figure 21. Localisation de l'affleurement de la Chalp (faille du col d'Ornon) et des plis de la Paute dans le secteur de l'Est du Massif de l'Oisans

Localisation de l'affleurement de la Chalp (faille du col d'Ornon) et des plis de la Paute dans le secteur de l'Est du Massif de l'Oisans

Ce secteur est à l'Est de Grenoble, que l'on devine à l'Ouest de l'image.


Figure 22. Localisation de la faille du Col d'Ornon et de la Paute dans les Alpes françaises

Localisation de la faille du Col d'Ornon et de la Paute dans les Alpes françaises