Les paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic (Québec), des marmites verticalisées par un impact

Matthias Schultz

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

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

13/02/2017

Résumé

Érosion et météorite : marmites de géant fossiles verticalisées sur le site de l'astroblème de Charlevoix (Québec).


Figure 1. Falaise verticale percées de cylindres horizontaux, les paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic, Québec

Les cylindres sont des marmites de géant de taille variable, allant jusqu'à quelques dizaines de centimètres de diamètre. La plupart sont comblées par un matériel de remplissage calcaire différent de la roche encaissante des marmites (grès calcareux ). Grès calcareux et calcaire de remplissage datent de l'Ordivicien moyen. la couche de grès à marmites remplies de calcaire a ensuite été redressée, ce qui donne une position inattendue pour des marmites de géants.

L'érosion a repris depuis la mise à l'affleurement récente de ces paléomarmites, ce qui se traduit souvent par la soustraction préférentielle du calcaire de remplissage, moins résistant, et fait à nouveau apparaître en creux les marmites.


Les marmites de géant, parfois également appelées « marmites du diable », ont été évoquées à plusieurs reprises : Les pertes de la Valserine (Ain) et de l'Ain (Jura) , Les marmites de géant de la cascade du Sautadet, La Roque-sur-Cèze, Gard , ou encore Les marmites de géant de Bourke le chanceux ( Bourke's Luck Potholes ), canyon de la Blyde River, Afrique du Sud . Il s'agit de cavités cylindriques souvent très régulières, à parois lisses et verticales, parfois plus larges en bas qu'en haut, parfois totalement fermées mais parfois "éventrées" sur les côtés par l'érosion. On trouve de telles dépressions partout dans le monde, dans de très nombreux cours d'eau avec un courant rapide (au moins en période de crue) coulant sur des roches dures.

Le mécanisme de formation généralement évoqué pour ces marmites de géant est une érosion du lit de la rivière par des galets et sables tourbillonnants "coincés" dans des dépressions qu'ils approfondissent. La figure suivante explique ce mode de formation.

Figure 2. Mécanisme mécanique classiquement décrit pour la formation des marmites de géant

Les marmites de géant sont le résultat d'une érosion mécanique par des galets et sables tournoyant dans une dépression qui s'amplifie ainsi peu à peu.


Outre ce mode de formation purement mécanique, des processus chimiques sont proposés pour les roches (au moins faiblement) solubles, telles que les calcaires, gypses…

En période de hautes eaux, une dissolution préférentielle au niveau des zones de courant tourbillonnant aurait lieu. En effet, l'agitation de l'eau et son renouvellement au niveau de la surface de contact avec la roche accélèrent directement les réactions chimiques de dissolution. L'agitation augmente aussi indirectement le pouvoir dissolvant de l'eau, en l'acidifiant localement par dissolution de dioxyde de carbone atmosphérique ou d'acides organiques (matière organique fréquemment déposée au fond des marmites de géant).

En période de basses eaux, quand le lit majeur s'assèche, l'eau persiste plus longtemps dans le fond des marmites, imperméable en petit. Cette eau stagnante continue donc à dissoudre préférentiellement le fond des marmites, amplifiant les dépressions initiales (cf. Jean Corbel, 1963, Marmites de géants et microformes karstiques , Norois, 38, 1, 121-132).

Figure 3. Mécanisme chimique complémentaire pour la formation des marmites de géant

Les marmites de géant pourraient résulter aussi, en partie du moins, de la dissolution préférentielle de la roche au niveau d'une dépression où tournoie le courant en période de hautes eaux, et qui reste immergée en période de basses eaux. Ici encore, la dépression initiale s'amplifie peu à peu.


On peut aisément observer des marmites actuelles, en cours de creusement, en profitant des périodes de basses eaux. On peut aussi observer des marmites subactuelles, hors d'eau car abandonnées en hauteur par les cours d'eau ayant surcreusé leur lit, à n'importe quelle période de l'année. Aujourd'hui nous proposons d'admirer des paléomarmites de géants, abandonnées par le cours d'eau qui les a creusé depuis l'Ordovicien moyen, soit depuis plus de 458 Ma !

Ces paléomarmites sont situées à Pointe-au-Pic, dans la municipalité de La Malbaie, au Québec. Ce site a la particularité d'être au sein d'un ancien cratère d'impact, le cratère de Charlevoix, qui date du Dévonien (342±15 Ma).

Figure 4. Position des paléomarmites de géant, à Pointe-au-Pic, Québec


Figure 5. Localisation des paléomarmites de géant, au bord du Saint Laurent, Québec

Les marmites sont situées à Pointe-au-Pic, dans la municipalité de La Malbaie, au bord du fleuve Saint Laurent, à environ 140 km au Nord-Est de la ville de Québec.


Figure 6. Position des paléomarmites de géant, à Pointe-au-Pic, Québec

L'affleurement est localisé en bordure du chemin du Havre qui longe le Saint Laurent, côté Nord-Ouest du chemin, à environ 750 m au Nord-Est du port de Pointe-au-Pic.


Figure 7. Paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic et astroblème de Charlevoix, Québec

Cette image radar permet de visualiser la trace de l'astroblème de Charlevoix (cratère de 54 km de diamètre), trace (semi-)circulaire "lisse" dans un substratum plus "rugueux. L'étoile ocalise le site à paléomarmites.

La vue est comparable à la figure précédente, à une rotation de 45° près.

Les paléomarmites seraient localisées sur ce qui s'apparente à un anneau central (piton central hyperdéveloppé), ce qui expliquerait la mise à la verticale des couches.


Ce site présente sur des plans subverticaux (ancienne surface d'érosion horizontale, sans doute parallèle à la stratification peu visible), des paléomarmites creusées dans des grès calcareux de la Formation de Cap-à-l'Aigle, datée de l'Ordovicien moyen (entre 470 et 458 Ma). La plupart de ces marmites sont remplies par un calcaire appartenant aux formations de Lowville, Leray, Pont-Rouge et Deschambault, également datées de l'Ordovicien moyen.

Figure 8. Vue générale de l'affleurement des paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic, Québec

La surface subverticale sur laquelle sont visibles les marmites de géants fait quelques mètres de haut et s'étend horizontalement sur une dizaine de mètres.


Figure 9. Vue plus rapprochée de quelques paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic, Québec

Les marmites de géant sont de taille variables, allant jusqu'à quelques dizaines de centimètres de diamètre. La plupart sont comblées par un matériel de remplissage (calcaire des formations de Lowville, Leray, Pont-Rouge et Deschambault) différent de la roche encaissante des marmites (grès calcareux de la Formation de Cap-à-l'Aigle). Cette différence entre les deux roches est soulignée par de subtiles nuances de couleurs.

L'érosion a repris depuis la mise à l'affleurement récente de ces paléomarmites, ce qui se traduit souvent par la soustraction préférentielle du calcaire de remplissage, moins résistant, et fait à nouveau apparaître en creux les marmites.


Figure 10. Vue plus rapprochée de quelques paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic, Québec

Les marmites de géant sont de taille variables, allant jusqu'à quelques dizaines de centimètres de diamètre. La plupart sont comblées par un matériel de remplissage (calcaire des formations de Lowville, Leray, Pont-Rouge et Deschambault) différent de la roche encaissante des marmites (grès calcareux de la Formation de Cap-à-l'Aigle). Cette différence entre les deux roches est soulignée par de subtiles nuances de couleurs.

L'érosion a repris depuis la mise à l'affleurement récente de ces paléomarmites, ce qui se traduit souvent par la soustraction préférentielle du calcaire de remplissage, moins résistant, et fait à nouveau apparaître en creux les marmites.


Figure 11. Vue plus rapprochée de quelques paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic, Québec

Les marmites de géant sont de taille variables, allant jusqu'à quelques dizaines de centimètres de diamètre. La plupart sont comblées par un matériel de remplissage (calcaire des formations de Lowville, Leray, Pont-Rouge et Deschambault) différent de la roche encaissante des marmites (grès calcareux de la Formation de Cap-à-l'Aigle). Cette différence entre les deux roches est soulignée par de subtiles nuances de couleurs.

L'érosion a repris depuis la mise à l'affleurement récente de ces paléomarmites, ce qui se traduit souvent par la soustraction préférentielle du calcaire de remplissage, moins résistant, et fait à nouveau apparaître en creux les marmites.


Figure 12. Vue plus rapprochée de quelques paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic, Québec

Les marmites de géant sont de taille variables, allant jusqu'à quelques dizaines de centimètres de diamètre. La plupart sont comblées par un matériel de remplissage (calcaire des formations de Lowville, Leray, Pont-Rouge et Deschambault) différent de la roche encaissante des marmites (grès calcareux de la Formation de Cap-à-l'Aigle). Cette différence entre les deux roches est soulignée par de subtiles nuances de couleurs.

L'érosion a repris depuis la mise à l'affleurement récente de ces paléomarmites, ce qui se traduit souvent par la soustraction préférentielle du calcaire de remplissage, moins résistant, et fait à nouveau apparaître en creux les marmites.


Figure 13. Paléomarmites de géant verticalisées, Pointe-au-Pic (Québec)

L'érosion a préférentiellement dégagé le calcaire de remplissage des marmites creusées dans un grès calcareux. On distingue des marmites anastomosées.


Figure 14. Détails de paléomarmites de géant de Pointe-au-Pic, Québec

Le grès calcareux encaissant est ici bien identifiable.


Figure 15. Détails de paléomarmites de géant totalement remplies, Pointe-au-Pic, Québec

Le grès calcareux encaissant apparait ici légèrement plus jaune que le calcaire gris de remplissage.


Figure 16. Détail d'une paléomarmite de géant de Pointe-au-Pic, Québec

On distingue aisément la roche encaissante (grès calcareux) du calcaire de remplissage, qui contient ici quelques structures ressemblant à des fossiles.

Des études ont montré que le calcaire de remplissage contient notamment des entroques, et le grès calcareux présente notamment des fossiles de mollusques bivalves.


Figure 17. Détail d'une paléomarmite de géant de Pointe-au-Pic, Québec

On distingue aisément la roche encaissante (grès calcareux) du calcaire de remplissage, qui contient ici quelques structures ressemblant à des fossiles.

Des études ont montré que le calcaire de remplissage contient notamment des entroques, et le grès calcareux présente notamment des fossiles de mollusques bivalves.


Suite aux observations précédentes, on peut résumer l'histoire géologique du site en quelques étapes.

  1. Au début de l'Ordovicien moyen, dépôt en milieu marin côtier des grès calcareux de la Formation de Cap-à-l'Aigle.
  2. Émersion de ces grès, érosion par un cours d'eau et formation des marmites de géants.
  3. Toujours à l'Ordovicien moyen, les grès à présent creusés de marmites de géants sont à nouveau recouverts par la mer. Dépôt des calcaires marins des formations de Lowville, Leray, Pont-Rouge et Deschambault. Les marmites de géant sont ainsi "fossilisées".
  4. Basculement des strates de grès et calcaires contenant les paléomarmites, sans doute au début du Dévonien (-350 Ma) sous l'effet d'un impact météoritique majeur et des phénomènes de rebonds centraux entrainant la formation d'un anneau central (cf. fgure 16 de Les impacts dans le système solaire et figure 14 de Les shatter cones de l'astroblème de Vredefort, Afrique du Sud ).
  5. Dégagement par l'érosion des strates contenant les paléomarmites à une époque récente (érosion glaciaire lors de la dernière glaciation ? Érosion côtière / fluviale plus récente par le Saint Laurent ?) et mise à l'affleurement.

Signalons pour finir que cet affleurement est recensé comme site géologique d'intérêt par la Province du Québec, et fait également partie d'un parcours géologique créé par l'association Observatoire de la Géosphère de Charlevoix. Ce parcours permet d'observer divers affleurements, principalement en lien avec l'astroblème de Charlevoix, un impact météoritique majeur daté du début du Dévonien (-350 Ma environ) : brêches et impactites, topologie caractéristique, cônes d'impacts ( shatter cones ), etc.

Une importante faille listrique liée à cet impact et à la verticalisation des strates contenant les paléomarmites est d'ailleurs visible à une centaine de mètres à peine de l'affleurement de Pointe-au-Pic.