Le Grand Canyon du Colorado vu du ciel (Arizona, USA)

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

02/07/2018

Résumé

Vues aériennes sur le plateau du Colorado, sa flexure, ses canyons, et la confluence Colorado / Petit Colorado à fort contraste de turbidité.


Figure 1. Vue aérienne (mosaïque) du Grand Canyon du Colorado (Arizona) prise en direction du Nord-Ouest (vers l'aval) depuis un point situé à une quinzaine de kilomètres de Grand Canyon South Rim Village

Devant nous, le canyon mesure environ 1500 m de profondeur pour 15 000 m de largeur. En s'aidant de l'article Les discordances du Grand Canyon du Colorado (Arizona, USA) , on peut reconnaitre la couche de grès du Cambrien que l'on voit sur toute la longueur du canyon. Ce Cambrien est surmonté de toute la série paléozoïque qui termine la série aussi bien à droite qu'à gauche par des calcaires clairs permiens de la Kaibab Formation . Le Cambrien repose (en discordance) sur le Protérozoïque inférieur (les Vishnu Schists ) dans la partie aval du canyon, sur le Protérozoïque supérieur au premier plan. La discordance Protérozoïque supérieur / Protérozoïque inférieur se voit au milieu de la photo.

Le point de prise de vue est le point 1 sur la figure 2.


Figure 2. Vue aérienne et coupe topographique du Grand Canyon du Colorado

En amont du Grand Canyon (à droite), le Colorado coule approximativement du Nord vers le Sud. À l'entrée du canyon il reçoit un affluent, le Petit Colorado ( Little Colorado ), puis fait une boucle et se dirige vers le Nord-Ouest (à gauche). Une “coupe” approximativement Ouest-Est recoupe donc le canyon deux fois. Sur cette coupe Ouest-Est, et indépendamment de l'incision du canyon (recoupé deux fois), on voit que le plateau est en pente douce inclinée vers l'Ouest du début de la coupe (à gauche) jusqu'à son centre. L'altitude du plateau passe de ≈2000 m à ≈2600 m (pente d'environ 2 %). À l'Est (à droite), le plateau est presque horizontal, avec une altitude de ≈1800 m. La partie Est du canyon s'est donc creusée au niveau d'une “rupture de pente” de la surface du plateau, rupture de pente qui sera survolée aux images 12 à 14.

Les points notés 1, 3, 4 et 12 localisent approximativement les sites et angles de prise de vue des images 1, 3, 4 et 12.


Figure 3. Vue, en direction du Nord-Est, sur le plateau du Colorado au niveau de la “branche Ouest” du Grand Canyon

Vue depuis le point 3 de la figure 2.

On voit bien la parfaite platitude de ce plateau, et on devine sa pente douce (2 %, inclinée vers le Sud-Ouest, vers le coin inférieur gauche). L'incision du canyon traverse la photo de gauche à droite. Le plateau se poursuit de l'autre côté du canyon (rive droite), apparemment dans la continuité de la platitude de la rive gauche.


Figure 4. Vue vers l'Est en direction la “boucle” du Grand Canyon

Vue depuis le point 4 de la figure 2.

Au premier plan, on retrouve la platitude du plateau de la rive gauche et sa légère pente vers la droite. Le deuxième plan montre bien la “rupture de pente” visible sur le profil topographique de la figure 2. Cette rupture de pente relie la partie haute du plateau (2500-2600 m) à gauche, à la partie basse (1800-1900 m) à droite. Tout à fait à droite, on devine la partie supérieure du canyon du Petit Colorado.


Le Grand Canyon du Colorado est un grand classique du tourisme dans le Sud-Ouest américain, et bien sûr du tourisme géologique. Classiquement, la grande majorité des touristes vont sur la rive Sud, une minorité sur la rive Nord. Un aéroport est installé sur la rive Sud (A sur la figure 5) qui permet des survols du Grand Canyon. Pour une centaine d'euros, on a droit à 40 minutes de survol du canyon, à la fois esthétiquement et géologiquement inoubliables. Si on a précédemment visité le canyon depuis le bord et si on s'est bien mis en tête les principaux éléments géologiques (sédiments paléozoïques et protérozoïques, schistes et granites protérozoïques, discordances, flexures, confluence avec le Petit Colorado…), on les retrouve sans problème, mais vus sous d'autres perspectives.

Les images qui suivent replacent le trajet approximatif du vol (retracé sur la figure 5), montrent deux zooms sur le bord Sud (figure 6 et 7), quatre vue prises en direction de l'aval presque à la verticale du fleuve (figures 8 à 11) et enfin des vues prises dans le secteur du confluent avec le Petit Colorado montrant à quoi correspond géologiquement la “rupture de pente” sur la rive droite, des détails de la rive gauche, des vue du canyon du Petit Colorado et enfin des vues sur le confluent Colorado / Petit Colorado.

Figure 5. Vue aérienne montrant le trajet approximatif du vol d'où ont été prises les photos de cet article

Les photos 1 à 11 ont été prises entre les points A et B. Les images 12 à 26 autour du secteur légendé LC ( Little Colorado ). Le trait jaune correspond au tracé du profil topographique de la figure 2.




Figure 8. Vue du canyon prise approximativement à la verticale du fleuve Colorado, Arizona (USA)

En s'aidant de l'article Les discordances du Grand Canyon du Colorado (Arizona, USA) , on peut retrouver les principaux éléments de la colonne stratigraphique, les discordances… On peut noter que le fleuve Colorado est très turbide et chargé en éléments argileux, ce qui lui donne une couleur beige. L'échelle peut être appréciée grâce à la largeur du fleuve Colorado qui va de 50 à 100 m suivant les endroits.


Figure 9. Vue du canyon prise approximativement à la verticale du fleuve Colorado, Arizona (USA)

En s'aidant de l'article Les discordances du Grand Canyon du Colorado (Arizona, USA) , on peut retrouver les principaux éléments de la colonne stratigraphique, les discordances… On peut noter que le fleuve Colorado est très turbide et chargé en éléments argileux, ce qui lui donne une couleur beige. L'échelle peut être appréciée grâce à la largeur du fleuve Colorado qui va de 50 à 100 m suivant les endroits.


Figure 10. Vue du canyon prise approximativement à la verticale du fleuve Colorado, Arizona (USA)

En s'aidant de l'article Les discordances du Grand Canyon du Colorado (Arizona, USA) , on peut retrouver les principaux éléments de la colonne stratigraphique, les discordances… On peut noter que le fleuve Colorado est très turbide et chargé en éléments argileux, ce qui lui donne une couleur beige. L'échelle peut être appréciée grâce à la largeur du fleuve Colorado qui va de 50 à 100 m suivant les endroits.


Figure 11. Vue du canyon prise approximativement à la verticale du fleuve Colorado, Arizona (USA)

En s'aidant de l'article Les discordances du Grand Canyon du Colorado (Arizona, USA) , on peut retrouver les principaux éléments de la colonne stratigraphique, les discordances… On peut noter que le fleuve Colorado est très turbide et chargé en éléments argileux, ce qui lui donne une couleur beige. L'échelle peut être appréciée grâce à la largeur du fleuve Colorado qui va de 50 à 100 m suivant les endroits.


Figure 12. Mosaïque de vues aériennes du Grand Canyon du Colorado prises en direction du Nord (vers l'amont) depuis un point situé juste en aval du confluent Colorado / Petit Colorado (point 12 de la figure 2)

De droite à gauche on peut voir :

  • l'extrémité aval du canyon du Petit Colorado. On peut noter que le Petit Colorado a des eaux turbides.
  • la partie amont du canyon du Colorado. On peut noter que le Colorado a des eaux peu turbides (bleu-vert). Entre les deux canyons, on voit le plateau parfaitement plat et horizontal ; la couche superficielle correspond aux calcaires (clairs) de la Kaibab Formation . Le confluent lui-même est caché par une butte.
  • à gauche du Colorado à l'arrière-plan, on voit que la couche de la Kaibab Formation est ployée vers le haut en dessinant une flexure à grand rayon de courbure.
  • à l'extrême gauche au fond, la Kaibab Formation s'horizontalise et reforme un plateau horizontal, mais avec une altitude supérieure d'environ 500 à 600 m par rapport au plateau de droite.
  • en avant plan de la flexure, mais en arrière de la butte formant le premier plan gauche, on devine des couches avec un fort pendage vers la droite, voire quasi-verticales, sur lesquelles les deux images suivantes vont zoomer.

Figure 13. Zoom sur la flexure permettant le raccord entre le plateau de gauche à ≈2500 m et le plateau de droite à ≈1900 m

Au centre de la photo, on voit mieux les couches inclinées ou quasi-verticales, détaillées sur l'image suivante.


Figure 14. Zoom sur les couches très inclinées, voire quasi-verticales, au niveau de la flexure permettant le raccord entre les parties Ouest (≈2500 m) et Est (≈1900 m) du plateau

À l'arrière-plan, ce raccord n'est visible que sous la forme d'une ondulation. Au centre de l'image par contre on voit des couches très inclinées formant une sorte de synclinal. À l'avant-dernier plan comme au second plan, les couches sont presque verticales.


L'origine de cette flexure a longtemps été débattue. Est-ce un “vrai pli” (dû à un raccourcissement), un crochon de faille, ou une flexure à l'aplomb d'une faille plus profonde ? Dans ces deux derniers cas, la faille serait-elle inverse (raccourcissement) ou normale (extension) ? Et cette tectonique a-t-elle un lien avec la surrection du Plateau du Colorado ou est-elle indépendante ? La figure 15, ci-dessous, résume le relatif consensus admis par les géologues américains. Cette flexure serait majoritairement le résultat du rejeu inverse (dû à l'orogenèse laramienne, au Crétacé supérieur et au Paléocène) d'une ancienne faille affectant le socle protérozoïque. Ce qui est encore très débattu, c'est la part de ce rejeu ancien (50 à 80 Ma) dans la surrection à priori plus récente du Plateau du Colorado.

Figure 15. Origine de la flexure à l'Est du canyon du Colorado, Arizona (USA)

Les trois premiers dessins correspondent à l'histoire classique du canyon du Colorado telle qu'elle a été vue la semaine dernière, avec en plus une explication partielle du basculement protérozoïque supérieur (des failles normales comme la Butte Fault ). Les trois derniers dessins retracent l'histoire post-Paléocène de la partie Est du canyon. Le petit rectangle bleu du dernier dessin correspond approximativement à la figure 14.

Dessins inspirés d'après le site d'un géologue de l'Université de l'Orégon, Ken Bevis.


Figure 16. Détail de la rive Est (rive gauche) du canyon du Colorado à l'Est de la flexure due au Butte Fault System , Arizona (USA)

La (relativement) basse altitude du plateau de la rive gauche par rapport à l'altitude de vol de l'avion permet d'en apprécier la platitude et l'étendue. On peut noter que le Colorado n'est pas très turbide (eaux bleues).


Figure 17. Détail de la rive Est (rive gauche) du canyon du Colorado à l'Est de la flexure due au Butte Fault System

La (relativement) basse altitude du plateau de la rive gauche par rapport à l'altitude de vol de l'avion permet d'en apprécier la platitude et l'étendue. On peut noter que le Colorado n'est pas très turbide (eaux bleues).


Figure 18. Détail de la rive Est (rive gauche) du canyon du Colorado à l'Est de la flexure due au Butte Fault System

La (relativement) basse altitude du plateau de la rive gauche par rapport à l'altitude de vol de l'avion permet d'en apprécier la platitude et l'étendue. On peut noter que le Colorado n'est pas très turbide (eaux bleues).


Figure 19. Vue sur le canyon du Petit Colorado, affluent de la rive gauche du Colorado, Arizona (USA)

On peut noter que le débit du Petit Colorado semble bien moins important que celui du Colorado, mais que ses eaux sont beaucoup plus turbides et chargées en sédiments, ce qui lui donne une couleur marron.

Localisation par le point LC sur la figure 5.


Figure 20. Vue sur le canyon du Petit Colorado, affluent de la rive gauche du Colorado, Arizona (USA)

On peut noter que le débit du Petit Colorado semble bien moins important que celui du Colorado, mais que ses eaux sont beaucoup plus turbides et chargées en sédiments, ce qui lui donne une couleur marron.

Localisation par le point LC sur la figure 5.


Le Petit Colorado, au faible débit et aux eaux très turbides, se jette dans le Colorado qui a un débit beaucoup plus fort mais dont les eaux sont beaucoup moins chargées en sédiments. Cette relative limpidité du Colorado s'explique par la présence d'un grand barrage (le barrage de Glen Canyon ) situé 90 km en amont du confluent. Tous les sédiments du Colorado sont en effet retenus dans le lac situé derrière le barrage, le lac Powell. Les sept photographies qui suivent correspondent à des photos du confluent, où l'on peut voir comment se mélangent un fort débit d'eaux peu chargées avec des eaux très chargées mais avec un faible débit.

Figure 21. Le confluent Colorado / Petit Colorado photographié depuis la verticale du Colorado, en aval du confluent, Arizona (USA)

Le canyon du Petit Colorado est situé à droite, en dehors du champ de la photo. Mais on voit bien l'arrivée des eaux très turbides du Petit Colorado qui se jettent dans le fleuve principal venu du haut à gauche et aux eaux plus vertes. Au niveau du confluent, le petit Colorado se divise en deux, formant un cône de débris (qu'on peut assimiler à un delta) dans le lit du Colorado. Bien que l'on soit assez loin, on voit le mélange des eaux et le Colorado aval qui prend une teinte intermédiaire entre celle du Colorado amont et celle du Petit Colorado. On peut avoir une idée de l'échelle grâce à l'ile “delta” qui mesure 360 m de long (d'après Google Earth ).


Figure 22. Le confluent Colorado / Petit Colorado vu depuis l'amont du confluent, au-dessus du canyon du Petit Colorado, Arizona (USA)

Le fond du canyon du Colorado en amont du confluent est caché, alors que celui du Petit Colorado est parfaitement visible. On voit bien les eaux vertes du Colorado et les eaux turbides du Petit Colorado se mélanger en quelques centaines de mètres. Le jour où la photo a été prise (17 août 2017) le débit du Petit Colorado était si faible que les eaux vertes du Colorado remontaient la branche droite du “delta”.


Figure 23. Zoom sur le confluent Colorado / Petit Colorado vu depuis l'amont du confluent, au-dessus du canyon du Petit Colorado

Le fond du canyon du Colorado en amont du confluent est caché, alors que celui du Petit Colorado est parfaitement visible. On voit bien les eaux vertes du Colorado et les eaux turbides du Petit Colorado se mélanger en quelques centaines de mètres. Le jour où la photo a été prise (17 août 2017) le débit du Petit Colorado était si faible que les eaux vertes du Colorado remontaient la branche droite du “delta”.


Figure 24. Détail du confluent Colorado / Petit Colorado vu depuis l'amont du confluent, au-dessus du canyon du Petit Colorado, Arizona (USA)

Le fond du canyon du Colorado en amont du confluent est caché, alors que celui du Petit Colorado est parfaitement visible. On voit bien les eaux vertes du Colorado et les eaux turbides du Petit Colorado se mélanger en quelques centaines de mètres. Le jour où la photo a été prise (17 août 2017) le débit du Petit Colorado était si faible que les eaux vertes du Colorado remontaient la branche droite du “delta”.


Figure 25. Le confluent Colorado / Petit Colorado vu depuis l'amont du confluent, au-dessus du lit du Colorado, Arizona (USA)

Les fonds des deux canyons sont parfaitement visibles. On voit bien les eaux vertes du Colorado et les eaux turbides du Petit Colorado se mélanger en quelques centaines de mètres. Le jour où la photo a été prise (17 août 2017) le débit du petit Colorado était si faible que les eaux vertes du Colorado remontaient la branche droite du “delta”.


Figure 26. Zoom sur le confluent Colorado / Petit Colorado vu depuis l'amont du confluent, au-dessus du lit du Colorado

Les fonds des deux canyons sont parfaitement visibles. On voit bien les eaux vertes du Colorado et les eaux turbides du Petit Colorado se mélanger en quelques centaines de mètres. Le jour où la photo a été prise (17 août 2017) le débit du petit Colorado était si faible que les eaux vertes du Colorado remontaient la branche droite du “delta”.


Figure 27. Détail du confluent Colorado / Petit Colorado vu depuis l'amont du confluent, au-dessus du lit du Colorado

Les fonds des deux canyons sont parfaitement visibles. On voit bien les eaux vertes du Colorado et les eaux turbides du Petit Colorado se mélanger en quelques centaines de mètres. Le jour où la photo a été prise (17 août 2017) le débit du petit Colorado était si faible que les eaux vertes du Colorado remontaient la branche droite du “delta”.