Image de la semaine | 17/02/2020

Les falaises du Parc national de Talampaya (province de La Rioja, Argentine), résultat de l'interaction entre altération et érosion éolienne ?

17/02/2020

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Giga-cannelures hémicylindriques dans des grès fins homogènes. Stratifications entrecroisées, perméabilité, cimentation, et pétroglyphes sur patine du désert.

La Cathédrale, la plus célèbre des falaises du canyon du rio de Talampaya (rio presque toujours à sec), dans le parc national du même nom, province de La Rioja, Argentine

Figure 1. La Cathédrale, la plus célèbre des falaises du canyon du rio de Talampaya (rio presque toujours à sec), dans le parc national du même nom, province de La Rioja, Argentine

Cette falaise mesure environ 100 m de haut. Elle est entièrement constituée de grès fluviatile du Trias inférieur. Ce grès est très homogène vis-à-vis de sa résistance à l'érosion, ce qui fait que la stratification se voit souvent assez mal sauf quand le grès change légèrement de couleur. Ce qui fait l'originalité et la beauté des falaises du canyon de Talampaya, c'est sa morphologie découpée en “demi-cylindres” creux et verticaux, des “giga-cannelures”, qui peuvent se suivre sur toute la hauteur de la falaise, souvent avec le même diamètre. L'origine de cette morphologie est très mal expliquée par les documents du parc national (du moins ceux en anglais). Il est dit que c'est dû à l'action de l'eau et du vent, sans plus de précision. Nous essaierons de montrer des photos permettant de proposer une explication, explication plausible à défaut d'être certaine.

Localisation par fichier kmz du canyon de Talampaya (Argentine).

Quand un amateur de la nature visite le Nord-Ouest de l'Argentine, le Parc national de Talampaya est un incontournable. Ce parc est connu pour sa faune et sa flore, pour ses gravures et autres pétroglyphes amérindiens, pour ses fossiles du Trias, et pour ses paysages assez extraordinaires, paysages dus à une érosion particulière dans une couche de grès datant du Trias inférieur. Ce parc est situé à une altitude moyenne de 1300 m, sur le rebord oriental de la Cordillères des Andes. La région est séparée du Pacifique par la haute chaine andine (sommets de 5000 à 6000 m), mais aussi séparée des plaines des Pampas par un autre chainon culminant à plus de 2500 m. Ainsi protégé des vents venant du Pacifique ou de l'Atlantique, et situé par 30° de latitude Sud (pas très loin du tropique Sud), ce parc est très sec avec un climat semi-désertique. Il n'y a que quelques pluies torrentielles l'été. Les vents sont très forts au printemps. Les cours d'eau (rio en espagnol) sont en général à sec, sauf pendant les rares orages d'été. Le régime des pluies pouvait y être bien différent lors de périodes plus froides et humides, comme lors de la dernière glaciation. Un de ces rios, le rio Talampaya, coule (les rares moments où il y a de l'eau) dans un canyon sans doute en partie creusé lors de périodes plus humides (la dernière glaciation ?). Il entaille sur une hauteur de 100 à 150 m des grès fluviatiles de couleur rose-orangée (riche en oxyde de fer III) et datant de l'Olénékien (−251 à −247 Ma), le dernier étage du Trias inférieur. Ces grès peuvent être très homogènes sur plus de 100 m d'épaisseur. Les parois de ce canyon sont “sculptées” par des “cheminées” en forme de demi-cylindres isodiamétriques, giga-cannelures pouvant faire 5 m de diamètre pour 100 m de hauteur. Ces parois ainsi découpées par ces demi-cylindres ont un côté esthétique certain, renforcé par la couleur des grès. On peut ainsi admirer Los Reyes Magos (les Rois mages), La Catedral (la Cathédrale)… Les parois de grès telles qu'on peut en voir par exemple sur le plateau du Colorado (cf., par exemple, Monument Valley : grès et argiles, diaclases, érosion, mésas et buttes témoins, anciens volcans…) n'ont pas cette morphologie, qui doit être due à une (ou des) particularité(s) géologique(s) et/ou climatique(s) locale(s). Dans les photos suivantes, on va suivre le canyon d'amont en aval (du NE au SO) sur toute sa longueur (3 km) en regardant 20 photographies. Puis nous essaierons de synthétiser toutes les observations en proposant une explication plausible telle qu'on peut le faire après seulement 2 heures de visite rapide, où on ne regardait pas que de la géologie. Cette visite a été faite en hiver, saison sèche.

La Cathédrale correspond en fait à la partie NE (gauche) d'une paroi plus longue, qui se trouve sur la rive gauche (Sud) du canyon de Talampaya (Argentine)

Figure 2. La Cathédrale correspond en fait à la partie NE (gauche) d'une paroi plus longue, qui se trouve sur la rive gauche (Sud) du canyon de Talampaya (Argentine)

Les 2/3 gauche de cette paroi ont la morphologie “classique” du canyon avec ses cannelures en demi-cylindre. Le 1/3 droit par contre présente une falaise de grès sans cette morphologie. Et on constate que le pied de cette falaise non ciselée est occupée d'éboulis. Des éboulements “récents” ont certainement effacé cette morphologie qui n'a pas encore eu le temps de se reconstituer.

Figure 3. Détail de la partie centrale inférieure de l'image de la figure 1, Parc national de Talampaya, province de La Rioja, Argentine

On voit que la juxtaposition des puits demi-cylindriques peut isoler des pointes et des pinacles. En haut de cette photo, on voit que des strates sont comme évidées, plus érodées que les strates supérieures et inférieures. Ce type d'érosion ressemble à des taffonis (cf, Les taffonis du Cap de Creus (Espagne), de la côte de Namibie et de l'île d'Elbe) alignés le long de strates particulières (cf. figures 10 et 11 de Quand l'érosion alvéolaire fabrique des taffonis géants et emboîtés, et fête la Saint Valentin, Uluru (Australie)).

Figure 4. Détail de la partie supérieure de la photo précédente, Parc national de Talampaya, Argentine

En bas, on voit des pinacles formés par la coalescence de deux cannelures. En haut, des strates sont évidées sur une longueur variable. L'évidement se suit le long d'une même strate, ce qui montre que cette strate résiste moins à l'érosion que les strates sus- ou sous-jacentes.

Figure 5. Détail de la partie inférieure gauche de la Cathédrale (figure 1), Parc national de Talampaya (province de La Rioja, Argentine)

Sur la cannelure centrale, on voit trois cavités de forme similaire, cavités qui se situent à l'intersection entre la cannelure centrale et des strates fines légèrement plus érodées que les autres. On retrouve des dépressions similaires au même niveau sur la cannelure située juste à gauche. Une autre se trouve quelques mètres plus à gauche, au même niveau que la dépression centrale de la cannelure du milieu.

Vue d'ensemble de la falaise de la rive droite quelques centaines de mètres en aval de la Cathédrale, Parc national de Talampaya (Argentine)

Figure 6. Vue d'ensemble de la falaise de la rive droite quelques centaines de mètres en aval de la Cathédrale, Parc national de Talampaya (Argentine)

On retrouve la même morphologie avec ces cannelures verticales cylindriques, sauf là où il y a eu des effondrements récents.

Figure 7. Vue d'ensemble de la falaise de la rive droite quelques centaines de mètres en aval de la Cathédrale, Parc national de Talampaya (Argentine)

On retrouve la même morphologie avec ces cannelures verticales cylindriques, sauf là où il y a eu des effondrements récents.

Vue d'ensemble d'une bonne longueur de falaise de la rive gauche environ 1 km en aval de la Cathédrale, Parc national de Talampaya (Argentine)

Figure 8. Vue d'ensemble d'une bonne longueur de falaise de la rive gauche environ 1 km en aval de la Cathédrale, Parc national de Talampaya (Argentine)

La figure 9 montrera un détail du centre de l'image, la figure 10 un détail de la droite.

Figure 9. Détail du centre de l'image ci-dessus, Parc national de Talampaya (Argentine)

On retrouve ce qu'on avait vu sur les figures 4 et 5. Certaines strates ont été “évidées” et se présentent maintenant comme des dépressions allongées. Sur les trois quarts inférieurs de l'image, des cannelures de deuxième ordre se surimposent aux cannelures “habituelles” de premier ordre. Ces cannelures de deuxième ordre débutent à la base de la strate la plus évidée.

Figure 10. Détail de la droite de l'image ci-dessus, Parc national de Talampaya (Argentine)

On retrouve, mais exacerbés, les traits vus à la figure précédente : strates évidées et cannelures de deuxième ordre débutant juste à la base des strates évidées.

Figure 11. Vue d'ensemble de la rive droite du canyon du rio de Talampaya (Argentine), 1 km avant son débouché aval

La séquence stratigraphique est plus complète que dans les photos précédentes. De bas en haut, on voit :

Une falaise cannelée similaires à ce qui a été vu dans les figures 1 à 7, avec peu de cannelures de deuxième ordre (contrairement aux figures 9 et 10). À gauche de l'image, un éboulement récent a détruit les cannelures qui n'ont pas eu le temps de se reconstituer.
Une vingtaine de mètres de grès avec une stratification bien visible, sans cannelure, comme on en voit un peu partout dans le monde. Les cannelures commencent à la base de ce niveau.
Un niveau de grès de morphologie intermédiaire entre les deux niveaux inférieurs.

Figure 12. Vue de détail de la rive droite du canyon du rio de Talampaya (Argentine), 1 km avant son débouché aval

La séquence stratigraphique est plus complète que dans les photos précédentes. De bas en haut, on voit :

Une falaise cannelée similaires à ce qui a été vu dans les figures 1 à 7, avec peu de cannelures de deuxième ordre (contrairement aux figures 9 et 10). À gauche de l'image, un éboulement récent a détruit les cannelures qui n'ont pas eu le temps de se reconstituer.
Une vingtaine de mètres de grès avec une stratification bien visible, sans cannelure, comme on en voit un peu partout dans le monde. Les cannelures commencent à la base de ce niveau.
Un niveau de grès de morphologie intermédiaire entre les deux niveaux inférieurs.

Figure 13. Vue sur un secteur de la rive gauche du canyon du rio de Talampaya (Argentine), 1 km avant son débouché aval

Les photos 14 à 18 correspondent à des détails de la belle cannelure centrale, les photos 19 et 20 correspondent à la profonde cannelure de gauche.

Source - © 2019 Pierre Thomas Figure 14. Vue globale de la cannelure du centre de la figure 13, Parc national de Talampaya (Argentine) Noter le cylindrisme parfait de l'intérieur de la cannelure, l'abondance de strates “évidées” à l'intérieur de la cannelure (plus nombreuses qu'à l'extérieur). Une très belle fracture recoupe la falaise (et la cannelure). Cette fracture semble postérieure à la cannelure et n'a en aucun cas guidé sa formation. Les personnages en bas donnent une idée de la taille de la cannelure malgré l'effet de perspective : environ 100 m de haut en bas.	Source - © 2019 Pierre Thomas Figure 15. Vue d'ensemble depuis le bas de la cannelure de la figure précédente, Parc national de Talampaya (Argentine) On note la circularité presque parfaite de la section de la cannelure, l'abondance des strates “évidées” (en particulier avec une grosse cavité près du bas), l'absence de fracture verticale qui aurait “guidé” la formation de la cannelure, et l'indépendance entre le tracé (vertical) de la cannelure et une grosse fracture (visible en haut à droite).
Source - © 2019 Pierre Thomas Figure 16. Détail de la base de la cannelure des photos précédentes, Parc national de Talampaya (Argentine) Noter, en plus de ce qui a été signalé pour les figures précédentes, la présence de stratifications obliques. Les courants des fleuves triasiques ayant déposé ces grès coulaient de droite à gauche.	Source - © 2019 Pierre Thomas Figure 17. Détail de la base de la cannelure des photos précédentes, Parc national de Talampaya (Argentine) Noter la présence de stratifications obliques. Les courants des fleuves triasiques ayant déposé ces grès coulaient de droite à gauche.
Source - © 2007 Regardailleurs... Figure 18. La cannelure des photos précédentes vue en contre-plongée, Parc national de Talampaya (Argentine)

Figure 19. Vue d'ensemble de la cannelure située à droite de la figure 13, Parc national de Talampaya (Argentine)

Les trois quarts inférieurs de cette cannelure sont hémicylindriques, semblables aux centaines d'autres du canyon. Dans le quart supérieur, la “cavité” cesse d'être un demi-cylindre, mais devient beaucoup plus profonde que large et ressemble plus à une tranchée dans sa partie tout à fait supérieure, comme si la circularité de la cannelure avait été modifiée par une érosion due à de l'eau courante. Et, au fond de cette partie plus profonde que large, on voit une fracture, comme si cette fracture avait guidé et participé à l'approfondissement la cannelure.

Figure 20. Vue de détail de la cannelure située à droite de la figure 13, Parc national de Talampaya (Argentine)

Il nous faut maintenant imaginer un scénario vraisemblable expliquant toutes les observations faites sur place (et sur photographies après le retour de vacances) et non incompatibles avec d'autres observations. Quand j'ai découvert ces cannelures au détour d'un virage du canyon, j'ai tout de suite pensé à des « marmites de géants » (cf., par exemple, Les marmites de géant de la cascade du Sautadet, La Roque-sur-Cèze, Gard ou Les marmites de géant de Bourke le chanceux (Bourke's Luck Potholes), canyon de la Blyde River, Afrique du Sud). Mais des marmites de géants de 100 m de profondeur, de même diamètre sur toute la hauteur, quasiment jamais de cannelure s'arrêtant à flanc de falaise, aucune cannelure “presque fermée”. Tout cela était incompatible avec l'hypothèse “marmite”. Les dépressions fermées, souvent alignées sur une strate particulière, font penser à des taffonis (cf, Les taffonis du Cap de Creus (Espagne), de la côte de Namibie et de l'île d'Elbe) alignés le long de strates particulières (cf. figures 10 et 11 de Quand l'érosion alvéolaire fabrique des taffonis géants et emboîtés, et fête la Saint Valentin, Uluru (Australie)). Le vent empruntant le canyon et tourbillonnant le long des parois pourrait-il engendrer ces cannelures aussi régulières et homogènes ? La figure 12 montre que seul un certain type de grès, très homogène, contient ces cannelures. À part la cannelure des figures 19 et 20, les cannelures ont une section en arc de cercle, et non en V comme elles le seraient si elles avaient été creusées par un ruissellement d'eau courante. En général, l'érosion (que ce soit par l'eau ou le vent) est d'autant plus importante que la roche est “érodable” (évidente banalité). Mais une roche peut être érodable soit parce qu'elle est intrinsèquement moins résistante (par exemple un grès mal cimenté), soit parce qu'elle est plus altérée. Les dépressions alignées sur une strate pourraient être dues à une couche de grès moins cimentée, mais aussi à une couche de grès plus perméable, drainant les rares eaux d'infiltration pendant la saison humide et altérant ces couches perméables. Les cannelures de deuxième ordre et “prenant leur source” le long de strates particulièrement évidées renforcent cette hypothèse. De l'eau circulant dans des couches perméables les altère et les rend érodables par le vent. L'eau suintant de ces couches au niveaux des falaises ruisselle vers le bas, favorise la croissance de bactéries (des cyanobactéries en particulier) qui maintiennent l'humidité un certain temps, et tout ça forme des bandes verticales altérables, transformées en cannelures par l'érosion éolienne. Les cannelures de premier ordre seraient dues à la même cause, les cannelures débutant à la base de grès différents et plus perméables. Cette morphologie particulière serait donc due à la conjonction (1) de la présence d'un grès très homogène formant des falaises, (2) de lignes de suintement, à la limite supérieure de la couche de grès homogène ou interne à cette couche, (3) de l'altération de la roche le long de trainées à la verticale de suintement, (4) de l'érosion par le vent de ces bandes verticales altérées, ce qui commence à former des cannelures peu profondes, (5) de la préservation de l'humidité au fond des cannelures dont les parois deviennent de plus en plus altérées et érodables par le vent, et (6) de l'amplification des tourbillons de vent par la morphologie en cannelure, ce qui en augmente l'érosion. Une fois le phénomène amorcé, il ne peut que s'auto-catalyser. Cette hypothèse, fruit d'une visite de vacance, est-elle vraisemblable ? Si quelques spécialistes de l'érosion ont des précisions, des hypothèses alternatives à proposer, elles seront les bienvenues.

Mais quels que soient les doutes quant à l'origine de cette morphologie, cela n'empêche pas de l'admirer.

A côté de ces magnifiques paysages, le Parc national de Talampaya montre des objets aux frontières de la géologie et de l'histoire : des gravures (appelées pétroglyphes, ce qui signifie littéralement gravure de la roche), faites par des Homo sapiens avant l'Histoire sensu stricto. L'art rupestre n'est pas exclusif du Sud de la France. Nous vous montrons 4 photographies de ces pétroglyphes de Talampaya.

Figure 21. Éboulis au pieds des parois du canyon de Talampaya (Argentine)

Certains blocs sont recouverts par ce qu'on appelle la « patine du désert », mélange d'un biofilm bactérien (en général “dormant”), d'argiles et d'oxydes métalliques (cf. Les déplacements du fer dans les grès Navajo, plateau du Colorado (États-Unis d'Amérique) ou fig. 19 de Les extrémophiles dans leurs environnements géologiques - Un nouveau regard sur la biodiversité et sur la vie terrestre et extraterrestre). La présence de cette patine du désert indique le grand âge de cet éboulis. C'est cette patine du désert qui a été gravée par les Amérindiens, en particulier sur la face gauche du gros bloc au premier plan à droite.

Détail des gravures (pétroglyphes) situées sur la face gauche du gros bloc de la figure précédente, Parc national de Talampaya (Argentine)

Figure 22. Détail des gravures (pétroglyphes) situées sur la face gauche du gros bloc de la figure précédente, Parc national de Talampaya (Argentine)

On peut reconnaitre des lamas ou des vigognes

Figure 23. Détail des gravures situées sur la face gauche du gros bloc de la figure précédente, Parc national de Talampaya (Argentine)

On peut reconnaitre des lamas ou des vigognes

Figure 24. Autre pétroglyphe du Parc national de Talampaya, province de La Rioja, Argentine

Il n'y a pas que les grès et les pétroglyphes qui méritent l'intérêt d'un SVTiste en vacance en Argentine. Il y a aussi la nature biologique, avec des animaux et des végétaux inhabituels pour un Européen. Nous vous montrons à titre d'exemple deux photographies de nandou. Les nandous sont des oiseaux coureurs d'Amérique du Sud, voisins des autruches (famille des Rheidae). Deux espèces de nandou vivent sur ce continent : le nandou américain (Rhea americana, 1,40 m de hauteur), et le nandou de Darwin (Rhea pennata, moins d'1 m de hauteur).