Géologie
Les
conséquences du charriage sur les roches.
La mise en place
de la nappe de charriage s'est produite en grande partie lors de la surrection
des Pyrénées, à un moment où l'érosion
ne l'avait pas encore beaucoup entamée. La nappe chevauchante a alors
une épaisseur d'une dizaine de kms et la superposition de cette nappe
sur le socle s'enfonce, du fait de son poids, dans l'asthénoshère
(relativement molle). D'où les conditions sévères régnant
au niveau du plan de chevauchement : forte pression, température autour
de 250 à 300°C.
Le glissement de la nappe, sur 10, voire 15 km vers le sud,
a donc été difficile et ne s'est pas fait sans dégat
visible dans les roches sus- et sous-jacentes au plan de chevauchement, en
particulier dans le calcaire crétacé qui, étant
juste dessous, a été cisaillé.
En se déplaçant la nappe a aussi arraché
et emporté avec elle des parties saillantes du socle : on parle de
"lambeaux de poussée".
1
- Le
cisaillement
Le déplacement
relatif de deux masses rocheuses en contact (anormal le plus souventl) en
particulier lors du charriage d'une nappe sur un socle, altère
la structure des roches de part et d'autre de la surface de contact,
en particulier dans la zone ductile de la croûte terrestre. C'est
ce qu'on appelle un cisaillement (il est dit "simple" car
il se distingue d'un cisaillement "pur" qui se limite à un
raccourcissemnt ou à un étalement [note 2]). Il est lié
à l'adhérence entre les deux masses, et conditionné par
la température et la pression régnant au niveau de la surface
de charriage.
Un cisaillement consiste en des plans parallèles
de cassure séparant des feuillets (comme dans le métamorphisme
: on parle de "métamorphisme cataclastique"), de part et
d'autre de la surface de contact, son intensité augmentant avec la
proximité de cette surface. Ces plans de cassure sont de deux ordres
:
- des plans S (S comme schistosité), obliques (d'aurant
plus qu'on se rapproche du plan de chevauchement) et affectés d'une
déformation d'allure sigmoïde,
- et des plans C (C comme cisaillement), qui recoupent
ces derniers, rectilignes et parallèles au plan de la surface de charriage
(qui est bien visible dans les deux photos ci-dessous) .
Peut s'ajouter à cette foliation grossière une mylonite
(du grec mulon, moulin),
des feuillets plus ou moins disloqués (passés à la moulinette)
étant séparés, au micoscope, par une zone où les
cristaux sont broyés, ou écrasés et roulés.
A l'échelle de l'affleurement (donc
du mètre) cela donne un aspect feuilleté, ou rubané,
des roches, grossièrement parallèle au plan de chevauchement,
comme on peut le voir sur les photos ci-dessous.
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*
En haut : schéma
indiquant l'effet du cisaillement, à l'échelle du mètre,
sur les roches du cirque de Barrosa, de part et d'autre du plan de chevauchement
de la nappe de Gavarnie (ampélite allochtone en haut, calcaire
crétacé autochtone en bas) : plans C de cassure
entre des bandes de cisaillement, et plans S de schistosité
(sans métamorphisme normal) à l'intérieur
de ces bandes, d'allure sigmoïde, d'autant plus obliques qu'on
se rapproche du plan de chevauchement
;
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Sur cette
PHOTO l'effet du cisaillemnt sur les roches au voisinage du plan de chevauchement
est manifeste, surtout les plans S,
soulignés en jaune. A gauche
du plan S surligné dans l'ampélite on
voit aussi, au centre de l'image, un petit pli associé à une
faille.
Noter la netteté, ici, du plan de
chevauchement (qui met en contact anormal deux roches distantes par l'âge
de 350 millions d'années environ), tranché au couteau : on passe
de l'ampélite silurienne, en haut, au calcaire crétacé,
en bas, d'un millimètre à l'autre. Au milieu de l'image : esquisse
d'un pli. (l'auteur
du site remercie M. Louis de Pazzis, géologue, membre et co-animateur
de sorties au sein de Géolval,
association de vulgarisation de la géologie des Pyrénées,
de lui avoir communiqué cette photo, prise par lui le 15 septembre
2013).
Extrémité sud
de la corniche de la falaise nord du cirque de Barrosa. La plage sombre, au
milieu et à droite de l'image, dans l'ampélite et le calcaire,
correspond à la cascade qui coupe cette corniche à cet endroit
mais dont le débit était très faible le jour où
la photo a été prise (26 juillet).
L'ombre met le doigt sur le plan (ou surface) de chevauchement
de la nappe de Gavarnie sur le "socle", c'est-à-dire
le contact entre l'ampélite en haut et le calcaire crétacé
en bas. Le chemin des mines ("camino de Las Pardas", sur lequel
se tien tla personne dont on voit l'ombre) a été taillé
ici un peu au-dessous de ce plan, dans le calcaire crétacé.
La tache rouge, à gauche, est une flèche indiquant la direction
du port de Barroude (vers le nord, à droite), mal peinte en raison
des irrégularités horizontales (laminage ?) du calcaire.
Cliquer sur la
photo pour la voir avec des incrustations repérant des plans
S et un plan C.
Cet aspect du calcaire
(à noter aussi des fissures, presque verticales) est donc interprété
ici comme étant un effet du "laminage" par la progression
de la nappe de charriage sus-jacente. Cependant il n'a peut-être rien
à voir avec le charriage et pourrait correspondre à une "lamination",
figure sédimentaire créée par des courants variables
sur un fond marin plat peu profond (voir les photos sous-jacentes du calcaire).
Ces
"vagues" dans l'ampélite, englobant des blocs rocheux de
nature différente et plus durs, sont peut-être aussi l'effet
du cisaillement. Mais il est possible qu'il s'agisse de déformations
(roche schistosée, plissotée, faillée), par compression,
survenues lors de l'édification de la chaîne hercynienne ou de
la chaîne pyrénéenne.
Aspect déchiqueté
du contact entre l'ampélite noirâtre et le calcaire crétacé
blanc, permettant peut-être de parler de "mylonite" (broyage
d'une roche dans un plan de chevauchement), Ou bien s'agit-il de petites écailles
arrachées à la couche de calcaire crétacé par
le déplacement de la nappe (de droite à gauche sur la photo).
Aspect
laminé du calcaire crétacé, sous le plan de chevauchement,
au bord du chemin des mines (voir une photo sus-jacente).
Mais la lamination
peut avoir une autre cause : l'effet de courants sur un fond sous-marin.
Plis
(autre déformation possible) dans un bloc rocheux dont on peut penser,
bien qu'il ne soit pas in situ, qu'il s'agit probablement d'un bloc de calcaire
crétacé.
A l'échelle d'un bloc rocheux
qu'on peut prendre en main, et sur une cassure suivant un plan de foliation,
on peut voir des stries qui indiquent la direction, et même parfois
le sens, du charriage.
Pour en savoir plus :
- on consultera avec profit (bien qu'il s'agisse
de roches différentes), dans des sites d'universités scientifiques
anglaises, des pages réalisées par des géologues
et consacrées au célèbre charriage
ou chevauchement du Moine ("the Moine thrust"), dans les
Highlands, au nord-ouest de l'Ecosse, minutieusement décrit dès
1884 par des géologues écossais, dans un article qui a fortement,
mais difficilement, contribué à faire admettre par leurs confrères
géologues le concept de charriage, avec un déplacement horizontal
pouvant dépasser les 100 km (note 1) :
* site de l'université
d'Oxford : une page contenant de
belles photos à comparer avec celles du cirque de Barrosa, notamment
avec celles de la page de photos consacrée au calcaire
crétacé ;
* site de l'université
de Leeds (l'auteur du présent site remercie M.Andrew McCaig,
de cette université, qui a étudié aussi la région
du cirque de Barrosa, pour les indications qu'il lui a données, en
espérant les avoir bien interprêtées).
- consulter également,
dans le site Planet Terre de l'Ecole Supérieure de Lyon, la
page qui détaille un exemple de cisaillement sous une nappe de charriage
dans les Corbières : cliquer
ici
2 - Les lambeaux de poussée.
Lorsque,
venant du port Vieux, on monte vers la sommet du pic de Port Vieux par le
sentier qui parcourt son versant est, on trouve dans le contrefort qui longe
un large couloir vertical, après avoir marché depuis le port
sur les roches métamorphiques du socle primaire, du grès
rouge, puis du calcaire blanc du Crétacé supérieur.
C'est la séquence habituelle. Mais au-dessus du calcaire et jusqu'au
sommet on trouve de nouveau du grès rouge.
Cette anomalie tient au fait que le pic de Port
Vieux semble pouvoir être considéré comme un exemple de
ce qu'on appelle un "lambeau de poussée" dont la définition
est : "Terrains arrachés par une unité chevauchante à
son substratum, et entrainés par elle" (Dictionnaire de géologie,
par Alain Foucault et Jean-Françoic Raoult, éditions Masson,
1980, p. 170).
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Le SCHEMA
ci-contre vise à expliquer la formation du pic de Port
Vieux. Au stade 1, avant le chevauchement de la nappe de charriage de Gavarnie, le socle primaire est couvert par une couche de grès rouge du Permien ou du Trias. Au stade 2, se sont créés, dans la couche de grès et le calcaire crétacé qui la surmonte, deux petits chevauchements qui vont constituer un obstacle à la progression du charriage de la nappe de Gavarnie (le pointillé rouge figure son futur plan de chevauchement). Au stade 3, la nappe de Gavarnie (GT), dont la base est constituée par de l'ampélite silurienne (la couche-savon), s'est mise en place en se déplaçant du nord (à droite) vers le sud. Au stade 4, sa progression entraine, en amont de l'obstacle, un décollement dans la couche de grès et celle de calcaire, et un chevauchement (PPVT) des terrains décollés maintenant solidaires de la nappe de Gavarnie, avec formation de ce qu'on appelle en tectonique un "duplex" (la couche calcaire, chevauchée par la couche de grès supérieure [traits obliques], est sectionnée en plusieurs petits chevauchements, et chevauche elle-même le couche inférieure). Au stade 5, l'ensemble des terrains, parcourus de failles liées à la poussée de la nappe de Gavarnie, va être soumis à l'érosion (pointillé vert) qui ne laisse subsister, dans le pic de Port Vieux, qu'une partie de la couche de grès supérieure. |
Coupe
géologique du pic de Port Vieux (arêtes sud et nord-est),
extraite (mais légèrement modifiée et colorisée)
d'une publication de M. Andrew McCaig (note 3).
Cette
coupe montre que la réalité est encore plus complexe que les
schémas : les roches sont truffés de failles plus ou moins importantes.
En plus le jeu d'une grande faille verticale, au nord-est du pic, qui se manifeste
par un couloir rocheux, a décalé vers le bas un pan entier de
l'arête nord-est, y compris une partie du lambeau de poussée,
aprés la mise en place de celui-ci.
Le lambeau de poussée (dont
la partie sommitale, isolée par l'érosion, forme une "klippe")
se situe au-dessus du plan de chevauchement de la PPVT et repose donc sur
la couche de calcaire crétacé, mais se situe au-dessous du plan
de chevauchement de la GT, au sud du pic, là où l'érosion
a laissé subsister de l'ampélite silurienne.
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 PHOTO prise du pic de Bataillance, avec en arrière-plan la muraille de Barroude (l'arête nord-est est vue obliquement et son contrefort masque la faille verticale ; le pointillé rouge figure le tracé du sentier). |
PHOTOS
du versant est du pic de Port Vieux
(voir aussi la photo d'une page du site de la lithothèque de
Midi-Pyrénées : cliquer
ici ; déplacer le pointeur sur l'image pour faire apparaître
des incrustations explicatives).
Sur le calque explicatif de
la photo du bas le pointillé rouge localise le sentier qui monte du
port Vieux au sommet du pic par le contrefort de son arête nord-est
décalé vers la bas par la faille : on
y trouve la séquence habituelle (successivement
: roche métamorphique, grès rouge, calcaire crétacé).
Mais au-dessus du calcaire, et jusqu'au sommet, on est étonné
de trouver à nouveau du grès rouge : ce qui s'explique par l'existence
du lambeau de poussée.
Vue (avec calque explicatif) rapprochée,
depuis la vallée du rio Pinara, sur le versant est du Soum de Barroude
où se voient nettement, de bas en haut :
- le socle métamorphique paléozoîque
hercynien : des schistes (dits "bleus", mais ici plustôt
gris), du Cambro-Ordovicien (environ 500 millions d'années [Ma]) ;
- la couche de grès rouge (ici
lie-de-vin), du Permo-Trias (enviro 250 Ma) ;
- la couche de calcaire blanc du Crétacé
supérieur (environ 80 Ma) ; ces deux couches constituant la couverture
du socle métamorphique ;
- en haut, au centre de l'image, appartenant
à la nappe de Gavarnie, l'ampélite noire du Silurien
(environ 400 Ma) séparée nettement du calcaire crétacé
sous-jacent par le plan de chevauchement de celle-ci sur le socle ; de part
et d'autre les roches plus claires appartiennent au lambeau de poussée
constitué de "grès rouge" malgré, ici, leur
couleur grise.
Cette photo (de Philippe Villette) mérite un agrandissement
au format 1250 x 702 px
.
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< CARTE GEOLOGIQUE schématique (un peu simplifiée) de la région Port de Barroude-Pic de Barrosa-Pic de Port Vieux, précisant la topographie du lambeau de poussée (traits obliques).
Il existe d'autres lambeaux de poussée, aux dires des géologues, dans le cirque lui-même, le long du chemin muletier, mais pour lesquels l'auteur de ce site n'a pas encore de photos, n'ayant pas su les voir.
Au sujet de ce lambeau de poussé
voir aussi: |
3
- Les plis
On trouve aussi, dans les ampélites
ou dans les schistes de la nappe de charriage, beaucoup de PLIS. Certains
se sont sans doute formés lors de la surrection de la chaîne
de montagne hercynienne, mais d'autres sont peut-être en partie
liés au charriage de la nappe lors de la formation des Pyrénées.
En voici des PHOTOS :
La
PHOTO ci-dessus (où le nord est à droite et le sud à
gauche) montre de tels plis dans la couche d'ampélites qui forment
le soubassement de la grande falaise calcaire de la face est du pic Robiñera (on
voit à gauche le haut du grand pierrier qui s'étend au pied
de celle-ci). Noter en particulier celui qui est, à droite, un peu
au-dessus de la base de la paroi, où se situe le plan de chevauchement
(cliquer ici pour voir 2
photos qui le situent et le montrent de près).
PHOTO de la même région, mais
sous un éclairage et un angle un peu différents, rendant certains
détails mieux visibles.
PHOTO
de la face sud du pic de La Munia, prise du pic Robiñera (le
cirque de Barrosa est à droite et le col de Robiñera en bas
à gauche hors de l'image), montrant un grand pli qui s'est probablement
formé lors de la surrection de la chaîne hercynienne.
Au bord gauche de l'image on voit
une très petite brèche en haut d'un couloir oblique : c'est
par elle que passent les itinéraires venant du col de La Munia (voie
normale) ou du col Robiñera (en bas à gauche de l'image). La
brèche est au pied du "pas du chat".
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 Dans la face est du pic Gerbats, en haut de la muraille de Barroude, donc à l'intérieur des schistes bruns du Dévonien moyen de la nappe de Gavarnie, ou au contact avec le calcaire, existe, le long d'une faille, un chevauchement, du nord (à droite) vers le sud, avec, le long de cette faille, des plis manifestement liés au frottement qui s'opposent au glissement sur ce plan de charriage (note 4). A noter qu'un chevauchement, par compression, peut se produire à toutes les échelles, de l'échelle métrique à l'échelle kilométrique. |
Bloc rocheux tombé de la falaise taillée dans le calcaire de "la Dalle", à proximité de la tour de Lieusaube qui forme avec cette falaise la "porte d'entrée" du cirque de Troumouse quand on l'aborde par le Nord (on la devine tout en haut de l'image : la petite tache verte). Séries de plis dits "semblables" (le dessin des strates est le même dans tout le pli), ou "anisopaques" (le pli est plus épais à la charnière que sur les flancs").
Mais il n'y
a pas, dans le cirque de Barrosa et les vallées voisines, des plis
aussi spectaculaires, associés à des chevauchements, que ceux
du versant sud-ouest du pic de Las Espadas, dans le massif
des Posets, tels qu'on les voit sur la PHOTO ci-dessous, prise de Viados.
Ces plis sont appelés "las Tuertas". Belle illustration de
la notion de pli en géologie.
(Photo extraite du
site du CAF
de Bagnères de Bigorre, prise par un de ses membres le 18 août
2007 lors de l'étape Parzan-Viados d'un raid entre Parzan et Alos de
Isil).
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NOTES
:
1.
La même année, 1884, un géologue français, Marcel
Bertrand, avait d'ailleurs lui aussi publié un artcle consacré
à un charriage dans les Alpes, et décrit un chevauchement dans
le massif de l'Etoile grâce au creusement d'un tunnel, pour l'ouverture
de la ligne de chemin de fer Marseille-Lyon, où il avait constaté
une superposition stratigraphique anormale. Par la mise en évidence
du même chevauchement ailleurs en Provence il contribura lui aussi,
les années suivantes, à faire admettre la notion de déplacement
horizontal et de nappe de charriage (voir la
page consacrée à la formation des montagnes).
2.
Ce schéma peut être
précisé par le schéma ci-contre qui détaille
ce qui se passe dans une roche en cas de "cisaillement simple"
sous un plan de chevauchement majeur. Ce cisaillement entraîne à
la fois des cassures (C) et de la shistosité (S, d'allure sigmoïde),
lesquelles s'accentuent à mesure qu'on se rapproche du plan de chevauchement..
Les cercles sont destinés à visualiser ces déformations.
"Cisaillemnt simple" et "cisaillemnt pur" (ou aplatissement-étirement)
sont différenciés.
3.
Des
géologues anglais de
l'université de Leeds, dont MM. Neil T. Grant et Andrew Mc Caig,
ont beaucoup étudié, au cours de plusieurs séjours au
refuge de Barroude, le pic de Port Vieux (et l'ensemble des cirques de Barroude
et de Barrosa), ce qui témoigne de l'intérêt de ce sommet
sur le plan géologique.
Les résultats de leurs travaux figurent dans, entre
autres, la thèse de M. Neil T. Grant (Deformation and fluid processes
in thrust sheets from the central Pyrénées, Département
des Sciences de la Terre de l'université de Leeds, 1989), et un des
articles publiés par Andrew Mc Caig et ses collaborateurs (Fluid
expulsion and dilatancy pumping during thrusting in the Pyrenees : Pg and
Sr isotopic evidence, dans le bulletin de la Geological Society of America
d'août 2000).
4.
Pour en savoir plus consulter un document
pdf qui est, dans sa partie terminale, un complément détaillé
au chapitre décrivant l'itinéraire 2 dans le guide géologique
"Hautes-Pyrénées" de Y Hervouët, A. Péré
et D. Rossier, édité par Omniscience et le BRGM.
Page mise à jour le 17 novembre 2022