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 surtout 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 et ses conséquences sur la structure des roches.

                                
   Figure A : de part et d'autre du plan de chevauchement les roches (dans le cirque de Barrosa il s'agit le plus souvent des ampélites dans la nappe et du calcaire crétacé dans le socle) subissent un cisaillement, qui peut être probablement schématisé par la cette figure (à l'échelle du m) : des cassures se produisent dans les roches de part et d'autre du plan de chevauchement, découpant des bandes de cisaillement subissant des déplacements relatifs le long de plans C (C comme cassure) parallèles au plan de chevauchement, indiqués par le pointillé rouge (note 2).
  
   Figure B : l' examen au microscope d'une lame mince (à l'échelle du mm) en montre les conséquences sur la microstructure de la roche, sous la forme d'une foliation grossière, parallèle au plan de chevauchement, due au fait qu'entre des feuillets relativement intacts s'intercalent des feuillets discontinus, disloqués, plissotés, où les cristaux sont écrasés, roulés et surtout finement broyés. A quoi s'ajoute une recristallisation postérieure à ce broyage. Le tout étant coupé, dans le calcaire, par des veines de calcite déformées de façon variable.
  Les cristaux sont comme passés à la moulinette : d'où le nom de mylonite (du grec mulôn, moulin) donné aux roches ainsi transformées. On parle aussi de cataclase, ou de métamorphisme cataclastique (du grec cataclasis, action de briser).

 

  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.

    
  A gauche : 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 (ampélite allochtone en haut, calcaire crétacé autochtone en bas) : plans C de cassure entre les bandes de cisaillement, et plans S de schistosité (sans métamorphisme) à l'intérieur de ces bandes, d'allure sigmoïde, d'autant plus obliques qu'on se rapproche du plan de chevauchement ;
  
   A droite (photos C et D)
: dans le livre "Eléments de Géologie", par Charles Pomerol, Yves Lagabrielle et Maurice Renard, Dunod, 2006, 13e édition ("le Pomerol"), le cirque de Barrosa a été choisi pour illustrer le cisaillement lié au déplacement de la nappe de Gavarnie . Deux photos en noir et blanc (signées Labaume ) font partie de la figure 7-39 à la page 305 (mêmes photos en couleurs dans la 15e édition du livre, à la page 379) : à gauche [C] la partie nord du cirque de Barrosa, dans lequel les flèches localisent le plan de chevauchement, et à droite [D] ce dernier, vu de près. Dans cette dernière photo les plans C et S sont soulignés dans le calcaire crétacé, juste sous le contact anormal avec l'ampélite.


                                 
  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.
  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 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 court 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 ; elle est mal peinte en raison des irrégularités horizontales 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).


                                 
   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

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   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).

  Le SCHEMA ci-contre vise à expliquer la formation du pic de Port Vieux.
 ( il est inspiré par la figure 4-3, p. 58, de la thèse [1989] du géologue anglais de l'université de Leeds, Neil T. Grant [note 3]

  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 5l'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.
 

   
   PHOTO prise des abords du pic Barrosa.


  
    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.

  <  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.

      (voir la page de photos consacrée au pic de Port Vieux)

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   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".

     
  
 
  
Cette PHOTO montre d'autres plis dans la nappe de charriage (dans l'unité du Chinipro),
  - les uns
au premier plan, à petite échelle, dans des schistes dévoniens du pic Comodoto (arête sud-est ; voir aussi une photo de sa face sud),
  - d'autres au deuxième plan, à grande échelle, dans du Carbonufère basal du pic de Chinipro (on y voit aussi, à droite d'une faille, une assise horizontale de calcaire blanc du Dévonien inférieur à moyen).

 

   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 28 septembre 2017