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Karst et Cévennes

Bien qu’étudiée depuis plus d’un siècle, la géologie du Massif-Central et des Cévennes pose encore de nombreuses questions. Si les grandes étapes de formations sont connues, l’origine des paysages actuels demeure incertaine. De nombreux modèles ont été proposés pour expliquer l’origine de ces reliefs (e.g. Seranne et al., 2002 ; Camus, 2003 ; Husson, 2014). Mais malgré ces premiers travaux, des contraintes précises sur l’âge et la durée de formation des reliefs actuels manquent encore :
Combien a-t-il fallu de temps pour creuser les vallées et former les plateaux qui caractérisent le paysage cévenol ? Quelle partie du paysage s’est façonnée au cours des cinq derniers millions d’années durant la période Plio-Quaternaire ? Les reliefs sont-ils dans un état d’équilibre ? Existe-t-il un déséquilibre morphologique entre les versants atlantique et méditerranéen ?

C’est ce à quoi tente de répondre la thèse d’Oswald Malcles, commencée en octobre dernier, sous la direction de Jean-François Ritz en collaboration avec Philippe Vernant, Jean Chery et Cédric Champollion, les "karstologues" du groupe, mais aussi Pierre Camps pour l’expertise paléomagnétique. Le projet bénéficie également d’une collaboration étroite avec les géochronologistes spécialistes des "datations cosmogéniques" tels que Didier Bourlès, Lucilla Benedetti et Régis Braucher du CEREGE à Aix-en-Provence et David Fink de l’ANSTO (Australian Nuclear Science and Technology Organisation) en Australie. Des méthodes de datation complémentaires sont envisagées comme, par exemple, le développement de datations U/Pb sur spéléothèmes réalisées à Géosciences Montpellier ou la datation des sables piégés dans les karts par Luminescence Stimulée Optiquement (OSL) effectuée en collaboration à Magali Rizza au CEREGE.

À plus grande échelle, la question de l’évolution morphologique du Massif Central s’inscrit dans la compréhension de la dynamique des orogènes intraplaques : quels processus permettent la formation, et la conservation de telles structures ? Quelle est la part respective des phénomènes profonds, de surfaces, et quelles sont leurs interactions ?

Le milieu karstique, élément majeur dans la morphologie de la région, a la particularité de pouvoir enregistrer de nombreuses informations sur la dynamique ou le climat passés, permettant ainsi d’apporter des éléments de réponses à ces questions. On considère en effet que dans la très grande majorité des cas, comme la région des grands causses, les galeries karstiques horizontales se développent à la même altitude que le niveau de base local, c’est-à-dire la rivière. Exemple de galerie karstique, réseaux de la Leicasse

Une baisse de ce niveau de base, liée à une surrection de la zone ou à une variation eustatique (niveau de la mer), entraîne l’incision des rivières, et par conséquent l’abandon des galeries karstiques, fossilisant les dépôts transportés sous terre par les rivières. Ces sédiments grossiers, sables ou galets, apportent des informations sur leurs origines et leurs âges de dépôts. En effet, leur enfouissement dans le réseau karstique est datable grâce aux isotopes cosmogéniques (notamment 10Be/26Al sur quartz). Les sédiments fins apportent des informations sur le contexte climatique (par mesures de leur susceptibilité magnétique) et permettent une analyse statistique (un échantillon correspondant à un ensemble de grains) des âges d’enfouissement, par analyse 10Be/26Al mais aussi par mesures de l’aimantation rémanente détritique (ARD) qui fournit la polarité du champ géomagnétique lors du dépôt.

En pratique, l’étude s’articule autour de trois étapes :
- une étape de quantification des processus de surface : incision, érosion, dénudation. Cette quantification est permise par l’utilisation conjointe de techniques de datation absolue (isotopes cosmogoniques : 10Be/26Al, 36Cl, etc.) et relatives (e.g. principes de stratigraphie, paléomagnétisme).
- une approche morphométrique et géodésique permettra de contraindre la géométrie des marqueurs morphologiques étudiés et la déformation régionale.
- la modélisation numérique contrainte par ces deux jeux de données (temporel et géométrique), permettra de tester le(s) phénomène(s) contrôlant cette morphogenèse.
Deux financements viennent soutenir ce projet : le premier grâce à l’ANSTO (Australie) pour la détermination des âges d’enfouissement des alluvions piégées dans les karsts, et le second grâce à un projet INSU Tellus–Syster pour la datation des terrasses fluviatiles préservées en surface par mesure de la concentration 36Cl (collaboration CEREGE).
Des résultats préliminaires ont été acquis dans le cadre du master 2 d’Oswald Malcles notamment en intégrant des datations réalisées par Gaël Cazes (doctorant à l’université de Wollongong, Australie) de 4 niveaux de rivières souterraines abandonnées et étagées sur une centaine de mètres au-dessus du Rieutord, affluent de l’Hérault au niveau de la ville de Ganges, et de données paléomagnétiques associées à la mise en place des réseaux karstiques du Garrel et de la Leicasse (Sud du plateau du Larzac). Ces résultats indiquent un taux d’incision constant de l’ordre de 84 m.Ma-1 soit environ 0,1 mm.an-1, pour cette partie sud du Massif Central.

Les grands traits morphologiques de la région auraient donc été acquis au cours de la période Plio-Quaternaire. La cause principale de cette incision serait la surrection régionale associée au réajustement isostatique induit par l’érosion des reliefs. Plus d’une cinquantaine de datations supplémentaires sont prévues, ce qui devrait permettre de préciser ces valeurs d’incision sur une plus grande région mais également d’apporter des éléments de discussion sur des probables variations temporelles du taux d’incision ainsi que sur l’origine (climatique ou tectonique) de ces variations.

Réferences :
Séranne M., Camus H., Lucazeau F., Barbarand J. et Quinif Y., 2002. Surrection et érosion polyphasées de la Bordure cévenole. Un exemple de morphogenèse lente. Bull. Soc. Géol. France, 2002, t. 173, n°2, pp. 97-112.
Camus H., 2003. Vallée et réseaux karstiques de la bordure carbonatée sud-cévenole. Relation avec la surrection, le volcanisme et les paléoclimats. Thèse de doctorat, Université Bordeaux 3, 692 p.
Husson E., 2014. Interaction géodynamique/karstification et modélisation 3D des massifs carbonatés : Implication sur la distribution prévisionnelle de la karstification. Exemple des paléokarsts crétacés à néogènes du Languedoc montpelliérain. Sciences de la Terre. Université Montpellier 2- Sciences et techniques du Languedoc, 236 p