Wallonie en sous-sol : le massif de Stavelot (Wallonia in subsoil, Stavelot's mountainous terrain)

Table des matières Avant-propos…………………………………………………………………………….. 3 Chapitre I.

– Introduction………………………………………………………. 4

1.1. Les deux orogenèses responsables du sous-sol wallon 5 1.2. La géologie de terrain……………………………………………………. 9 1.2.1. La notion de « formation géologique »…………………. 9 1.2.2. La collecte des fossiles et leur interprétation……….10 Chapitre II. - L’itinéraire d’excursion……………………………………. 11 Chapitre III. - Etude des affleurements………………………………… 14 Pour en savoir plus…………………………………………………………………. 41

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Avant-propos Illustration de couverture : peinture de Cécile Baldewyns Ce livre fait partie d’une douzaine de reportages d’excursions effectuées avec mes professeurs de géologie de l’Université de Liège.

Qu’il me soit permis d’exprimer ici toute ma gratitude à l’égard des professeurs Frédéric Boulvain et Eddy Poty pour m’avoir permis de découvrir les trésors de Wallonie accumulés depuis notre appartenance au Gondwana il y a 600 millions d’années.

Ce recueil, comme d’ailleurs les autres de cette série, est un produit personnel qui n’a pas été soumis à l’approbation de mes professeurs. J’en prends l’unique responsabilité en cas d’erreur ou d’incompréhension. Dans ces deux cas, toute information complémentaire venant du lecteur sera la bienvenue.

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Wallonie en sous-sol - Introduction Chapitre I. - Introduction Chaque recueil de la série intitulée « Wallonie en sous-sol » présente mes photos d’excursions du 3ème Baccalauréat en sciences géologiques à l’Université de Liège.

En plus des notes prises aux cours, j’ai aussi commenté mes photos à partir des notes de mon carnet de terrain.

En ce qui concerne les schémas et cartes géologiques, elles proviennent pour la plupart des livres édités par mes professeurs, mais j’ai aussi fait usage de Google Earth et d’informations prises sur le Net. Dans tous les cas, les sources seront référenciées en bas de page et dans une bibliographie en fin de volume.

Chaque recueil débute par une échelle stratigraphique permettant de connaître l’âge des affleurements photographiés.

Voici le Paléozoïque.

Age

Système

Série

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Etage

Anciens noms

Wallonie en sous-sol - Introduction 1.1. Les deux orogenèses responsables du sous-sol wallon Cette excursion débute par un rappel de Paléogéographie1.

Au Cambrien, la croûte terrestre qui sera un jour la Belgique se trouve sur Avalonia, près du Pôle Sud. Avalonia s’est détaché d’un énorme continent appelé Gondwana Les cartes suivantes sont commentées et expliquent l’orogenèse calédonienne, c’est-à-dire un cycle orogénique paléozoïque qui a débuté au Cambrien, s'est poursuivi pendant l'Ordovicien et s'est terminé au Silurien. Son nom vient du mot latin pour l'Écosse, à savoir « Caledonia ».

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Cartes extraites du cours d’Eddy Poty : Pages 23, 25, 26 et 27, 33 de « Introduction à la géologie », accessible sur le site My Ulg

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Wallonie en sous-sol - Introduction

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Wallonie en sous-sol - Introduction Au Viséen (Carbonifère), lors de la disparition de l'océan Rhéique par la collision du Gondwana et du sud du Laurussia, se forme progressivement la chaîne Varisque.

Les flèches rouges sur la carte suivante2 indiquent le sens de déplacement des continents. La Wallonie subit cette deuxième collision par le Sud. C’est la phase varisque.

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Carte extraite du cours d’Eddy Poty : la page 33 de « Introduction à la géologie », accessible sur le site My Ulg

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Wallonie en sous-sol - Introduction Les frontières des pays actuels dont la croûte terrestre provient d’Avalonia sont redessinées sur le schéma suivant.

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Wallonie en sous-sol – Introduction 1.2. La géologie de terrain 1.2.1. La notion de « formation géologique » Une formation géologique3 est le nom donné à certaines couches géologiques (strates). Elles sont les unités stratigraphiques de base.

Les formations sont en général nommées selon les noms des lieux où elles ont été pour la première fois observées grâce à la présence d'affleurements visibles de leurs roches.

Les formations permettent ainsi de découper le sous-sol en couches de même propriétés et de même âge. L'âge de la formation est proportionnel à sa position. Une formation est plus ancienne que la couche qui est audessus et plus jeune que la couche qui est en dessous selon un des principes fondamental de la géologie. Les formations sont donc en quelques sortes l'image de l'échelle des temps géologiques.

Chaque formation représente un évènement géologique spécifique (dépôt de tel sédiment à tel époque suivi d'un autre dépôt à une autre époque, etc…) ce qui permet de mieux comprendre l'histoire géologique d'un lieu.

Lors de l'étude d'un affleurement observable par exemple dans le talus d'une route, les différentes couches sont décrites, échantillonnées et leur épaisseur mesurée.

A partir de ces observations, on établit une colonne stratigraphique (un "log") dans laquelle les différentes couches, remises à l'horizontale, sont représentées avec leur épaisseur et avec un figuré approprié à la nature de leurs roches, à leur lithologie.

Il sera fait appel à cette notion chaque fois que ce sera nécessaire à la meilleure compréhension des affleurements étudiés.

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Wikipedia

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Wallonie en sous-sol - Introduction 1.2.2. La collecte des fossiles et leur interprétation Nous pouvons voyager à travers les temps géologiques grâce aux preuves qui se situent sous nos pieds.

Les strates sédimentaires, des plus récentes aux plus anciennes, renferment en effet de nombreux fossiles qui y sont emprisonnés.

Grâce à eux, il a été possible de déterminer l’âge des couches de roches sédimentaires. « Les premiers géologues ont ainsi très tôt remarqué que certains fossiles apparaissent systématiquement dans des couches plus anciennes que d'autres fossiles. Ils ont également remarqué qu'ils pouvaient faire les mêmes observations avec certaines familles de fossiles, que l'on retrouve partout sur la terre dans des couches d'âges identiques.

Sans connaître l'âge exact de tous ces fossiles, il est donc possible d'établir l'ordre d'apparition sur terre de ces fossiles, des plus anciens aux plus jeunes. À partir de cela, une échelle du temps est développée. Le temps y est subdivisé en paquets qui sont définis suivant l'apparition et la disparition de fossiles ou de groupes de fossiles. Chaque paquet porte un nom pour l'identifier, c'est ce qui donne l'échelle stratigraphique.4» Chaque reportage d’excursion reprendra une photo des fossiles rencontrés au chapitre III intitulé : « Etude des affleurements »

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Travaux pratiques de paléontologie stratigraphique – ULB – http://www.ulb.ac.be/sciences/dste/sediment/Paleonto/Introduction.html

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Wallonie en sous-sol – L’itinéraire d’excursion Chapitre II. - L’itinéraire d’excursion Voici la carte géologique de Wallonie telle que nous la connaissons après l’action des deux orogenèses.

Le Massif de Stavelot (en mauve) est signalé par une flèche rouge.

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Wallonie en sous-sol – L’itinéraire d’excursion Comme le signale la carte suivante5 du Massif de Stavelot, les trois étages concernés (Salmien, Revinien et Devillien) se disposent de la manière suivante :

Les groupes de la Salm et de Revin ont été formés pendant l’Ordovicien, tandis que le Groupe de Deville date du Cambrien.

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Cours F. Boulvain : http://www2.ulg.ac.be/geolsed/excu/excursions.htm

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – L’itinéraire d’excursion La carte suivante, complétée par mes soins, reprend l’itinéraire de notre excursion : Pont-de-Vilettes (2 arrêts) – Lierneux (Scierie) – Thier del Preu – SalmChâteau – Vielsalm – Petit-Thier - Hourt

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Chapitre III. - Etude des affleurements Arrêt n°1 : vallée de la Lienne, 1 km en amont de Villettes (Groupe de la Salm, formation de Jalhay) La carte suivante, tirée de Google Earth, reprend les deux arrêts de Pont-deVilettes.

Dans cette première partie d’excursion nous rencontrerons essentiellement des sédiments de type bassin dans lequel se sont formées des « turbidites »6

Voici comment se forment les turbidites, comme ce fut le cas ici à Pont-de-Vilettes à l’Ordovicien.

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Schéma extrait de la page 40 de « Pétrologie sédimentaire » de Frédéric Boulvain, Technosup-ellipses

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Arrêt n°1 : vallée de la Lienne, 1 km en amont de Villettes (Groupe de la Salm, formation de Jalhay)

Nous y avons relevé banc par banc les termes de la séquence de Bouma7.

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Schéma extrait de la page 41 de « Pétrologie sédimentaire » de Frédéric Boulvain, Technosup-ellipses

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements

Terme E de la séquence de Bouma

Terme D de la séquence de Bouma

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements

Termes D et C de la séquence de Bouma

Terme C de la séquence de Bouma (Autre endroit dans l’affleurement)

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Arrêt n°2: Pont de Villette (Formation de Jalhay). Turbidites de faible densité à un kilomètre du premier arrêt.

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Détails de la photo précédente

Quartzo-phyllade de la Formation de Jalhay à Pont-de-Villettes

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Arrêt n°3 : Lierneux, scierie (limite Formations de Jalhay et d'Ottré); ci-dessous, échantillon de la formation de Jalhay. Puis observation d’un gros bloc solitaire dont on se pose la question sur la situation et le transport. S’agit-il d’un dépôt résultant du remaniement des sédiments causé par les vibrations dues aux ondes de pression d’un tsunami ?

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements

Banc à chloritoïdes.

Roche métamorphique d'origine sédimentaire, formée principalement d'argile et de silice très finement cristallisée (granulométrie très fine). Il s'agit d'un mélange intime de séricite et de chlorite (verdâtre) avec de très petits cristaux de quartz.

On observe de petits grains de sulfure d'une taille moyenne d'environ 10 à 15 µm, ainsi que des baguettes d'ottrélite (variété de chloritoïde riche en manganèse) disséminées dans la matrice d'argile. De petits grenats manganésifères (type spessartine) sont également présents.

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Arrêt n°4 : carrière d’exploitation de coticule au Tier del Preu (Formation d'Ottré).

L’affleurement se trouve dans le village de Sart à 6 kilomètres à l’Est de Lierneux

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements On remarque immédiatement que les veines sont plissées (Slump) et/ou fracturées.

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Surface de stratification (slump).

Il y a des veines qui se plissent et d'autres qui se cassent lors d'un mouvement de terrain.

(Ci-dessous, face inverse)

Le coticule de Vielsalm (du latin coticula ; de cos, cotis, « pierre à rasoir ») ou pierre beige est une sorte de schiste cristallin à grain très fin, composé pour 35 à 40 % environ de petits cristaux de grenat spessartine, de diamètre compris entre 5 et 20 microns. C’est une roche métamorphique d'origine sédimentaire avec un apport volcanique important marqué par une haute teneur en manganèse.

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements De formule idéale Mn3Al2(SiO4)3, avec quelques impuretés, la spessartine8, est une espèce minérale, du groupe des silicates, sous-groupe des nésosilicates de la famille des grenats9.

Le coticule est une roche vieille de 480 millions d’années, dans les phyllades violacés du "salmien" (étage géologique de l'ordovicien). Elle est exploitée depuis le début du XVIe siècle.

Il y a une ségrégation très nette entre le phyllade mauve qui contient du Fer et le coticule, où il n’y a pas de Fer, mais du Manganèse.

Deux grandes hypothèses sur l’origine du coticule : 1.L’hypothèse de Lemmens fait intervenir la rhodochrosite10, le carbonate de Manganèse, le MnCO3. Il y aurait eu dans les environs une plateforme carbonatée et que de temps en temps de cette plateforme descendaient des turbidites riches en crinoïdes, le Manganèse provenant d’un hydrothermalisme dans le bassin.

Le métamorphisme aurait ensuite donné la spessartine.

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http://fr.wikipedia.org/wiki/Spessartine http://fr.wikipedia.org/wiki/Grenat 10 http://fr.wikipedia.org/wiki/Rhodochrosite 9

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements 2.L’hypothèse de Kramm présume que chaque lit de coticule est un petit lit de cinérite, c’est-à-dire des cendres liées à un volcanisme contemporain de cet hydrothermalisme riche en manganèse ; les cendres se seraient déposées sur le fond marin et les argiles qui apparaissent par altération de ces cendres vont être enrichies en manganèse aussi et donc par métamorphisme donner la spessartine.

Sa grande dureté, associée à la petitesse de ses cristaux, confère à la roche un grand pouvoir abrasif allié à une finesse exceptionnelle.

Autrefois, on en faisait des pierres à rasoir très recherchées pour leur grande longévité. De nos jours, on réserve le coticule à l’affutage des outils tranchants de précision (coutellerie, ébénisterie,…) car la finesse de son pouvoir abrasif est supérieure à celle des matériaux artificiels et cela lui permet d’aiguiser facilement les aciers modernes les plus résistants.

L'exploitation de cette roche devenue actuellement rare est presque arrêtée aujourd'hui car les gisements dont elle est extraite sont quasiment épuisés. On estime que la réserve actuelle dans la carrière du "Thier del Preu" à Sart Liemeux Belgique suffit pour au moins 100 ans.

Pourquoi cette pierre aiguise-t-elle si finement ?

C'est grâce aux grenats. Une fois que l'aiguisage commence, les grenats quittent la pierre et forment avec l'eau une pâte à polir. Les grenats sont ronds ou ovales. Nous pouvons les comparer à une balle de foot qui est composée de petits plans de cuir cousus. Ces plans forment des angles obtus entre eux. Ce sont les coins obtus qui pénètrent dans l'acier. Bien que le diamètre des grenats soit 15 microns, les coins obtus ne pénètrent que de 2 à 3 microns dans l'acier. La pierre aiguise donc très finement et rapidement.

(Source du texte précédent : site Ardennes - coticule)

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Un slump photographié sur le même site

En route pour l’Arrêt n°5 Le cliché suivant que j’ai tiré de Google Earth montre la route (3 kilomètres) entre le cimetière de Salm-Château (dans le coin inférieur droit de la photo) et Vielsalm, avec le plan d’eau de la localité (en haut de la photo) On y voit la Cluse de Vielsalm.

La carte postale11 qui suit ce cliché montre bien les deux versants de la cluse.

Une cluse est une vallée creusée dans une montagne par une rivière, mettant ainsi à jour sa structure en créant une gorge ou un défilé encadré par des escarpements. « A cet endroit, la Salm est une rivière impétueuse d’une largeur de 5 à 8 mètres coulant sur un fond constitué exclusivement de blocs, cailloux et gravier. Sa vallée est très étroite et la Salm se retrouve « coincée » entre le talus de chemin de fer en rive gauche et la route qui mène à Vielsalm en rive droite »12

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Carte postale IRIS : www.Delcampe.net Extrait de « Le Pêcheur Belge »

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Article du journal Le Soir du lundi 7 octobre 199113 « Rien à voir avec le Grand Canyon! La vallée de «Fosse Roulette» à Vielsam n'en est pas moins un défilé rocheux parmi les plus remarquables de haute Ardenne. Depuis une dizaine d'années, les Eaux et Forêts, l'ASBL «Val de Glain», le comité de gestion des réserves naturelles domaniales et la commune de Vielsalm ont mené une bataille pour obtenir le classement du site. Ils viennent d'obtenir satisfaction, le flanc nord-est de la vallée est à présent protégé par le biais d'une mesure de classement.

Dans la typologie locale, le défilé est connu sous l'appellation de «Fosse Roulette», il relie le village de Salmchâteau à Vielsalm. En termes géographiques, on lui préférera le nom de «cluse étroite». Elle a été creusée par la Salm, pressée, il y a belle lurette, de se frayer un chemin dans la colline rocheuse. » La carte correspondant au cliché Google Earth précédent (et à la carte postale) met en évidence la structure du site.

C’est la coupe du chemin de fer où l’on peut voir les transitions entre la formation la plus ancienne (Jalhay) et la plus jeune (Bihain) en passant par une formation d’âge intermédiaire : Ottré14.

Il s’agit d’un synclinal creusé par la Salm.

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http://archives.lesoir.be/rehabilitation-a-vielsalm-retrouver-la-cluse-d-antan_t-19911007-Z04H59.html Carte géologique schématique des environs de Vielsalm-Salm-Château. D'après Theunissen (1971).

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Un petit rappel s’impose15 concernant les plis.

Un anticlinal est un pli dont le cœur (intérieur du pli) est constitué par les couches les plus anciennes (flèche rouge dirigée vers le haut).

Un synclinal est un pli dont le cœur (intérieur du pli) est constitué par les couches les plus récentes (flèche rouge dirigée vers le bas).

Exemple, le synclinal de Freyr16.

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http://vallee.ossau.free.fr/Plissement.htm Carte extraite du cours d’Eddy Poty : Page 52 de « Introduction à la géologie », accessible sur le site My Ulg

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Appliquons l’explication précédente à la coupe du Chemin de Fer entre Salmchâteau et Vielsalm.

Bihain étant plus jeune qu’Ottré et Ottré étant plus jeune que Jalhay, nous avons affaire à un synclinal.

Par conséquent, on constate sur la carte de la page précédente que le synclinal, une fois formé, a été creusé par la Salm.

Jalhay

Ottré

Bihain

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Arrêt n°5 : Salm-Château, cimetière (discordance épi-calédonienne et Formation de Marteau).

Arrivé au sommet du versant, nous rencontrons une turbidite de la formation de Jalhay (photo suivante) avec laminations entrecroisées et convolutes (donc de terme C) surmontées par un terme D (Photo en haut de la page suivante) Nous sommes à la limite entre l’Ordovicien et la première formation du Dévonien inférieur (la Formation de Marteau) caractérisée par une semelle conglomératique surmontée de siltites et grès fins argileux bordeaux ou bigarrés bordeaux et verdâtre (Photo en bas de page suivante).

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements

STOP 6: Vielsalm, coupe du chemin de fer: transition Formations d'Ottré et Jalhay (6a); Formation d'Ottré (6b).

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Les deux photos précédentes ont été prises en haut du cimetière (Voir flèche blanche ci-dessous)

Arrêt 6 : Après l’arrêt n°5, nous avons traversé la Salm et la voie de chemin de Fer par un pont qui nous a conduits vers une carrière désaffectée où les étudiants ont trouvé des traces de malachite : Cu2(CO3) (OH)2

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Voici le lieu de la carrière au milieu de la cluse (flèche blanche sur photo Google Earth)

Et le versant opposé à la carrière, de l’autre côté du chemin de fer

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements

Arrêt n°7: l’affleurement près du magasin Spar de Vielsalm.

Turbidites

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Arrêt n°8: Petit-Thiers: schistes noirs graphiteux (Formation de La Gleize, Groupe de Revin); Observons en dessous la flèche rouge, qui correspond à la stratification, et la flèche bleue qui correspond à la schistosité.

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Que conclure de la photo précédente ?

S0 est la stratification (flèche rouge) et S1 est la schistosité (flèche bleue).

Un Flanc est normal quand l’âge des couches superposées diminue de bas en haut Un Flanc est inverse quand l’âge des couches superposées augmente de bas en haut Un Flanc est aussi normal quand la schistosité qu’il a produite est d’un pendage supérieur à la stratification. En découpant en trois le schéma précédent, on obtient :

Deux flancs normaux

Un flanc inverse

En conclusion, la photo de la page précédente correspond au cas d’un Flanc normal puisque sa schistosité est d’un pendage supérieur à celui de la stratification.

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Arrêt n° 9: Hourt (Quartzites de Hourt, Groupe de Deville).

Ci-dessous, les deux faces d’un échantillon prélevé sur cet affleurement du Groupe de Deville. Ce sont les plus anciennes roches de Belgique ; elles datent du début Cambrien avant même qu’Avalonia ne se détache du Gondwana.

Lors d’une prochaine excursion, nous décrirons la fenêtre de Theux (au Nord de la Gleize). Car cet endroit ne peut être expliqué à ce stade de l’échelle géologique où nous n’avons rencontré que des roches cambriennes et ordoviciennes.

Comme Theux se trouve sur la carte du Massif de Stavelot, Je vous présente toutefois page suivante le panorama photographié depuis Tancrémont, d’où l’on peut voir à l’horizon l’anticlinorium des Ardennes (flèche rouge).

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Etude des affleurements Panorama de la fenêtre de Theux : photo 2 à droite de la Photo 1

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Wallonie en sous-sol : le Massif de Stavelot – Pour en savoir plus Pour en savoir plus E. Poty, 2013, Introduction à la géologie, accessible sur le site My Ulg F.Boulvain, 2010, Pétrologie sédimentaire, Ellipses Edition Marketing, Paris F.Boulvain, J-L Pingot, 2011, Genèse du sous-sol de la Wallonie, Académie Royale de Belgique F.Boulvain, Excursions des cours de Processus sédimentaires et Géologie de la Wallonie ; http://www2.ulg.ac.be/geolsed/excu/excursions.htm F. Boulvain, Une introduction à la géologie de la Wallonie, http://www2.ulg.ac.be/geolsed/geolwal/geolwal.htm F.Baldewyns, Site http://www.editionsduprof.be

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