Wallonie en sous-sol: le Dévonien inférieur Wallonia in subsoil : Lower Devonian

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………………………………... 15 3.1. La Vallée de la Helle…………………………………………………….. 15 3.2. Le Ninglinspo………………………………………………………………… 26 3.3. Entre Villez et Maboge…………………………………………………. 32 3.4. La Roche-en-Ardenne…………………………………………………… 33 Pour en savoir plus…………………………………………………………………. 37

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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

Etage

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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 au-dessus 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 – ttp://www.ulb.ac.be/sciences/dste/sediment/Paleonto/Introduction.html

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – 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.

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Les sites étudiés font partie du Dévonien inférieur. C’est-à-dire de Moins 408 à Moins 385 millions d’années avec les 3 étages suivants : Lochkovien, Praguien et Emsien, comme l’indique l’échelle stratigraphique en début de chapitre.

Sur la carte de Belgique ci-dessus, le Dévonien inférieur est de couleur brune.

Les formations du Dévonien inférieur couvrent plus de 5500 km2 en Wallonie; elles sont essentiellement schisteuses et gréseuses.

Les flèches rouges pointent les lieux visités (1 : Vallée de la Helle au sud d’Eupen ; 2 : le Ninglinspo; 3 La Roche-en Ardenne), mais trouve aussi du Dévonien inférieur au Nord du Massif de Rocroi et au Nord du synclinorium de Dinant, dans la Nappe de la Vesdre et la Fenêtre de Theux.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – L’itinéraire d’excursion

Le Ninglinspo5 s'écoule entre Vert-Buisson (commune de Theux) et SedozNonceveux (commune d’Aywaille). Torrentueux, il contourne d'énormes blocs de quartzite, façonnant çà et là un ensemble de « cuves » ou « bains » successifs aux noms évocateurs comme le bain de Diane, le bain de la Loutre, le bain d'Hermès, le bain des Naïades, le bouillon (ou cascade) de la Chaudière (ruisseau affluent du Ninglinspo), le bain du Cerf ou encore le bain de Vénus.

Ce site est apprécié des touristes en raison de sa beauté. Sur les 3 km de son cours, le Ninglinspo dévale de l'altitude de 420 m à l'altitude de 170 m, soit un dénivelé de 250 m, ce qui en fait un des cours d'eau de Belgique les plus rapides avec une pente moyenne de 8 %. Il se jette dans l'Amblève qui vient de franchir les Fonds de Quarreux.

Ce lieu naturel exceptionnel a inspiré bon nombre de légendes locales.

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Wikipedia

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – L’itinéraire d’excursion

La Roche-en-Ardenne est principalement constituée de formations sédimentaires du Paléozoïque (Dévonien inférieur) appartenant au bloc plissé ardennais, charrié vers le nord sur l’autochtone brabançon, par le jeu de la faille du Midi lors de l’orogenèse varisque.

La Roche-en-Ardenne est situé dans la zone axiale de l’Anticlinorium de l’Ardenne, occupée à l’ouest par le Massif de Rocroi, d’orientation E-W, et à l’est par le Massif de Stavelot, d’orientation NE-SW. La Roche-en-Ardenne se trouve donc dans une zone de relais entre deux secteurs d’orientations différentes de l’Anticlinorium des Ardennes.

Les massifs Rocroi-Stavelot correspondent à des boutonnières, dans le cœur des zones anticlinoriales où affleure le socle calédonien. (Dejonghe et Hance, 2001)

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – L’itinéraire d’excursion La lithostratigraphie suivante du Dévonien inférieur du Synclinorium de Dinant, du Synclinorium d l’Ardenne, de la Nappe de la Vesdre et de la Fenêtre de Theux (d’après Godefroid et al (1994) modifié) présente par les flèches rouges les lieux et formations visitées.

Vallée de la Helle au sud d’Eupen

(Ninglinspo)

L’arrêt entre Villez et Maboge et celui de La Roche

En fait, les monts calédoniens ont subi une pénéplanation au dévonien inférieur ; les massifs ardennais ont été érodés voire même arasés. Ils ont formé une pénéplaine en pente vers le sud tandis que le massif de Brabant constituait un relief montagneux, émergé.

Au cours du Dévonien inférieur, ces terrains ont été envahis, à trois reprises, par la mer venant du sud. « Ces envahissements forment des cycles d’avancées du rivage (transgressions) suivis de reculs (régressions). D’un cycle à l’autre, la ligne de rivage atteint une limite située chaque fois plus au nord. Dès le début du Dévonien, la mer envahit progressivement, du sud vers le nord, la pénéplaine provenant de l’érosion des massifs ardennais.

Les sédiments proviennent d’un continent dont le massif du Brabant constitue la bordure sud.

Transportés au sud par l’eau des torrents et des fleuves, ils sédimentent une fois qu’ils atteignent la mer. Ces sédiments donnent naissance à des grès, des schistes et des poudingues. »6 6

Sottiaux B. Etude du Milieu - Eléments de géologie - Géologie de la Belgique- 16 Janvier 2010, Cours industriels et commerciaux Couillet

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements Chapitre III. – Etude des affleurements 3.1. La Vallée de la Helle Un cours d'eau en tresses est un cours d'eau présentant de nombreuses divisions ou connexions entre ses bras appelées anastomoses. Ces différents bras dessinent un réseau complexe et changeant prenant une forme qui fait penser à une tresse d'où le nom. Schéma suivant7

Entre les différents bras se dessinent des îles temporaires plus ou moins grandes constituées de sédiments. La Helle au sud d’Eupen présente un tel réseau.

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Voir « Les Dépôts continentaux » sur www.u-picardie.fr

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements Lors de l’étude du Massif de Stavelot, au sommet du versant près du cimetière de Salmchâteau, nous avons constaté 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.

C’est aussi la première formation que nous retrouvons dans la coupe de la Helle après la formation de Jalhay. .

Conglomérat entre la formation de Jalhay et le début de la formation de Marteau

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

La Formation de Marteau est essentiellement constituée de schistes (siltites) bordeaux et bigarrés qui alternent avec des grès vert olive ou bigarrés.

Les teintes bordeaux sont largement dominantes.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

Détail montrant l'aspect bigarré de certains faciès de la Formation de Marteau, probablement dû à des phénomènes de battement de nappe aquifère.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

Voici un chenal latéral en forte pente par lequel ont transité les alluvions de la rivière qui forment une tresse dans son lit (en pente faible). C’est une plaine alluviale.

Nous avons rencontré des roches à nodules carbonatés dans des siltites.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

Détail de la coupe de la Helle : voir les quatre photos suivantes

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

Avec la Formation du Bois d'Ausse, la sédimentation littorale devient presque exclusivement gréseuse, traduisant des apports fluviatiles.

On observe ensuite le retour temporaire à une plaine alluviale côtière, soumise à des influences intertidales et enfin à un milieu de type barrière de plage à apports fluviatiles.

On atteint ici le maximum transgressif de la mer dévonienne pour la tranche temps et la région étudiée.

Le retour à une sédimentation exclusivement continentale s'opère rapidement.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements 3.2. Le Ninglinspo8

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Bernard Mottequin et Jean-Marc Marion : les deux cartes relatives aux formations de la base du Dévonien inférieur et le socle calédonien dans les vallées de l’Amblève et du Ninglinspo

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

Vallon du Ruisseau de la Chaudière Presque toujours une transgression est graduelle, et les termes successifs, dans l'ordre ascendant, ont une extension horizontale de plus en plus grande. L'inverse a lieu pour une régression graduelle. Que la transgression se produise très brusquement ou qu'elle se manifeste d'une manière graduelle, il arrivera fréquemment que la mer, en s'étendant sur une région précédemment exondée, nivellera toutes les aspérités, remaniera tous les éléments épars, de manière à former tout d'abord un conglomérat qui remplira toutes les dépressions et finira par aplanir le fond : c'est ce qu'on appelle un conglomérat de base9.

C’est le cas des Roches Crahay dans la Vallée du Ninglinspo où l’on retrouve (photo suivante) le poudingue de la base de la formation de Marteau, d’âge lochkovien (Poudingue de Quarreux)

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Imago Mundi - Encyclopédie en ligne : http://www.cosmovisions.com/transgression.htm

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements Formations de Acoz, Solières et Nonceveux le long de la route à Sedoz.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements Particularité : un Load cast sur la formation d’ACOZ C’est une figure sédimentaire désignant une base de banc ondulante formée par l’enfoncement d’une couche sur une autre plus tendre (gorgée en eau).

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements 3.3. Entre Villez et Maboge

Formation de Villé

Formation de Mirwart

Petite carrière dans le niveau de quartzites marquant le sommet de la Formation de Mirwart, surmonté par les phyllades de base de la Formation de Villé.

Localisation : route de Laroche-en-Ardenne à Houffalize, entre Villez et Maboge.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements 3.4. La Roche-en-Ardenne

Ci-dessus, les étudiants observent la formation de Villé à Laroche-en-Ardenne Les 3 photos suivantes montrent des détails de la formation de Villé. Les grès bleus carbonatés contiennent des moules internes de fossiles décalcifiés

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements La formation de Villé est surmontée par la formation de La Roche.

Les 3 photos suivantes font partie de la formation de La Roche

La Roche-en-Ardenne

Villé

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – Etude des affleurements

Détail de la photo précédente : phyllades de la formation de La Roche à La Roche-en-Ardenne sur l’Anticlinorium de l’Ardenne

Allure typique des phyllades gris bleu en grands feuillets qui constituent la lithologie dominante de la Formation de La Roche.

Photo prise lors de l’excursion en bateau sur l’Ourthe.

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Wallonie en sous-sol : le Dévonien inférieur – 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 , B. Sottiaux, Etude du Milieu - Eléments de géologie - Géologie de la Belgique- 16 Janvier 2010. Cours industriels et commerciaux Couillet F.Baldewyns, http://www.editionsduprof.be

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