LA CHAÎNE HERCYNIENNE DES VOSGES

 

L'histoire géologique des Vosges s'inscrit dans le cadre de l'évolution de la chaîne hercynienne.

Le cycle orogénique hercynien appartient à l'ère primaire: il débute au dévonien (400 MA) et se termine au permien (250 Ma).Il fait suite à l’orogenèse calédonienne, l’ensemble constituant l’épisode varisque. Ces déformations prennent ainsi naissance après le long contexte distensif du paléozoïque inférieur. La chaîne hercynienne résulte de la collision de deux plaques continentales: l'ensemble laurentia- Baltica et le gondwana.

Ainsi, la chaîne hercynienne était une grande chaîne de montagne de la Pangée qui s’étendait sur plus de 6000 kilomètres de long et 1000 kilomètres de large des Appalaches au Caucase.

Configuration des continents à la fin du carbonifère [d’après Matte]

Elle a ensuite été disloquée lors de l’ouverture de l’Atlantique et ses reliefs ont été arasés, avant le Trias (il y a 250 MA). Une grande partie de cette chaîne de montagne est actuellement masquée par les bassins sédimentaires secondaires ou tertiaires ou reprise dans la chaîne alpine. En Europe, elle forme une chaîne de plus de 3000 kilomètres depuis le sud de la péninsule Ibérique jusqu’au massif de Bohème.

Les chaînes plissées d’age primaire de part et d’autre de l’Atlantique [d’après Lemoine 1990 modifié]

  Les Vosges ne sont qu'une partie de cette immense chaîne de montagne qui,il y a 400 MA devait être comparables aux grandes chaînes de montagnes actuelles (Alpes, Hymalaya)

Reprenons maintenant cette histoire des vosges en commencant par les temps anté-hercyniens c'est à dire avant que les Vosges ne soient en place.  

 

Les temps anté-hercyniens du Paléozoique inférieur (avant 400 MA)

 

Au début du paléozoique inférieur , l''océan Téthys occupait la région des Vosges.

Cette mer recouvrait alors d'anciens gneiss que l'ont retrouve à Climont et à Saintes-Marie aux Mines. Les fonds marins de l'ocean Téthys étaient peuplés d'éponges et les schistes de Villé sont le reflet de cette sédimentation marine qui occupait la bordure septentrionale du Gondwana. Un bras de mer donnera naissance aux schistes de Steige.

 

Les schistes de Steige

 

Les prémices de l'orogenèse hercynienne : le siluro-dévonien (400 MA)

Dès la fin du Silurien (400 MA), la plaque Gondwana et la plaque Larussia se rapprochent : c’est la subduction.

 

  Les trace de cette subduction sont marquées par les trapps basaltiques de Raon l’Etape, reflet d’un volcanisme calco-alcalin explosif, jusqu’au début du Carbonifère. Ces Trapps ont été affectées par le plissement hercynien qui a suivi, si bien que les couches sont quasiment verticales.

Le terme de trapps, tout à fait impropre ici, désigne généralement des coulées horizontales de basalte tholéitique (issu des dorsales), donnant par érosion, un aspect de marches d'escalier. Or le basalte de Raon l'Etapes n'est ni tholéitique, ni en coulées, ni en position horizontale. Toutefois, on continue à le dénommer "trapps"

 

La surface du front de taille où reposent les premiers dépôts sédimentaires, (datés du Permien) est très ondulée : ce qui nous montre une discordance. L’histoire de cette région est donc la suivante : mise en place des Basaltes lors de la subduction correspondant à la disparition de l'océan Téthys; ces basaltes ont ensuite été plissés, métamorphisés par la surrection de la chaîne hercynienne puis ils ont été érodés avant le dépôt en discordance des sédiments du Permien donc largement postérieurs.

La carrière de Trapp de Raon l'Etape

 

Ces basaltes sont exploitéspour leur caractères physico-chimiques remarquables (résistance à la compression et à l'abrasion).Ils servent à la fabrication de granulats (pour les routes) et de balast (voies ferrées, TGV).

L'orogenèse hercynienne : fin du dévonien (360 MA) au permien (250 MA)
 

            A la fin du Dévonien (360 MA), la collision entre les masses gondwaniennes et le bloc cadomo-Laurasien du Nord de l’Europe conduit à un raccourcissement intra-continental de direction NW-SE. Des bassins recueillent les produits de l’érosion (bassin sédimentaires du Culm : schistes, grauwackes et conglomérats)

 

            Au carbonifère (350 MA) l’instabilité tectonique induit d’importantes resédimentations accompagnées d’émissions volcaniques. C’est à cette période que se met en place le pluton granitique des Ballons. La plupart des granites des Vosges se sont également mis en place à cette période.

Le granite de Saint Amé

  Au Permien ( -290 MA), le climat est aride, et, l’érosion intense conduit à la formation des grès permiens puis des grès rouges.
 

Comme pour toutes chaînes de collision, la tectonique compressive se manifeste en surface comme en profondeur par de grands cisaillements, des chevauchements, des failles inverses, des plis déversés, des nappes de charriage,…On observe un raccourcissement du domaine continental et un épaississement de la croûte (le Moho descend jusqu’à plus de 50 kilomètres).

Il existe des anomalies gravimétriques liées à ces racines mettant à l’affleurement par exemple des écailles de péridotites à grenats.

Péridotites à grenat (vallée de la Cleurie)

L'histoire du socle cristallin des Vosges est alors achevée. Mais, celle des montagnes vosgiennes est loin de l'être : Les formations métamorphiques et granitiques sont très rapidement portées en surface par le jeu conjugué de l'extension et l'érosion. Les granites servent ainsi de substratum au dépôt de sédiments dès le Carbonifère moyen c'est à dire quelques millions d'années seulement après leur cristallisation en profondeur.
L'érosion de la chaîne se poursuivra durant le Permien de sorte qu'au début du secondaire, c'est sur une surface quasiment plane que se déposeront les sédiments continentaux du Trias. Ultérieurement, la région a probablement été recouverte par les mers jurassiques dont les sédiments n'ont été préservés que dans le fossé rhénan. Il n'existait alors plus aucun relief à l'emplacement des Vosges.
C'est 'au cours du Tertiaire, durant l'histoire alpine, que les Vosges seront relevées et que l'érosion du revêtement sédimentaire portera leur socle cristallin à affleurement pour la seconde fois de son histoire. La vieille surface de pénéplénation anté-triasique, si apparente dans les paysages, sera alors exhumée.
Les reliefs actuels résultent de l'incision de cette surface par l'érosion récente, glaciaire notamment. Les formes arrondies qui en résultent ont longtemps fait croire à leur vieillesse... ils ont pourtant le même âge que les reliefs alpins !

 

Le devenir de la chaîne hercynienne durant le secondaire

 

A partir du Trias (-245 Ma), puis au Jurassique et au Crétacé, les transgressions marines et les régressions vont modeler le paysage.La sédimentation se poursuit, elle formera le fameux grès des Vosges. Puis la mer envahit de nouveau la région, et dépose marnes et calcaires, sel gemme et gypse. Ainsi, au trias, on peut noter le dépôt des Grés à Voltzia (Muschelkalk), des calcaires à Entroques, et des calcaires à Cératites avec sel gemme et gypse. Les Grès à roseaux du Keuper moyen témoignent du caractère continental du Trias supérieur.

Durant le Jurassique (190 à 140 millions d'années) le Ballon d'Alsace est totalement recouvert par la mer.

 

Paléogéographie au trias

(en orange les terres émergées, en bleu, la mer)

 

Au jurassique, (-205 MA) la mer recouvre la région avec dépôt de calcaire oolithique.

Au Crétacé (-130 MA), survient une nouvelle phase d’émersion.

Paléogéographie du crétacé supérieur

 

A l'éocène (-50MA): début d'une tectonique en extension avec le grabben du Rhin

 

A l’Eocène inférieur, l’apparition d’un volcanisme alcalin serait le témoin d’un début d’extension. Le dépôt de sédiments lacustres confirme cette déformation. A l’oligocène ( - 34 MA),il y a effondrement de la partie Sud du fossé. Le fossé est envahi par la mer alpine (dépôt de sel gemme, de potasse exploitée à Mulhouse, pétrole de Pechelbronn). Dés la fin de l’Oligocène une régression se produit ; elle est due à un soulèvement de la région en raison de la formation des Alpes. Ce soulèvement durera tout le Miocène( -23 MA).

A la fin du Miocène une seconde phase d’extension survient liée à la tectonique alpine ; le fossé va s’effondrer à nouveau, accentuant les dépôts lacustres et fluviatiles.

Au quaternaire, des dépôts de lœss s’installent pendant les périodes glaciaires et de 3,5 millions d’années à 10 000 ans la région est soumise à une période de glaciation importante, creusant de larges vallées en auge, érodant les sommets, formant des moraines, ainsi que de nombreux lacs et tourbières donnant au massif cette forme de ballons arrondis.

Paléogéographie à l’Oligocène


Bibliographie: Géologie et Géographie de la Lorraine - Annette Lexa-Chomard et Christian Pautrot - Editions Serpenoise -2006


© A.M. - 2006 MAJ