Sommaire de l’article
- -500 à -390 MA : milieu marin pré-orogénique
- -400 à -315 MA : l’orogenèse varisque
- -325 à -250 MA : démantèlement chaine hercynienne
- -250 à -150 MA : sédimentation mésozoïque
- -150 à -50 MA : lacune sédimentaire crétacée
- -50 à -5 MA : sédimentation tertiaire et fossé rhénan
- -5 MA à aujourd’hui : glaciations et la plaine alluviale rhénane
1. Le milieu marin pré-orogénique (500-390 millions d’années)
Au Paléozoïque inférieur, un large océan s’étend entre la bordure Nord du Gondwana et les microplaques plus au Nord. C’est sur une marge continentale que se déposent les séries turbiditiques marines de Villé et de Steige et les volcanites de la future Série de Sainte-Marie-aux-Mines.
- Affleurement de schistes datés du Paléozoïque inférieur (Steige, Bas-Rhin) / © BRGM – F. Michel
Dès le Silurien, la convergence des deux marges océaniques induit la réduction de l’océan jusqu’à atteindre une inversion du bassin et préfigure l’orogenèse hercynienne à venir.
2. L’orogenèse varisque ou hercynienne dans les Vosges (400 - 315 millions d’années)
La frontière entre Bas-Rhin et Haut-Rhin a la particularité de correspondre grossièrement à la délimitation communément admise du massif hercynien des Vosges. C’est en effet la dislocation de Lalaye-Lubine qui est généralement considérée comme la séparation entre les domaines Saxo-Thuringien et Moldanubien. Dans le Haut-Rhin, les témoins de l’orogenèse hercynienne ont été reliés au domaine Moldanubien notamment en comparaison avec différentes lithologies observées dans le Moldanubien du Massif de Bohême (socle de haut degré métamorphique, groupe à « lithologie variée »). Ils représenteraient donc l’extrémité Nord du Gondwana. Les Vosges moyennes et méridionales comportent divers ensembles (socle métamorphique, bassins dévono-dinantiens, magmatisme varié) d’importance dans la compréhension de l’orogenèse hercynienne.
- Localisation des Vosges dans la Chaîne Hercynienne d’Europe (modifié d’après Franke, 2000)
La fermeture de l’océan débuté au Silurien se poursuit au Dévonien, mais les meilleurs témoins de la collision sont datés du Viséen. Ceux-ci indiquent en effet la création, le remplissage volcano-sédimentaire puis la remobilisation de bassins d’abord marins puis continentaux. La collision finale entraîne alors un épaississement crustal qui est à l’origine de processus d’anatexie responsables de l’intense magmatisme hercynien des Vosges méridionales. Cette collision pourrait également expliquer le métamorphisme ultracatazonal de la Série de Sainte-Marie-aux-Mines. Enfin, à la faveur de certains accidents tectoniques, des leucogranites se mettent en place plus tardivement.
Parallèlement dans les Vosges du Nord, la fermeture de l’océan se poursuit également et, à partir du Givétien, un bassin s’individualise au Nord. Celui-ci est le siège d’un volcanisme sous-marin de nature tholéiitique qui dure jusqu’au Viséen et qui s’accompagne d’une sédimentation grauwackeuse. Au même moment, les schistes de Villé enregistrent une compression Nord-Sud. Au Viséen, la subduction à l’origine de la fermeture de l’océan engendre un arc magmatique dont les roches évoluent par la suite vers des termes alcalins au cours du Namurien et du Carbonifère supérieur.
3. Le démantèlement de la chaîne hercynienne (325-250 millions d’années)
Du Carbonifère supérieur au Trias inférieur, de petits bassins d’effondrement apparaissent et reçoivent les produits de l’érosion de la chaîne hercynienne. Les apports sont essentiellement détritiques et on assiste à la création des bassins houillers et uranifères analogues aux bassins stéphaniens de la bordure Est du Massif Central. Seul le volcanisme acide du Nideck vient troubler cette période de sédimentation détritique.
- Le rocher du Troll, roches porphyriques dégagées par l’érosion appartenant à la série volcanique de Nideck d’âge permien / © BRGM – F. Michel
Au début du Trias, la pénéplanation de la chaîne de montagne est quasiment achevée et les apports détritiques se réduisent, ne laissant que quelques reliefs hectométriques bientôt vite ennoyés sous d’épaisses couches de sable .
4. La sédimentation mésozoïque (250-150 millions d’années)
L’environnement du Buntsandstein est d’abord fluvio-deltaïque (Grès du Buntsandstein au Trias inférieur) , mais l’invasion progressive de la Mer Germanique venue de l’Est fait place, au Muschelkalk inférieur, à une sédimentation marno-calcaire peu profonde.
- Fossile de limule du grès des Vosges (Trias) exposé au Château de Lichtenberg / © BRGM – F. Michel
Après un épisode de dépôts lagunaires salifères, le milieu ne devient franchement marin qu’au Muschelkalk supérieur. La conjonction d’un climat chaud, parfois aride, et d’une régression marine entraîne la formation de lagunes sursalées où naissent les dépôts évaporitiques du Keuper (sel gemme, gypse). Par la suite, la vasière littorale reprend des caractères plus nettement marins.
Le milieu s’approfondit au Jurassique et la sédimentation est surtout marno-calcaire . Au Dogger, une plate-forme carbonatée se forme où vont alterner les épisodes et les secteurs agités et d’envasement plus calmes. Au Sud les derniers dépôts marin voient se développer de grands récifs à l’origine des calcaires à coraux jurassiens.
5. La lacune sédimentaire crétacée (150-50 millions d’années)
C’est probablement à partir du Portlandien que l’ensemble des terrains est émergé et cela pour une période de près de 100 Ma, ce qui entraîne une érosion et une altération qui ne prendra fin qu’à l’Éocène (Lutétien). Au Sud, l’orogenèse alpine entraîne un plissement intense des sédiments secondaires et le Jura prend forme lentement.
6. La sédimentation tertiaire et le Fossé rhénan (50-5 millions d’années)
La sédimentation ne reprend qu’au Lutétien, dans diverses cuvettes lacustres ou palustres, sous un climat tropical (Calcaire lacustres de Bouxwiller 67, 68). Si les premiers signes de distension sont apparus au Crétacé, c’est au Priabonien que le Fossé rhénan s’individualise plus nettement.
La subsidence importante s’accompagne d’une surrection des marges (Vosges et de la Forêt-Noire) dont l’érosion permis jusqu’à la mise au jour des vieilles formations cristallines. Les produits de ces érosions alimenteront les conglomérats côtiers bordant d’une mer fluctuante.
Des périodes arides voient se déposer les couches salifères du Sud de l’Alsace (notamment du horst de Mulhouse), ainsi que les couches pétrolifères de Pechelbronn connues dans le Bas-Rhin. Au Stampien, la Mer du Nord envahit le graben, mais l’ensemble est probablement exondé par la suite, dénotant une pause dans l’évolution de l’extension intracontinentale.
- Genèse des conglomérats côtiers et paléoenvironnement à l’Oligocène (Duringer, 1988)
Progressivement depuis le Miocène la mer se retire définitivement laissant place à un milieu continental à sédimentation essentiellement clastique.
7. Les glaciations et la plaine alluviale rhénane (5 millions d’années - actuel)
La subsidence reprend au Pliocène avec l’accumulation de sédiments détritiques issus de l’érosion des épaules du rift. Puis, pendant tout le Quaternaire, la plaine d’Alsace fonctionne comme un piège à sédiments. Ceux-ci, d’origine alpine ou vosgienne, viennent grossir les dépôts alluviaux, notamment du Rhin et de l’Ill. Les apports éoliens de loess, sous climat péri-glaciaire, complètent les dépôts de la plaine alluviale. A l’inverse, à la faveur des glaciations quaternaires, le massif vosgien est érodé et de nombreux dépôts morainiques en résultent.
- Le Hohneck avec sa morphologie caractéristique de ballon des Vosges aux formes arrondies par l’érosion glaciaire / © BRGM – F. Michel
Ces anciennes glaciations sont à l’origine de la morphologie actuelle des Vosges tandis que les divers épandages continentaux continuent d’être guidés par le réseau hydrographique moderne, tant au niveau des rivières vosgiennes que dans le Fossé rhénan.
