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GÉOLOGIE de Bleau : C'est quoi ces étranges sculptures colorées sur le rocher ?

Mis en ligne par TL De Bleau on lundi 16 septembre 2013 | 10:00:00

Quel bleausard, qu'il soit randonneur ou grimpeur, ne s'est pas un jour surpris à admirer les étranges sculptures gréseuses que nous a façonné Dame Nature ? 
Il y a les morphostones qui peuplent le bestiaire : Éléphants, diplodocus, crocodiles et autres bébêtes, des blocs remarquable comme le célèbre bilboquet du Cul de chien mais aussi, des milliers de sculptures qui servent de prises aux grimpeurs et dont les formes, les textures et les couleurs n'ont de cesse de nous surprendre.
Il y a quelques temps, Thierry Gueguen, un de nos ecorrespondants grimpeurs, prospectant inlassablement la forêt en quête du Graal est tombé sur un de ces étranges cailloux dont on se demande quel miracle a mis en oeuvre la nature pour le façonner. A la TL²Bleau, nous sommes plusieurs à nous passionner pour la géologie. Mais comme nous ne sommes que des amateurs avertis, nous avons contacté plusieurs experts sur le sujet dont notre ami Daniel Obert, géologue expert. Mais en matière de géologie et notamment à Bleau, rien n'est très simple. Nous avons donc fait référence à d'autres écrits, tout aussi importants, ceux de Thiry Médard. 

Nous levons ici un coin du voile sur ces étranges formations géologiques et nous excusons par avance des erreurs et imprécisions faites parfois pour simplifier les choses.


Avant de préciser quelques éléments sur certaines sculptures remarquables et celles signalées par Thierry Gueguen, rappelons quelques données de base nécessaires à la compréhension de la géologie du Pays des grès de Fontainebleau.



Photo  Thierry Gueguen
photo Thierry Gueguen
photo Thierry Gueguen
photo Thierry Gueguen
photo Thierry Gueguen
photo Thierry Gueguen
photo Thierry Gueguen
photo Thierry Gueguen

Contexte géographique :


Le massif rocheux de Fontainebleau situé à 60 km au sud-est de Paris couvre plus de 27 000 ha qui présentent un relief très particulier :

1° des alignements de dalles de grès (les platières) qui forment les reliefs, entre 125 et 147 m d’altitude suivant la direction ouest-nord ouest, est-sud est,  les versants sont couverts de blocs de grès, les chaos.
2° de grandes dépressions, sans drainage, creusées dans les sables de 70 m et 85-90 m d’altitude ; elles sont souvent tapissées de limons quaternaires.
Les sables de Fontainebleau affleurent largement au sud de la Seine. Ils constituent une couche meuble, très facilement érodable. C'est au sud de Paris et en vallée de Chevreuse que l'épaisseur de sable est maximale. Ils disparaissent à la latitude de Montargis.
3° des plateaux plutôt dans le sud du Massif, à 125-135 m d’altitude.
les monts, sous-tendus par des calcaires, sont souvent recouverts par des limons quaternaires.


Cette représentation schématique permet d se faire une bonne idée des alignements rocheux
Elle est issue du Guide Loiseau publié en 1935

On trouve aussi des grès dans bon nombre d'autres sites franciliens notamment en Essonne et dans les Yvelines.

La formation géologique :



A la fin de l'époque secondaire, une grande partie de l'Europe est recouverte par la mer. Pendant l'ère tertiaire, la mer va peu à peu régresser en même temps que se soulèvent Alpes et Pyrénées. Au début du tertiaire, il y a 60 millions d'années, Fontainebleau se situe dans un golfe qui noie l'emplacement de Paris et s'ouvre vers la Manche.

Dans les temps qui vont suivre, l'évolution de ce golfe va subir de nombreuses variations, tant dans son emplacement que dans ses dimensions. Il est à plusieurs reprises coupé de la mer, se transformant en lagune ou en lac. 

Il y a plus ou moins 35 millions d’années la mer Stampienne s’est installée et a laissé des sables dont l’épaisseur varie de 30 à 60 mètres.
Vers la fin de la période stampienne, la mer se retire vers le sud ouest vers le nord, laissant émerger les sables bientôt recouverts par un vaste lac dans lequel vont se déposer les calcaires d'Étampes puis de Beauce. La transgression lacustre se fait lentement, en plusieurs épisodes répétés. Elles stagnent dans les parties basses de la topographie dans lesquelles l'eau chargée de silice cimentera, plus tard,  le sable donnant ainsi naissance au grès. Chaque épisode laisse ainsi sa marque sous forme d'un niveau de grès. Les eaux du lac de Beauce s'assèchent, le massif de Fontainebleau et la région parisienne sortent des ondes.

Ce sable est aujourd'hui parfois recouvert d’une dalle de grès de 4 à 8 mètres d’épaisseur, de sédiments calcaires et de limons éoliens. L’érosion a ensuite fracturé la dalle de grès. Sur les platières dénudées, les eaux de pluie qui ne s’écoulent pas forment des mares.


Les sables de Fontainebleau :

Ce sont des roches sédimentaires siliceuses d'origine détritique, ils sont blancs, parfois grésifiés et très peu fossilifères à la base. Ils peuvent être teintés de brun et de rouge à la partie supérieure (présence d'oxydes de fer). Le sable très pur, riche de 95 à 99% de silice est utilisé en optique et électronique. Les grains siliceux formant le sable sont séparés. Le sable est une roche meuble. Nous reviendrons peut être un jour sur l'exploitation du sable de Fontainebleau et les immenses et dangereuses sablières. En attendant, si vous voulez en savoir un peu plus sur le sujet, je vous invite à relire l’excellent article de mon ami Jipé sur son site Photonaturefontainebleau (ancienne édition). Mais ce qui nous intéresse ici, c'est le célèbre grès de Fontainebleau.


Photo : Thierry Gueguen


Le grès de Fontainebleau :


Le grès est aussi une roche détritique, poreuse, souvent litée, constituée de sable lié par un ciment siliceux (parfois calcaire) et ainsi fortement consolidée. Il existe différents grès : pur à ciment siliceux, ferrugineux à ciment siliceux, quartzeux, à ciment calcaire etc. On appelle platières les bancs de grès dégagés par l’érosion.


Les grès de Fontainebleau se sont formés dans les sables de Fontainebleau. Ils ne sont autres que ces mêmes sables liés par un ciment siliceux.


La « phase dunaire » :

Les platières autour de Fontainebleau sont généralement alignées en bandes orientées environ WNW ( l’alignement remarquable des Rochers de Bouligny, de la Salamandre et de Milly : 24 km de long pour quelques centaines de mètres de large). Ces bandes auraient été des grosses dunes de sable de Fontainebleau formées en réseaux parallèles lors du retrait de la mer stampienne. Notez que cet alignement ne concerne que la dalle supérieure. Au coeur des dépôts de sable, comme on peut l'observer en carrière, les grès inférieurs sont souvent en travers de ces alignements.

Par ailleurs, en petits curieux, vous vous interrogez certainement sur  le cas des Trois Pignons à la morphologie très différente du reste de la forêt ! Thiry Médard a envisagé que les Trois Pis formaient une dépression karstique de type Ouvala et que les écoulements de nappe confluaient vers cette dépression. Ainsi les dalles se seraient disposées tout autour et pas seulement sur les crête dunaires. C'est par ailleurs une autre structure karstique qui serait à l'origine de la formation du Golfe de Larchant et son marais...

La grésification s’est faite dans ces méga-dunes où le banc de grès terminal atteint en moyenne quelques centaines de mètres de largeur.

Entre ces bandes dunaires espacées de 1 km environ sont restées des zones lagunaires, puis lacustres. Les dunes surplombaient alors plus ou moins un milieux lacustre sous un climat tropical.

En clair,  les blocs sur lesquels Homo  Blocus s’excite aujourd'hui étaient en fait des grosses dunes sable, il faut donc commencer à acheter des parcelles de la dune du Pila… pour avoir (peut être) des blocs  dans 30 Ma !

C'est au sud de Nemours que ces alignements dunaires disparaissent complètement. Il est avéré que le terrain au sud de cette ligne a subi une surrection d’une amplitude de 30 m encore visible dans la craie campanienne à partir de la fin du Stampien, ce qui correspond à une phase orogénique (contraintes tectoniques). Cette surrection du terrain a abouti au déblaiement des sables au sud de cette ligne, sur le bloc montant.

Enfin, notons que les grès sont toujours situés au-dessus de la nappe phréatique. Chaque niveau des tables de grès pourrait correspondre à un ancien niveau de la nappe.

Voilà pour la partie la plus simple à résumer.

De quand date les grès ?
Il existe plusieurs approches (modèles) scientifiques pour dater la période de formation du grès. Thiry Médard nous affirme que les grès ne se sont pas former au Stampien comme l'affirme Daniel Obert. Cette opposition des deux éminents spécialistes repose sur le fait qu'il n'existe pas de grès sous les plateaux calcaires comme cela aurait été le cas s'ils s'étaient formés avant le dépôt de ces sédiments. Les grès sont limité aux flancs des vallées et plateaux actuels ce qui atteste que leur formation est postérieur à celle de ces vallées. Ils sont donc plus récents, beaucoup plus !



La cimentation en bancs de grès (grésification) est attribuée au battement de la nappe phréatique circulant dans ces sables. Le battement est l’amplitude entre les niveaux atteints par le haut de la nappe phréatique au cours des cycles d’inondations et d’assèchements, au Stampien supérieur. Les fluctuations du haut de cette nappe d’eau douce continentale ont permis la cristallisation du ciment siliceux, et calcaire par endroit.

En effet, l’eau continentale possède en moyenne une concentration en silice de l’ordre de la dizaine de ppm. Or c’est à partir d’une concentration de 10 ppm de silice que cette dernière peut se précipiter. Certaines zones sont plus ou moins dures du fait que les ciments sont plus ou moins siliceux ou calcaires.

Plusieurs bancs plus ou moins réguliers et plus ou moins enfoncés en profondeur ont ainsi pu se former. Le banc qui intéresse les grimpeurs est le banc terminal de 6 à 8 m d’épaisseur, qui est à l’origine des platières actuelles. Les blocs de grès proviennent de la rupture des bords de platières sous l'action de l'érosion naturelle et qui glissent ensuite dans la pente. 

Ces blocs qui forment des chaos sont de forme prismatique mais qui deviennent de plus en plus arrondis, en dômes réguliers, à mesure que l’on s’éloigne des escarpements. Le soutirage du sable et son écoulement en bordure de platière laissent des vides entre les blocs rocheux, formant des couloirs, des labyrinthes, des auvents, des galeries et des grottes. Les grottes les plus vastes existent sous la table de grès encore en place.

Depuis 2 millions d’années, l’érosion s’est appliquée à décaper le calcaire (tendre), à déblayer les sables, à démanteler les plateaux, à entasser les blocs de chaos pour façonner les sites rocheux du massif très prisés par les promeneurs et grimpeurs. Le tourisme a entraîné une surfréquentation des massifs qui accélère le processus érosif dont nous avons déjà parlé à plusieurs reprises sur la Tl²Bleau dont dans cet article.



Voilà pour les données de base ! Un grimpeur souhaitant prospecter la région à la recherche de blocs potentiels armé de ces connaissance pourra donc, en observant une carte géologique évaluer le potentiel en grès d'un site. reste à savoir si la pente a été assez forte pour que l'érosion puisse briser la table et les bloc glisser dans la pente !


Exemple de carte Géologie autour de Bourron Marlotte.
Attention, une telle carte ne dit pas si le terrain est accessible !
Ici, il y a plein de propriétés privées et réserves de chasse où il ne fait pas bon aller !



Le Stampien est une période longue. Ce qui nous intéresse est noté G2b-2 sur une carte géologique.
- Stampien inférieur, G2a : dépôts marins

On y trouve des sables quartzeux, un peu plus grossiers, pouvant contenir des dragées de quartz blanc, des silex meuliers. (Gouffre de Larchant par exemple).
- Stampien moyen, G2b : les sables de Fontainebleau, dépôts marins
Les « sables de Fontainebleau » représentent une grosse couche de 30 à 60 m d’épaisseur qui contient :
1) banc de grès terminaux (platières)
2) grès en chaos et éboulis (blocs)
a) banc de calcaire de Darvault
3) banc de grès intercalaires
4) grès épars, isolés
Stampien supérieur, G2c : dépôts calcaires lacustres d’Étampes et du Gâtinais




Une observation en carrière, notamment celle de la carrière des Gondonnière (Larchant), montre bien cette superposition de plusieurs dalles de grès. On y observe aussi des lentilles de grès de formes allongées en fuseaux. Cela provient certainement de l'écoulement de l'eau de la nappe vers la vallée. 

La cimentation des grès comme source des prises d'escalade :


Un ciment maintient les grains de sable entre eux. Il en existe de différentes natures : siliceux, calcaire (cristaux de calcite ou d’aragonite), organique (humus, hydroxydes de carbone), argileux…

Les grès présentent parfois différentes couleurs : rouge (présence d’oxyde de fer), vert (présence de glauconie), blanc (calcaire), translucide (siliceux), foncé (organique, humus)…

Enfin, il existe différents degrés de remplissage des interstices entre les grains (nourrissage) : le grès sera en conséquence plus ou moins poreux et plus ou moins cohérent (solide, dur, dense) que les anciens carriers classaient en "Pif, paf ou pouf" suivant le bruit que produisait le marteau lorsqu'ils frappaient la roche.

La cimentation des grès est irrégulière : le ciment siliceux peut occuper tout ou partie de l'espace inter granulaire du sable originel. Les minéraux ne sont pas "inaltérables". Les cristaux, le quartz des grès et des grains de sable, se dissolvent comme le sucre fond dans le café mais infiniment moins vite. C'est cette dissolution qui est à l'origine des altérations des roches.

Les morphologies des rochers de la Forêt de Fontainebleau sont le résultat de dissolutions (altérations) qui conduisent à la désagrégation des grès en sable, mais s'accompagnent aussi de dépôts de silice, et ceci à des vitesses relativement rapides, perceptibles à l'échelle historique.

Les grès proviennent donc de la croissance des grains de sable. C'est l'eau qui circule entre les grains de quartz (pores) qui dépose la silice jusqu'à ce que le pore se bouche. La précipitation de la silice (Si) se fait à la jonction (interface) entre les eaux de la nappe et celles d'infiltration. Les grès grossissent donc vers l'extérieur car ce n'est que là où l'eau circule que la silice peut se déposer. il faut aussi un certain renouvellement des solutions car les teneurs en Si sont faibles (environ 10 parties par million [ppm] au dessus de la saturation du quartz).

Petit problème pour les matheux :
Combien faut-il d'eau pour faire une dalle de grès ?

L'eau de nappe contient 15 ppm de SiO2 dont 10 ppm peuvent nourrir le quartz.
Pour faire 1 kg de quartz (SiO2), d'a^près vous combien faut-il de m3 d'eau ?
100 m3 ! Soit 100 000 litres d'eau pour obtenir 1 000 000 ppm de SiO2 !

Si le quartz a une densité de 2.5 et que le sable a une porosité au départ de 25 %, compté environ 0.6 kg de silice pour 1 dm3 de grès.

Pour une table de grès de 100 X 30 X 2 m soit 6 000 m3, il faut, il faut, il faut...
120 000 000 m3 d'eau !
Bon, heureusement, le processus est long. Si la dalle se cimente en 2 000 ans cela fait environs 60 000 m3/an soit 16 m3/j soit 6m3/h.

Bref on distingue une grande diversité des types de grès :
- Grès quartzeux : un ciment siliceux microcristallin entre les grains. La cassure d’un tel grès passe entre les grains.
- Grès quartzites : nourrissage complet des interstices. Cassure esquilleuse et coupante qui passe à travers les grains.
- Grès calcareux avec un ciment en cristaux de calcite (CaCO3).
- Grès calcaires : molasses Suisses.
- Grès ferrugineux : grès rouges Armoricains (le ciment contient de l’oxyde de fer, rouge).
- Grès glauconieux : gros nodules de phosphates (certains des éléments sont des nodules verts d’oxyde de phosphate).
- Grès de plage : sable cimenté par l’aragonite en climat tropical, dans des zones de contact entre eau douce et eau marine.
- Grès bitumineux : Péchelbronn.
- L’alios : sous les sables des Landes (influence pédogénétique : ciment d’oxydes de fer généré par l’humus du podzol Landais, en interaction avec le battement de la nappe phréatique).
- Arkoses : riche en arènes de roches éruptives acides ( ≥25% de grains sont du feldspath).
- Psammites : grès micacés (pauvres en quartz, ciment argileux).
- etc.

Lorsque le ciment occupe la totalité des vides, il peut évoluer en assimilant sa silice au cristal du grain le plus proche. Dans ce cas le grès est dit quartzite. Ce type de grès, le grès vif, décarié, est rare dans le massif. Ce sont des roches très dures et denses (2,7.g/cm3). On le trouve surtout en enduit sur les blocs. En observant les chaos de bloc où l'on trouve ces plaques qui forment ces grattons si appréciés, on découvrira qu'elle se sont donc formée dans un deuxième temps (sur un bloc pré-existant) le long des fractures de la table ou en recouvrant le sommet des plâtrières, imperméabilisant celles ci. 









La masse la plus importante des grès est constituée de « grès franc ». Assez dur, c'est le grès utilisé autrefois pour la confection des pavés. Les grès deviennent friables lorsque la cimentation est réduite ou incomplète comme dans le sud de la forêt par exemple où les grès casse facilement en laissant place à un tas de sable (le grès "pouf" des carriers). (cf. éboulement de la dalle de feu en août 2003 sur le secteur Requin de la Dame Jouanne, dû à une faiblesse de cohésion dans la roche)

Certains blocs sont troués ou percés, cela provient de la présence d’un ciment calcaire plus soluble qui a disparu. Certains des grès  ont des passages calcareux : le ciment y est à dominante calcaire. Le calcaire (formule CaCO3) se dissout très facilement sous l’action des pluies. Ce ciment disparaît vite lorsqu’il est en surface et libère alors les grains de sables qui tombent. A ces endroits de la roche restent alors des cavités, ce qui donne ces figures si caractéristiques aux blocs Bellifontains.





Les réseaux polygonaux (écailles de tortue) et cannelures sur les flancs des blocs correspondent à une dissolution suivant un réseau dont on n'a aucune trace à l'intérieur des blocs de grès. Les grains de quartz libérés par dissolution de la silice du ciment retournent au sable, la silice dissoute est évacuée avec le ruissellement.




Certaines faces des grès présentent d'étranges dessins suggérant un écoulement. Les lignes plus ou moins concentriques matérialisent la croissance centrifuge des grès par adjonction de couches successives.


Photo : Thierry Guéguen


Les croûtes de silice qui s'ajoutent parfois sur le haut des blocs en nous laissant quelques belles mais fragiles dentelles sont dues à l'eau chargée en silice qui s’infiltre dans le grès, augmentant sa concentration en Si puis se précipite et se cimente sous l'évaporation.
Photo : Thierry Gueguen

C'est donc le lessivage par l'eau de pluie qui est à l'origine de l'altération des grès. Lorsqu'elles s'infiltrent du fait de la présence d'acides organiques, elles peuvent mobiliser des oxydes de fer qui seront redéposés soit en profondeur au coeur du grès (coloration ocre des sables) soit en plaquages (dalle rouillée) ou en concrétions.


Photo : Thierry Gueguen

Enfin, il est à noter qu'un bloc peut aussi voir ses contours initiaux diminuer pour former un bloc pédonculer, c'est à dire en forme de champignon. Sur ses flancs et au niveau du sol, les acides de l'eau de pluie entrainent une dissolution du grès, l'eau chargée en silice s'écoulant dans le sable.




Voilà pour cette grosse introduction aux sables et grès de Fontainebleau réalisée d’après les travaux de Daniel Obert, Médard Thiry et Pierre Doignon notamment. Pardon d'avance pour les imprecisions, erreurs ou approximations. N' hésitez pas à compléter par vos commentaires...
Nous reviendrons bientôt sur le sujet.  En attendant, voici quelques liens pour aller un peu plus loin.

Quelques compléments :

Le centre de Géosciences , plus connu sous l'appellation "École des Mines", est installé à Fontainebleau.

Monsieur MÉDARD THIRY fait partie des 54 enseignants-chercheurs de de ce centre consacré à la géologie, la géotechnique, la géostatique, l'hydrogéologie, la géochimie, la géologie de l'ingénieur et la géomécanique.
Il met à la disposition du plus grand nombre ses études géologiques sur la forêt de Fontainebleau.

Contenu des pages

GÉOLOGIE 
-sédimentologie des sables marins
-sédimentologie des sables continentaux
-enregistrement d'un paléoséisme
-sols cryoturbés du plateau de Beauce
GRÈS
-formation des grés de Fontainebleau
-les rochers de Fontainebleau
HYDROGÉOLOGIE
-hydrologie des mares de platière
-hydrologie des "fontaines" de la forêt
-la nappe de Beauce : hydrochimie
PAYSAGES
-pollution en Pb voisinage autoroute A6
-les paysages du Massif de Fontainebleau





Pour en savoir plus et voir plus sur ces petits cailloux que sont les crottes de fer, les gogotte, les cristaux de la célèbres grotte... nous vous invitons à lire l'article que jipé leur a consacré sur son ancien blog ou celui-ci sur les sables de fontainebleau

Relisez notre article sur le Bilboquet du Cul de chien, les carriers et leur sentier, ou l'érosion.

http://www.universcience.tv/video-le-chaos-de-fontainebleau-2698.html
http://www.larchant.com/pages/patrimoine-naturel/geologie.html




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