Réserve Géologique - Stratotype de l'Hettangien

Réserve Géologique - Stratotype de l'Hettangien : 3. Description

RESERVE NATURELLE NATIONALE GEOLOGIQUE D'HETTANGE-GRANDE

Sommaire :

1. Présentation du site et du stratotype Hettangien
2. Les formations rocheuses d'Hettange
La géologie des lieux
L'origine des roches du stratotype Hettangien
3. La biodiversité dans la réserve d'Hettange-Grande
4. Les missions d'une Réserve Naturelle géologique

Présentation du site et du stratotype Hettangien

Sur une surface de 6 hectares et dans le cadre sauvegardé d'une ancienne carrière, c'est un endroit culturel naturel, avec son patrimoine géologique, sa faune et sa flore.

L'ensemble des points remarquables est illustré au long d'un circuit balisé doté de plus d'une vingtaine de panneaux thématiques pédagogiques (voir liste en "Activités réalisables").

Toutes ces ressources (données de terrain et textes illustrés) offrent ainsi la possibilité de s'initier aux Sciences de la Terre (géologie historique, reconstitution de paysages anciens, lecture de paysage...) pour le débutant ou d'approfondir certaines notions de sédimentologie, de stratigraphie ou de paléontologie pour un public initié.

Fig.2: Le parcours balisé (flèches) et principaux points d'intérêt dans la Réserve Naturelle Nationale d'Hettange-Grande (vue aérienne © IGN-Géoportail 2018)

C'est dans cette carrière qu'a été choisi le stratotype de l'Hettangien en 1864, sur proposition du géologue suisse Renevier. Le stratotype défini à Hettange correspond à un stratotype d'unité stratigraphique, en d'autres termes, il s'agit de la série de couches sédimentaires et de son contenu paléontologique, servant de référence pour la définition de l'étage Hettangien, une subdivision de l'échelle des temps géologiques correspondant au tout début du système Jurassique de l'ère Mésozoïque (fig.3). D'après la Commission Internationale de Stratigraphie (2018), l'Hettangien couvre une période de deux millions d'années de l'Histoire de la Terre, celle comprise entre -201 et -199 millions d'années.

Fig.3: Position du stratotype Hettangien dans la série stratigraphique régionale (illustration © BRGM - cliquer sur l'image pour agrandir)

L'ancienne carrière Gries (fig.4), dont il subsiste les fronts de taille, une poudrière et une maison des carriers, était exploitée pour ses roches gréseuses destinées à la production de pierres de construction (moellons et pavés) ou de sables. L'activité qui a peut-être débuté dès l'Antiquité a perduré jusqu'aux années 1950-1960. Les années qui suivirent faillirent causer la perte de ce patrimoine alors transformé en décharge sauvage, avant sa réhabilitation au tout début des années 1980.

Le site est protégé et classé en Réserve Naturelle Nationale géologique depuis 1985, par le Ministère de l'Environnement de l'époque, en réponse au souci de conserver le patrimoine géologique de France. Avec celles de Montenach et des Rochers et tourbières du Pays de Bitche (voir aussi les fiches de la Tourbière de Hanau et des Grès alvéolés du Falkenstein sur ce site), Hettange-Grande fait partie des 3 Réserves Naturelles Nationales du département de la Moselle. C'est aussi une des 81 réserves (nationales et régionales) de France qui inclut la protection d'un patrimoine géologique, la seule en Lorraine. La réserve du stratotype Hettangien est également classée "Espace Naturel Sensible" par le département de la Moselle.

En conséquence, sur ce site réglementé, aucun prélèvement n'est autorisé et les déplacements, uniquement à pied, sont limités aux sentiers balisés.

Un agent commissionné et assermenté Police de l'Environnement dédié à la Réserve Naturelle est susceptible de verbaliser tout comportement prévu et réprimé par le décrét de création de la RNN d'Hettange-Grande (voir §4) et le Code de l'Environnement.

Fig.4 : Une vue générale de la partie nord de la réserve
(en arrière plan, le petit bâtiment de la poudrière et, dans le ciel, les colonnes de vapeur d'eau de la centrale de Cattenom)

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Les formations rocheuses d'Hettange

La géologie des lieux

Concernant la géologie, deux ensembles lithologiques de roches sédimentaires différents s'y superposent.

- A la base, le Grès d'Hettange affleure sur une épaisseur de 6 à 8 mètres. C'est un ensemble gréseux qui montre un aspect massif et une stratification irrégulière (fig.5.1). Des figures sédimentaires de chenaux ou mamelonnées, des litages obliques traduisant une sédimentation sous l'influence des courants, y ont été reconnus. D'autres structures imposantes (boules, lentilles), perturbant la stratification, s'expliquent par des phénomènes diagenétiques de dissolution-migration de la calcite, affectant préférentiellement les zones de la roche enrichies en carbonates. La roche dominante du Grès d'Hettange est une roche détritique siliceuse constituée très majoritairement de grains de quartz de taille millimétrique à inframillimétrique (fig.5.2) mais auxquels peuvent s'ajouter des grains de calcite en moindre proportion (toujours moins de 20% des grains). Ces éléments sont cimentés par un liant de nature siliceuse ou calcitique (fig.5.2). La granulométrie de la roche s'affine au fur et à mesure que l'on s'approche du toit de la formation, signe d'un contexte transgressif au cours du temps.

Fig.5.1 : Les fronts de taille (A et B) et le plancher (C) de l'ancienne carrière montrant l'irrégularité de la stratification et de la surface des bancs dans le Grès d'Hettange (cliquer sur l'image pour observer un cliché d'échantillon pétrographique de Grès d'Hettange)

Fig.5.2 : Lames minces de Grès d'Hettange - A (LPNA) et B (LPA), grès fin à ciment calcitique; C, grès fin coquillier (LPNA) ; en LPA, les grains de quartz apparaissent en blanc, noir ou gris (teintes de 1^er ordre), la calcite est beige-rosé (teintes de 3^ème ordre); barre d'échelle = 1 mm (clichés © K. Pistre)

Proches du plancher de la carrière, s'intercalant dans les grès, deux niveaux à lentilles lumachelliques (un seul est visible actuellement), d'épaisseur pluridécimétrique, ont livré une faune abondante et diversifiée de lamellibranches, gastéropodes essentiellement (fig.6a) et des fossiles végétaux. L'inventaire paléontologique des lumachelles, incluant de nouvelles espèces, fut publié pour la première fois par Olry Terquem, en 1855. L'occurrence de ces niveaux fossilifères exceptionnels à Hettange a d'ailleurs été à l'origine du choix du site pour le stratotype. Ces accumulations sporadiques de coquilles sont certainement liées à des apports brutaux lors de tempêtes puis à un enfouissement rapide dans une zone à l'abri des courants, favorisant leur fossilisation. Des vitrines aménagées sur le parcours (fig.2) permettent d'observer in situ les divers éléments des dépôts coquilliers et la bioturbation (= traces d'activité biologique) qui affecte un banc gréseux. Une ammonite, Schlotheimia angulata, dont plusieurs exemplaires ont été trouvés dans ces grès, caractérise la partie supérieure de l'Hettangien (fig.6b).

Fig.6a : Quelques uns des nombreux fossiles de la lumachelle (1 à 5 : bivalves ; 1: Tutcheria (= Cardita) hettangiensis ; 2: Eopecten dispar ; 3: Cardinia copides ; 4: Pseudolimea hettangiensis ; 5: Cosmetodon hettangiensis ; 6 et 7 : gastéropodes ; 6 : genre Pleurotomaria ; 7: Microschiza philenor - (clichés © Muséum-Aquarium de Nancy - coll. ENSG)

Fig.6b : Schlotheimia angulata (Schlotheim)
(photo © S. Guérin-Franiatte)

- Une surface rubéfiée, perforée (= hard-ground ) et la présence de "galettes" de grès remaniées au sommet du Grès d'Hettange révèlent la discontinuité de la sédimentation (fig.7 et 9) à la transition avec la formation sus-jacente.

- Au-dessus de la surface durcie repose le deuxième ensemble lithologique, bien stratifié et constitué de calcaires gréseux alternant avec des niveaux argileux. Cette unité appartient au Calcaire à gryphées supérieur, une formation répandue dans toute la Lorraine et dont le nom est dérivé de celui d'un bivalve fossile, Gryphaea, qu'on trouve parfois en abondance. Ces strates sont datées du Sinémurien inférieur grâce à des ammonites dont Coroniceras rotiforme (Sowerby) - (fig.9).

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Fig.7 : Fond durci perforé à la surface d'un banc calcaire.	Fig 8 : Faille (les flèches indiquent le mouvement relatif de déplacement)

Vers le haut de la carrière, on peut voir les couches affectées par une faille à faible rejet (fig.8). Son emplacement est signalé par un cartel : Grès d'Hettange (compartiment surélevé) et Calcaire à gryphées supérieur (compartiment abaissé) se retrouvent en contact par le jeu de cette structure.

Fig.9 : Le passage Hettagien-Sinémurien et la discontinuité sédimentaire - les "galettes"de grès ont été colorées en rouge sur le cliché

- La série de roches correspondant à la partie inférieure de l'étage Hettangien n'affleure pas en surface sur le site de la réserve. Néanmoins, en 1986, un forage effectué par les étudiants géologues prospecteurs de Nancy, a permis de révéler la nature des formations géologiques qui constituaient la base de l'Hettangien (fig.10). Ainsi, les bancs gréseux du Grès d'Hettange se poursuivent jusqu'à une profondeur de 20 m sous la surface, ce qui porte leur épaisseur totale à environ 25 m. Viennent ensuite 27 m d'alternances marno-calcaires gréseuses et d'argiles appartenant au Calcaire à gryphées inférieur. Les Argiles rouges de Levallois, une formation d'argilites marquant la fin du Trias dans la stratigraphie régionale (fig.3 et 10), arrivent au contact du mur du Calcaire à gryphées. La datation des niveaux traversés par le forage a été réalisée grâce aux faunes d'ammonites récoltées ; celles-ci confirment un âge Hettangien supérieur pour la base du Grès d'Hettange et indiquent un âge Hettangien inférieur et moyen, avec reconnaissance de toutes les zones d'ammonites correspondantes, pour le Calcaire à gryphées inférieur (fig.11).

Fig.10 : La série complète du stratotype hettangien (illustration d'après M. Hanzo coord., 2012 )

Une dalle à ammonites reconstituée et son panneau pédagogique, placés sur le haut du parcours (fig.2 et 12) donnent l'occasion de découvrir les principales espèces collectées dans le Calcaire à gryphées supérieur et les méthodes de la biostratigraphie. L'analyse de ces données a permis la datation des couches et de la durée de la lacune sédimentaire, d'importance régionale, entre Hettangien et Sinémurien, estimée à une sous-zone d'ammonites (voire moins), soit l'équivalent d'une période de 200 000 à 300 000 ans ici (fig.11).

Fig.11 : Datation biostratigraphique par les faunes d'ammonites des terrains d'Hettange-Grande (clichés © Muséum-Aquarium de Nancy - coll. ENSG)

Enfin, le contexte géomorphologique local peut être également abordé par une lecture de paysage depuis un panorama au sommet de la carrière. Un point de vue vers l'ouest sur le plateau de la Côte infraliasique (sur lequel se positionne la réserve), s'ennoyant sous la plaine du Pays messin puis la Côte de Moselle au loin (fig.12), permet d'identifier et de caractériser le relief de côtes (ou de cuestas), bien exprimé dans cette partie orientale du Bassin Parisien.

Fig.12 : Panorama sur la Côte de Moselle depuis le haut de la carrière (A) et une empreinte sur la dalle à ammonites (B) - (cliquer sur l'image pour observer la dalle à ammonites)

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L'origine des roches du stratotype Hettangien

La succession lithostratigraphique Calcaire à gryphées inférieur - Grès d'Hettange - Calcaire à gryphées supérieur constitue une série qu'on ne rencontre que dans le nord de la Lorraine (à partir de Thionville et jusqu'aux frontières belge et luxembourgeoise). En effet, ailleurs et plus au sud en Lorraine centrale, le Grès d'Hettange disparaît et le Calcaire à gryphées peut être considéré comme une formation continue, sans distinction de faciès ni séparation lithologique en parties inférieure et supérieure (voir par exemple les fiches Mécleuves ou Xeuilley sur ce site). À l'inverse, plus au nord, sur le territoire luxembourgeois, les Calcaires à gryphées sont quasiment absents et le Grès d'Hettange (ou son équivalent, le Grès de Luxembourg) est très développé. Ces observations ont conduit à une reconstitution tridimensionnelle des corps sédimentaires mis en place à l'Hettangien montrant l'inclusion du Grès d'Hettange, sous forme de lentille, au sein des Calcaires à gryphées (fig.13) ; la puissance maximale de cette lentille gréseuse (100 m) se situant à l'aplomb de la ville de Luxembourg (à Hettange, l'épaisseur des grès avoisine les 25 m).

Fig.13 : Bloc-diagramme montrant la géométrie spatiale du Grès d'Hettange et du Calcaire à gryphées (illustration tirée de l'ouvrage de M. Hanzo coord., 2012)

Cette configuration s'explique par la paléogéographie de la région à l'Hettangien. Le nord de la Lorraine, le Luxembourg et le sud de la Belgique se situent au pied de reliefs émergés, nés de l'orogénèse hercynienne (vers -330 millions d'années). Ces paléoreliefs correspondent aux régions actuelles de l'Ardenne, de l'Hunsrück et de l'Eifel en Allemagne. L'érosion de ces massifs continentaux alimente la sédimentation fluviatile et côtière en produisant une quantité importante de particules détritiques, notamment les grains de quartz qui formeront les Grès d'Hettange et du Luxembourg. À cette époque, venant du sud-est, les eaux d'un océan, la Téthys, ont envahi la Lorraine alors recouverte par une mer épicontinentale. Située au débouché d'un sillon qui sépare le bloc Ardenne-Eifel de l'Hunsrück, cette mer, qui occupe le nord de la Lorraine, est un lieu de forte subsidence où se déversent les sédiments détritiques à l'origine du Grès d'Hettange (fig.14).

Les zones géographiques éloignées de la source des matériaux terrigènes connaissent une sédimentation d'affinité océanique plus affirmée, caractérisée par les alternances marno-calcaires et leur cortège de fossiles marins de milieu ouvert (ammonites, bélemnites...) plus profond, qui formeront les Calcaires à gryphées. Il a par ailleurs été démontré, grâce à des analyses palynologiques (pollens, spores et phytoplancton contenus dans les roches), que ces alternances marnes - calcaires résultaient de variations climatiques (dont la nature précise reste encore à déterminer), elles-mêmes sous le contrôle de cycles astronomiques ( = cycles de Milankovitch).

Les transgressions marines téthysiennes se poursuivent dans un environnement toujours subsident durant tout le Jurassique inférieur et la sédimentation gréseuse du nord de la Lorraine s'efface au profit des formations argilo-carbonatées (Calcaire à gryphées supérieur) à partir du Sinémurien. Les dépôts gréseux migrent vers le nord-ouest où on les retrouve en Belgique : ce sont, par ordre chronologique, le Grès de Florenville, le Grès d'Orval puis le Grès de Virton (fig.15).

Fig.15 : Reconstitution de l'environnement de dépôt du Grès d'Hettange (d'après M. Hanzo coord., 2012)

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La biodiversité dans la réserve d'Hettange-Grande

Reconnue comme "Espace Naturel Sensible - Milieux secs", la réserve d'Hettange offre une diversité biologique remarquable qui s'exprime tant au niveau des biotopes que des espèces.

A l'Est de la côte de Moselle qui, dans le paysage, détermine un relief boisé orienté à peu près nord-sud, la réserve se situe dans une dépression prolongeant la vallée de la Moselle où passe la grande faille d'Hettange. Dans cette région à dominante calcaire et marneuse, le site présente des dépôts gréseux, ce qui confère à la flore et à la faune un caractère local.

Avec ses 6 hectares de superficie et l'originalité de son site, la Réserve Naturelle Nationale géologique offre une large diversité d'habitats (falaises, pierriers, dalles gréseuses, prairies, zone boisée, fruticée...) qui illustrent de façon spectaculaire l'évolution de la végétation, depuis la dalle minérale nue jusqu'au début de la recolonisation pré-forestière. Pour ne citer que quelques plantes à fleurs de l'inventaire, sur les dalles par exemple, on trouve des espèces annuelles à cycle court telles que la Sabline à feuilles de serpolet, l'Alysson, la Stellaire alsine à petites feuilles ou encore des espèces pionnières psammophiles, peu communes dans la région, telles que la Silène conique et l'Orpin de Forster avec ses feuilles crassulescentes. Les pelouses sableuses rases à Koelérie et Pâturin comprimé sont mêlées de Luzerne naine et d'orchidées des pelouses sèches (Ophrys abeille, Orchis bouc, Orchis pyramidal). Les zones périphériques sur sol plus profond sont occupées par une riche prairie mésophile à Avoine élevée, fermée par une fruticée où se mèlent Fusain, Aubépine, Cornouiller, Noisetier, Bouleau et Saule. Sur les fronts de taille et les éboulis, s'épanouissent en été l'Anthémis des teinturiers (rare en Lorraine), la Potentille droite et le Salsifis pâle. À partir des cultures voisines sont arrivées diverses espèces telles que le Bleuet ou le Miroir de Vénus.

Les insectes, facilement observables, sont également bien représentés. Un inventaire entomofaunistique a été réalisé, afin de reconnaître les différentes variétés d'animaux présents sur le sol du site, en tenant compte de l'influence humaine par l'exploitation de la carrière, du remblaiement et de l'entretien du site, et donc des modes d'adaptation des espèces aux changements d'habitats successifs. Des vertébrés fréquentent aussi les divers habitats de la réserve : des oiseaux diurnes et nocturnes (chouette effraie), des reptiles (couleuvres et lézards) et des mammifères comme le renard ou le vespertilion de Bechstein, une espèce de chiroptères.

La pédologie complète l'étude du milieu naturel puisque les étapes de la formation d'un sol à partir d'un sous-sol gréseux sont expliquées grâce aux ressources accessibles sur place.

Les panneaux jalonnant le parcours invitent à découvrir ces richesses et renseignent sur la biologie des espèces. Une incitation à respecter la diversité de la faune, de la flore et de ses habitats qui nous entourent.

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Les missions d'une Réserve Naturelle géologique

19 stratotypes d'unité, encore valides aujourd'hui (25 autres ne sont plus reconnus), ont été définis sur le territoire français par les géologues au cours du XIX^ème siècle, pour 3 étages de chacune des ères Paléozoïque et Cénozoïque et pour 13 étages de l'ère Mésozoïque. Le nom des étages stratigraphiques fait référence au lieu où se trouvent la ou les coupes de référence du stratotype : Bajocien pour la ville de Bayeux (Calvados), Aquitanien pour la région Aquitaine, Albien pour le département de l'Aube, etc.

C'est dans le but de sauvegarder ces sites géologiques historiques, dont certains pouvaient subir des détériorations irréversibles (exploitation des ressources en mines ou carrières, sur-fréquentation, fouilles sauvages...), qu'ont été créées, en 1982, les premières Réserves Naturelles à spécificité géologique pour les stratotypes Aquitanien et Burdigalien. Depuis, la protection s'est étendue à d'autres stratotypes mais aussi à d'autres sites d'intérêt géologique, indépendamment de la présence de stratotypes : les réserves géologiques de Haute-Provence, de l'Île de Groix en sont des exemples.

Une réserve géologique a pour vocation "de protéger un patrimoine géologique en tant qu'élément du patrimoine naturel, pour son intérêt pédagogique, pour sa valeur scientifique, pour sa valeur esthétique, sa rareté, son unicité et à des fins socio-culturelles." On entend par patrimoine géologique "les objets et les sites qui conservent la mémoire de la Terre de l'échelle microscopique à l'échelle panoramique" : roches, minéraux, traces de vie (fossiles, mines, habitats...) font partie de ces objets et sites géologiques. Prélevés à des fins scientifiques, les objets qui peuvent être ou qui ont pu avoir été collectés sont conservés dans des musées institutionnels, hors de leur site naturel d'origine. À titre d'exemple, les collections de fossiles recueillis sur le site du stratotype Hettangien sont hébergées dans différentes structures : Muséum-Aquarium de Nancy, Muséum national d'Histoire naturelle de Paris, Muséum d'Histoire naturelle de Grenoble, Université Claude Bernard à Lyon...

La protection d'un site, comme celui d'Hettange-Grande, s'opère à plusieurs niveaux:

une protection foncière par l'acquisition foncière de l'espace à protéger, par des associations, une collectivité, un département ou une région... qui en assureront la gestion (la Communauté de Communes de Cattenom et Environs pour la réserve d'Hettange-Grande) ;
une protection réglementaire s'appuyant sur des textes de lois existants qui peuvent être renforcés localement par des arrêtés préfectoraux (voir par exemple le décret de création de la réserve naturelle d'Hettange : ICI) ;
une protection physique devant permettre la pérennité des sites vulnérables, matérialisée à Hettange par l'entretien des espaces, le balisage des sentiers, des clôtures ou des vitrines de protection autour de certains affleurements.

Enfin, une réserve doit assurer une mission d'information et de pédagogie auprès de l'ensemble de la collectivité visant l'appropriation collective du patrimoine géologique et la prise de conscience des intérêts communs à le protéger et le valoriser. À Hettange, depuis 2017, une conservatrice de la Réserve Naturelle Nationale et une technicienne-animatrice, employée de la CCCE mettent en œuvre diverses actions inhérentes à cette mission auprès de différents publics.

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Remerciements

Nous tenons à remercier la Réserve Naturelle Nationale géologique d'Hettange-Grande et la Communauté de Communes de Cattenom et Environs, en particulier Isabelle Lénard, conservatrice de la RNN, et Orane Dieudonné, pour leur disponibilité, leurs remarques constructives et la transmission d'informations et de documentation sur les activités de la réserve.

Toute notre gratitude également à Bernard Lathuilière et Karine Pistre du laboratoire Georessources de la Faculté des Sciences de l'Université de Lorraine (Vandoeuvre-les-Nancy) pour la mise à disposition des échantillons pétrographiques et la réalisation des clichés de lames minces.

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Références bibliographiques et sitographiques

Hanzo M. (coord.) (2012) - Stratotype Hettangien. Muséum national d'Histoire naturelle, Paris ; Biotope, Mèze ; 320 p. (Patrimoine géologique ; 3).

Hilly J. et Haguenauer B. (1979) - Guides Géologiques Régionaux - Lorraine Champagne - Masson éd.

Pautrot C. et Hanzo M. (2006) - La mer épicontinentale au Lias in Lexa-Chomard A. et Pautrot C. (dir.) - Géologie et Géographie de la Lorraine ; p.100-109. Serpenoise éd.

Site web de Paul Montagne sur la flore du Toulois et de Lorraine (et d'ailleurs) - Le monde de Lupa

Informations complémentaires sur le site :
https://sites.ac-nancy-metz.fr/svt/enseign/svt/ressourc/regional/Hettange/Accueil.htm

Auteurs : Didier ZANY - Roger CHALOT - Date de création : 16/10/2005 - Dernière modification : 23/12/2018