Description du site - le Saut du Brot

La Moselle reçoit un de ses affluents, la Vologne, en rive droite à Jarménil (fig.1). La rivière, qui n'a pas encore atteint son profil d'équilibre, entaille ensuite les unités gréseuses monoclinales du Trias inférieur ; des rapides se forment en traversant les bancs de la formation du Grès vosgien du Buntsandstein inférieur-moyen (= étage Olénékien - fig.2) dont la puissance totale peut atteindre 75 m dans cette région des Vosges. L'apparence du site et son accessibilité peuvent varier considérablement en fonction du débit de la Moselle (fig.3 et 4).

Fig.2 : Localisation des grès lités dans la colonne stratigraphique du Trias inférieur régional (illustration © BRGM, 2009).

L'endroit est en effet impressionnant et très dangereux en période de hautes eaux, tout comme après un orage d'été.

Fig.3 : Vue du site en période de hautes eaux (crue après un orage d'été en 2010) - flèche rouge = sens d'écoulement de la Moselle (vers le NO)

Il n'est accessible que lors des périodes d'étiage ou lorsque l'usine hydroélectrique qui jouxte le site utilise pratiquement tout le débit de la Moselle.

Fig.4 : Vue du site en période de basses eaux (étiage)

La Moselle fait des ressauts et creuse de petites gorges dans les bancs épais de grès, de couleur rose pâle, bien cimentés et cohérents, alors qu'elle dégage d'immenses dalles monoclinales et creuse des marmites dans les couches de grès plus friables (fig.5 à 7).

Fig.5 : Vue d'ensemble du site

Fig.6 : Niveau entaillé de gorges

Fig.7 : Figures d'érosion (marmites)

Les marmites (fig.7 et 8) sont creusées par la mise en rotation des sables et des galets.

Fig.8: Une marmite avec le sable et les galets responsables de son creusement

Géologie - pétrographie et structures sédimentaires dans le Grès vosgien

Les affleurements du Grès vosgien du Saut du Brot sont omniprésents et permettent notamment une étude des corps sédimentaires en 3D. Les bancs de grès se présentent sous forme de dalles horizontales en surface structurale (fig.9) et/ou sous forme d'ensembles stratifiés d'épaisseur pluridécimétrique à métrique, à litages obliques, s'entrecroisant, séparés par des bases érosives (fig.10, 13 et 17).

Fig.9 : Grandes dalles de grès roses lités mal cimentés dégagées par l'érosion

Fig.10 : Faisceaux de grès à litages obliques superposés

D'un point de vue pétrographique, le Grès vosgien est constitué d'une roche sédimentaire détritique correspondant à un grès feldspathique (15% de feldspaths en moyenne), à grain moyen (mode du diamètre des grains de 0,2 à 0,8 mm), de couleur rose et à aspect miroitant (voir un exemple de fiche descriptive d'un échantillon : ICI). Les grains de quartz détritique sont en majorité bien arrondis et morphoscopiquement de type émoussé-luisant, traduisant un long transport en milieu aquatique. Des passées plus conglomératiques à petits galets siliceux bien émoussés (< 10 cm) ne sont pas rares et sont visibles par endroits. Plusieurs types de grès peuvent être distingués : un faciès cohérent qui ne s'éffrite pas et un autre beaucoup plus sensible à l'altération et à l'érosion.

Fig.11 : Pétrographie du Grès vosgien (crédit photos : A - D. Bartier - Univ. de Lorraine ; B : B. et C. Haguenauer⁽¹⁾; C : A. Hummel - Univ. de Lorraine)

Dans les grès bien cohérents, les grains de sable sont cimentés par un mélange d’hématite, de goethite, de muscovite, d’illite et de quartz. (Pour des descriptions minéralogiques plus détaillées, en ce qui concerne en particulier la nature et l'abondance des minéraux phylliteux, voir par exemple Lucas 1962⁽²⁾ ou Gamermann 1979⁽³⁾). C'est un film d'oxyde de fer (hématite) enrobant les grains de quartz qui donne au Grès vosgien sa couleur rose (fig.11A). Lors de la diagenèse, de la silice cristalline secondaire a nourri les grains de quartz pour former un réseau de ponts siliceux entre-eux et assurer une cohésion suffisante pour que la roche résiste à l'éffritement (fig.11A et B). La roche reste néanmoins poreuse et perméable (Voir la nappe des GTI). Les faces cristallines des auréoles de nourrissage des grains de quartz (ciment syntaxial) confèrent aux échantillons de Grès vosgien leur aspect scintillant (fig.11C) sur une cassure fraiche. 

Dans les grès plus tendres, le ciment est toujours silico-ferrugineux (silice, hématite et goethite) mais légérement plus chargé en argiles, ce qui entraîne une cohésion moindre et une résistance plus faible à l'altération et à l'érosion.

Le Grès vosgien a traditionnellement été exploité pour la construction (pour sa belle couleur rose, sa résistance au gel et sa cohésion) mais des différences dans les propriétés mécaniques entre bancs ont fortement influencé les carriers dans le choix des niveaux à exploiter et dans la destination à leur réserver.

La structuration du Grès vosgien en faisceaux à litages obliques est à interpréter en considérant leur représentation tridimensionnelle.

1°. Leurs dimensions permettent d'identifier ces structures sédimentaires : sur ce site, la hauteur d'un faisceau (affleurant sur plusieurs mètres de longueur) est généralement pluridécimétrique (~ 50 cm - voir fig.13) et dépasse rarement le mètre ; bien que la partie supérieure du faisceau soit généralement érodée et qu'il soit difficile d'en estimer l'épaisseur correspondante, ces mesures indiqueraient les caractéristiques d'une mégaride (fig.12) mais, pour les raisons évoquées, la présence de dunes hyrauliques n'est pas à exclure.

Fig.12 : Caractéristiques des différentes structures sédimentaires à litages obliques

2°. Dans les plans où ils sont observables, les litages obliques sont de forme arquée, tangentiels par rapport à la base du dépôt (fig.13).  L'occurrence de litages obliques traduit la mise en place d'un sédiment soumis à l'action d'un courant unidirectionnel. La forme arquée des litages est à mettre en rapport avec un régime d'écoulement moyen (vitesse de courant inférieure ou proche de 1 m.s^-1) coïncidant également avec un régime compatible de mise en place des mégarides (cf. diagramme d'Allen). 

Fig.13 : Faisceaux à litages obliques arqués superposés (photo du bas : gros plan sur le contact discordant entre les faisceaux 2 et 3)

3°. D’autres ensembles peuvent présenter un litage en apparence sub-horizontal (faisceau n°1 sur la fig.13) mais il peut s’agir aussi d'un litage oblique qui apparaît plan si l’affleurement recoupe perpendiculairement l'axe d'allongement de la mégaride (fig.14). Lorsque les conditions d'affleurement permettent l'observation d'un même faisceau dans ses trois dimensions, le sens et la direction du courant peuvent alors être déterminées avec certitude (fig.14) : celui-ci est globalement orienté vers le SE sur ce site comme dans tout le secteur entre Épinal et Remiremont  (Durand, 1978⁽⁴⁾ - fig.15). Dans le cas contraire, l'inclinaison des litages obliques dans un seul plan ne donne que le sens apparent du courant (voir Durand, 1978).

Fig.14 : Contexte de mise en place des structures sédimentaires à litages plans et obliques - à gauche, modélisation d'une superposition de faisceaux à litages obliques arqués (cf. fig.13) et sens / direction du courant (flèche en carton) déduits de l'organisation 3D du faisceau supérieur (n°3) 

Fig.15 : Carte des paléocourants mesurés dans le Grès vosgien et les formations du Buntsandstein des Vosges méridionales (d'après Durand, 1978)

4°. La transition verticale entre deux faisceaux à litages obliques est soulignée par une surface d'érosion (en creux - fig.13). En un lieu donné, la sédimentation s'est donc déroulée par à-coups et non de façon continue. La forme en creux ou en auge de cette surface rappelle celle du chenal d'un cours d'eau par exemple.

N.B. : D'autres indices, relevés ailleurs dans la région (fentes de dessication, empreintes de végétaux, de pas de vertébrés), confirment le caractère continental de l'environnement de formation du Grès vosgien.

Ces dépôts sont les traces de la divagation fluviatile, marques du remplissage d'anciens chenaux typiques d'un système en tresse. 

À la faveur d'un épisode de crue(s), le chenal d'un cours d'eau constitue un espace disponible qui se remplit de matériel terrigène. À mesure que l'espace se comble et que la décrue s'amorce, la tranche d'eau, la force du courant diminuent et avec elles, l'épaisseur et la granulométrie des sédiments ; en attestent certains dépôts argileux bioturbés de plaine alluviale (faciès de levée) couronnant une séquence (voir fig.16 et fiche du Haut-Barr à Saverne - lithothèque d'Alsace). Le lit du fleuve a migré et un chenal s'est creusé ailleurs dans la vaste plaine alluviale.

Fig.16 : Dépôts argileux de plaine alluviale et bioturbation au sommet de faisceaux de grès lités dans la série du Grès vosgien sur le site du château du Haut Barr à Saverne (Bas-Rhin) - N.B. : ces figures sédimentaires n'ont pas été observées sur les affleurement du Saut du Brot

Ces dépôts de barres sableuses, de dunes hydrauliques progradantes, sont recoupés par d'autres dépôts, d'autres chenaux qui les ont érodés ("cut bank") et forment ainsi des faisceaux de stratifications caractéristiques des dépôts sableux - voir aussi la fiche Haut Barr sur ce site et l'annexe scientifique sur le Permo-Trias continental.

 En Lorraine, les formations détritiques du Trias Inférieur ou Buntsanstein⁽⁵⁾ (fig.2) sont caractérisées par un puissant épisode post-orogénique de sédimentation fluviatile détritique (à chenaux en tresses avec stratifications obliques entrecroisées...) à faciès de type "molassique". Les matériaux proviennent essentiellement du démantèlement de la Chaîne hercynienne ou varisque (Massif Central et Massif Armoricain). Ces dépôts de type "oued", se sont réalisés sous un climat chaud et aride sous une latitude tropicale. Le climat montrait une alternance marquée des saisons séches et pluvieuses, avec de longues périodes d'émersions comme l'attestent la présence de galets éolisés et de dunes éoliennes, périodes désertiques suivies de crues torrentielles capables d'éroder les dépôts antérieurs.

Ces dépôts sont des éléments d'un vaste système deltaïque en éventail ("megafan") de plus de 150 km d'amplitude⁽⁶⁾ qui s'étalait globalement d'Ouest en Est en direction d'un bassin intracontinental, le Bassin germanique (voir aussi la fiche Archettes pour les reconstitutions paléogéographiques). Les dépôts de Jarménil se situeraient dans la partie proximale de ce grand cône alluvial.

La description des principaux paléoenvironnements qui caractérisent le Permo-Trias et le "Grand fleuve triasique"⁽⁷⁾ en Lorraine est présentée en détail dans une annexe scientifique sur ce site à laquelle le lecteur pourra se référer en complément d'informations.

Fig.17 : Stratifications entrecroisées et litages obliques dans les grès lités

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Remerciements à notre collègue Aude Hummel, PRAG au laboratoire GeoRessources de l'Université de Lorraine.

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Bibliographie

(1) HAGUENAUER B. et HAGUENAUER C. (1980) - Géologie en Lorraine. Éditions Mars et Mercure, Wettolsheim, France. 131 p.

(2) LUCAS J. (1962) - La transformation des minéraux argileux dans la sédimentation : Etude sur les argiles du Trias. Mémoire du Service de la carte géologique d'Alsace et de Lorraine, n° 23, 175 pages et VII planches - lien de consultation.

(3) GAMERMANN N. (1979) - Contribution à l'étude de la diagenèse des grès : couleur rouge, argiles authigènes et induration. Formations d'Estrada Nova, de Rosario do Sul et de Botucatu (Brésil) et Buntsandstein des Vosges (France). Thèse de Doctorat, Université de Strasbourg, 121 pages et XXI planches - lien de consultation.

(4) DURAND M. (1978) - Paléocourants et reconstitution paléogéographique: L'exemple du Buntsandstein des Vosges méridionales (Trias inférieur et moyen continental). Sciences de la Terre (Nancy), Tome XXII, n° 4, pp. 301-390 - lien de consultation.

(5) BOURQUIN S. et DURAND M. (2007) - International Field Workshop on ‘The Triassic of eastern France’ - Livret d'excursion - Mémoires Géosciences Rennes, hors-série n°5, 80 pages.

(6) MEYER KNOBELOCK G., BOZETTI G., GHIENNE J.-F., MEDEIROS BOFILL L., DOS SANTOS SCHERRER C.M., GALVAO DE SOUZA E. et SCHUSTER M. (2026) - Deciphering megafan systems from the geological record: The classical fluvial Buntsandstein deposits revisited (NE France and SW Germany). Sedimentary Geology, Volume 504, Article 107154 - lien de consultation.

(7) DURAND M., CHRÉTIEN J.-C. et POINSIGNON J.-M. (1994) - Le grand fleuve triasique. Livret-guide d’excursion. Congrès National de l'Association des Professeurs de Biologie et de Géologie. 32 p. 11 figs - lien de consultation.