La mise en place des roches de l'Altschlossfelsen

Les rochers de l'Altschlossfelsen (rocher de l'ancien château, comme l'indiquent des vestiges de marches taillées sur l'une des tours de grès) appartiennent à la butte-témoin du Brechenberg (403 m). Dans cette partie du Pfalzerwald (forêt du Palatinat), les séries du Trias inférieur sont inclinées vers le nord-ouest et l'érosion y a dégagé toute une série de buttes à l'avant de la côte du Conglomérat. La partie sommitale du Brechenberg offre sur son flanc sud-est un escarpement atteignant une hauteur de près de 30 mètres et long de 1,5 km. Il est interrompu par deux passages en pente sur quelques dizaines de mètres. Deux des parois se prolongent à leur extrémité nord-est par un éperon morcelé en une série de tours gréseuses de grandes dimensions.

Les roches présentes sur le site

Paroi gréseuse près du départ de sentier.

L'observation du profil permet de distinguer deux unités. Dans la partie inférieure affleure le Grès vosgien sous son faciès "Couches de Karlstal supérieures". Les grès de couleur rouge avec de nombreuses variations de coloration présentent une stratification généralement horizontale, en lamines minces (Dünnschichten). Des intercalations de bancs lenticulaires plus résistants, à litage oblique et contenant de rares galets existent par endroits (cf banc visible, en relief).  Dans la partie supérieure, un grès violacé prenant l'aspect de conglomérat à stratification oblique et disposé en lentilles entrecroisées surmonte de façon brutale la série précédente. Cet ensemble surplombe les Couches de Karlstal offrant par endroits des cavités ou abris sous roche de grandes dimensions. Souvent cartographié sous le terme de Conglomérat principal (carte de Bitche), il annonce les formations des Couches intermédiaires et a été désigné sous le nom de Conglomérat de Bitche (feuille de Lemberg).

Remarque : les roches présentes sur le site appartiennent à un faciès lithologique particulier aux basses Vosges gréseuses développé au nord de Phalsbourg. On trouvera d'autres descriptions dans les fiches suivantes : Sentier des grottes de Lemberg, Citadelle de Bitche, Grès au nord de Grosbliederstroff, Carrière de Freyming-Merlebach. Le faciès généralement plus connu incluant le Conglomérat principal (Poudingue de Sainte-Odile) est visible aux Rochers de la Bande noire, Haut-Barr, Dabo, ...

Figures sédimentaires et mise en place des assises

Détail de la sédimentation dans un secteur où le conglomérat est proche du sentier. Longueur du baton 1,20 m

Partie inférieure, la paroi recouverte de croûtes d'altération qui se desquament, montre une stratification plane caractéristique des lamines de sables fins. Un lit centimétrique subhorizontal de galets (section 1 cm) traverse la série. Tous les galets n'ont pas l'arrondi habituel, certains présentent un aspect anguleux. Il résulte d'un épandage de sables mêlés de graviers débordant les levées fluviatiles lors de crues. Le matériel alluvionnaire qui décante dans les nappes d'eau temporaires peut être par la suite vanné par les vents qui se chargent en éléments fins et burinent ainsi les galets résiduels (ventifacts). Partie supérieure : Conglomérat de Bitche (Obere Felszone), le contraste avec la formation précédente est saisissant. Le dépot de l'unité supérieure a entamé localement l'unité inférieure (discordance d'érosion reconnue sur une vaste étendue : discontinuité de Hardegsen) et témoigne de l'existence de courants forts qui déposent des sables et graviers dans des chenaux divagants. 

Remarque: une traduction actuelle de la sédimentation par débordement de levée est visible sur certaines portions de cours d'eau locaux. Voir Annexe 1

Structures particulières au sein des Couches de Karlstal (les alvéoles visibles seront présentées plus tard).

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À gauche. Entre deux séries parfaitement planes, apparait sous la marque du sentier (croix blanche 10 cm) un ensemble lité obliquement. Constitué d'un sable homogène, il ne contient aucune trace de galet. L'observation approfondie de la paroi montre une deuxième formation de ce type au-dessus du repère. Ces bancs ont été interprétés comme étant des dunes éoliennes. Les sables non consolidés sont soumis à l'action de vents (climat aride) qui les redistribue sous forme de champs de dunes (barkhanes). Au cours de leur transport, les grains subissent une abrasion caractéristique qui leur donne un aspect sphérique et mat. À d'autres moments, une imprégnation par la nappe d'eau souterraine de la base de la dune ou un régime des vents différent favorise leur ablation partielle ne laissant subsister que la racine. Des surfaces d'épandage plan ou de déflation avec micro-reliefs en vaguelettes (visibles sous la croix) peuvent également se former.

À droite. A la base de cette paroi, marquée par des plans de fissuration encroutés blanchâtres, une formation lenticulaire arquée est visible. Une coupe verticale à travers un portion de dune s'étend ici (extrémité nord de l'Altschlossfelsen) sur une dizaine de mètres de largeur. Si l'apport des sables depuis les régions éloignées est essentiellemnt fluviatile, une grande partie du matériel visible à l'affleurement résulte de remaniements sous l'influence des vents qui redéposent les particules en nappes à stratification horizontale ou édifient des dunes temporaires.

Remarque : une illustration de la formation de dunes éoliennes sous nos latitudes est donnée en Annexe 1

À propos de la couleur des rochers

Les rochers de l'Altschlossfelsen sont réputés pour leurs coloris variés. Ils sont aussi désignés sous le nom de  "Colorado du Bitcherland".

Colorations de la paroi en Buntsandstein (grès bigarrés)

A côté des teintes blanches dues aux pellicules de sels minéraux déposées en surface apès évaporation de l'eau préalablement contenue dans la roche, toute une gamme de tons allant du jaune au rouge-violet imprègne la masse du grès. L'origine de la pigmentation est due aux oxydes de fer présents en faible quantité (1 à 5%max) à la surface des grains. Ils participent à la cimentation du grès. L'hématite en est le composé le plus abondant. Dans les sables éoliens, le tri des quartz aboutit à un taux de fer plus faible, la coloration est souvent moins intense et la roche plus friable. Au contraire, dans les grès violacés riches en minéraux susceptibles d'être altérés, la cristallisation de l'hématite est plus avancée,

Details de la coloration :

Variations de couleur au sein des strates

À gauche. Les variations de teinte peuvent s'observer dans le détail des couches. Certaines lamines ( épaisseur 1 cm) sont décolorées sur toute leur étendue ou présentent des colorations discontinues sur plusieurs centimètres. Dans les aires déprimées recevant des apports de sédiments lors des crues, les sables, silts et argiles décantaient successivement. Les fluides qui circulent ultérieurement dans ces lits à composition et perméabilté différentes peuvent décolorer certains niveaux au cours de la diagenèse. Enfin dans le haut du cliché quelques liserés millimétriques de couleur brun rouille (<) signalent la présence de fer migré redéposé sous forme de rubans (Eisenschwarten). En (W) apparait une surface ondulée de petites rides.

À droite. Un autre facteur responsable d'une coloration spectaculaire est la flore. Profitant de l'ambiance lumineuse et de l'humidité atmosphérique qui règnent dans la hêtraie à pins (évapotranspiration / brouillards), de l'absence de concurrents, des lichens s'installent sur la paroi. Chrysothrix chlorina  couvre ainsi des plages étendues de sa couleur soufrée

Remarque : des traces anciennes d'activité humaine (autres que les sempiternels graffitis) sont visibles en certains points du site sous forme de stries étroites parallèles. Selon certains auteurs elles correspondraient à des polissoirs préhistoriques.

Les formes de relief, éléments de géomorphologie.

Les rochers

Entre le moment de leur dépot sous forme de sables à l'Olénekien supérieur-début Anisien (- 247 MA) et leur réapparition à l'air libre, les grès ont connu une évolution mouvementée. Une première transformation, la diagenèse est marquée par la compaction et la cimentation des grains. Les grès du Buntsandstein vont être enfouis sous une série de sédiments marins (Forage géothermique de Soultz : 600m de sédiments au minimum). Dès le Crétacé, la couverture sédimentaire va connaître une remontée suite à la collision pyrénéo-alpine (relèvement des épaules du rift rhénan, flexion lithosphérique). En réponse aux contraintes tectoniques, la série gréseuse va être fracturée en blocs et gradins. Progressivement dégagée par l'érosion des terrains sus-jacents, elle subit une décompression à l'origine des réseaux de diaclases. Enfin, elle va être soumise à l'attaque des acteurs du climat.

Les reliefs ruiniformes

Aspects de la paroi dans l'unité nord-est.

Les deux ensembles gréseux offrent une résistance contrastée à l'érosion. Le conglomérat bien cimenté forme une corniche découpée en blocs par une série de fissures dont les surfaces planes verticales sont bien visibles.. La partie inférieure de la paroi, constituée de grès plus tendres* est en recul malgré ce chapeau protecteur. Un réseau particulièrement dense de micro-fissures y est visible au premier plan. L'effritement de la roche s'effectue grain par grain et en plaques le long de ces zones de fragilité. Il est facilité par les écarts de température (face sud-est) combinés aux périodes sèches et humides (effets notables du gel, transformations du ciment sous l'effet des eaux infiltrées et évaporées). Le résultat actuel est l'accumulation de sables au pied de la paroi où passe le sentier. Ces sables sont emportés par le ruissellement lorsque la végétation fait défaut.

* ces mêmes grès ont été exploités sous forme de sable pour le remblaiement des galeries des mines à Freyming. (voir Fiche carrière de Freyming-Merlebach)

Effondrement de paroi

Lorsque le vide à la base devient trop important, la solidité de la couche de conglomérat surplombante est mise à l'épreuve. Elle finit par céder sous forme de panneaux pré-découpés par les diaclases. Ils tombent et se fragmentent pour donner des amas de blocs sur place ou basculés dans la pente. La grande majorité des effondrements sont anciens comme en témoigne l'état des blocs et éboulis (altération, enfouissement partiel, couverture de mousses).

Des écroulements de ce type surviennent encore à l'heure actuelle. En 2000, un panneau s'est effondré au grand Steinberg (Fischer), l'auteur de la fiche a constaté les dégats occasionnés sur les arbres des alentours. Plus proche, un  éboulement de paroi s'est produit à Graufthal en 2016 (voir article de presse dans la bibliographie).

 Les tours de grès

Fig 1. Tour à l'extrémité nord-est. En période de ravinement intense (périodes froides et humides du Quaternaire), l'érosion régressive s'accompagne d'un élargissement de la vallée avec dégagement prononcé des flancs. Ainsi certains compartiments situés entre deux fissures ou failles peuvent disparaitre rapidement et ne  subsistent que des reliefs isolés comme ces tours de grès typiques de l'Altschlossfelsen. A plus grande échelle ce phénomène d'érosion (régressive) est responsable de la formation des buttes-témoins résiduelles. Sur la tour, les faces lisses des plans de fissuration sont conservés au niveau de l'assise conglomératique résistante alors que l'effritement gagne les Couches de Karlstal avec évidement accentué des lits particulièrement tendres le long de ces mêmes  diaclases.

Fig 2 (s'affiche en survolant la photo avec la souris) Autre visage d'une tour de grès en fin d'été. Le circuit bénéficie de larges passages à l'ombre. Encore une fois on note le comportement contrasté des assises face à l'altération-érosion. A terme, la masse perchée de grès conglomératique est destinée à s'écrouler.

Arches de grès

Plusieurs tours séparées  entre elles par une fissure forment des arches qui complètent l’éventail des rochers pittoresques du site. L’érosion quasi circulaire de la base des piliers a été favorisée par la présence de ces fissures et a ménagé une ouverture ogivale.

Un article consacré à la géologie des Arches de grès existe sur ce site dans la rubrique Circuits géologiques.

Remarque sur la formation des rochers

Trop souvent encore, des tentatives d'explication de la forme des rochers font la part belle au vent. Cette idée fausse n'a aucune raison d'être. Dans les Vosges du nord, l'action érosive du vent est quasi nulle actuellement.  Il est freiné dans la partie basse par le couvert forestier et même dans les secteurs ouverts, le vent devrait transporter des quantités notables de sable qui forme l'agent abrasif. Par contre, durant les périodes froides du Quaternaire, les vents ont été à l'origine de la formation de dunes dans la cuvette de Bitche et ont pu façonner la base de certains rochers isolés. Ces effets éventuels ont été effacés depuis. Même les rochers en forme de champignon (Pilzfelsen) ne sont pas l'oeuvre du vent sous nos latitudes. En témoigne leur pied régulier quasi vertical et non en cône renversé à la base. L'action du vent de sable s'exerce à proximité du sol, jusqu'à une hauteur maximale d'environ 1,5 m. Les rochers "sculptés par le vent" font partie des classiques du "western" et ne sont pas transposables aux Vosges du nord.

Les micro-reliefs des parois

Le visiteur peut être frappé par le grand nombre de micro-reliefs qui ornent les parois. Deux catégories de structures sonts observables : les alvéoles surtout abondantes dans les grès des Couches de Karlstal, les boules concentrées à la base du Conglomérat de Bitche. Les géologues allemands attribuent à cet horizon particulier le nom de Kugelfelszone.

- Les alvéoles

Exemple parmi d'autres de quelques alvéoles.

Encore une fois, le vent est souvent inutilement mis à contribution pour expliquer leur apparition. Il s'agit de phénomènes liés à la migration d'éléments du ciment de la roche sous l'effet de l'évaporation de l'eau préalablement infiltrée. On trouvera des explications dans la page qui leur est spécialement consacrée : fiche Falkenstein.

- Les horizons à boules

Dans la partie basale du grès conglomératique (obere Felszone) apparaissent de curieuses cavités contenant ou non une boule. La taille de ces dernières varie entre celle d'une bille (image à gauche) jusqu'à la taille d'une boule de pétanque (image de droite). Cet horizon a reçu le nom de Kugelfels Horizont / Kugelfelszone.

La stratification originelle est conservée au sein des boules. Leur formation s'est donc faite au sein du dépot. Dans des secteurs géographiques où le grès ne présente pas le stade avancé des cavités à boules, on note l'existence de nodules à ciment carbonaté. De telles concrétions sphériques à ciment carbonaté avec fer souvent associé (hydro)oxydes sont connues dans des grès poreux du Sahara (kerboubs). La découverte de bactéries calcifiantes revivifiables plaide en faveur d'une origine biominérale. La provenance de ces carbonates est à rattacher à des circulations d'eaux phréatiques enrichies en ions au sein des corps gréseux. Leur précipitation sous forme de concrétions est à relier aux fluctuations de la nappe. L'altération récente favorise la dissolution du calcaire et met les boules en relief.

Une originalité : les boyaux ou cavités tubulaires du grès (Röhren)

Une amorce de tunnel se situe sur le trajet d'une diaclase au sommet des Couches de Karlstal. Un pilier est également présent. Des boyaux de plusieurs dizaines de mètres groupés en corridors existent dans le sous sol gréseux du Palatinat.

Ces tuyaux-tunnels seraient l'expression d'une "karstification" du grès au cours des phases d'altération fini-Crétacé début Eocène sous climat chaud. Ils résultent alors de la dissolution de la silice par les acides organiques (humines) entrainés dans les diaclases par les eaux d'infiltration. Les produits de l'arénisation ont été progressivement  évacués par la circulation des eaux souterraines. Les boyaux subsistent avec des parois à croûte de silice, fer, humine (Dittrich). Pour d'autres auteurs, il pourrait s'agir de galeries souterraines d'évacuation d'eaux de fusion en rapport avec les épisodes glaciaires majeurs. Ces eaux chargées de débris et de CO2 se montrent particulièrement érosives (Ortlam). 

BIBLIOGRAPHIE - WEBOGRAPHIE

Notice de la carte géologique de Lemberg

Marc Durand. Évolution de la sédimentation continentale dans les Vosges du Nord. Le Buntsandstein moyen. Annexe scientifique Géologie de la Lorraine : Sédimentation continentale au Permien et au Trias

François Soleilhavoup (2011). Microformes d'accumulation et d'ablation sur les surfaces désertiques du Sahara. Géomorphologie Vol.17-n°2

Les maladies du grès. Fondation de l’Œuvre Notre-Dame.

Fischer Raymond (1999). Rochers des Vosges du nord et du sud Palatinat. Vol2. Editions Scheuer.

Detlef Mader. Aspects of Fluvial Sedimentation in the Lower Triassic Buntsandstein of Europe. Editor:  Lecture Notes in Earth Sciences, vol. 4, p.90-126

 Bertram Schmidkonz. Buntsandstein – zur Chemie seiner Farben. Chapter (PDF Available)  · March 2015

STD 2016 (Deutsche Stratigraphische Kommission, Hrsg.; Redaktion, Koordination und Gestaltung: Menning , M. & Hendrich, A.) (2016): Stratigraphische Tabelle von Deutschland
2016. – Potsdam (GeoForschungsZentrum). (1) Tafel plan 100 x 141 cm, (2) gefaltet A4

C. AichholzerEmail author, Ph. Duringer, S. Orciani and A. Genter (2016) New stratigraphic interpretation of the Soultz-sous-Forêts 30-year-old geothermal wells calibrated on the recent one from Rittershoffen (Upper Rhine Graben, France)

Dittrich, Doris (2016) : Kugelfelsen und Röhrenhöhlen als besondere Phänomene des Pfälzer Buntsandsteins, Mainzer geowissenschaftliche Mitteilungen Heft 44, S. 73 - 148. 27 Abb., 3 Tab, Mainz November 2016

 Dieter Ortlam (2014) Subglaziale Faziesanzeiger für Eisbedeckungen in Mitteleuropa und der Welt. Poster-Kurzfassung der 68.Tagung der Arbeitsgemeinschaft NW-deutscher Geologen Bremerhaven 05.-08. 06. 2001

Dominik Soyk. Heidelberg, (2015) Inaugural - Dissertation Diagenesis and reservoir quality of theLower and Middle Buntsandstein (Lower Triassic), SW Germany

Université de Strasbourg, Thèse présentée par Sébastien Haffen (2012)
Caractéristiques géothermiques du réservoir gréseux du Buntsandstein d’Alsace

Corinne Fugler (2016). A Graufthal, un rocher de 16 mètres s'affaisse contre une maison.
France Bleu Alsace et France Bleu Elsass