Description de l'affleurement

L'affleurement est en grande partie re-végétalisé et rend plus difficile l'observation ou le suivi des strates et du contact Rauracien-Séquanien qui étaient bien visibles auparavant (fig.2). La pente du talus, assez abrupte et glissante, ne facilite pas non plus l'accès aux bancs sommitaux de la coupe. Cependant, le chemin montant, on finit par les atteindre en arrivant à hauteur du champ qui surplombe le talus.

Fig.2 : Affleurements des terrains rauraciens - état en 2019 et en 2009 (cliché © BRGM)

Si l'on suit les affleurements depuis le bas du chemin, les deux premiers tiers de la coupe (soit une vingtaine de mètres d'épaisseur cumulée environ) sont représentés par les faciès du "Rauracien". Il s'agit d'un ensemble bien stratifié, constitué de niveaux pluridécimétriques de calcaires blancs séparés par des bancs ou interbancs marneux.

Dans le détail, les faciès du Rauracien sont caractérisés par différentes roches carbonatées que l'on peut récolter en place, de la base vers le sommet de la coupe :

• des calcaires "oolitiques" à texture packstone dominante ( = grains jointifs avec liant micritique - voir annexes scientifiques) peu fossilifères (rares coquilles de bivalves indéterminés) - fig.3 ;
• des calcaires micritiques "crayeux" ou à peloïdes et à débit en plaquettes - fig.4 ;
• quelques bancs de calcaires sublithographiques très fins, sans fossiles ni éléments quelconques.

Fig.3 : Calcaire "oolitique" rauracien à texture packstone

Un examen macroscopique montre que les calcaires "oolitiques" sont formés de grains millimétriques à plurimillimétriques, émoussés, de forme irrégulière (= oncoïdes) ou subsphériques (= ooïdes et pisoïdes). La structure du cortex est diffuse, translucide et ne présente pas de marques concentriques internes autour du nucleus (= recristallisation d'origine diagénétique ?). L'enveloppe blanche superficielle (= micritisation secondaire ?) de ces grains montre parfois des petites cassures ou traces d'abrasion (= conséquence d'un transport ?). Une origine détritique de certaines de ces particules, issues de l'érosion de roches pré-existantes, ne serait donc pas à exclure.

Certains bancs de calcaires micritiques ou à peloïdes comportent des structures œillées de type "bird eyes" (ou fenestrae - voir aussi lien hypertexte de la fig.4), correspondant à des petites vacuités, souvent remplies de cristaux de calcite, initialement générées par l'échappement de bulles de gaz (air emprisonné ou gaz de fermentation d'origine microbienne) dans un sédiment encore meuble, déposé à très faible profondeur.

La surface de ces mêmes bancs présente également des ondulations qui pourraient résulter de la bioturbation, de la formation de tapis microbiens ou encore de l'action des vagues (ripple-marks). Une analyse plus poussée pour rechercher en lame mince d'éventuelles lamines de tapis algaires (connus dans ces niveaux) et une observation sur une plus grande superficie à l'affleurement, permettraient d'apporter plus de certitude quant à la nature et à l'origine de ces structures.

Fig.4 : Calcaire micritique du Rauracien - les flèches indiquent les ondulations en surface du banc - cliquer sur l'image pour observer l'échantillon par la tranche

Les faciès du "Séquanien" occupent le dernier tiers de la coupe (soit une dizaine de mètres d'épaisseur environ). La stratification est plus confuse et bien que les niveaux carbonatés restent présents, la composante terrigène, marneuse devient dominante dans la lithologie (fig.5).

Fig.5 : Affleurements des terrains "séquaniens" - état en 2019 et en 2009 (clichés © BRGM) ; sur le cliché de gauche, la limite Rauracien-Séquanien supposée figure en pointillés orange - cliquer sur l'image pour zoomer sur le contact Rauracien-Séquanien

La végétation qui a envahi le talus limite l'échantillonnage du "Séquanien": les quelques calcaires recueillis sont des calcaires micritiques à rares fossiles (moules internes ou empreintes de coquilles de bivalves ou de gastréropodes indéterminés - fig.6) et des calcaires lithographiques azoïques.

Fig.6 : Calcaire micritique du Séquanien - en haut à droite, empreinte de bivalve (Astarte ?)

La limite entre les faciès calcaires crayeux et oolitiques du Rauracien et ceux marno-calcaires du Séquanien (fig.7) pourrait être marquée par un hiatus sédimentaire, mis en évidence par une surface d'érosion (mentionnée dans la notice de la carte géologique de Verdun), au sommet d'un banc de calcaire dur lithographique, de couleur ocre situé à la base de l'affleurement, à hauteur d'une légère courbe du chemin (fig.1 et 5 ou extrait de la carte géologique).

Fig.7 : La limite Rauracien-Séquanien sur l'affleurement photographié en 2009 (cliché © BRGM)

La surface d'arrêt de sédimentation affectant le dernier banc supposé appartenir au "Rauracien", est un hard-ground (= surface durcie), ferruginisé par endroits, taraudé par des lithophages, colonisé par des huîtres plates (fig.8a). Les terriers et perforations sont comblés de sédiments provenant du niveau sus-jacent qui correspondrait donc au premier dépôt séquanien (fig.8a et b) : un calcaire saccharoïde à ooïdes à patine roussâtre - leur conférant un aspect d'oolites ferrugineuses - et présentant parfois des traces d'usure, peut-être dues à un remaniement. La présence d'intraclastes (= débris rocheux) centimétriques tendrait à confirmer cette hypothèse. Des bioclastes (ex.: radioles d'oursins) complètent la liste des éléments de la roche ; ceux-ci sont finalement assez mal triés.

Fig.8a : Surface taraudée du contact Rauracien-Séquanien (1: calcaire lithographique rauracien; 2: perforation; 3: terrier rempli de sédiment oolitique séquanien)

Fig.8b : Même échantillon vu de dessus montrant le calcaire oolitique séquanien reposant sur une valve d'huître ici (à droite, zoom sur le bas de l'échantillon de gauche)

Interprétation et contexte paléoenvironnemental des dépôts

En Lorraine, les terrains calcaires de la base du Malm ou Jurassique supérieur (Oxfordien s.l.) se rencontrent principalement dans le département de la Meuse, mais aussi en Meurthe-et-Moselle (Toulois) et dans l'ouest des Vosges (secteur de Neufchâteau). Ces ensembles rocheux forment l'ossature de la Côte (ou Hauts) de Meuse, une des cuestas qui se succèdent d'est en ouest, dans la partie orientale du Bassin Parisien (fig.9). Le fleuve, la Meuse, au cours orthoclinal (ou subséquent), traverse cette ligne de relief longitudinalement, du sud vers le nord. Champneuville se situe le long de cette vallée sur le revers des Hauts de Meuse.

Fig.9 : Géomorphologie, réseau hydrographique et régions naturelles de la partie orientale du Bassin Parisien (carte in Hilly et Haguenauer, 1979)

Bien que la coupe de Champneuville ne soit pas citée dans ces travaux, les séries oxfordiennes carbonatées du nord-est de la France (Lorraine, Bourgogne, Franche-Comté) ont fait l'objet d'études (stratigraphiques, sédimentologiques, paléoécologiques, paléogéographiques...) récentes par divers auteurs, auxquelles il sera possible de se référer : Lathuilière et al., 2003 ; Carpentier, 2004; Olivier et al., 2004; Carpentier et al., 2006, 2007, 2010; Lefort, 2011... (voir aussi les synthèses plus anciennes de Humbert, 1971 ; Pomerol, 1975 ; Hilly et Haguenauer, 1979 et sur ce site, les fiches de Dompcevrin, Dugny, Euville, Haudainville, Lérouville, Mécrin, Ménil-la-Horgne, Oolithe de Lamothe, Pagny-sur-Meuse, St-Germain-sur-Meuse, Vigneulles-lès-Hattonchâtel...).

Ainsi, les faciès à texture packstone et la forme irrégulière des oncoïdes des calcaires oolitiques du Rauracien suggèreraient un milieu de dépôt dans un environnement marin calme et peu profond, agité épisodiquement et situé au-dessus de la limite d'action des vagues de beau temps (Carpentier et al., 2007, Dahanayake, 1983).

La présence de structures bird eyes dans les calcaires micritiques rauraciens pourrait correspondre à un environnement de type estran ou tidal flat (voir annexes scientifiques), situé en limite de zone intertidale (zone de balancement des marées) et supratidale (Carpentier et al., 2010) ou, éventuellement, en zone subtidale peu profonde (Olivier et al., 2004). La présence de tapis algaires (stromatolites), associés à ces mêmes dépôts, si elle est avérée, conforterait l'interprétation d'un milieu de dépôt de type tidal flat (Carpentier et al., 2010 et Olivier et al., 2004).

L'arrêt de sédimentation enregistré au sommet du Rauracien ponctuerait une tendance bathydécroissante (régressive) amorcée dans les dépôts précédents (calcaires oolitiques puis calcaires à bird eyes) et aboutissant à une discontinuité sédimentaire (d'importance régionale), à la fin de l'Oxfordien moyen. Les phénomènes de ferruginisation accompagnant le hard-ground sont aussi peut-être le signe d'une émersion temporaire en lien avec un début de karstification à petite échelle (Carpentier et al., 2010). Cet ensemble constitue la surface de transgression sur laquelle reposent les premiers dépôts "séquaniens".

Partout dans la région, l'Oxfordien moyen coïncide avec la mise en place d'une plate-forme (fig.10) sur laquelle se déroule une production carbonatée intense, d'origine chimique (précipitation du carbonate de calcium) ou biologique. Plusieurs épisodes d'installation de récifs coralliens se succèdent durant cette période de haut niveau marin relatif, offrant les conditions adéquates à la vie et au développement des coraux coloniaux : climat chaud et sec (la Lorraine se situait alors à une latitude comprise entre 30°N et 35°N), eaux oxygénées, peu turbides et oligotrophes. Outre le climat, en générant de l'espace disponible (= accommodation), des mouvements tectoniques distensifs et la réactivation de failles anciennes hercyniennes (ex.: faille de Metz) ont également contrôlé et favorisé la subsidence et la sédimentation carbonatée sur la plate-forme lorraine au cours de l'Oxfordien moyen (Carpentier et al., 2010).

Fig.10 : Paléogéographie de l'Europe de l'Ouest à l'Oxfordien (d'ap. Carpentier et al., 2010)

L'arrivée de matériel silicoclastique terrigène (argiles), issu du démantelement d'aires continentales voisines (Massif de Londres-Brabant) à partir du Séquanien (= début de l'Oxfordien supérieur) met un terme au développement de la plate-forme carbonatée lorraine. Cette évolution paléoenvironnementale, qui intervient lors d'un épisode de bas niveau marin relatif, est interprétée comme résultant d'un changement de climat, devenant plus humide et donc plus favorable à l'altération des roches, génératrice de minéraux argileux néoformés.

Cette variation du climat à la transition Rauracien-Séquanien (i.e. Oxfordien moyen-Oxfordien supérieur) est par ailleurs confirmée par une hausse du delta ¹⁸O (à partir des mesures faites sur des coquilles d'huîtres ou de brachiopodes) traduisant une baisse de la température de l'eau de mer, passant de 30°C à la fin du Oxfordien moyen à moins de 20°C au début de l'Oxfordien supérieur (Carpentier et al., 2006 - voir aussi la fiche de Pagny-sur-Meuse).

Par une diminution de la biodiversité générique et spécifique, les colonies coralliennes (qui finiront par disparaître de la région avant la fin de l'Oxfordien) réagissent aussi aux changements des conditions environnementales supra-oxfordiens (Carpentier et al., 2006). 

Ces bouleversements climatiques et sédimentaires auraient pour cause une modification de la répartition des courants marins, dans la partie orientale du Bassin Parisien, au cours de cette période de transition (fig.11). Jusqu'à l'Oxfordien moyen, la plate-forme de l'est de la France recevait des eaux drainées depuis la Mer Arctique au nord (eaux froides), d'une part et du Golfe occidental de la Téhys au sud (eaux chaudes), d'autre part. À partir de l'Oxfordien supérieur, il semble que les eaux téthysiennes ne pénètrent plus en Lorraine, seules les eaux boréales alimentent alors l'est du Bassin Parisien. Plusieurs facteurs auraient concouru à cette modification (Carpentier et al., 2006 ; Lefort, 2011) :

• l'ouverture de l'Atlantique Nord et de la Mer du Nord favorisant l'arrivée d'eaux froides boréales en direction de l'est de la France ;
• un basculement vers le nord de la plate-forme lorraine suite à des mouvements tectoniques, attestés par l'occurrence de séismites enregistrées dans les séries sédimentaires de Normandie ;
• la formation du seuil de la Marne ("Marn sill" - fig.11) orienté est-ouest, bordant le sud de la Lorraine, qui, en période de bas niveau marin, aurait d'une part, dévié les courants téthysiens vers l'ouest (avant qu'ils n'atteignent la Lorraine), et, d'autre part, freiné l'écoulement des eaux froides boréales en direction du sud et de la Téthys.

Fig.11 : Modifications des courants marins en Europe occidentale durant l'Oxfordien (d'ap. Carpentier et al., 2006)

Précisions sur la position stratigraphique des terrains rauraciens et séquaniens

Avec l'Argovien, Rauracien et Séquanien correspondent à des noms de stratotypes - aujourd'hui obsolètes - qui se substituaient, pour partie, à l'étage Oxfordien du Jurassique supérieur. Ces subdivisions figurent sur bon nombre de cartes géologiques à 1/50.000 de l'est de la France (voir "Remarques" en annexe).

Les étages Argovien, Rauracien et Séquanien ont été établis sur la base de faciès sédimentaires distincts, et non sur la présence de marqueurs biostratigraphiques, caractérisant des formations oxfordiennes (s.l.) facilement différenciables sur le terrain, notamment dans la région du Jura. L'absence de marqueurs biostratigraphiques dans les formations de référence choisies ne permettaient pas l'attribution d'un âge calé sur l'échelle stratigraphique, empêchant dès lors toute corrélaltion avec des terrains contemporains lithologiquement ou géographiquement éloignés. Ce manque de fiabilité justifia l'abandon définitif de ces stratotypes au début des années 1970.

Quelques années plus tard, Enay et Boullier (1981), sur la base de nouvelles découvertes paléontologiques (ammonites), proposent une datation des terrains argoviens, rauraciens et séquaniens des Côtes de Meuse, et redéfinissent ainsi la stratigraphie de l'Oxfordien en Lorraine (fig.12):

• le Séquanien comprend l'Oxfordien supérieur et une partie du Kimméridgien inférieur;
• Argovien et Rauracien coïncident avec le sommet de l'Oxfordien moyen (zones d'ammonites à Plicatilis pro parte et à Transversarium).

En Lorraine, Argovien et Rauracien sont généralement non dissociés par les géologues (terrains de l'Argovo-Rauracien) et représentés par les formations calcaires coralliennes des Hauts de Meuse et une diversité de faciès carbonatés associés, à l'origine de la création d'une multitude de noms d'unités lithostratigraphiques.

Le Séquanien désigne les formations marno-calcaires et les calcaires à Astartes s.l. succédant aux formations coralliennes. Pour cette ancienne subdivision, il existe aussi une diversité d'unités lithologiques nommées par divers auteurs.

Fig.12 : Lithostratigraphie régionale simplifiée et formations correspondant à l'Argovo-Rauracien et au Séquanien (d'ap. Olivier et al., 2004 - modifié)

L'harmonisation de la carte géologique du département de la Meuse en 2007 par le BRGM (Donsimoni, 2007) a permis d'établir les corrélations et les équivalences entre les différentes dénominations lithostratigraphiques, décrites dans les cartes à 1/50.000 (fig.13). En complément, une redéfinition et un découpage plus précis des unités lithostratigraphiques de l'Oxfordien de Lorraine, en appliquant les méthodes de la stratigraphie séquentielle, sont également proposés par Carpentier en 2004 : voir la figure 3 de la thèse de cet auteur.

Ainsi les terrains du Rauracien de Champneuville (= Argovo-Rauracien pro parte noté j6 sur la carte géologique de Verdun) sont considérés comme des équivalents latéraux de la partie terminale (= Calcaires en plaquettes - fig.12 ou Calcaires crayeux de Maxey + Calcaires de Dainville sensu Carpentier, 2004) de la Zone supérieure à Polypiers (= Calcaires coralliens d'Euville sensu Carpentier, 2004), caractérisée par l'occurrence de constructions récifales coralliennes non affleurantes ici (mais reconnues en forage ou à proximité dans le Ravin de Vacherauville - Carpentier, 2004). De même pour les terrains du Séquanien de Champneuville (notés j7 sur la carte géologique de Verdun), attribués aux Calcaires à Astartes inférieurs (Donsimoni, 2007). Certaines formations "séquaniennes" affleurant ailleurs dans la région (Calcaires argileux à lumachelles, Calcaires à polypiers, Argiles à Ostrea - fig.13) et mentionnées dans la notice de la carte géologique de Verdun, n'ont pas été repérées ici, peut-être en raison d'une lacune sédimentaire ou d'observation (affleurement masqué par la végétation) et/ou d'un changement latéral de faciès.

Fig.13 : Position stratigraphique des terrains de Champneuville (illustration et données d'ap. Donsimoni, 2007)

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