Aspects de l'érosion d'un massif calcaire;
les monts de Vaucluse.

Le terme d'érosion désigne l'ensemble des phénomènes de transformation (principalement destructifs) d'un objet géologique produits par des agents externes (causes non tectoniques).

L'érosion a 3 composantes: l'altération, le transport. et la sédimentation.

L'altération est la réduction de roches cohérentes en éléments moins cohérents transportables par la gravité (fragmentation) par le vent ou par l'eau (fragmentation ou dissolution).

Le transport peut être réalisé par gravité (formation des pierriers) mais il est aussi réalisé par le vent (loess) et surtout par l'eau qui est l'agent principal de l'érosion.
Le phénomène d'érosion est complexe car les fluides, vent ou bien eau peuvent être aussi des agents d'altération par les particules abrasives qu'ils transportent.

La sédimentation est le dépôt des produits de l'altération en un lieu plus ou moins éloigné de leur lieu d'origine.
Pour les produits d'altération par dissolution l'équivalent de la sédimentation est la précipitation.

Les monts de Vaucluse constituent un massif calcaire du Sud-Est de la France. Ce massif est limité à l'Ouest par le prolongement de la faille de Nîmes (FN) et à l'Est par la vallée de la Durance (D) qui est elle même dans le prolongement de la faille de Durance (Fig1).

▲ Fig1: Carte géologique des monts de Vaucluse, du Luberon et de la vallée du Calavon d'après (1).
(FN = faille de Nimes, Cn = Chevauchement Nord, D = Durance, Cs = Chevauchement Sud, échelle 40 km)

Au Nord la limite est marquée par le chevauchement de Lure et au Sud par la vallée du Calavon.
Le chevauchement Sud du Luberon sur la plaine Miocène constitue une autre limite.

Les reliefs Nord et Sud sont les 2 saillants d'un synclinal dont le Calavon occupe le fond.
De plus ces reliefs sont principalement en calcaire de période Crétacé inférieur (-120 Ma).
Ainsi par des raisons lithologiques et tectoniques, on peut rattacher le Luberon aux monts de Vaucluse.

L'altération dans les monts de Vaucluse

L'altération chimique : les lapiaz et les baumes

Le calcaire du massif correspond principalement à du carbonate de calcium (CaCO₃) même si d'autres éléments (Fe, Mg) peuvent s'intégrer dans la maille (*). Le silicium s'y trouve aussi en faible quantité dans des minéraux argileux ou bien sous forme de silice (SiO₂). Cette silice peut constituer des silex inclus dans la matrice calcaire.
Le carbonate de calcium (CaCO₃) est insoluble dans l'eau à pH neutre. Il se solubilise en milieu acide (pH < 7).
Or l'eau de pluie se charge du CO₂ atmosphérique et de celui provenant de la respiration des organismes du sol décomposeurs de matière organique.
Ceci abouti aux réactions (1) et (2) :

(1) H₂O + CO₂ → H⁺ + HCO₃^-

(2) CaCO₃ + H⁺ + HCO₃^- → Ca²⁺ + 2.HCO₃^-

Dans l'équation (2) le CaCO₃ est une forme solide alors que le deuxième membre représente des ions en solution transportés par l'eau. Dans ce cas l'altération est donc une dissolution qui creuse des cavités ; trous ou fissures. Le calcaire massif prend alors l'aspect d'un lapiaz (Fig2).
Les fissures et les trous sont colonisés par des plantes ; buis, genévrier, thym dont les racines par leur action mécanique, leurs sécrétions et leur respiration vont augmenter l'altération.

▲ Fig2: Altération par dissolution d'une dalle calcaire horizontale (fissures et trous = jeune lapiaz, barre = 20 cm).

L'eau qui s'infiltre depuis le plateau peut ressortir sur une falaise verticale entre 2 lits présentant une différence de porosité. Elle dissout l'interlit (Lit B, Fig3) ce qui creuse une cavité appelée baume en provence.

▲ Fig3: Altération par dissolution d'une surface calcaire verticale (hauteur de l'affleurement = 2 m).

Ici l'altération conduit aussi à une fragmentation en objets centimétriques libérés par la partie creusée. Il se forme un gravier au pied de la falaise.

L'altération mécanique : les fentes de décompression

Les fentes de décompression ou de tension se produisent lorsque des contraintes de tension ne sont plus compensées. Ainsi sur le chemin au bord de la falaise de Bourbourin (Fig4) on peut observer un jeu de fentes de tension sigmoïdes dont la direction générale est presque parallèle au bord de la falaise.

▲ Fig4: Fentes de tension sigmoïdes en bordure de falaise (Falaise de Bourbourin).

Ces fentes se comblent progressivement de débris divers dont des matières organiques qui vont contribuer à leur élargissement.

L'altération mécanique : l'action des végétaux

Les végétaux agissent mécaniquement sur la roche par leurs racines (Fig5). Le genévrier à l'arrière plan a introduit ses racines dans un interlit poreux et donc humide. En se développant la racine a soulevé et fragmenté la dalle supérieure.

▲ Fig5: Altération par fragmentation sous l'action des racines d'un genévrier (chante-perdrix Ouest, barre = 1m).

Le détail (Fig6) montre que la dalle a été brisée par la force exercée.

▲ Fig6: Détail de l'action des racines du genévrier (chante-perdrix Ouest).

Les perforations de pholades indiquent que la dalle de période Crétacé (-120 Ma) avait déjà subit une première altération au cours du Miocène (-20 Ma).

Les fentes de décompression accumulent des matières organiques, des graviers et de l'eau. Les racines qui s'y développent élargissent la fente et poussent le bloc vers la falaise (Fig7).
Ainsi le massif est fragmenté en gros blocs de dimensions métriques.

▲ Fig7: Fragmentation par les racines d'un genévrier (Falaise de Bourbourin).

Les différents phénomènes d'altération conduisent à la morphologie observable à l'entrée du vallon menant à la font de l'oulle (Fig8) et (Fig9).

▲ Fig8: Morphologie du relief érodé. Font de l'oulle Ouest, entrée.

Les baumes se sont rejointes et déterminent des plans d'érosion horizontaux alors que les fissures de dissolution et les fentes de décompression déterminent des plans d'érosion verticaux. L'ensemble découpe le massif en gros blocs parallélépipédiques ou pyramidaux.

▲ Fig9: Morphologie du relief érodé. Font de l'oulle Ouest.

L'effondrement d'un gros bloc laisse une terrasse comme celle au premier plan. Au centre de l'image on observe un pierrier (cailloutis) formé par un niveau qui s'érode en éléments décimétriques. Enfin, à l'arrière plan on retrouve des baumes alignées et des interlits érodés.
Les falaises visibles sur les 2 images montrent des traces noires d'écoulement.

Le transport des produits de l'altération

Le transport par l'eau des produits de dissolution fait l'objet d'un autre article.
On s'intéresse ici au transport par gravité des produits de fragmentation.

Ici le bloc d'une masse approximative de 2000 Kg s'est détaché de la falaise de Groubelle (chemin des Baumettes) et a descendu la pente avant de s'arrêter contre un arbre (cicatrice).

Certains lits se fragmentent en nombreux cailloux décimétriques. L'ensemble forme un pierrier qui glisse lentement vers la vallée (Fig11). Les glissements récents se remarquent à la différence de couleur des cailloux. Ils présentent une face blanche non colonisée par les bactéries et les lichens.

▲ Fig11 : Pierrier (cailloutis, flèche = glissement récent).

La sédimentation dans les monts de Vaucluse

Les cailloutis glissent le long de la pente avant d'atteindre un niveau horizontal. L'aspect est celui d'un torrent ou d'un "rivière de cailloux" (Fig12) qui forme un delta en arrivant sur une surface presque horizontale.

▲ Fig12: Sédimentation des cailloux glissant des pentes boisées.

Sur les pentes faibles les éléments issus de l'altération forment des niveaux instables (Fig13). Le glissement peut être perturbé par la présence de gros blocs et ralenti par la présence de racines.

▲ Fig13: Sédimentation temporaire (instable) des produits d'altération.

Si l'écoulement de cailloux n'est pas trop perturbé il peut se former un sol méditerranéen assez typique.

Fig14: Formation d'un sol instable à 3 niveaux à partir des produits d'altération.

On reconnaît les 3 niveaux :
- en surface, le pierrier qui est très peu humifère
- l'horizon rouge mal consolidé fait d'argile et de cailloux. Cet horizon est coloré en rouge par les oxydes de fer.
- l'horizon jaune de même composition générale mais dont les oxydes ont été remobilisés.
Cette organisation est typique des sols sur substrat calcaire dur et filtrant (2).

Ce sol est instable. Les pins qui s'y développent peuvent sur un coup de vent se coucher et former un chablis.

Remarques:
▲ (*) La formule chimique d'un calcaire peut s'écrire Ca_xFe_yMg_z(CO₃)_(x+y+z). La dissolution décrite dans l'équation (2) libère donc des cations métalliques dont du Fe²⁺. L'oxydation du Fe²⁺ est une origine des sols rouges provençaux qui sont un mélange d'argiles et d'oxydes de fer.

Références: