Géologie du site d’étude

1.2.3.1 Contexte géologique régional

La région nord de la Côte d’Or est une vaste étendue de plateaux calcaires du Dogger entaillés de talwegs aux pentes fortes (Rat, 2006). Ces plateaux sont soulevés par une structure anticlinale qui sépare deux bassins sédimentaires : au nord-ouest le bassin de Paris, au sud-est le bassin

bressan (figure 1.10). L’érosion de l’anticlinal met à nu des formations du Dogger. Vers le sud- est, le Dogger s’effondre sous le fossé bressan à la faveur d’accidents normaux mettant en jeux des systèmes de demi-grabens. Le seuil de Bourgogne est aujourd’hui la limite de partage des eaux entre les bassins versants de la Seine au nord et de la Saône au sud.

Figure 1.10: Coupe géologique du seuil de Bourgogne (Rat, 2006).

Histoire sédimentaire

Trois grandes phases géologiques ont façonné l’actuel seuil de Bourgogne : a. Formation du socle paléozoïque témoin de l’orogénèse hercynienne :

Les plus anciennes roches de la Bourgogne datent du Cambrien inférieur. L’ensemble des roches formées et préservées consécutivement à l’orogénèse hercynienne est regroupé sous le terme générique de socle. La base métamorphique ancienne est recouverte par des dépôts sédimentaires et volcaniques annonçant les déformations orogéniques qui les plissent et les métamorphisent. Le paroxysme orogénique est daté du Carbonifère moyen par de nombreuses intrusions granitiques. L’enregistrement du Paléozoïque s’achève par la vaste pénéplaination antétriasique reconnue à l’échelle du territoire national.

b. Accumulation des formations marines cénozoïque :

Au Mésozoïque, plusieurs épisodes transgressifs de grande ampleur se traduisent par un em- pilement de séries sédimentaires majoritairement marines et d’étendues régionales. Les dépôts témoignent d’une mer peu profonde, où l’accumulation sédimentaire importante a été favorisée par une subsidence. Trois phases sont identifiées et correspondent à des cycles de transgres- sion/régression marines. Le premier cycle commence au Trias moyen par l’inondation de la vaste étendue laissée par la pénéplaination, et s’achève au Jurassique supérieur par la régression dite purbeckienne. Dans un premier temps, les apports silico-clastiques, amenés par l’érosion des reliefs environnants, accumulent une puissante formation à dominante argileuse du Trias au Lias. Une production carbonatée franche s’installe dès la fin du Lias et devient dominante sur la deuxième moitié du cycle. Ce premier cycle est constitué d’une répétition de séquences très similaires dont font partie les marnes et calcaires intéressant notre étude. Aucun témoin des deux cycles suivants, cycles Crétacé inférieur et Crétacé supérieur, n’est préservé sur le seuil de Bourgogne. Les premiers faciès crétacés rencontrés autour du seuil semblent indiquer

une profondeur permettant une inondation complète de la région. L’émersion définitive du seuil de Bourgogne date du début de l’ère tertiaire avec les dépôts terrigènes lacustres de l’Eocène au nord de Dijon. Cependant, il est difficile de connaître l’importance des émersions durant le Crétacé. Cette émersion amorce les processus d’altération et de karstification.

c. Émersion et influence tectonique du Tertiaire à l’actuel :

Depuis l’ère tertiaire jusqu’à nos jours, le seuil de Bourgogne reste émergé. Du Paléocène à la fin de l’Oligocène, la mer s’est retirée laissant place à une vaste étendue où se développent une pédogénèse et une sédimentation terrigène.

Figure 1.11: Géologie sur le site d’étude. Localisation des limites du bassin versant associé à la rivière Douix de Léry, du dôme topographique et du Centre CEA de Valduc. Fond cartographique BRGM (2004)

Histoire tectonique

La structuration du seuil de Bourgogne est polyphasée. Pour rendre compte de son organisation actuelle, il faut remonter aux déformations qui ont affecté profondément le sous sol bourgui- gnon durant la surrection hercynienne, avec une direction principale NW-SE, ainsi qu’une plage de direction balayant de 45° centrée sur le NE-SW. La phase de relâchement des contraintes post-hercyniennes provoque un effondrement de blocs différenciés entre ces directions. Ces ef- fondrements de blocs amorcent un système de déformation qui se reproduira au secondaire et au

tertiaire. Durant le secondaire, une phase de subsidence a lieu. A l’Eocène apparaît le premier évènement tectonique qui démantèle la couverture sédimentaire bajocienne-bathonienne. Les faiblesses du socle sont remises en mouvement par les jeux plus récents et se dessinent dans la structuration de la couverture. Les directions varisques NW-SE et SE-NW affectant profondé- ment le socle sont réactivées. Elles engendrent en Bourgogne la mise en place de grands cisaille- ments, aboutissant à la formation de bassins quadrangulaires. Des fractures de décrochement senestre de direction NE-SW apparaissent. Une direction NW-SE à coulissement dextre appa- raît de manière moins courante. Ces deux directions constituent un maillage de la couverture qui est réemprunté par les différentes phases tectoniques actives post-éocènes. A l’Oligocène, l’ouverture du fossé bressan s’accentue lors d’une phase distensive. Au Miocène, la compression de l’orogénèse alpine inverse le mouvement. Actuellement, la remontée du continent africain tend à ouvrir toute la fracturation, parallèle au sens de contraintes N-S.

1.2.3.2 Description des couches sédimentaires

Sur les 200 premiers mètres de profondeur, le sous-sol du bassin versant de la Douix de Léry est constitué de formations géologiques du Bathonien, Bajocien et Toarcien avec une alternance de formations calcaires aquifères et de formations marneuses et argileuses très peu perméables (figure 1.11 et figure 1.12).

L’empilement sédimentaire (figure 1.12) est constitué du bas vers le haut :

-d’argiles micacées du Toarcien supérieur. Cet étage présente une seule unité stratigraphique : les argiles quartzo-micacées, gris noires. Ces argiles calcaires (8 à 12 % de CaCO3) sont finement sableuses et micacées,

-des calcaires à entroques du Bajocien : ensemble de faciès bioclastiques ou construits avec de fréquentes variations latérales, caractérisé par les nombreux crinoïdes observables d’où la dénomination « calcaire à entroque »,

-des marnes à Ostrea Acuminata du Bajocien : alternance de marnes et de calcaires argileux (40 à 90 % de CaCO3). L’analyse de carottes de roche a montré que sous le dôme de Valduc, l’épaisseur moyenne des marnes est de 17 mètres. Elles sont caractérisées par une très faible perméabilité,

-des calcaires à oncholithes cannabines et calcaires à chaille du Bathonien : alternance de bancs à oncholithes cannabines et de bancs qui en sont dépourvus. Divers niveaux de calcaire à chailles s’y intercalent. A la base de cette unité stratigraphique apparaissent des bancs lumachelliques, -des oolithes blanches du Bathonien : calcaire très pur (99,5 % de CaCO3) et très blanc, à oolithes et bioclastes roulés, gélifractés et délitables

-des calcaires comblanchoïdes du Bathonien : calcaires compacts en bancs massifs (0,05 à 2 mètres), à grains très fins et cassures franches, conchoïdales, avec de nombreux joints styloli- tiques.

Figure 1.12: Echelle lithostratigraphique