Les argiles du bassin de Mormoiron (Vaucluse) et les phenomenes pedologiques anciens

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Les argiles du bassin de Mormoiron (Vaucluse) et les phenomenes pedologiques anciens

R. Guennelon

To cite this version:

R. Guennelon. Les argiles du bassin de Mormoiron (Vaucluse) et les phenomenes pedologiques anciens.

Annales Agronomiques, INRA, 1962, 13 (4), pp.363-372. �hal-02729786�

A na. agron., 1962, 13 (4), 363-372.

LES ARGILES DU BASSIN DE MORMOIRON (VAUCLUSE) ET LES PHÉNOMÈNES PÉDOLOGIQUES ANCIENS

R. GUENNELON

Station d'Agronomie, Cenbe de Reelurches agronomiques du Sud-Est, Montfavet (Vaucluse)

Ann. agron., 1962, 13 (4), 363-372

631. 481 : 631. 411. 3 (44)

LES ARGILES DU BASSIN DE MORMOIRON (VAUCLUSE) ET LES PHÉNOMÈNES PÉDOLOGIQUES ANCIENS

R. GUENNELON

Station d'Agronomie, Centre de Recherches agronomiques du Sud-Est, Montfavet (Vaucluse)

SOMMAIRE

On tente de relier l'existence d'argiles allant de la kaolinite à la palygorskite dans la région de Mormoiron (Vaucluse), à des phénomènes paléopédologiques affectant les terrains tertiaires de ce bassin. Le kaolin serait dû à une altération latéritique, et les autres argiles seraient néoformées à partir des éléments solubles libérés par la latéritisation.

L'existence d'argiles du type attapulgite-palygorskite, décrites par De LAPPA- RENT, près de Mormoiron (Vaucluse), a été expliquée par divers auteurs (M'un RADIER, BONIPAS, 1957), qui y voient l'influence des massifs hercyniens, ayant subi d'une part l'altération latéritique et cédé d'autre part, sous forme ionique, de la silice et des bases. Celles-ci seraient susceptibles de donner, par néoformation, des minéraux argileux à rapport Si0 2/A1203 , élevé. Les bases de cette théorie ont été exposées par ERHAier (1956), sous le terme de Bio-rhexistasie, au moins en ce qui concerne la possibilité d'un lessivage différentiel, consécutif à l'altération laté- ritique. « Nous savons aujourd'hui par l'étude des phénomènes de latéritisation..., que l'altération pédogénétique des roches cristallines silicatées alumineuses conduit à des argiles latéritiques ou à des Élites..., minéraux résiduels de la pédogenèse.

Au contraire, toutes les bases alcalines et alcalino-terreuses (Ca, Mg, K, Na), ainsi que toute la silice des silicates autres que la kaolinite sont exportées. Ces éléments constituent la phase migratrice soluble ». (ERIIART, 10C. sit., p. 9).

Dès 1947, EDEI,MAN (1947), proposait un schéma pour les sols des zones tropi- cales, où les migrations ioniques, à partir des sols latéritiques (ou en voie de laté- ritisation), permettaient d'expliquer la formation de sols noirs à montmorillonite.

364 R. GUENNELON

En 1956, VAN DER MAREL étudiant une argile de La Roque-sur-Pemes, dans l'Oligocène de Vaucluse (VAN DER MAREL, 1956 a), s'étonnait de l'existence de cette argile à grande distance des régions volcaniques du Massif central ou des massifs pyrénéo-provençaux (VAN DER MAREL, 1956 b).

C'est pour essayer de concilier ces faits, qu'une étude des minéraux argileux du bassin de Mormoiron a été entreprise et c'est le but de cette note d'exprimer les premières hypothèses suggérées par les observations effectuées.

I. — DESCRIPTION GÉOLOGIQUE DU BASSIN De MORMOIRON L'ossature, ou plutôt le soubassement de ce bassin, en demi-cuvette, bordé vers l'ouest, par une crête burdigalienne, et ses contre-forts orientaux, sont cons- tituéq, comme tout le relief de la basse vallée du Rhône, par des calcaires du Crétacé inférieur ; ces calcaires blancs, zoogènes, présentent au sommet le faciès urgonien, et sont déposés à la limite sud de la fosse vocontienne. Ils se terminent par des cal- caires gris en plaquettes de l'Aptien inférieur ; l'Aptien supérieur reste marin avec des marnes grises à poissons, à fossiles siliceux (Bélemnites) et pyriteux (Ammonites).

A l'Albien, un changement profond se produit dans la sédimentation : les calcaires et les marnes laissent la place à des formations sableuses, souvent rubéfiées, rutilantes, chronologiquement équivalentes aux bauxites des Alpilles. A cette époque, s'individualise un isthme reliant le Massif central aux Maures et à l'Esterel, et, sur lequel on note les gisements de bauxite. Le bassin de Mormoiron fonctionne alors comme une zone littorale où s'accumulent des sables à bois flottés et des grès à Ammonites. Ces sables siliceux, ocreux, se retrouvent plus à l'est vers Apt, où ils forment les ocres de Roussillon, avec à leur sommet, une cuirasse gréseuse, ferri- fère, contenant des nodules argileux kaoliniques.

Dans ce bassin, le Cénomanien est formé de grès ou de sable gréseux, dont la morphoscopie des grains de quartz n'indique pas une origine éolienne.

TABLEAU I

Merpitoscopie des quartz du grès Cénomanien

Pourcentage de Non usés Ronds mats Emoussés luisants

Tailles en mm 0,990 à 0,620 0 0 o

Tailles en mm 0,620 à 0,450 30 10 60

Tailles en mm 0,450 à 0,360 1-2 20 78

Tailles en min 0,360 à 0,280 2 12 86

L'Êocène, détritique, est continental. En effet, les monts de Provence achèvent de se plisser (chaîne pyrénéo-provençale) et émergent entièrement, le mouvement se prolongeant jusqu'à l'Oligocène, où les plissements alpins débuteront pour s'ampli- fier au Miocène. Les contre coups des plissements alpins provoquent des failles affectant jusqu'aux terrains Miocènes.

Colcaires lacustres

; et. marnes de I' Eocène supérieur

;

e se-

ggeleoeiote

( phase DI ) Lac oligocène

c,c . Mornes vertes Gypse Silex

LES ARGII,DS DU BASSIN* De MORMOIRON 365

La première lacune de sédimentation, dans cette région, s'étend du Cénomanien au Sparnacien. Elle affecte donc le Turonien, le Sénonien, le Danien-Montien et le Thanétien (pro parte). A la reprise, on trouve des terrains détritiques avec sables bigarrés de l'Éocène inférieur, des bancs argileux, des lignites riches en soufre.

Grès c6nomaniens 1

Sables marins Marnes du Gault aptiennes

'

Calcaires du Crétacé

(phase I )

Mer ou lac (éocène supérieur)

Sables. et marnes bigarrées

-

(phase U)

Phase I. — Lacune stratigraphique du Turonien (inclus) au Thanétien-Sparnacien Phase IL — Dépôts marins et lacustres de marnes et calcaires éconénes

Phase IIL --L Dépôts Lacustres des marnes vertes (attapulgites), gypse et calcaires à silex, à ossements phosphatés

Fig. ^— Évolution du bassin de Mormoiron du Crétacé supérieur à l'oligocène

Puis viennent des marnes et des calcaires lacustres appartenant à l'Éocène moyen et supérieur.

Enfin à l'Oligocène, se déposent des marnes vertes à ossements phosphatés, des gypses, des calcaires à silex, des calcaires dolomitiques. Le Miocène marin débute par un conglomérat aquitanien, de galets à patine verte, avec immédiatement au- dessus les sables et la mollasse calcaire avec faciès récif al.

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366 R. GUENNEI,ON

OLIGOCENE (5. I.)

Ead

=OUM, Aptien inférieur.

calcaire Faciès orgonite. jiji^: _{Grès .}

UICMI 1-1•1•1

ApPien intérieur.

calcaire de Lime. Gris marneux à Ammonites. _{1••••}111.- •■,,e _{■•••••1} g Calcaire lacustre, silex, gypse.

Aptien intérieur.

calcaire en plaquettes.

Aptien supérieur.

Marries grises pyrileuses.

EOCENE

coeine inférieur.

Sables bi g • , argiles et lignites (Métharnis ).

Conglomérer Eocène - -Oligocène de

• IOCENE

110Citil IZEGEM

Eocine moyen et supeneur.

Marnes blanches, calcaires a suie, calcaires lacustres.

&L,I2LEN-

-CENOMANI EN

Gris à Ammonites .

Sables marins.

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002E1 Tous les M las

postérieurs A le from-

"'rassie.% burcligelienne.

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FIG. 2 — Schéma du bassin de Mormoiron

(A) Aptien

(A) AL bien

(C) Cénomanien int.

( D)

Cénomanien sup.

LEs ARGIIe,,S DU BASSIN DE MORMOIRON 367

L'affaissement progressif du bassin à l'Oligocène-Miocène est marqué au nord, par un grand cône de déjection, orienté nord-sud, constitué par des argiles ocreuses, des marnes et des galets calcaires.

La diversité des matériaux relevés depuis le Crétacé inférieur, montre qu'une succession de phénomènes géologiques a réalisé une grande variabilité de faciès.

Des sédiments marins, à Céphalopodes, des sédiments lacustres, lagunaires, des restes végétaux et des mammifères terrestres, jalonnent l'histoire de ce bassin ; les sédiments argileux n'y sont pas moins variés.

100 500 1000

FIG. 3 — A. T. D. des principales argiles

Les sables rouges de l'Albien (Gault), contiennent du kaolin, mêlé à un peu d'illite, pouvant provenir de l'érosion des marnes aptiennes, et des hydroxydes de fer. Au Cénomanien inférieur

a

TABLEAU 2

Étages géologiques faciès, et types d'argiles

Stratigraphie Formations pétrographiques et faciès Nature des Argiles Oligocène Stampien

Sannoisien

Calcaires lacustres, à silex, gypses et Argiles vertes de Mormoiron.

Palygorskite Palygorskite Palygorskite Supérieur Ludien

Lédien Calcaire lacustre de Jocas et Argiles blanches. Palygorskite Éocène moyen Lutetien Marnes et marnes calcaires. Venniculite Inférieur

Ypresien Spamacien Thanétien Montien

Sables bigarrés, Argiles plastiques, Lignites. Vermiculite Kaolinite

Crétacé sup.

Danien Senonien Turonien Cenomanien

Sables gréseux et grès marneux Kaolinite

Grès Kaolinite

Goethite Albien Sables marins à végétaux et grès sableux Kaolinite, Illite,

Gcethite Aptien

Marnes grises pyriteuses Mite, Vermiculite Calcaires en plaquettes.

(E) Eocène inf.

(F) Eocène moyen

(G1) Eocène sup.

(G2) Eocène sup.

(I-1) Oligocène

100 500 1000

FIG. 3 (bis) — A. T. D. des principales argiles

LES ARGILES DU BASSIN DE MORMOIRON 369 Enfin celle-ci cède a place aux argiles du type palygorskite-attapulgite que renferment les marnes et les calcaires lacustres de l'Eocène supérieur et de l'Oligocène.

L'Oligocène supérieur renferme également une montmorillonite (VAN DER MARF,I„

1956 b) qui n'a pas été spécialement étudiée dans le cadre de ce travail.

Le tableau 2 rassemble les données stratigraphiques, les faciès locaux et les types d'argiles rencontrés dans le bassin de Mormoiron.

- ESSAI D'EXPLICATION

La nature des minéraux argileux a surtout retenu l'attention, par suite de l'existence d'une attapulgite-palygorkiste lacustre pour laquelle l'hypothèse d'une néogenèse a été retenue, bien que les conditions physico-chimiques de formation soient encore très mal connues.

On a, tout d'abord, tenté d'établir un lien entre les sédimentations argileuses tertiaires et l'existence plus ou moins proche de massifs déjà émergés. C'est ainsi que, selon certains observateurs, la présence de bauxites ou de kaolins dépendrait des roches silico-alumineuses des vieux socles hercyniens du centre et du sud-est de la France. Dès lors, sur les calcaires urgoniens émergeant avec l'isthme durancien, se seraient déposés, soit par voie éolienne, soit par voie hydraulique, les matériaux alumineux bauxitiques ou les ocres sableux à kaolin. On peut déjà s'étonner de l'ex- trême sélectivité de ces divers modes de transport, ne déposant, dans un cas que des matériaux très fins, argileux, et bauxitiques, dans l'autre cas, que des sables grossiers et argileux, à granulométrie bien définie, et essentiellement composés de quartz, de kaoliii et d'oxydes ferriques (gcethite).

Bien qu'il existe une controverse permanente, sur l'origine autochtone ou allo- chtone des bauxites, certaines études ont montré, dans certains cas, que leur parenté minéralogique avec les calcaires du « mur » peut être réelle (HARTHAN, 1955). En ce qui concerne les argiles rouges, dites de décalcification, nous avons pu montrer de même, un exemple de parenté possible, entre de tels matériaux et le calcaire sous- jacent (GuENNzLoN, 1958).

Quant aux argiles à rapport Si0 2/A1203 élevé, et magnésiennes, on a admis l'hy- pothèse du transport d'argiles préformées à partir de roches endogènes du Massif central ou des volcans de la région d'Aix.

L'essentiel de ce mécanisme est donc de n'admettre pour tous ces minéraux argileux (du kaolin aux palygorskites en passant par les montmorillonites et les ver- miculites), qu'un processus d'héritage, par suite du soulèvement de socles cristallins et de l'altération lointaine des matériaux volcaniques.

En fait, comme le signale MILLOT RADIER, BoNrrAs, 1957), la néofor- mation de l'attapulgite ou plus exactement la vraisemblance de cette hypothèse, est étroitement liée aux conditions de sédimentation et aux paléoclimats des continents voisins, et nous ajouterons, à ceux des hinterlands immédiats, dans le cas de la sédi- mentation lacustre.

Selon la théorie de H. ERHART (1956), les sédiments à kaolin proviendraient de l'action de l'érosion (phase rhexistasique) sur les socles hercyniens latéritisés ; ainsi obtiendrait-on les ocres et les grès et sables bigarrés qui occupent ici le crétacé su-

370 R. GUENNELON

périeur Aptien. La période suivante serait une phase de pédogenèse latéritique (bios- tasie) qui permettrait [la formations des couches d'attapulgite et des sédiments associés.

En fait, à l'Éocène, l'isthme durancien est constitué et la présence de ces argiles est limitée à des bassins restreints, alors qu'au centre de cet isthme, le miocène est directement transgressif sur les calcaires du Barrémien. (Villeneuve-les-Avignon, Avignon, etc.), qui émergent des alluvions récentes. Il paraît excessif de supposer que, s'il a existé des contrées où la latéritisation a pu s'effectuer, le seul résidu actuel de ce phénomène pédogénétique soit constitué de sédiments transportés, ayant d'ail- leurs l'extrême homogénéité de composition déjà signalée.

Par contre, l'on remarque que toutes les formations postérieures à l'Aptien et antérieures à la transgression burdigalienne., sont liées à des cuvettes topographique- ment restreintes, qu'elles présentent une extension limitée, et des faciès particuliers.

De plus, si l'on peut parfois y déceler des formes de dépôt (sédimentation entre-croisée, cordons de galets, etc.) on note également dans les formations à kaolin des niveaux de concrétions, d'accumulation ferro-manganésifère, voire même des cuirasses f erro- manganésifères, qui indiquent non pas des variations sédimentaires, mais de véritables phénomènes de pédogenèse, indifférents à l'orientation des dépôts.

Dès lors, il est facile de relier entre elles les diverses argiles trouvées dans ce bassin, en invoquant seulement l'évolution des matériaux déposés localement, sans faire intervenir de transports à longue distance.

Après le dépôt des marnes à illite de l'Aptien, des sables marins glauconieux de l'Albien et grès à tourmaline, staurotide et andalousite du Cénomanien, (GueNNEr.,oN, 1958) commence la lacune stratigraphique qui mène à la fin de l'Éocène in- férieur. Durant cette période, une pédogenèse latéritique conduit à la rubéfaction des sables de l'Albien, et, en surface tout au moins, à celle des grès cénomaniens. L'éro- sion affecte les formations précédentes (phase I), et contribue à déposer des marnes et des argiles bigarrées, des sables, dont le constituant argileux majeur est de la kao- linite, associée à un peu de vermiculite. Ce kaolin provient ici de l'érosion des forma- tions post aptiennes, ayant subi une pédogenèse de type latéritique (phase II). Du- rant l'Éocène moyen et supérieur, c'est une mer peu profonde, puis un grand lac qui occupe le bassin et les migrations ioniques de Si°, CaO, MgO, lessivées par la latéritisation, sont à l'origine de marnes calcaires, d'argiles lie-de-vin (vermiculite), de calcaires lacustres, d'argiles blanches (attapulgite-palygorskite).

Enfin, à l'oligocène, par suite de l'orogenèse des massifs calcaires, le lac se res- treint en surface et en profondeur ; la sédimentation chimique s'accentue avec dépôt de calcaires à silex, de marnes vertes (attapulgite de Mormoiron), et de gypse ; l'ori- gine de ce sulfate peut être recherchée dans l'oxydation des sulfures de fer imprégnant les marnes de l'Aptien, un intermédiaire moins oxydé existant sous forme de soufre dans les lignites de l'Éocène inférieur (Méthamis). (Phase III.)

A la fin de cette période, une action tectonique contribue à vider ce lac, les dépôts argilo-sableux, déposés sur les flancs sud du mont Ventoux en formation, sont entraînés et forment le cône de déjection de Crillon-le-Brave.

Enfin, les dépôts 'argileux de Mormoiron vont s'étaler plus au sud et à La Roque-sur-Pernes, au sud de Malemort, une marne verte du type montmorillonite (VAN reit MARra„ 1956 a), remplit les poches à la surface des calcaires lacustres et des gypses.

Les ARGILES DU BASSIN DE MORMOIRON 37 1 La transgression burdigalienne intervient alors avec un conglomérat de base et s'étale sur tout l'isthme durancien où elle est en discordance sur le Crétacé moyen du

• centre de cet isthme.

— CONCLUSION

L'inventaire des minéraux argileux que contiennent les sédiments en auréoles

• du bassin de Mormoiron (Vaucluse), révèle une grande diversité de types. Plus qu'à des évolutions lointaines et à des transports à longue distance, cette diversité semble liée à des conditions de climat, de topographie, et de végétation qui ont contribué à former des argiles kaoliniques sur les formations géologiques émergées. Par suite

• du lessivage de la silice et des bases alcalino-terreuses, vers une mer bordière, puis vers un lac progressivement réduit, on trouve au centre de cette région des attapul- gites, des vermiculites, des calcaires lacustres et des gypses.

La montmorillonite trouvée à La Roque-sur-Pernes, peut avoir bénéficié du même mode de formation. Peut-être aussi est-ce une relicte de sols noirs à montmorillonite,

• analogues à ceux décrits par EDELmAN (EDELmAN et ScHurreuN, 1947), et dont la fraction minérale a subsisté, après érosion et transport éventuel ( 1).

Ces hypothèses qui utilisent certains aspects de la thèse bio-rhexistasique de H. ERHART, mettent en évidence l'importance des phénomènes pédologiques locaux sur la mise en place de gîtes argileux. Il est évident qu'il est nécessaire de confronter les données de ce bassin avec les bassins analogues de la région d'Apt et peut-être avec le gîte à sépiolite de Salinelles (Gard). D'autre part, il faudra également envi- sager la nécessité de l'étude des impuretés sableuses, du point de vue minéralogique, que contiennent en faible proportion, il est vrai, les bancs d'argiles, de gypse, de cal- caires lacustres et de calcaires à silex.

Les identifications ont été réalisées par l'emploi des Rayons X (Laboratoire de Minéralogie du Muséum d'Histoire naturelle), l'A. T. D., la thermogravimétrie, la mesure de la capacité d'échange, et, pour certains échantillons par des analyses chimiques totales.

Reu.t pour publication en mai 1962.

SUMMARY

CLAYS OF THE MORMOIRON BASIN (VAUCLUSE), AND ANCIENT PEDOLOGICAL PROCESSES The 114onnoiron basin (Vaucluse) is situated on the Cretaceous massif of the Provence. It consists .of a series of post-Aptian tracts extending up to the oligocene and the Burdigalian transgression.

Aptian marls contain illite, while kaolin appears during the Albian, associated with Goethite, persisting until the lower Eocene where it accompanies vermiculite. Vermiculite disappears after the mid-Eocene, and only clays of the palygorskite — type remain.

The presence of kaolin seems to te associated with an autochtonous allitization, while th palygorskites, associated to gypsurn and flint, may result by neoformation or by migration of silica and bases, soluble residues of latente formation.

(t) En fait, lorsqu'il y a montmorillonite relicte du sol, on se trouverait plutôt en présence de beidellite ne présentant qu'une réaction endothermique à 6000 et pas de réaction endothermique à 900°.

372 ^R. GUENINTELON

ZUSAMMENFASSUNG

DIE TONMDEN DES MORMOIRONBECKENS (VAUCLUSE) UND DIE FRUHEREN PEDOLOGISCHEN ERSCHEINUNGEN

Das Morrnoiron-Becken (Vaucluse) lehnt sich an die provenzalischen Gebirgsketten der Krei- dezeit an. Es betrâgt eine Reihe von Ringkrânzen post-aptischer Biiden, die bis zum Oligozârt und der burdigalischen Transgression reichen. Wâhrend die aptischen Mergel Illite enthalten, er- scheint in der albischen Schicht Porzellanerde, verbunden mit Goethit, bis zum unteren Eozân, wo sie die Vermikulit begleitet. Letztere verschwindet nach dem mittleren Eozân und es verbleiben nur noch palygorskitische Tone.

Bas Vorhandensein von Porzellanerde scheint an eine einheimische Allitisation gebunden zu sein, wâhrend die Palygorskite mit Gips und Kiesel, durch Neubildung und Wanderung der Kieselsâure- und der Basen lôsliche Endprodukte der laterischen Pedogenese bilden.

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