Le rôle des dolines dans l'érosion des sols du massif Chailluz-Thise

Le rôle des dolines dans l'érosion des sols

du massif Chailluz-Thise

 

par André Guyard

 

 

L'érosion des sols est un phénomène général qui a partout suivi le passage de la hache et du feu. Chaque année, c'est par milliers d'hectares que des terres sont soustraites à l'agriculture, emportées par l'eau ou le vent. Les seules tornades de la dernière décennie ont arraché dans les plaines de l'Ouest des États-Unis des centaines de millions de tonnes de sols. Des phénomènes dont les vidéos fleurissent sur Internet !

 

En Franche-Comté, le processus est heureusement plus limité, mais les déforestations imprudentes, la topographie, la rudesse du climat ou le surpâturage sont autant de facteurs qui, agissant ensemble ou séparément, sont susceptibles d'entraîner la disparition totale de la couverture pédologique comme dans le Haut-Jura. En outre, nous sommes dans une région karstique. Le lapiaz de Loulle dans le Jura illustre bien cette violence potentielle de l'érosion.

 

Des zones sensibles se rencontrent également dans les bassins limono-sableux de la Saône et de l'Ognon. Dans ces secteurs, il n'est pas rare de voir le bas des champs recouvert par de la terre venue du haut. Parfois, ces matériaux d'apport doivent être réensemencés, les cultures s'y trouvant totalement enfouies à la suite d'une pluie violente.

 

Quand l'entraînement des terres est plus discret, il n'en est pas moins réel et d'autant plus inquiétant qu'il concerne en priorité les particules fines, les plus importantes pour le maintien de la fertilité.

 

Un premier exemple de l'exportation de ces matériaux fins est illustré par les graphiques ci-dessous.

Il s'agit d'une évaluation des pertes en argiles par lessivage au cours du temps dans deux sols cultivés du secteur de Pin l'Émagny (Haute-Saône).

 

On remarque tout d'abord que l'intensité du lessivage, évolue parallèlement à l'abondance des précipitations.

 

Mais à l'intérieur de ce rythme climatique apparaît très nettement l'influence du type de pédogenèse : le sol calcique, dont les agrégats soudés par le calcium sont très stables, retient beaucoup mieux ses argiles que le sol limoneux dont la structure est plus fragile. Cette observation devrait nous rassurer sur la stabilité des sols des plateaux jurassiens, argilo-limoneux calciques et couverts presque en permanence par la forêt ou la prairie. Les travaux récents ont pourtant montré que même dans ces conditions favorables se manifestent d'importants mouvements de matériaux, affectant soit des sols entiers, soit des particules fines.

 

Dans les régions calcaires karstiques, les actions de dissolution des roches et les circulations d'eaux souterraines se traduisent en surface par des effondrements généralement connus sous le nom de dolines. C'est le cas du massif de Chailluz-Thise qui est criblé de ces entonnoirs. Des alignements de dolines signifient la présence d'une rivière souterraine dans le karst sous-jacent. La technique du lidar révèle de façon spectaculaire comment le sol de nos forêts est troué de ces formations.

 

Image Lidar du massif forestier Chailluz-Thise

 

Qu'est-ce qu'une doline ?

Coupe d'une doline dissymétrique de la forêt de Chailluz

Schéma © Patrick Rolin (cliquer pour agrandir le document)

 

Bizarrement, les dolines sont souvent dissymétriques avec un versant en faible pente du côté nord-est et un versant abrupt du côté sud-ouest. Le fond de ces dolines est relié aux galeries souterraines par des fissures ou des petits conduits verticaux de l'épikarst, souvent obstrués par les argiles. Le schéma ci-dessous explique comment cette dissymétrie peut se justifier.

 

Évolution d'une doline Schéma © Patrick Rolin

(cliquer pour agrandir le document)

 

Les dolines se développent sur un substratum calcaire massif et épais, à partir de légères dépressions installées sur une zone fracturée, concentrant tes eaux de ruissellement. L'action dissolvante de l'eau de pluie est favorisée par son acidité due à la présence de gaz carbonique dissous. Cette eau en s'infiltrant dans les fractures et les joints des calcaires attaque la roche et creuse des cavités de forme variée. La dissymétrie d'une doline est due à une dissolution plus intense des calcaires à l'Ouest qu'à l'Est.

 

Au niveau des dolines, on a pu mettre en évidence des phénomènes extrêmement originaux, qui se traduisent par un triple mouvement : le remplissage des dolines, le lessivage de leurs sols et l'évacuation des matériaux par le fond.

 

Les dolines sont alimentées en matériaux par les ruissellements

 

Au fond des dolines, on retrouve en coupe le sol ancien recouvert progressivement par les apports de limons dus au ruissellement.

 

Sol de doline. L'ancienne surface du sol a été enterrée

sous les apports © S. Bruckert

 

Parfois se manifestent des anomalies dans ces dépôts en milieu karstique. Par exemple, dans une doline du massif du Risol, le sol brun jaunâtre profond présentait, à environ vingt centimètres de la surface, une bande grisâtre qui ne pouvait pas s'expliquer par un phénomène pédogénétique.

 

Des lames minces effectuées à ce niveau ont permis de reconnaître de nombreux débris organiques peu transformés, en particulier des tiges et des feuilles de graminées. Des figures identiques se retrouvaient dans les premiers centimètres du sol, permettant d'assimiler les deux niveaux. La bande grisâtre représente donc un horizon atypique, c'est-à-dire la surface d'un ancien sol, enfouie sous des sédiments plus récents dans lesquels s'est réimplantée la végétation actuelle.

 

Dans l'ancien horizon de surface subsistent des traces de l'ancienne végétation

(tiges et feuilles de graminées mélangées aux limons)

 

On peut également trouver dans le fond des dolines des traces des activités humaines. La coutume millénaire qui incite les bûcherons à allumer leurs feux dans les bas-fonds clairières et bien protégés du vent, a permis une observation intéressante dans une doline de Bonnevaux (La Vieille Citerne). Le sol présente, au-dessous d'un horizon limono-argileux jaunâtre de dix centimètres d'épaisseur, une couche noire de charbons de bois reposant sur une bande rouge brique d'un centimètre (terre cuite). Puis le sol se poursuit par dix centimètres d'un limon jaunâtre et l'on retrouve une couche de charbons plus émiettés, d'un noir moins vif. Enfin, sous une nouvelle couche de limons se trouve un troisième lit de charbons plus petits enrobés de matière minérale.

 

On peut conclure de cette observation que le premier feu, des sédiments ont recouvert la surface charbonneuse et que le deuxième feu a été allumé plus tard à la surface du nouveau sol et ainsi de suite.

 

Plusieurs générations de charbons se trouvent séparées par des apports limoneux.

La couche la plus profonde a 1000 ans.

 

Ces feux, qui ont duré suffisamment longtemps pour cuire la terre et abandonner de nombreux charbons, ont accompagné les phases d'exploitation de la forêt.

 

Pour préciser cette hypothèse, des charbons de chacune des couches ont été datés par la méthode au carbone 14. Les résultats donnent pour les plus profonds un âge absolu de 1030 ± 190 ans. Ceci pourrait correspondre aux premiers défrichements importants des XI^e et XII^e siècles. On en déduit que le sol de la doline s'est épaissi par apports successifs de trente centimètres en mille ans.

 

Près de Besançon, des poteries romaines ont été retrouvées dans une doline sous soixante centimètres de sol, ce qui correspond à un remplissage du même ordre.

 

Les sols des dolines sont lessivés

 

Les sols profonds qui occupent le fond des effondrements karstiques reçoivent, en plus de l'eau de pluie, les eaux de ruissellement de leur bassin d'alimentation et sont donc soumis à un lessivage intense.

 

Fond d'une doline. On aperçoit l'exutoire qui communique

avec le réseau karstique

 

Dans les conditions normales d'un sol de plateau, rappelons que le lessivage se traduit entre autres par un appauvrissement en cations et en argiles dans la partie supérieure du sol et un enrichissement en ces mêmes éléments dans la partie profonde. L'arrivée d'argiles en suspension provoque autour des unités structurales de l'horizon profond un dépôt très fin, très régulier, d'argiles "orientées" qui enrobent les polyèdres de pellicules irisées appelées argilanes. Ces dépôts se distinguent à l'œil nu grâce à l'aspect satiné qu'ils confèrent aux polyèdres mais sont particulièrement spectaculaires au microscope. Sur des lames minces de sol, il est possible de reconnaître les différentes phases de lessivage, leur intensité et leur nature (argiles seules ou argiles et matière organique par exemple).

 

Qu'en est-il dans les sols de dolines ?

 

L'analyse indique un lessivage de cations. Le calcium, le magnésium, le potassium sont deux à cinq fois plus abondants dans l'horizon profond que dans l'horizon moyen (l'horizon de surface étant légèrement enrichi par les "remontées biologiques", c'est-à-dire par la bioturbation due à la faune du sol (vers de terre en particulier).

 

L'observation du profil permet de déceler des argilanes dans l'horizon profond, mais ces dépôts ont un caractère inhabituel. Ils sont irréguliers et parfois ponctués de petites cupules. Au microscope, on en distingue plusieurs générations. Les premières sont cassées et brassées dans le matériau, tandis que les plus récentes semblent encore fonctionnelles, mais présentent des anomalies que nous décrirons plus loin.

 

L'analyse granulométrique apporte cependant une surprise de taille : il n'y a pas d'enrichissement en argiles en profondeur ! Le profil tout entier présente à cet égard une remarquable homogénéité. Par exemple, dans une doline du Massif du Risol, on a même un horizon profond dont tous les caractères morphologiques sont ceux d'un niveau d'accumulation et qui est le plus pauvre en argiles. Or sous cet horizon on a découvert l'exutoire de la doline en débarrassant un empilement de pierres et de blocs. Ce trou de quelque vingt centimètres de diamètre, en relation avec les conduits profonds du karst, laissait même s'échapper un courant d'air capable d'éteindre la flamme d'un briquet !

 

Ce cas très démonstratif illustre bien la situation particulière des sols des dolines, disposés sur une sorte de passoire et prêts à s'échapper par les trous.

 

Les sols s'évacuent par le fond

 

L'érosion des argilanes

 

Si l'on regarde attentivement les argilanes déposés dans les horizons profonds, on peut remarquer l'irrégularité du dépôt. Certaines plages montrent des creusements qui ont repris et usé un dépôt antérieur dont il ne reste que des becquets témoins. Ceci explique pourquoi l'horizon dit d'accumulation ne contient pas plus d'argiles que les autres. Il constitue en réalité un horizon de transit dans lequel l'appel au vide dû au soutirage karstique sous-jacent crée l'effet tourbillonnaire qui érode en cupules les faces des polyèdres.

 

L'érosion a enlevé ce que le lessivage avait apporté. Il ne reste que des becquets témoins

 

La répartition des charbons et des concrétions

 

Les charbons de bois sont toujours abondants dans les sols de dolines. À côté de ceux qui proviennent de feux allumés dans les bas-fonds, on trouve également ceux qui ont été apportés par les eaux de ruissellement grâce à leur faible densité. Or ces "traceurs", témoins des apports, ne sont pas seulement concentrés en surface, mais se trouvent disséminés à toutes les profondeurs.

 

Il en est de même des concrétions ferrugineuses patinées qui constituent la majorité des "sables" des dolines de basse altitude.

 

C'est donc le profil tout entier qui est concerné par les apports et ces apports s'enfoncent à mesure que l'exutoire avale les horizons profonds.

 

L'absence de matériau ancien dans les dolines

 

Un certain nombre de sols de la Forêt de Chailluz ont fait l'objet d'études minéralogiques sur les éléments fins inférieurs à 16 µm. Les recherches ont porté sur des "toposéquences", c'est-à-dire des combinaisons réunissant un sol de plateau et celui d'une doline voisine.

 

Sur le plateau on met en évidence deux couches bien différenciées : la plus profonde renferme tous les types d'argiles qu'on peut trouver à l'état d'impuretés dans le calcaire du socle et correspond à une argile de décarbonatation. La plus superficielle renferme encore les mêmes minéraux mais aussi — et en quantité notoire — des minéraux (qui n'existent pas dans les calcaires du Jura (feldspaths, plagioclases).

 

Dans les dolines, ces minéraux allochtones se rencontrent dans toute l'épaisseur du profil et on ne retrouve pas la couche d'argile que le calcaire a pourtant libérée en se dissolvant massivement.

 

Dans la logique des observations précédentes, ce sont en effet les matériaux du fond du sol — donc les plus anciens — qui sont les premiers avalés par les exutoires karstiques et le sol subit un enfoncement progressif.

 

La descente des concrétions ferrugineuses

 

Dans les sols anciens de Basse Franche-Comté, on trouve des concrétions ferrugineuses patinées qui sont héritées de phases d'altérations tertiaires et qui ont été redistribuées. On en dénombre environ deux fois plus dans les sols des dolines que dans ceux des plateaux, ce qui s'explique par une concentration sélective lors du départ des éléments fins.

 

 

Dans la partie supérieure des sols de dolines il se produit, lors du dégel printanier, une phase d'engorgement temporaire qui se traduit par une réduction du fer : l'horizon de surface prend une teinte gris-bleu. Au début de l'été, le sol se ressuie et s'aère ; le fer s'oxyde, se concentre en des points privilégiés et forme soit des cylindres rouilles engainant les radicelles, soit des concrétions à structure concentrique autour d'un quelconque noyau.

 

Lessivés, ces nodules relarguent donc du fer dans les eaux du réseau karstique. Il n'est donc pas étonnant que la nappe phréatique où s'alimentait autrefois la source Marguerite de Thise soit chargée en sels de fer.

 

Cette partie superficielle du sol affectée par le gel et l'hydromorphie (stagnogley) est la seule zone de fabrication des concrétions. Parmi ces dernières, les gaines racinaires sont des formes transitoires qui se font et se défont sur place, selon les conditions physico-chimiques saisonnières. Les concrétions à structure concentrique par contre sont stables. Si elles ne se forment jamais dans les horizons sous-jacents, elles s'y trouvent transportées par les mouvements d'enfoncement du sol. Au cours de la descente le long du profil, elles subissent une transformation progressive et dans l'horizon profond elles ne conservent souvent qu'un noyau ferro-manganique noirâtre tandis que les couches externes sont décolorées et poreuses. À ce niveau en effet, le léger confinement du sol provoque une remise en solution du fer qui abandonne le cortex de la concrétion.

 

Contrairement aux argiles qui peuvent transiter à travers le profil grâce aux solutions gravitaires, les concrétions ne peuvent descendre vers le karst qu'accompagnées par l'ensemble du sol. Leur présence jusqu'au fond, alors qu'elles sont fabriquées en surface, illustre parfaitement ce phénomène.

 

En conclusion, on peut donc affirmer que les sols des plateaux calcaires, malgré leur apparente stabilité, sont en perpétuel mouvement. On peut décomposer leurs déplacements en deux phases. D'abord, comme partout ailleurs, les sols des points hauts ont tendance à être entraînés vers les bas-fonds : ceci se passe d'une façon discrète et continue par la mise en suspension et le transport de certains éléments fins dans les eaux de ruissellement. Lors de la conjonction de facteurs défavorables (déforestation, labour, action des campagnols), suivis d'orages violents, au contraire, le phénomène peut être massif et spectaculaire. Ce ne sont plus les argiles qui se déplacent mais des agrégats intacts et parfois même des masses de sol. Les dolines jouent le rôle de bassins de réception pour tous ces éléments, ce qui explique certains caractères colluviaux de leurs profils : épaisseur, homogénéité, porosité, présence d'éléments hérités (charbons, concrétions).

 

Mais ce qui fait l'originalité de ces zones karstiques, c'est que les bas-fonds ne sont pas que des bassins de réception. Les dolines étant en communication avec les réseaux souterrains, il se crée un appel au vide qui déstabilise perpétuellement le remplissage et tend à l'aspirer vers les profondeurs. Bruckert et Gaiffe ont pu montrer que cette usure par le fond a déjà avalé, à l'étage collinéen, tous les vestiges des sols anciens et que ce phénomène se poursuit.

 

Entre ces deux mouvements, il peut ne pas y avoir une équivalence parfaite. Il est probable qu'un grand nombre d'anciennes dolines à l'exutoire étroit ont reçu plus de matériaux qu'elles n'en ont exportés. De ce fait, elles se trouvent comblées et n'apparaissent plus dans le paysage. On reconnaît leur existence lorsque des travaux de terrassement mettent à jour ces énormes poches de terre.

 

Dans certains cas plus rares, l'exportation vers la profondeur est supérieure à l'alimentation. Il subsiste alors un entonnoir, au fond duquel des cailloux lavés marquent remplacement de la perte. De tels exemples montrent la puissance potentielle de ce type original d'exportation des sols.

 

Actuellement l'érosion reste limitée dans ces secteurs de plateaux grâce à la présence de la prairie qui assure une couverture à peu près complète et une protection efficace du sol. Le phénomène se déclenche cependant chaque fois que la terre est mise à nu : au moment des labours, avec la pullulation des petits mammifères qui bouleversent la surface, avec les exploitations intensives en forêt et les coupes à blanc.

 

Sources :

 

Bruckert S. & Gaiffe M. (1985). — Les sols de Franche-Comté CUER Université de Franche-Comté 142 p.

Rolin P. (2016). — Livre guide d'une excursion géologique en forêt de Chailluz.