Relations entre karstification, cadre morphostructural et incisions des vallées dans les calcaires du Dogger en Haute-Saône (plateaux de Vesoul et de Combeaufontaine)

par Baher Habib

Thèse de doctorat en Géographie

Sous la direction de Dominique Harmand.

Le président du jury était Denis Morin.

Le jury était composé de Bahzad Hakim, Benoît Losson.

Les rapporteurs étaient Alain Devos, Pierre-Gil Salvador.


  • Résumé

    Les calcaires du Dogger des plateaux de Vesoul et de Combeaufontaine, qui se situent sur les bordures nord du Fossé bressan, sont parmi les plus karstifiés de Haute Saône. Les plateaux de Vesoul et de Combeaufontaine, dépourvus le plus souvent d’écoulements superficiels, possèdent de très nombreuses formes karstiques (dolines, dépressions fermées de dimensions hectométriques, pertes, grottes, gouffres) inscrites dans les 5 formations calcaires du Dogger : Calcaires à entroques, Calcaires à polypiers, Grande Oolithe (Bajocien), Calcaires compacts (Bathonien) et Dalle nacrée (Callovien inférieur). Parmi ces formes, les dolines, de dimensions pluridécamétriques, sont les plus nombreuses et sont représentées surtout par des dolines dissymétriques localisées surtout dans les vallées sèches souvent perchées au-dessus des vallées principales. Sous les deux plateaux, les circulations des eaux souterraines s’effectuent dans de vastes réseaux de galeries en partie noyées, pouvant atteindre 9 km (Deujeau) et participent à une réorganisation de drainage vers le Fossé de la Saône. L’essentiel du karst est un karst infra-talweg développé en lien avec l’intense fracturation des calcaires du Dogger, qui correspond à l’amont, aux pertes inscrites dans les percées cataclinales des bordures nord des deux plateaux, aux phénomènes karstiques situés dans les vallées sèches et aux circulations souterraines sous les vallées, ainsi qu’aux sources souvent abondantes Font de Champdamoy), situées dans les vallées des bordures méridionales des plateaux et de la bordure occidentale du plateau de Vesoul. Les galeries souterraines sont orientées le long de directions N10° à N40°, conformes à la fracturation régionale ou perpendiculaires à cette direction pour les réseaux se développant par érosion régressive à partir de la bordure ouest du plateau de Vesoul. Le karst infra-talweg concerne au moins en partie aussi les cavités perchées, façonnées en relation avec l’incision des vallées, comme la grotte des Equevillons (+113 m) façonnée en régime noyé. Le karst de contact lithostratigraphique est particulièrement discret sur le plateau de Vesoul en raison de la faible épaisseur des marnes du Callovo-Oxfordien recouvrant la Dalle nacrée (< 50 m). L’ancienneté de la karstification, attestée par l’existence de galeries perchées jusqu’à près de 350 m d’altitude absolue, est confortée par la longueur des galeries souterraines (10% > à 2 km), les dimensions des salles, ou de celles des dépressions fermées hectométriques drainées vers l’endokarst. Les cavités les plus anciennes pourrait remonter au début du Quaternaire, lorsque le soulèvement régional lié aux mouvements jurassiens a entraîné une incision les long des vallées de la Saône et de l’Ognon d’environ 50 m. De cette période, daterait le décapage des altérites ferrugineuses sur les plateaux et leur piégeage dans plusieurs grottes, comme celle des Equevillons. L’intense karstification des calcaires du Dogger, liée à leur fracturation, rattachent davantage les formes des plateaux de Vesoul et de Combeaufontaine à celles d’un karst jurassien, plutôt qu’à celles des plateaux de mêmes altitudes de l’Est du Bassin parisien.


  • Résumé

    The Dogger Limestones of the plateaus of Vesoul and Combeaufontaine, which are located in the northern margin of the Bresse graben, are one of the most karstified areas of Haute-Saône Department. These plateaus don’t have active superficial flows. They have numerous karstic forms (sinkholes, forest hollows and closed depressions of hectometric dimensions, interrupted flows, caves, vertical shafts) in the 5 limestones formations of the Middle Jurassic (Dogger) : “Calcaires à entroques”, “Calcaires à polypiers”, “Grande Oolithe” (Bajocian), “Calcaires compacts” (Bathonian) et “Dalle nacrée” (Lower Callovian). The most numerous exokarstic forms are the multidecametric asymmetrical sinkholes, located on sections of dry valleys above the main valleys. Under the both plateaus, the subterranean waters flow in a vast networks of galleries, which could reach 9 km (Deujeau) and participate in a reorganization of drainage towards the graben of the Saône. The main part of the karst is an infra-talweg karst, which is developed in connection with the greatly fractured Dogger limestones. Its corresponds, upstreams, to the sinkholes of the consequent valleys located on the Dogger cuesta on the Northern borders of the both plateaus, under these plateaus, to the karstic active forms situated in dry valleys and to the subterranean circulations, and, on the Southern borders of these plateaus and the western border of the plateau of Vesoul to abundant emergences (Font of Champdamoy) situated in the main valleys. The subterranean galleries are oriented towards the N10° to N40° directions, in accordance with the regional faults or perpendicularly to these directions due to regressive erosion of the rivers from the Western border of the plateau of Vesoul. The infra-talweg karst also concerns high cavities, shaped in connection with valleys incision, as the cave of Equevillons (113 m) which has been shaped under conditions of drowned palaeovalleys. The forms of the lithostratigraphic karst is particularly not very numerous on the Vesoul plateau due to the low thickness of the Callovo-Oxfordian marls located on the « Dalle nacrée » formation (50 m deepth). The old age of the karstification is attested by the presence of karstic galleries until about 350 m ASL of absolute height, by the galleries lengths (10 % > 2 km), the sizes of the caves, or the presence of hectometric closed karstic depressions drained towards the endokarst. The most ancient cavities could be attributed to the beginning of the Quaternary Period, when a regional uplift occured in connection with the Jura tectonic movements and cause a general incision reaching 50 m deepth along the Saône and the lower Ognon valleys. The erosion of the ferruginous weathering profiles of the plateaus and the trapping of weathered sediments in caves (e.g. Equevillons) may be dated to this period. The intense karstification of the fractured Dogger limestones is closer to the forms of the Jura karst, rather than those of the Eastern Paris Basin, which is present at similar altitudes.

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