Glossar

 

Géologie de la Suisse

La Suisse offre une géologie intéressante

Sur une surface limitée, la Suisse offre une grande diversité de paysages allant de l'Arc alpin au Jura en passant par le Plateau. Vous trouverez ici les informations les plus importantes sur la formation, la géologie et les roches caractéristiques de chaque paysage. Saviez-vous que la Suisse avait été partiellement recouverte plusieurs fois par la mer? Rendez-vous dans l'un des deux laboratoires souterrains de Suisse pour y voir le sous-sol «de l'intérieur» et découvrir comment l'Argile à Opalinus ou le granite se sont formés.

Histoire géologique de la Suisse

Les sédiments marins, le plissement des Alpes et du Jura, l'érosion des massifs ainsi que les glaciations ont marqué la physionomie de la Suisse d'aujourd'hui. La carte géologique de la Suisse montre la situation géologique et la répartition des roches à la surface de la terre.

Carte géologique de la Suisse. Source: swisstopo

La Suisse se subdivise du nord au sud en quatre unités distinctes, bien visibles sur la carte simplifiée ci-dessous:

  • Jura tabulaire et Jura plissé au nord et au nord-ouest, composés de calcaires, de marnes, d'argiles et de gypse/anhydrite
  • Plateau suisse avec Bassin molassique empli de grès, de poudingue, de silt et de marnes
  • Alpes du Nord avec Domaine helvétique essentiellement constitué de marnes et de calcaires
  • Alpes centrales et du Sud avec socle cristallin essentiellement constitué de granites et de gneiss.

 

Carte géologique simplifiée de la Suisse avec ligne de profil (voir fig. ci-dessous). Source: Nagra

Profil géologique de la Suisse de nord-nord-ouest à sud-sud-est (explication des chiffres dans le texte). Source: Nagra NTB 14-02, Dossier III (très simplifié).

Formation de bassins dans le socle cristallin

Des roches cristallines profondes, métamorphiques et filoniennes [1], se sont formées dans la croûte terrestre. Il y a plus de 250 millions d'années, à l'époque du Permien et du Carbonifère, des bassins [2] se sont creusés dans le socle cristallin. Ils se sont ensuite remplis des débris de l'érosion du massif environnant. On observe les restes d'un tel bassin dans le sous-sol du nord de la Suisse entre Frick et Constance. Il est connu sous le nom de «Fossé permo-carbonifère du nord de la Suisse».

La mer jurassique recouvre la Suisse

A l'époque du Jurassique, la Suisse était généralement recouverte d'une mer sur le fond de laquelle des sédiments se sont alors accumulés et reposent aujourd'hui sous forme de roches [3] sur ce socle plus ancien. Au Crétacé supérieur et au Tertiaire, les Alpes sont nées de la collision entre la plaque tectonique adriatique et la plaque eurasienne. Au cours d'une phase relativement tardive de la formation des Alpes, les roches de la zone de sédimentation helvétique se sont décomposées en empilements rocheux, se sont plissées et ont été charriées [4] vers le nord. Les produits de l'érosion des Alpes naissantes déversés dans la mer subsistent entre ces empilements [flysch 5]. D'autres produits de l'érosion des Alpes en formation, les molasses, se sont accumulés au pied des Alpes dans le Bassin molassique [7].

La formation des Alpes conduit au plissement du Jura

La pression des Alpes naissantes s'est exercée jusque dans le nord de la Suisse. Elle a conduit au décollement des roches cristallines du socle cristallin et au plissement du Jura [6].

Extrait de l'échelle des temps géologiques
(en millions d'années)

Carbonifère: -358,9 à -298,9
Permien: -298,9 à -252,2
Trias: -252,2 à -201,3
Jurassique: -201,3 à -145
Crétacé: -145 à -66
Tertiaire (Paléocène & Eocène): -66 à -2,588
Quaternaire: -2,588 à 0

Jura tabulaire et Jura plissé

Le Jura tabulaire et le Jura plissé sont essentiellement constitués de calcaires, de marnes et d'argiles, ainsi que de gypse/anhydrite. Le Jura tabulaire s'étend du nord-ouest de la Suisse à la région de Schaffhouse et forme, en raison des différents niveaux d'érosion de ces types de roches, un paysage dit de cuestas (relief de côtes). Dans le nord-ouest de la Suisse surtout, les strates sont en plus divisées en compartiments par des zones de failles orientées nord-sud. Cette structure de surface typique du Jura tabulaire avec hauts plateaux et vallées encaissées s'est formée en même temps que le fossé rhénan au Tertiaire, il y a environ 40 millions d'années.

Le Jura plissé décrit un arc de cercle qui s'étend de la région de Genève et de la France voisine à l'ouest jusqu'à Baden à l'est. L'orogenèse alpine a exercé son influence jusque dans le nord de la Suisse, il y a 15 à 10 millions d'années. Dans le Jura plissé, les roches sédimentaires ont été comprimées et plissées. On reconnait bien les épais dépôts de calcaire par exemple au Creux du Van (NE). Le Jura plissé n'est interrompu qu'à certains endroits par d'étroites vallées transversales, appelées cluses. Ces cluses sont fréquemment utilisées comme voies de communication; en leur absence, les liaisons routières doivent être assurées par un tunnel ou un col.

Le plissement et l'érosion ont engendré ce spectaculaire cirque rocheux en calcaire du Malm de l'époque du Jurassique, il y a environ 160 millions d'années.

«Le Creux du Van, le Grand Canyon suisse», source: YouTube, www.creuxduvan.com

L'expérience souterraine du Jura plissé

Les tunnels percés à travers les plis du Jura permettent d'accéder facilement à des couches rocheuses qui, sur le Plateau suisse, sont généralement situées à plusieurs centaines de mètres sous la surface du sol. Cela concerne notamment l'Argile à Opalinus qui, en tant que roche d'accueil, assurera un jour le confinement des déchets radioactifs dans un site de stockage profond dont l'emplacement reste à déterminer. L'Argile à Opalinus est analysée au Laboratoire souterrain du Mont Terri à St-Ursanne. L'accès au laboratoire se fait par la galerie de sécurité du tunnel autoroutier du Mont Terri. Il suffit de traverser quelques couches calcaires perméables à l'eau pour atteindre l'Argile à Opalinus qui, elle, est imperméable. Cette roche sédimentaire, formée dans la mer jurassique, renferme de nombreux fossiles tels que les ammonites.

Visite gratuite du laboratoire souterrain sur réservation.

«Tunnel Flight», tour rapide du Laboratoire souterrain du Mont Terri. Source: YouTube, swisstopo

Molasse – Plateau suisse

Molasse – Plateau suisse
Le Plateau suisse est situé entre le Jura au nord et les Alpes au sud ; il s'étend du lac de Constance au lac Léman. Il est façonné par d'importants cours d'eau et lacs.

Vidéo en allemand. «Géologie de la Suisse – Plateau suisse au Tertiaire: Bassin molassique», source: YouTube, tZinar

Bassin molassique avec roches détritiques issues des Alpes

Le socle cristallin se trouve dans le sous-sol profond du Plateau suisse. Il est recouvert par des strates sédimentaires du Secondaire (essentiellement des sédiments marins tels que des calcaires et des argiles), sur lesquelles repose la molasse constituée des débris de l'érosion de l'édifice alpin en formation. Au cours de la phase finale de la formation des Alpes, la croûte terrestre s'est enfoncée sous le poids du massif; il s'en est ensuivi une dépression dans les Préalpes. Cette dépression a été sans cesse comblée par des sédiments (galets, sable, silt et argiles) que des cours d'eau ont transportés des Alpes vers le nord pendant quelque 30 millions d'années. Le Bassin molassique se formait.

«Transport par l'eau», Erosion et transport modélisés, source: YouTube, Abdel Elhitti

Les molasses marines et d'eau douce renferment des fossiles

Les débris de l'érosion des Alpes se sont déposés en milieu marin ou lacustre ainsi que dans les vallées fluviales, donnant ainsi naissance à des molasses marines et à des molasses d'eau douce. La sédimentation s'est faite en fonction de la granulométrie : les particules très fines comme les feuillets d'argile ont été transportées loin de la mer jusqu'en bordure de l'actuel Jura. Les particules plus grossières n'ont pas pu se maintenir très longtemps en suspension dans les rivières ; elles sont ainsi restées dans les rivières plus près des Alpes, par exemple sous forme de bancs de graviers. La molasse marine est finement grenue et composée de marne, de grès, de silt et d'argile. La molasse d'eau douce contient une part à gros grains plus importante comme le poudingue et le grès. Différentes strates sont riches en fossiles: la molasse d'eau douce renferme des feuilles, des gastéropodes et des coquillages d'eau douce tandis que la molasse marine révèle des gastéropodes et des coquillages marins ainsi que des dents de requin.

Les rivières et les ruisseaux transportent du matériel rocheux sur de grandes distances. Laves torrentielles dans l'Illgraben (Loèche VS). De violentes chutes de pluie ont déclenché dans la rivière une impressionnante avalanche composée d'eau, de roche et de sédiments fins. «Illgraben 28 juillet 2014, front de lave», source: YouTube, PiperLambert

Formation de la molasse marine inférieure

L'eau de la mer a envahi la dépression qui s'est constituée au cours de la phase finale de la formation des Alpes dans le Plateau suisse. Les sédiments tels que les marnes et les grès, qui s'y étaient déposés il y a environ 35 à 30 millions d'années, font partie de la molasse marine inférieure.

Formation de la molasse d'eau douce inférieure

Il y a environ 30 millions d'années, suite au soulèvement plus fort des Alpes, de très grandes quantités de débris de l'érosion ont été charriées dans le Bassin molassique, de sorte que la mer s'est vu rapidement comblée. Les sédiments qui s'étaient déposés il y a 30 à 20 millions d'années, essentiellement dans les rivières, font partie de la molasse d'eau douce inférieure. Les composants à grains plus grossiers se sont déposés sous forme de poudingue. Au cours d'une phase tardive du plissement alpin, les molasses proches des Alpes ont été de leur côté compressées, déplacées et soulevées du Bassin molassique (par ex. formation du Rigi).

Molasse marine supérieure

Lorsque le niveau de la mer est monté, le Plateau suisse a de nouveau été inondé par la mer il y a environ 20 millions d'années. Dans cette étroite mer peu profonde, les sédiments de la molasse marine supérieure comme le grès et la marne se sont déposés il y a environ 20 à 18 millions d'années. On observe dans le même temps la formation de deltas et déjà de cônes d'éboulis.

Molasse d'eau douce supérieure

Il y a 18 à 14 millions d'années, la mer s'est de nouveau retirée. Il y avait sur le Plateau suisse de nombreux lacs et rivières, de grands cônes d'éboulis dans les régions de Hörnli et de Napf avec beaucoup de gravier, ainsi que des plaines alluviales avec du sable, du silt et de la boue. Ces sédiments de la molasse d'eau douce supérieure se sont solidifiés en conglomérats tels que le poudingue, les grès et les marnes.

Paysage du Weinland zurichois avec vue sur le Bassin molassique et au loin les Alpes. Photo: Nagra

Le Plateau suisse est marqué par la période glaciaire

Les roches meubles (débris, galets, graviers, sable, silt, argile, ...) des périodes glaciaires de ces deux derniers millions d'années reposent sur la molasse. Elles ont été charriées par les rivières et les glaciers. Les glaciers et l'eau de fonte des neiges ont exercé une importante force érosive et ont fortement marqué l'actuelle topographie du Plateau suisse. En témoignent les nombreux lacs subalpins qui s'étirent sud-sud-est – nord-nord-ouest et dont le lit rocheux se trouve généralement sous les épaisses roches meubles. Ces roches meubles de la période glaciaire ne sont pas consolidées et ne constituent donc pas un sol de fondation facile. Elles recèlent toutefois des ressources naturelles sous forme de gravier et de réserves d'eau potable. On trouve de temps en temps aussi des dents de mammouth dans ces roches meubles.

Domaine helvétique – Alpes du Nord

En Suisse, on distingue trois chaines alpines sur le territoire national: les Alpes du Nord, les Alpes centrales et les Alpes du Sud. Si l'on prend toutefois en compte l'ensemble de l'arc alpin, il existe de nombreuses autres subdivisions. Le Domaine helvétique s'étend sur le versant nord des Alpes, du lac de Thoune à la vallée du Rhin. Il est constitué de sédiments calcaires et marneux déposés dans la mer primitive peu profonde (Téthys) il y a 250 à 65 millions d'années.

«Découverte d'empreintes fossiles de 240 millions d'années dans les Alpes valaisannes.» Source: YouTube, Museum de Genève.

Des montagnes entières déplacées vers le nord

La pression qui s'est exercée pendant l'orogenèse alpine a déformé les roches dans la zone de la ceinture alpine. De nombreux sédiments de la Téthys ne sont plus aujourd'hui sur le lieu où ils se sont initialement déposés, car ils ont été décollés, plissés et transportés à plusieurs kilomètres au nord. En témoigne notamment le Domaine helvétique: au cours d'une phase tardive de la formation des Alpes, la poussée opérée au sud par la plaque continentale africaine a décollé les sédiments helvétiques du socle cristallin et les a charriés jusqu'à 50 kilomètres vers le nord-ouest, où on les retrouve aujourd'hui sous la forme d'épais empilements de nappes. Les couches molles de marne et de schiste argileux à l'intérieur des paquets de roche ont agi comme un matériel lubrifiant. Les Nappes helvétiques sont présentes par exemple dans le Säntis, le Titlis et la chaîne des Churfirsten.

La chaîne des Churfirsten fournit un exemple impressionnant d'empilement des Nappes helvétiques. Photo: © swisseduc / Dr. Jürg Alean

Domaine cristallin – Alpes centrales et du Sud

Les Alpes suisses forment la partie centrale de l'ensemble de l'arc alpin qui s'étend de Nice au bord de la Méditerranée à Vienne en Autriche. Les sommets élevés et les glaciers sont caractéristiques des Alpes centrales constituées de roches sédimentaires, mais aussi de roches cristallines et métamorphiques. De nombreux sommets sont encore pointus et aux arêtes vives car ils n'ont pas été recouverts de glace pendant l'ère glaciaire et n'ont donc pas été polis par les glaciers.

«Geology. The Alps of Vaud», source: YouTube, RECHALP

Point de rencontre de l'Afrique et de l'Europe

Du point de vue géologique, c'est dans les Alpes que l'Afrique et l'Europe se rencontrent. Depuis environ 130 millions d'années, l'Afrique se déplace vers le nord et exerce une poussée sur le continent eurasien. La formation des Alpes a commencé à la fin du Crétacé il y a environ 80 millions d'années, suite aux prémices de la collision du continent africain avec le continent européen, et a connu son apogée il y a environ 30 millions d'années. Par la poussée exercée depuis le sud et le rétrécissement des masses rocheuses, ces dernières ont dévié non seulement en hauteur mais aussi en profondeur. L'épaisseur de la croûte terrestre continentale a augmenté de plus de 50 kilomètres.

Les Alpes sont comme un iceberg flottant

Les Alpes se composent majoritairement de la croûte continentale qui possède une densité moindre que la partie sous-jacente du manteau terrestre. En raison de l'épaississement qui a accompagné la formation des Alpes, la croûte terrestre dans l'espace alpin est plus épaisse que dans les Préalpes. On peut comparer cette situation à celle d'un iceberg qui flotte dans l'eau. La glace a une densité moindre que l'eau. Lorsque la partie émergée de l'iceberg fond, la partie immergée remonte à la surface jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli.

L'érosion entraîne le soulèvement des Alpes

Dans les Alpes aussi, on a une perte de masse. Les intempéries et l'érosion en sont responsables. Dès le début de la formation des Alpes, du matériel rocheux a été érodé en raison surtout de processus dans lesquels interviennent la gravité, l'écoulement de l'eau ou le vent. Ce matériel s'est déposé sur le Plateau suisse sous forme de molasse. Ce déplacement des sédiments s'est notamment encore renforcé récemment au cours de diverses glaciations.

Le soulèvement des Alpes entraîne des tremblements de terre

La région autour de Brig et de Coire se soulève de 1,5 millimètre par an. Ces zones connaissent plus fréquemment aussi des tremblements de terre. Leur soulèvement et déformation continus ainsi que l'érosion qui leur est liée expliquent pourquoi l'espace alpin n'entre pas en question pour la construction d'un dépôt pour déchets de haute activité.

Sidelhorn

Paysage granitique en Suisse centrale. Le dôme qu'on voit au milieu de la photo a été poli par les glaciers, alors que les cimes qu'on aperçoit à l'arrière-plan ont conservé leurs arêtes. Photo: Nagra

Les massifs centraux avec socle cristallin

Alors que dans le Plateau suisse, le socle cristallin reste caché sous les débris molassiques et les sédiments marins, il affleure à la surface des Alpes centrales. Les massifs centraux de l'Aar, du Gothard ou du Mont-Blanc au sud-ouest de notre pays sont constitués essentiellement de roches granitiques et de gneiss. La pression qui s'est exercée durant l'orogenèse alpine a fortement déformé les roches dans la zone de la ceinture alpine. Le massif de l'Aar comme celui du Gothard ont été certes comprimés mais pas déplacés de leur lieu initial de formation. Ces massifs sont entourés de sédiments diversement marqués par le métamorphisme.

Au Laboratoire souterrain du Grimsel, la Nagra poursuit des recherches sur le stockage des déchets radioactifs. Ce laboratoire est implanté dans les roches granitiques du massif de l'Aar. Visite gratuite sur réservation.

Des failles importantes en plein milieu du Tessin

Plus au sud dans le Tessin, on trouve d'abord les nappes cristallines penniques, puis la «ligne insubrienne». Dans cet important alignement de failles qui traverse les Alpes d'est en ouest, la plaque adriatique rencontre la plaque européenne. Plus au sud dans le Tessin, on trouve d'abord les nappes cristallines penniques, puis la «ligne insubrienne». Sur cette brèche importante orientée d'est en ouest à travers les Alpes, la plaque adriatique rencontre la plaque européenne. Au sud de cette ligne se trouvent les Alpes du Sud, constituées d'une part de roches cristallines, d'autre part de roches sédimentaires dans la région au sud de Lugano. Les Alpes centrales avec les nappes penniques et une grande partie des Alpes du Sud sont ainsi constituées de roches cristallines.