Rivière anastomosée. © Florian Konrad via imaggeo.egu.eu
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Comment déterminer le sens du courant d’une paléo-rivière ?

Question/RéponseClassé sous :Géologie , Rivière , tectonique des plaques
 

Les conditions hydrodynamiques des rivières sont capables de créer des figures de courants. Ces empreintes qui se forment dans les sédiments déposés au fond des rivières peuvent être retrouvées dans les séries sédimentaires anciennes. Elles permettent de déterminer le sens du courant des paléo-rivières et aident les scientifiques à reconstruire les environnements du passé.

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Les cours d'eau sont d'importants agents de transports de sédiments détritiques issus de l'altération et de l’érosion des reliefs continentaux. Si leur charge sédimentaire peut être particulièrement visible au niveau des deltas ou des estuaires, toute la charge sédimentaire n'arrive pas jusqu'à l'océan. Une partie se sédimente sur le continent, dans les plaines alluviales, sur les berges ou au fond des chenaux.

Dépôts sédimentaires dans les rivières

Il existe différents types de chenaux dont la sinuosité va dépendre de la pente et de la charge sédimentaire. On distingue ainsi les chenaux rectilignes (sinuosité faible), en méandre (sinuosité élevée), en tresse et anastomosés (sinuosité faible).

 Vue aérienne des bras anastomosés de la rivière Waimakariri dans les plaines de Canterbury en Nouvelle-Zélande. © Greg O'Beirne, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Les sédiments qui se déposent dans le fond des chenaux sont généralement discontinus et montrent une granulométrie décroissante vers le haut (de grossier dans le fond vers sableux en surface). Les dépôts de berge (levées) bordent le chenal. Ils se constituent par accumulation de sédiments lors des épisodes de crues. La granulométrie, ainsi que l'épaisseur sédimentaire, diminuent très rapidement en s'éloignant du chenal. Les dépôts de plaine d'inondation sont, quant à eux, constitués de sédiments fins de type limons ou argiles. Ils sont déposés lors des crues exceptionnelles, lorsque le cours d'eau déborde de son lit.

Tous ces dépôts sédimentaires sont visibles dans les séries anciennes et sont les témoins de l'existence de paléo-rivières. L'étude de ces dépôts fossilisés apportent d'énormes informations sur les environnements du passé et permettent de reconstituer l'évolution des paysages jusqu'à nos jours.

Figures d’érosion et empreintes d’objets

Pour reconstruire les paléo-environnements, avoir une idée de la direction et du sens du courant d'une paléo-rivière peut s'avérer important. Or, l'orientation des chenaux fossilisés est rarement préservée : les événements tectoniques, qui ont lieu aux cours des millions d'années, soulèvent, déforment, voire déplacent les séries anciennes. Heureusement, certains marqueurs sédimentaires permettent de d'obtenir ces informations.

La force du courant et, en particulier, l'action des tourbillons sur le fond d'une rivière peuvent créer des figures d'érosion dans les boues déposées au fond du chenal. Ils creusent ainsi des marques allongées de plusieurs centimètres de long, communément appelées flûtes (flute marks). Ces flûtes sont parallèles au sens du courant, la partie en pointe orientée face au courant, vers l'amont.

Exemple de flûte : figure d’érosion indiquant le sens du courant (ici, du coin en bas à gauche vers le coin haut à droite). © Sarah Weick via imaggeo.egu.eu

Lorsqu'un objet est posé sur le fond (galet ou coquille par exemple), le courant va imprimer dans le sédiment une figure en croissant entourant l'objet, la partie creusée se trouvant en amont et les deux pointes du croissant, de part et d'autre de l'objet, s'étirant vers l'aval suivant la direction du courant. Il est fréquent d'observer ces marques dans le lit des cours d'eau actuels. Lorsqu'elles sont retrouvées dans les séries sédimentaires anciennes, elles sont particulièrement utiles pour déterminer la direction et le sens du courant de la paléo-rivière. Dans l'ancien, ces marques sont généralement fossilisées en moulage (contre-empreintes en relief) à la base du banc sédimentaire supérieur.

Le courant peut également transporter des objets, comme des galets qui, en roulant et en percutant le fond de la rivière, vont imprimer des marques dans les sédiments déposés. On parle alors de cannelures, de figures de traction (lorsque l'objet est trainé sur le fond) ou de figures d'impact. Ces empreintes permettent d'estimer la direction du courant, mais rarement le sens.

Rides et dunes

Les courants de rivière, comme les vagues, contribuent à créer des structures sédimentaires de type rides ou dunes. Dans le cas d'une rivière, où le courant est unidirectionnel, ces édifices seront asymétriques alors que, dans le cas des vagues qui provoquent des ondulations, ils seront plutôt symétriques. L'asymétrie des rides de fond de rivières permet de déduire la direction et le sens du courant : elles présentent une pente faible côté amont, face au courant, et une pente forte et plus courte en aval.

Rides de courant dans une série fossilisée. © SSP Division European Geosciences Union via imaggeo.egu.eu

Ces structures sédimentaires se forment par petites avalanches de sédiments successives, qui créent des structures de laminations obliques. La forme et la taille des rides sont fonction de la granulométrie des sédiments, mais également de l'énergie et de la vitesse du courant.

Schéma montrant la formation des rides de courant et l’obtention des lamines obliques dans les grès des Vosges. © Lithothèque d’Alsace

En milieux marin et côtier, l'organisation des rides de vagues permet d'observer les alternances de sens du courant liées aux marées ou encore aux événements de tempêtes.

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