Clé stratigraphique de lecture des cartes géologiques de Wallonie (Belgique)

Le but de cette note n'est pas d'expliquer de manière détaillée comment interpréter la carte géologique de Wallonie, actualisée à l'échelle 1:25.000, mais simplement de mettre l'accent sur les différences fondamentales de conception qui existent par rapport à l'ancienne carte géologique de Belgique à 1:40.000, commencée à la fin du 19° siècle et terminée au début du siècle passé. Par utilisateurs non spécialistes, il faut comprendre les nombreuses personnes qui, dans l'exercice de leur activité, sont amenées à utiliser la carte géologique sans pour autant avoir une formation de géologue. Il est cependant évident que des notions de base en géologie constituent le minimum indispensable pour interpréter correctement une carte géologique. On peut d'ailleurs regretter que des utilisateurs insufisamment formés en géologie ne fassent pas appel à des géologues lorsqu'ils sont confrontés à des problèmes qui dépassent leurs compétences, mais ceci est une autre histoire ...

On pourrait objecter qu'il est superflu de refaire une carte géologique, puisque les roches ne changent pas (un grès reste un grès) et que leur répartition géographique n'évolue pas avec le temps. Or c'est bien ce que montre essentiellement une carte géologique : la répartition géographique (la zone d'affleurement ) des roches regroupées en unités stratigraphiques cartographiables. Bien sur, un grès reste un grès, mais on peut toujours préciser sa composition minéralogique, sa texture etc... Quant à la zone d'affleurement de cette formation gréseuse, il ne faut pas oublier que la carte se base sur les renseignements disponibles à l'époque de son levé et que de nouveaux affleurements ou des sondages peuvent conduire à en rectifier les limites. Enfin, l'attribution d'une formation géologique à une unité stratigraphique peut être revue en fonction de nouvelles données (quant à son âge par exemple) et/ou des principes stratigraphiques adoptés pour la cartographie.

Bref, la carte géologique, document de synthèse sur la géologie, sur le sous-sol d'une région, doit refléter l'état des connaissances et une mise à jour s'imposait pour la Belgique.

Pour les besoins de la cartographie les roches sont regroupées en unités stratigraphiques, sur base de certaines caractéristiques communes, qui peuvent être d'ordre lithostratigraphique, biostratigraphique ou encore chronostratigraphique.

Lors de l'étude d'un affleurement observable par exemple dans le talus d'une route, les différentes couches sont décrites, échantillonnées et leur épaisseur mesurée.
A partir de ces observations, on établit une colonne stratigraphique (un "log") dans laquelle les différentes couches, remises à l'horizontale, sont représentées avec leur épaisseur et avec un figuré approprié à la nature de leurs roches, à leur lithologie.

La lithostratigraphie a pour objet l'organisation des couches géologiques en unités définies par leur lithologie, mais en tenant compte aussi de leur position dans une échelle stratigraphique relative; c'est généralement la première étape dans les études stratigraphiques. Les unités stratigraphiques de base sont les formations, éventuellement organisées en groupes et subdivisées en membres.

La colonne lithostratigraphique du schéma ci-dessous représente cinq  formations, de la base au sommet : Formation 1 (grès), Formation 2 (calcaire gréseux), Formation 3 (marne), Formation 4 (calcaire argileux) et Formation 5 (shale).
Dans la réalité, les formations sont nommées par les noms des localités où des affleurements ont permis de les observer et de les décrire : ce sont les coupes de référence, les stratotypes.

La Formation 3 comprend un niveau riche en roches nodulaires calcaires, ce qui justifie l'individualisation de ce dernier en tant que membre. Les Formations 2, 3 et 4 pourraient constituer un groupe sur base de leur composition calcaire (la marne est une argile calcaire).

Les couches géologiques sédimentaires peuvent aussi être subdivisées en biozones caractérisées par leur contenu en fossiles (macrofossiles et / ou microfossiles).

Sur le schéma ci-dessus, la biozone A, caractérisée par la présence du fossile A, a une extension verticale (c'est à dire dans le temps) limitée à la Formation 3. Lorsque les limites de biozones coincident ainsi avec des limites lithologiques, on peut suspecter que la présence de ces fossiles soit liée à certaines caractéristiques du milieu sédimentaire : des modifications du milieu amènent alors un changement dans les taxons présents.

Par contre, la présence des autres fossiles ne semble pas liée à un milieu sédimentaire déterminé : leur apparition et leur disparition ne sont pas déterminées par un changement de lithologie.
Ces fossiles qui sont indépendants du faciès peuvent être utilisés pour établir des corrélations entre des régions parfois assez éloignées. C'est le cas d'organismes marins planctoniques dont la répartition géographique peut être très large et dont l'apparition et la disparition sont, par exemple, liées à l'évolution générale des espèces et/ ou à des phénomènes d'extinction globale.

Dans ce cas, les limites de biozones sont considérées comme synchrones dans tout le bassin sédimentaire et peuvent servir de critère chronostratigraphique : l'extension verticale d'une biozone correspond alors à un certain laps de temps qui peut être reconnu sur de grandes distances.
Sur le schéma ci-dessus, l'apparition du fossile C est le critère choisi pour fixer la base de l'étage, dont le sommet est déterminé par la base de l'étage supérieur qui, dans notre exemple, correspond à l'apparition du fossile E.

Les roches qui se sont déposées pendant le même intervalle du temps géologique appartiennent à la même unité chronostratigraphique. Les limites inférieure et supérieure d'une même chronozone sont isochrones, c'est à dire qu'elles ont le même âge partout. L'unité de base est l'étage, plusieurs étages forment une série et plusieurs séries constituent un système.

La chronostratigraphie est le concept le plus important. En effet, l'attribution à une même unité chronostratigraphique de formations géologiques de lithologies et de faciès variés, situées dans différentes régions du globe, permet de reconstituer la géographie de cette époque et de comprendre comment notre Planète a évolué au cours des 4,5 milliards d'années écoulées depuis sa formation.

La différence entre la chronostratigraphie et la géochronologie est parfois difficile à comprendre, d'autant plus que leurs unités portent le même nom.

Et pourtant elle est assez simple : l'Etage sinémurien (unité chronostratigraphique) est constitué des roches formées pendant le même laps de temps géologique (entre 194 et 204 millions d'années). Cette tranche du temps, cette unité géochronologique, s'appelle l'Age sinémurien.  Un bon exemple est constitué par le sablier : le sable qui s'écoule dans le sablier forme une accumulation (étage) qui s'est formée pendant un certain laps de temps (âge).

Ce dessin de Philippe Geluck illustre parfaitement ces concepts.

Sur quel critère regrouper les formations géologiques à cartographier ? La réponse dépend tout d'abord de l'échelle de la carte. Plus l'échelle est petite, plus le critère distinctif de l'unité doit être général. Par exemple, pour des cartes à l'échelle du 1:500.000, l'âge des roches (critère chronostratigraphique) sert souvent de base et la carte représente alors les différentes séries géologiques (Dévonien inférieur, Lias, ...). Pour des cartes chronostratigraphiques à échelle plus grande comme le 1:50.000 ou le 1:25.000, des subdivisions plus petites comme les étages (Emsien, Sinémurien, ...) pourront être cartographiées.

Il est certain que l'âge d'une formation géologique n'est pas d'une grande utilité pour celui qui est à la recherche de matériaux utiles ou pour le pédologue qui s'intéresse à la roche en tant que matériau parental du sol. C'est pourquoi, sur les anciennes planchettes belges au 1:40.000, les principales lithologies sont indiquées dans la légende de la carte, en regard de l'étage cartographié.

Le problème est que les étages sont souvent d'une complexité lithologique difficile à représenter avec précision sur la carte. De sorte que si le lecteur sait que sa maison est bâtie sur le Frasnien, il lui est impossible de savoir si c'est du calcaire, de la dolomie ou des shales (lithologies renseignées dans la légende pour l'étage frasnien) qui constituent le sous-sol de son jardin.

On peut illustrer cet aspect de la façon suivante :
Le bloc diagramme ci-dessous montre la relation entre les formations géologiques et leurs zones d'affleurement, c'est à dire leur répartition spatiale.
Le plan horizontal du bloc diagramme est donc une carte géologique schématique. Cette carte géologique lithostratigraphique permettra de connaître la constitution lithologique du sous-sol de cette région, dont on peut mieux visualiser la structure tectonique dans le plan vertical.

Une carte géologique classique basée sur la chronostratigraphie, avec par exemple des limites d'étages situées dans les formations B et E, ne permettrait pas de représenter la diversité lithologique de cette région.

Un exemple concret, extrait d'une publication de A. Herbosch & J. Verniers (Geologica Belgica, 2002, 5/3-4 : 71-143), permettra d'illustrer la différence entre cartes lithostratigraphiques et chronostratigraphiques. La région concernée correspond à la vallée de l'Orneau, entre Grand-Manil (Gembloux) et Mazy.

Les études géologiques détaillées ont permis d'y subdiviser l'Ordovicien et le Silurien (Paléozoïque inférieur) en 8 formations.

Conscients de ce problème, les auteurs de la carte géologique de Belgique à 1:40.000 avaient subdivisé les étages en "assises". Mais en réalité, cette notion d'assise ne rencontrait que partiellement le problème, car elle reposait à la fois sur la lithologie et sur la position relative dans l'étage (partie inférieure, supérieure, ..). C'était un système hybride justifié à cette époque, mais incompatible avec la rigueur scientifique actuelle.

Pour pallier cette lacune inhérente aux cartes chronostratigraphiques, les cartes géologiques actuelles comme la carte de la Wallonie (et de la Flandre) sont basées sur la lithostratigraphie. Les formations constituent les unités cartographiées et leur appartenance chronostratigraphique devient un élément qui figure seulement dans la légende de la carte et dans le livret explicatif.

L'unité cartographique de base est donc la formation, qui doit répondre à un certain nombre de critères, dont l'exposé sort du cadre de cette note. Pour illustrer ce concept de formation (et de sa subdivision qui est le membre), je prendrai un exemple en Lorraine belge, à l'occasion de la sortie du volume de Geologica Belgica (vol. 4/1-2, 2001) consacré à la lithostratigraphie de la Belgique.
Dans un souci de simplification, je me limiterai à en décrire la lithologie principale en omettant d'autres caractéristiques comme l'épaisseur des couches ou la localisation des coupes de références (stratotypes) qui sont normalement des affleurements ou à défaut des sondages.

Le schéma ci-dessous représente 3 colonnes stratigraphiques obtenues à partir d'affleurements et de sondages situés à l'est, au centre et à l'ouest de la Lorraine belge; chaque figuré représente un ensemble lithologique défini.

En reliant entre elles les couches de même lithologie, c'est à dire en faisant des corrélations entre ces 3 colonnes, on aboutit à l'interprétation ci-dessous qui représente une tranche verticale partielle du sous-sol de la Lorraine belge, avec ses variations latérales de faciès, (c'est à dire ses changements lithologiques) de l'est vers l'ouest de la région.

Comme on peut le constater, ces formations cartographiées sont bien définies d'un point de vue lithologique et le lecteur de la carte sait exactement quelles roches se trouvent sous ses pieds. On pourrait objecter que la différence lithologique entre les Formations de Jamoigne et d'Arlon n'est pas très grande et qu'un regroupement serait justifié. Ce serait possible sur une carte lithologique où ces deux ensembles y seraient représentés par la même couleur, mais c'est impossible sur une carte lithostratigraphique, car ces deux formations sont séparées par la Formation de Luxembourg. Imaginons que plus à l'est, la Formation de Luxembourg n'existe pas et que les nuances entre les Formations de Jamoigne et d'Arlon s'estompent. Dans ce cas, on pourrait définir, dans cette région, une nouvelle formation qui remplacerait les 2 précédentes.

Comme on peut le voir sur le schéma, dans la région occidentale la Formation d'Arlon n'existe pas et dans la partie centrale de la Lorraine elle n'est plus représentée que par des marnes intercalées dans la Formation de Luxembourg.
En conséquence, dans cette dernière région, la Formation de Luxembourg est divisée en Membres de Florenville, d'Orval et de Virton séparés par deux membres marneux. Cette subdivision en membres n'est pas nécessairement cartographiable; l'information peut alors alors figurer dans la légende et dans le livret explicatif qui accompagne chaque planchette géologique.

Ces quelques exemples montrent à suffisance qu'une carte chronostratigraphique, où ces trois étages seraient représentés ne pourrait pas rendre compte de la diversité lithologique : la légende stratigraphique d'une telle carte indiquerait par exemple:

La carte géologique de la Wallonie peut être lue et interprétée à différents niveaux, en fonction des besoins de ses utilisateurs. Grâce à sa base lithostratigraphique, elle renseigne directement sur la nature du sous-sol, ce qui peut déjà satisfaire beaucoup d'utilisateurs non spécialisés en géologie. Ces derniers doivent cependant être conscients que des formations dites superficielles sont très souvent intercalées entre la surface du sol et les roches représentées sur la carte géologique.
Ces formations géologiques superficielles, d'âge quaternaire, figurent sur la carte uniquement lorsqu'elles ont une extension géographique et une épaisseur importantes (ex. les limons de plateau). Par ailleurs, des informations concernant cette couche superficielle peuvent être trouvées sur la carte des sols de la Belgique à 1:20.000, qui est un document utile pour une bonne interprétation de la nature du sous-sol.

      Site de la carte géologique de Wallonie

     Introduction à la cartographie géologique (Frédéric Boulvain)

     Notions de tectonique et d'interprétation des cartes géologiques (Daniel Lacroix)

- Une brochure intitulée :

- Tous les renseignements pratiques concernant la carte se trouvent sur le site web :