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Première partie : L'argile
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| Qu'est ce que l'argile? |
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L'argile est une roche tendre et imperméable qui s'érode facilement. La Champagne humide correspond typiquement au paysage sur sous-sol argileux : en dépression entre la Champagne crayeuse et les plateaux calcaires du Barrois, relief faible ou inexistant, nombreux lacs et étangs.Traditionnellement, c'est un pays de bocage, d'élevage, de briqueteries et de tuileries, de peupleraies, gardant de larges surfaces boisées. Les seuls reliefs sont dus à la présence au sein de l'argile de lentilles de sable (butte de Saint-Florentin) ou d'assises de gaize (Argonne). L'imperméabilité du sous-sol est favorable à l'implantation des grands barrages-réservoirs Seine, Marne et Aube.
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Paysage de la champagne humide
(Cl. AGA)
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L'argile est une roche tendre et imperméable qui s'érode facilement. La Champagne humide correspond typiquement au paysage sur sous-sol argileux : en dépression entre la Champagne crayeuse et les plateaux calcaires du Barrois, relief faible ou inexistant, nombreux lacs et étangs.Traditionnellement, c'est un pays de bocage, d'élevage, de briqueteries et de tuileries, de peupleraies, gardant de larges surfaces boisées. Les seuls reliefs sont dus à la présence au sein de l'argile de lentilles de sable (butte de Saint-Florentin) ou d'assises de gaize (Argonne). L'imperméabilité du sous-sol est favorable à l'implantation des grands barrages-réservoirs Seine, Marne et Aube.
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Coupe synthétique de la Champagne humide
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Généralités
La pâte à modeler est de l'argile. Ses constituants sont ultramicroscopiques et donc ne peuvent s'observer à l'oeil nu ou à la loupe. Gorgée d'eau, l'argile se transforme en boue. Ces simples caractères définissent l'argile de manière très générale, au sens utilisé dans les travaux publics.
La véritable argile, au sens précis du géologue, est définie par sa chimie et sa minéralogie: c'est une roche siliceuse et alumineuse constituée de minéraux particuliers (kaolinite, attapulgite,etc...) appelés minéraux argileux.
Très souvent l'argile n'est pas pure. Mélangée à des particules calcaires, c'est une marne. L'argile sableuse contient des grains de quartz observables à l'oeil nu. Quand ces grains de quartz sont fins comme de la poudre (silt), il s'agit d'argile silteuse.
Comment distinguer une boue calcaire ou une marne d'une argile? Il suffit de rouler un fragment entre deux doigts: la véritable argile se modèle facilement en un boudin souple qui s'allonge, les autres s'effritent et se cassent (absence de plasticité). La présence de silt ou de grains de quartz se sent aisément au toucher
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Echantillon d'argile plastique
(Cl. AGA)
L'argile avec l'eau, forme une pâte plastique
(M. Brand & C. Dromard) |
Propriétés de l'argile vis à vis de l'eau
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Fentes de dessication vues de dessus
(cl. AGA)
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L'argile sèche et l'argile humide n'ont pas les mêmes propriétés. L'argile humide est plastique et peut se modeler. L'argile sèche devient une roche rugueuse qui s'émiette en petits fragments anguleux, voire en poudre, si on l'écrase.
Quand on sèche l'argile, elle durcit, se rétracte, diminue de volume et se fend (apparition de fentes de dessication). S'il pleut, les gouttes d'eau sont d'abord absorbées, puis s'écoulent à la surface et pénètrent dans les fentes de dessication. L'argile gonfle, les fentes se referment, l'eau stagne ou s'écoule en surface. Le matériau est redevenu imperméable.
Ce que l'on observe à l'oeil nu se produit aussi à l'échelle ultramicroscopique.
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L'argile au microscope
Entrons dans l'intimité de l'argile. Pour cela, il nous faut utiliser des microscopes électroniques. Le microscope électronique à balayage (MEB) permet l'observation de la forme des cristaux qui varie selon les minéraux argileux. Le microscope électronique à transmission (MET) traverse ces cristaux et révèle leur constitution: un empilement de feuillets avec des couches de silice (phyllosilicate) et d'autres d'aluminium capables de retenir des quantités d'eau variables entre les feuillets.
Gorgé d'eau, le cristal gonfle, ses feuillets s'écartent, jusqu'à la disparition des espaces libres entre les cristaux (la porosité): l'eau ne peut circuler dans la roche qui devient imperméable.
A l'inverse les cristaux qui perdent de l'eau (déshydratation) deviennent plus denses (les feuillets se rapprochent), diminuent de volume, des pores s'ouvrent puis communiquent entre eux, l'eau peut circuler et s'évaporer.
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Cristal de kaolinite au MEB
(Cl.Jean-François Deconinck -Univ. Rouen)
Empilement de feuillets disposés à la manière
d'un contre-plaqué- Observation au MET
(Cl.Jean-François Deconinck -Univ. Rouen
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Argiles Bleues du Barrémien (Crétacé Inférieur)
(cl. AGA)
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Les minéraux argileux sont des phyllosilicates d'alumine hydratés. Le fer est un des principaux responsables de la couleur des argiles: le noir trahit la présence de sulfure de fer; avec une légère oxydation le fer ferreux donne une couleur verte, le plus oxydé (fer ferrique) donne une couleur orangée à rouge. Les colorations violacées sont souvent dues à la présence d'oxydes de manganèse. L'argile compactée et plus ou moins déshydratée devient un schiste. elle peut être très riche en matière organique, on obtient alors de l'argile à lignite ou un schiste bitumineux, roche mère de gisements pétroliers. |
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| Conséquences des propriétés des argiles sur le terrain |
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Les nappes d'eau souterraines et les sources
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| Toute couche argileuse, par son imperméabilité est un obstacle à la pénétration de l'eau dans le sous-sol. Elle constitue donc une bonne couche de protection en cas de risque de pollutions agricoles ou industrielles, ou pour le stockage de déchets.
Si la couche argileuse est surmontée par des roches poreuses (sables, calcaires, gaize, etc.), l'eau s'accumulera au-dessus, dans la porosité de ces roches, constituant une réserve phréatique (nappe souterraine). Entaillée par une vallée, cette eau s'écoule et surgit au contact de l'argile et des roches sus-jacentes. On obtient un niveau de sources bien repérable.
Si une réserve phréatique est prise entre deux couches d'argiles, elle devient une nappe souterraine captive, sous pression puisque la couche supérieure l'empêche de remonter vers la surface.
Ce qui est valable pour l'eau, est valable pour tout autre fluide contenu dans une roche poreuse (pétrole, gaz).
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Les instabilités des terrains et les versants argileux
Un terrain argileux est fondamentalement instable puisqu'il change de propriétés physiques en fonction de l'humidité, donc des saisons et du climat. Sur un terrain plat et humide, toute surcharge provoque un enfoncement local et un fluage de l'argile. Il est donc préférable de construire sur des dalles répartissant et équilibrant les charges plutôt que sur des fondations classiques. Il faut auusi limiter la charge globale et assurer un bon drainage.
Sur un versant, l'argile gorgée d'eau tend à glisser soit sous l'effet de sa propre charge, soit sous l'effet d'une surcharge. Elle peut aussi favoriser le fonctionnement d'une surface de glissement sur laquelle des matériaux très variés seront transportés sous l'effet de la gravité. L'effondrement peut affecter l'ensemble d'un versant (glissement de masse, versant de solifluxion) ou être plus localisé, voire canalisé dans un vallon (coulées boueuses).
Les glissements en masse sont souvent constitués de panneaux rocheux (matériaux surmontant une couche argileuse et créant une surcharge) glissant sur une couche argileuse entretenue humide par un niveau de sources.
La solifluxion et les coulées boueuses impliquent généralement des masses moins importantes sur une couche de terrain moins épaisse et plus homogène (principalement sur l'argile fluidifiée).
Ces phénomènes cessent quand le versant a atteint sa pente d'équilibre (soit une pente très faible dans les argiles), ou par tarissement de l'apport en eau (voir drainage).
Ils sont activés par rupture de la pente d'équilibre (par exemple, travaux de terrassement), par création d'une surcharge supplémentaire (talus de décharge, construction, couvert forrestier,etc.) ou par aménagement favorisant la rétention de l'eau (mur, plantation d'arbres...).
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Des sols vulnérables peu productifs |
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Asséchés pendant l'été et engorgés aux autres saisons, les sols sur argile sont peu épais et mal aérés. Les racines des plantes et des arbres n'y pénètrent pas profondément.
Les variations importantes d'humidité des sols argileux sont à l'origine des phénomènes d'hydromorphie (sols hydromorphes appelés gley ou pseudogley). L'aspect de ces sols le plus carctéristique et le plus facilement observable est le changement d'état d'oxydation du fer en fonction des phases de dessication estivales. Sur une argile noire ou grise comme celle de la Champagne humide, l'ouverture des fentes de dessication facilite, dans la partie supérieure du sol, l'oxydation du fer et de la matière organique. Ces variations d'oxydation peuvent être localement entretenues par l'activité biologique. Le mauvais enracinement et l'hydromorphie ont cantonné longtemps ces terrains à l'élevage. La culture des pâtures et la stabulation ont réduit le piétinement des sols gras par les bêtes et amélioré leur rendement avant que le drainage se généralise.
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Le drainage: amélioration de la circulation de l'eau
Pour pallier aux inconvénients des terrains et versants argileux, le problème majeur à résoudre est de faciliter l'évacuation de l'eau pour limiter dans le temps et dans l'espace l'engorgement du sol et du sous-sol. Le creusement et l'entretien d'un réseau de fossés en domaines agricole et forestier, joint à un mode particulier de labour en "ados" ont traditionnellemnet répondu à cette exigence. La pose de drains permanents dans les sols, généralisée au cours des dernières décénnies, plus efficace, a amené l'abandon des labours en "ados".
La stabilité des ouvrages situés sur l'argile (chemins, routes, constructions) impose de veiller au bon drainage du substrat ou/et de le traiter pour modifier ses caractéristiques géologiques.
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Seconde partie : La Gaize
L'Argonne géologique correspond au massif forestier qui couvre les reliefs de gaize cénomannienne entre l'Aire et l'Aisne (voir carte ci-dessus).
Les affleurements des diverses couches géologiques sont disposées en arcs de cercle concentriques qui révèlent une structure monoclinale. Celle-ci est responsable des alternances de cuestas (côtes dues à la disposition des couches) et de dépressions ainsi que des buttes témoins.
La Gaize est responsable de l'uniformité paysagère et agricole de l'Argonne: résistante, elle constitue un relief creusé de profonds ravins mais engendre des sols pauvres, elle ne permet guère que la sylviculture.
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Paysage d'Argonne
(Cl.M.Brand) |
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| Qu'est ce que la gaize? |
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Généralités
La gaize est une roche poreuse, grise à blanchâtre, souvent verdâtre, légèrement rugueuse au toucher qui se débite en éléments plus ou moins anguleux. Elle ne fait pas effervescence à l'acide et contient de l'argile en proportion variable. Chargée d'argile, son débit est moins anguleux et elle s'effrite aisément. Moins elle contient d'argile, plus elle devient poreuse, cohérente et résistante, constituant à l'affleurement des assises bien stratifiées.
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Carrière de Passavant
(Cl.M.Brand)
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Observations au microscope
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Observation au Microscope
d'une lame mince de gaize |
Après avoir réalisé une lame mince transparente, nous pouvons observer de la gaize grâce à un microscope électronique. On peut y voir des restes d'organismes à squelette siliceux (notamment des spicules d'éponges), des grains de sable (quartz), quelques paillettes de mica et parfois des grains de couleur jaune à vert. Ces derniers sont formés d'un minéral argileux ferrifère particulier, la glauconie. Les vides correspondent à des coquilles calcaires de taille variable qui ont été dissoutes
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Les moules externes apparaissent parfois sur des blocs cassés, les plus gros étant visibles à l'oeil nu.
Les macrofossiles (ammonites, bivalves, etc.) sont peu fréquents dans la gaize et le plus souvent mal conservés, car les coquilles et squelettes calcaires ont été dissouts. |
Moule externe d'Ammonite (céphalopode)
dans un échantillon de gaize
(Cl. M. Brand)
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Formation de la gaize
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Les conditions de formation de la gaize restent encore mal précisées. Sa sédimentation date de l' Albien Supérieur (il y a environ 100 millions d'années) pour la gaize crétacée d'Argonne, et de l'Oxfordien (il y a environ 145 millions d'années) pour la gaize jurassique des collines ardennaises |
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| La cuesta de la gaize en Argonne |
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C'est en venant de l'Est que le relief de l'Argonne barre le plus spectaculairement le paysage. La cuesta de la gaize surmonte les terrains argileux de la Champagne humide. Elle s'étire sur environ une centaine de kilomètres du Nord de Bar-le-Duc à l'Est de Vouziers.
Les couches de gaize sont inclinées vers le Sud-Ouest et disparaissent sous des niveaux argileux plus récents. Le revers occidental de l'Argonne offre donc un relief moins contrasté que son versant oriental.
Parmi les cinq défilés qui permettent de traverser le massif de l'Argonne, les deux principaux sont le défilé des Islettes dont Clermont-en-Argonne à l'Est et Sainte-Ménéhould à l'Ouest gardent les entrées, et le défilé de Grandpré entaillé par l'Aire plus au Nord. Le relief s'amortit au niveau de Triaucourt-en-Argonne ce qui permet de contourner le massif de gaize par le sud: c'est le Seuil d'Argonne.
La RN3 qui relie Châlons-en-Champagne à Verdun et Metz, emprunte le défilé des Islettes. Le seuil d'Argonne a été choisi pour le tracé du futur TGV-Est.
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(cliquez pour zoomer)
Localisation de la Gaize en Argonne |
Coupe synthétique de l'Argonne
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Coupe synthétique de la Champagne humide |
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| La gaize et l'Argonne au coeur de l'Histoire |
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Voulant éviter les deux défilés les plus fréquentés, Louis XVI qui fuyait vers Montmédy, passa par une vallée plus discrète débouchant sur Varennes-en-Argonne où il fut reconu par Drouet et arrêté le 21 juin 1791. Un an plus tard, c'était Valmy: les défilés d'Argonne, dominés par la cuesta de la gaize, entraient définitivement dans l'Histoire.
"Ce sont les Thermoples de la France, et si j'arrive avant les Prussiens, j'y serais plus chanceux que Léonidas" déclara le général Dumouriez. Sitôt dit, sitôt fait, le 5 septembre, il occupe avec 15 000 hommes le défilé de Grandpré et avec 8 000 hommes celui des Islettes. Mais l'ennemi passe. L'armée de Kellerman vient renforcer le camp français le 19. Le 20 septembre 1792 à Valmy, sous le regard étonné du poète allemand Goethe, une armée de sans-culottes met en échec des troupes prussiennes affiblies par la dysentrie et la disette. Victoire incertaine, la bataille de Valmy n'en restera pas moins un symbole et un tournant de l'Histoire de la révolution française. Le 21 septembre la République est proclamée.
Au cours de la Grande Guerre (1914-1918), l'Argonne fut le siège de combats dramatiques. Les tranchées creusées dans la gaize balafrent encore le sol des futaies. |
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Présentation
