Flysch

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Falaise de flysch à Saint-Jean-de-Luz (Pyrénées-Atlantiques).
Flysch dans les Carpates.
Paysage côtier dans le Pays basque espagnol, constitué de flysch

Le flysch est un dépôt sédimentaire détritique constitué par une alternance de grès et de marnes, qui se sont accumulés dans un bassin océanique en cours de fermeture, dans le cadre d'une orogenèse. Ce terme, d'origine suisse alémanique, fut très fréquemment employé dans les Alpes, puis s'est progressivement répandu à travers le monde. Son adoption a fait l'objet de nombreuses interprétations par le passé, mais les géologues s'accordent aujourd'hui sur une interprétation géodynamique, c'est-à-dire un tectofaciès. Son usage ancien, et parfois erroné, ainsi que l'évolution des connaissances en géodynamique poussent néanmoins certains auteurs à remettre en cause son usage.

Étymologie[modifier | modifier le code]

Simmental depuis le Niesen dans les Préalpes romandes. Les séquences de flyschs, appartenant à la nappe supérieure des Préalpes, sont concentrés au fond des vallées tandis que les crêtes en sont dégarnis par érosion laissant affleurer les séries sous-jacentes, en l’occurrence ici les formations calcaires de la nappe des Préalpes Médianes.

Le terme de flysch a été créé par Bernhard Studer[1] à partir du verbe fliessen, signifiant couler en patois local des Alpes suisses du Simmental (ou vallée de la Simme), et qui était utilisé pour décrire des dépôts régulièrement sujets à des glissements de terrain[2]. Le terme semble aussi avoir été utilisé dans par les carriers pour désigner des couches bien lités et facilement exploitables pour des roches de construction[3].

Définition[modifier | modifier le code]

Longtemps décrit comme une unité stratigraphique[3], voire un faciès[4],[5],[6],[note 1], le terme de flysch fut aussi considéré comme un synonyme de Turbidite. Il est aujourd'hui définit d'un point de vue géodynamique comme un tectofaciès. La définition de flysch n'est donc pas dépendante d'une lithologie mais caractérise tout dépôt sédimentaire syn-orogénique s'accumulant dans un bassin océanique qui se referme suite à la convergence de deux plaques tectoniques continentales[7]. Le terme de flysch est surtout associé à des séries sédimentaires anciennes car la majeur partie des dépôts de courant de densité préservés dans le registre fossile sont des flyschs.

La sédimentation du flysch débute avec l'activation d'une zone de subduction le long de l'une des marges continentales. Le flysch résulte de l'érosion des reliefs bordant la marge, soulevés par la déformation de la croûte continentale supérieure (c'est-à-dire la croûte non subductée). Les sédiments s'accumulent dans la fosse de subduction, au pied du prisme d'accrétion au travers de courant de densité ou de turbidités s.l. Ils se déposent invariablement sur un substrat sédimentaire qui correspond à des dépôts marins pélagiques. La sédimentation se poursuit jusqu'à la fermeture du bassin océanique et la collision[4], c'est-à-dire la rencontre entre les deux plaques continentales succédant à la fermeture du domaine océanique qui les séparait.
Ce stade tectonique marque la formation d'une vaste dépression crustale (foredeep) sur la croûte continentale subductée, dénommée bassin d'avant-pays, dans lequel se dépose la molasse qui est aussi une définition géodynamique regroupant une grande variété de couches sédimentaires post-orogénique. Néanmoins, les géologues considèrent que les sédiments marins profonds déposés dans le bassin d'avant-pays, sont aussi attribués aux flyschs car ils constituent un stade de sous-remplissage du bassin[8] bien qu'ils devraient être inclus dans la sédimentation de type molasse[7]. Cette affiliation résulte que la description initiale de ces séries est antérieure à l'application de la théorie des plaques tectoniques. Ces flyschs s.l. se distinguent des flyschs s.s. par leur caractère post-orogénique et par le fait qu'ils se déposent sur la croûte continentale mais toujours sur des dépôts marins pélagiques. Par ailleurs le taux de sédimentation des flyschs s.l. serait plus élevé que celui des flyschs s.s.[9].
Dans les Alpes, les flyschs s.l. ont été davantage étudiés que les flyschs s.s. car ils sont peu déformés et toujours en contact avec leur substrat sédimentaire ce qui a permis de nombreuses études sur la déformation et le comblement des bassins d'avant-pays. A contrario, les flyschs s.s. ont été décollés et constituent aujourd'hui des nappes de charriage ce qui compliquent les travaux sur leur origine paléogéographique. Par ailleurs leur incorporation dans le prisme d'accrétion peut aboutir à un faible métamorphisme qui nuit aussi à leur compréhension.

Différences avec la molasse[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Molasse.

La molasse ne débuterait qu'à partir des premiers dépôts marin peu profonds à l'image de la Molasse marine inférieure du Bassin d'avant-pays Nord Alpin et se distingue par des dépôts marins peu profonds à continentaux contrairement aux flyschs qui sont des dépôts exclusivement marins profonds. Les flyschs sont décrits comme un stade de sous-remplissage du bassin contrairement à la molasse qui comble définitivement le bassin d'avant-pays. En effet, la déformation du prisme d'accrétion[note 2] est bien plus importante au moment de la collision et favorise le déversement d'une plus grande quantité de sédiments durant le stade molasse et donc le comblement du bassin d'avant-pays[8]. La molasse se dépose sur un substrat sédimentaire comportant des dépôts de plateforme à l'image du flysch s.l.. D'un point de vue sédimentaire, le mode de dépôt fluviatile de la molasse favorise d'importantes variations latérales contrairement au flysch qui peut rester monotone sur de grande distance. De même Bernard Beaudouin constate que les figures de courants présentent plus de variation dans les séries molassiques contrairement au caractère unidirectionnel des flyschs. Enfin le mode de dépôts liés aux courants de densité favorisent le développement d'un grano-classement[6]. Les apports sédimentaires fluctuent en fonction de la déformation du prisme orogénique. Les apports de flyschs correspondent à une faible exhumation des unités impliqués dans l'orogenèse caractérisés par des apports sédimentaires et granitiques. Puis l'exhumation tardive des unités profondément enfouies (e.g. ceinture éclogitique) favorisent des apports à dominante métamorphique pendant le stade molasse[7],[15],[16].

Comparaison des critères entre flyschs et molasse
Flysch s.s. Flysch s.l. Molasse
Stade orogénique Syn-orogénique Post-orogénique Post-orogénique
Situation paléogéographique Bassin océanique en cours de fermeture Bassin d'avant-pays Bassin d'avant-pays
Croûte terrestre Croûte océanique Croûte continentale Croûte continentale
Substrat sédimentaire Radiolarite + boue pélagique Calcaire de plateforme + dépôt pélagique Calcaire de plateforme
Milieu de dépôt Marin profond Marin profond Marin peu profond à continental
Variabilité Monotone Monotone Importante en milieu continental
Situation tectonique Allochtone (nappe de charriage) Autochtone à parautochtone (nappe + plissement) Autochtone
Enfouissement Diagenèse, faible métamorphisme éventuel Diagenèse, voire léger métamorphisme Diagenèse voire absence
Taux de sédimentation Faible Faible Élevé
Apport des sources métamorphiques Faible Faible Important

Histoire[modifier | modifier le code]

Définition initiale et imprécisions[modifier | modifier le code]

Portrait de Bernhard Studer, inventeur du terme flysch.

Studer[1] a étendu le terme de Flysch, fréquemment employé dans le Simmental, à toute formation constituée par des schistes et des grès noirs dans les Préalpes romandes (Alpes bernoises, Alpes uranaises et Alpes glaronaises)[note 3]. Il s’avéra par la suite que les flyschs décrits par Studer correspondait en fait à un ensemble de couches d’origine différente et superposée tectoniquement[17]: Flysch de la nappe de la Simme (Hundsrücken, Rougemont et région de Château-d'Œx), Flysch de la nappe de la Brèche (Saanenmöser), Flysch de la nappe des Préalpes médianes (région de Château-d'Œx), Flysch de la nappe du Niesen (vallée élevée des Mosses et Sépey) et Flysch de la nappe ultrahelvétique (Col des Mosses). D'unité lithostratigraphique locale, Studer élargit ensuite le concept en l'étendant en dehors des Préalpes[18] sous la forme d'unité stratigraphique. Cependant, Studer ne fournit aucun critère géologique ou pétrographique si bien l'usage du terme flysch rencontra un vif succès car de nombreux auteurs l’utilisèrent pour des unité géologiques mal comprises[17],[11],[19] ou bien car il n'existe aucun substitut fiable[20]. Ceci entraîna une large confusion sur la définition du flysch[3] au point que Studer[21] dut préciser que le terme est restreint aux unités qu'il avait décrit précédemment mais précise que le terme est « localement donné dans le Simmenthal qu’à une roche se débitant en feuillets » (p. 22[21]). De même il n'attribue aucun critère stratigraphique ou tectonique au terme de flysch[21],[22]. Par la suite, plusieurs auteurs[3],[4],[7],[9],[11],[20],[22],[13],[23] vont proposer une description synthétique mais pour certains[24] la grande diversité des flyschs empêche de fournir une description précise et est source d'une grande imprécision [4],[17].

Premiers travaux[modifier | modifier le code]

Durant le XIXe siècle et la première moitié du XXe siècle, le terme de flysch est alors une formation tertiaire typique des Alpes sans équivalent externe[4]. Des dépôts équivalents seront ensuite décrits dans les Pyrénnées[3], les Apennins et les Carpathes confirmant son caractère universel[17] et plus tard sur le continent américain et en Himalaya[13],[note 4]. Par la suite une distinction sera effectuée entre le flysch tertiaire et le flysch crétacé, notamment dans les Alpes orientales. Certains vont même jusqu'à proposer des flyschs jurassique et crétacé[5] mais ils correspondent davantage des dépôts calcaires de bassin et ne sont plus considérés comme des flyschs à l'image des séries situées sous le flysch carpathien[4],[note 5]. Très vite les auteurs constatent que les flyschs constituent des unités stratigraphiques homogènes et situées dans une même position structurale dans le géosynclinal[13], à l'image de Bertrand[25] qui la releva la relation tectonique qui existe entre le flysch et le géosynclinal et décrit par conséquent les flyschs comme un faciès orogénique[26],[27]. Selon Bertrand, les flyschs schisteux correspondent au premier stade de remplissage du géosynclinal suivi par des faciès plus grossiers (flysch au sens propre) contemporain de l'émergence de la cordillère central. Enfin la séquence de flysch est ensuite recouverte par les dépôts de molasse. Le terme de flysch devient par ailleurs une phase de la séquence orogénique (pré-orogénique, pré-flysch, flysch et molasse). Il existe alors dans les Alpes, deux écoles sur la définition de flysch[22]. D'une part, les géologues suisses et autrichiens restreignent son usage à des séries sédimentaires bien définies d'un point tectonique et stratigraphique, tandis que les géologues français et italiens l'applique à un type de dépôt de géosynclinal bien précis mais sans contrainte d'âge et qui a été reprise par les géologues anglo-saxons[22].

Toutefois les flyschs s.s., transportés par des nappes, posent alors de nombreux problèmes tant sur leur âge que leur attribution tectonique. Ainsi le concept de flysch fut surtout décrit au travers du flysch helvétique[3],[4] (flysch s.l.) car il présente une continuité stratigraphique avec les séries plus vieilles (calcaire de plateforme et calcschiste planctonique) et la molasse qui le surmonte. Jusque dans les années 1970-1980, le modèle orogénique repose sur le modèle de géosynclinale[28]. Un géosynclinale était décrit comme une vaste dépression crustale où les mouvements ascendants de la croute terrestre favorisait l’émersion d’une cordillère en position médiane. Ce relief soumis à l’érosion alimentait par la suite une sédimentation clastique dans le bassin adjacent conduisant à la formation des flyschs[29]. Parfois, les auteurs ne trouvaient aucune trace des reliefs alimentant les flyschs et définissaient le matériel hérité comme exotique[17] à l'image de certains granites attribués à l'hypotéthique massif d'Habkern dans les Alpes centrales. D’un point de vue chronologique, ces dépôts s’effectuait durant la phase de comblement du géosynclinal[30] et sont par conséquent décrits comme des faciès de fermeture[17].
Ce modèle, largement admis, sera toutefois contesté par plusieurs auteurs dont Jipa[31] en fera une synthèse. Ces derniers considéraient que la cordillère intragéosynclinale n’était pas la seule et unique source de matériel détritique mais que les principales zones d’alimentation étaient en dehors du géosynclinale (extra-geosynclinales). De plus, les auteurs remettaient en cause le principe de systématiquement comparer les différents modèles orogénique au système alpin. Plusieurs auteurs[29] se sont ainsi penchés sur la granulométrie très fine des flyschs qui ne coïncide pas avec une alimentation depuis la cordillère. Certains[32],[33],[34] proposèrent une origine continentale deltaïque mais cela ne concordait pas avec les reconstitutions paléogéographiques.

La monotonie des accumulations de flysch traduit un dépôt rythmique pour certains auteurs parfois comparée aux varves[17]. Elle est aussi décrite comme des straticules[35] ou des laminites de second ordre[36],[37],[38]. La rythmicité fait aussi l'objet de débat. Certains les considérèrent des saccades de la subsidence mais les variations climatiques furent le plus régulièrement suggérer. Pour certains, les flyschs sont même restreins dans des sillons qu'ils comblent par définition[4]. Si dans l'ensemble les flyschs sont considérés comme profonds, certains auteurs considérèrent certains dépôts comme peu profonds à l'image de flyschs surmontant des dépôts de plateforme calcaire.

1re révolution : les courants de turbidité[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Turbidite.

Profondeur des dépôts[modifier | modifier le code]

Les flyschs sont considérés comme des dépôts profonds[39] depuis le modèle de Haug des dépôts géosynclinaux[40]. Néanmoins certains auteurs[17],[22],[24] émettaient des doutes sur sa bathymétrie et considéraient le flysch comme un dépôt peu profond. Leur raisonnement reposait sur la grande épaisseur d'accumulation des flyschs qui indiquait selon eux un fort taux de sédimentation[note 6] et une forte agitation des eaux et qui est similaire au milieux peu profonds proches des côtes[17]. Les organismes observées démontreraient aussi selon eux une faible profondeur de dépôts et certains décrivirent de manière erronée des traces de pattes d'oiseaux [41],[note 7]. De même certains auteurs considéraient le faible contenu paléontologique comme résultant de conditions de faible profondeur[42],[43]. De son côté Tercier[4] considéra qu’il n’existe pas de contrainte en termes de profondeur : si la présence de grands foraminifères (orbitolines, nummulites, assilines, discocyclines et operculines) ou de niveaux conglomératique ou brèchique indiquait selon lui un dépôt à faible profondeur, les faciès à grès fin alternant avec des schistes argileux correspondent à des dépôts profonds. De même, les marnes à globigérines étaient alors considérées comme des équivalents bathyaux[4],[24]. Néanmoins, l'absence d'empreinte de pas d'animaux terrestres ou d'oiseaux ainsi que l'absence de fentes de dessication excluent les environnements tidaux et de faible profondeur[22]. Enfin les contributions en micropaléontologie[22],[23],[44],[45] confirmèrent la nature profonde des flyschs (environ 1 000 m[23]) en identifiant la faune à Rhabdammina (foraminifères benthiques profonds) dans les flyschs alpins Crétacé supérieur à Éocène et comparable aux faunes actuelles des grands fonds. Par ailleurs la faible abondance de bioturbations suggèrent une faible occurrence d'organismes benthiques[22],[23] mais leur identification permet de définir la profondeur des dépôts sédimentaires[46].

Toutefois il subsistait une zone d'ombre pour expliquer la présence de dépôts sableux en bas de pente dans un environnement à dominante argileux et les mécanismes de transport associés[11]. Il fut ainsi proposé un transport par glacier ou iceberg, des éboulements sous-marins voire des éruptions sous-marines[47].

Mécanismes de dépôt[modifier | modifier le code]

Au cours de la première moité du XXe siècle, plusieurs expéditions océangraphiques ont été entreprise pour décrire la sédimentation en milieu marin profond[note 8]. Ils remarquèrent que de nombreux bancs de grès présentant un granoclassement vertical dans les séries fossiles étaient similaires et suggérèrent une orgine marine profonde. Parallèlement, des travaux[48],[49] proposèrent que ces sédiments étaient déposés par des courants gravitaires entaillant les pentes marines en profond canyon sous-marins. Ce sont finalement les travaux de Philip H. Kuenen[50],[51] qui vont confirmer ces hypothèses au travers d'expérimentations dans des réservoirs et par comparaison avec des séries fossiles.

Ces travaux vont conduire à une réinterprétation de l'origine des flyschs[52] si bien que les bancs granoclassés deviennent un critère déterminant des flyschs[53]. et les séquences turbiditiques vont être décrites parmi les flyschs alpins[54],[55]. Les critères d'identification des flyschs sont à cette occasion rediscutés à la lumière de cette découverte concernant la granulométrie, la composition et les figures sédimentaires[20],[11],[56] tandis que de nombreux travaux sur les séquences turbiditiques ont permis de mieux appréhender les faciès, la géométrie ainsi que les mécanismes de dépôt de flysch[57],[58],[59],[60],[61].

Parallèlement, il est confirmé que les flyschs sont des dépôts marins profonds et restreints aux géosynclinaux[53] car ces derniers sont les seuls susceptibles d'avoir des pentes suffisamment raides, grâce à des taux de subsidence élevés, pour permettre le déclenchement des courants de turbidités. Par ailleurs, seul un contexte orogénique permet de mobiliser de large quantité de sédiments pour les séquences de flysch[62]. La séquence de flysch est considéré comme dépendante de l'exhumation de la partie intragéoscynclinale constituant une cordillère[31] attribuant ainsi au flysch un faciès orogénique. Enfin il est confirmé que la sédimentation se produit durant ou avant la phase paroxysmale de l'orogène[31],[63],[64],[65] mais pourrait aussi se produire durant les dernières phases de plissement[64]. En conséquence, Certains auteurs[31],[63],[64] suggèrent de définir les flysch d'après les figures sédimentaires en faisant abstraction de leur origine, stratigraphie ou de leur contexte tectonique qui sont fonction de la provenance des sédiments et des zones d'accumulation.

2de révolution : la tectonique des plaques[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Tectonique des plaques.
Schéma d'une zone de subudction. La sédimentation de type flysch s'accumule dans la fosse (trench) et résulte de l'érosion des reliefs se formant en arrière de la zone de subduction.

Cependant l’avènement de la théorie synthétique de la tectonique des plaques[66],[67],[68] va considérablement remettre en cause le modèle orogénique synthétisé par Jipa[31]. Exit donc géosynclinal et cordillère, le nouveau modèle définit un domaine océanique qui se referme par la convergence de deux plaques continentales au moyen d’une zone de subduction. S’ensuit une collision de ces deux plaques, une fois que toute la croûte océanique a été subductée, qui s’accompagne par la création de relief (la chaine alpine par exemple). Selon ce nouveau modèle, les flyschs se déposent durant le premier stade de la convergence, dans un bassin océanique en phase de fermeture et par conséquent avant la collision[68]. Bien que son adoption générale fut plus tardive[note 9], plusieurs géologues développèrent des modèles pour les flyschs alpins en prenant en compte les contraintes tectoniques[69],[70],[71]. Par la suite plusieurs reviews sont entreprises pour fournir une reconstruction des conditions de dépôts des flyschs alpins[72],[73],[74],[75].

Mais rapidement, des séquences turbiditiques sont décrites dans une grande variété de contextes tectoniques au point que certains auteurs identifieront des flysch Atlantiques le long des marges passives[2]. Parallèlement, des études ont par la suite démontré l'influence de la tectonique sur la composition des sables[53],[76],[77] permettant une meillure identification des flyschs.

Quel statut actuel ?[modifier | modifier le code]

Dès son introduction par Studer, le terme de flysch a fait l'objet de critiques tout en gagnant en popularité. Il pris par la suite une signification double qui le définit soit comme (1) un faciès sans critère d'âge ou de stratigraphie ou bien (2) une formation précise liée au géosynclinal alpin[2] ce qui engendra de la confusion sur son usage. Pour Miall[13], le terme de flysch ainsi que celui de molasse ne sont au fond que des héritages de l'ancien modèle de géosynclinal.

Pour Homewood et Lateltin[7], le terme permet de décrire un stade de remplissage de bassin dans un contexte tectonique précis bien qu'ils reconnaissent qu'il n'existe pas d'équivalent pour les marges passives ou le stade rift tandis que certains auteurs identifient des dépôts de flyschs dans d'autres contextes orogéniques[13]. Le contexte orogénique est par ailleurs de débats et son dépôt avant la phase paroxysmale de l'orogène est contesté[3]. Les flyschs sont parfois décrits à différents stades de l'orogène[13],[78],[79].

Ainsi son usage est débattu par certaines auteurs[12]. La grande diversité des interprétations pousse Boussac à remettre en cause son usage[24] : « Il en résulte que le mot flysch finit par n'avoir plus aucune signification précise. Il est encore légitime de l'employer dans certains sens bien définis, pour certaines formations particulières: on dira Flysch calcaire comme on dit Calcaire grossier, et personne ne s'y trompera. Mais il ne faut parler du Flysch en général, parce que si ce mot a beaucoup de significations diverses et particulières, il n'a plus aucun sens général » (p. 641).

Face à la confusion initiale générée par son flysch, Studer proposa initialement d'abandonner son usage[80] puis considéra[81] qu'avec l'évolution des connaissances « le mot de flysch sera à la fin rayé de la terminologie géologique ». La confusion entre lithologie et sédimentologie des flyschs conduit certains auteurs à abandonner son usage[3],[13],[28],[79], en raison notamment d'incohérences dans d'autres systèmes orogéniques que les Alpes.

En conséquence, Kelling et Stanley[82] proposent de restreindre l'usage de flysch à un terme descriptif sans caractère génétique tandis que Miall[13] recommande de recourir aux clés stratigraphiques pour identifier les différentes successions et qui reflètent davantage les conditions de dépôts de chaque unité et leur contexte tectonique. Cela contribue par ailleurs selon l'auteur a restreindre les généralisations et à souligner la diversité tectonique du monde. Ainsi les révisions stratigraphiques effectués notamment en Suisse au travers du projet HARMOS[83] tendent à supprimer le terme de flysch dans la nomenclature des unités géologiques.

Description[modifier | modifier le code]

Depuis Studer[1], la définition du flysch a peu évolué dans son ensemble mais l’évolution des connaissances sédimentologiques et tectoniques a permit de mieux appréhender cette notion. Nous conseillons la lecture des travaux synthétiques sur les flyschs de Trümpy (1960)[29] et de Rech-Frollo (1972)[84] pour une analyse plus quantitative. Bien que par définition géodynamique, les flyschs sont des dépôts sédimentaires silici-clastiques et partagent plusieurs propriétés qui font l'objet de plusieurs études mais qui ne leur sont toutefois pas spécifiques.

Stratigraphie[modifier | modifier le code]

Flysch s.s.[modifier | modifier le code]

Les dépôts de flysch s.s. reposent invariablement sur une croûte océanique en cours de subduction. Depuis sa genèse dans la ride médio-océanique jusqu'à sa subduction, la croûte océanique est recouverte par trois couches sédimentaires successives dont le flysch constitue le dernier stade[9]. Le premier stade correspond au dépôt de radiolarite. Ce sont des dépôts pélagiques profonds constitués de boues siliceuses riches en radiolaires. Puis à l'approche de la zone de subduction (ou marge active), les apports siliciclastiques issus du domaine continental augmentent en proportion. Il s'agit tout d'abord de sédiment fins hémipélagiques s'accumulant sous forme de marnes potentiellement riche en radiolaire ou en foraminifère planctonique (calcaire à calpionelles, argile à palombini, micrite à glotruncana, etc[9]). Puis lorsque la croûte océanique atteint la fosse de subduction, les dépôts siliciclastiques de pente issus des courants de densité (flysch) prédominent. Les dépôts de flyschs scellent généralement la succession mais ils peuvent être parfois surmontés par un mélange sédimentaire. Cette succession stratigraphique correspond au modèle de Oceanic Plate Stratigraphy développé pour les sédiments marins du prisme d'accrétion japonais[85],[86]. Ces dépôts sont ensuite incorporés dans le prisme d'accrétion sédimentaire qui se forme en avant de la zone de déformation. Le plan de décollement se produit généralement dans les épaisseurs à dominante marneuse constituant la base de la série. Ainsi le substrat sédimentaire sur lequel reposait les flyschs s.s. est séparé et entre en subduction où il sera métamorphisé à l'image de la nappe de Tsaté ou de Zermatt Saas-Fee dans les Alpes (plus communément appelé Schistes lustrés). La limite supérieure est généralement marquée par un plan de chevauchement ou surmonté par un mélange[7].

Flysch s.l.[modifier | modifier le code]

Les flyschs s.l se déposent par contre sur une croûte continentale dont la couverture sédimentaire est caractérisée par des dépôts calcaires de plateformes et surmonté par des calcaires fins déposés en milieu relativement profond (Calcaire de Seewen du domaine helvétique dans les Alpes[note 10]) et auparavant décrits comme des faciès à calcschistes planctoniques[4]. Ils sont eux-mêmes recouverts par des séries pélagiques fines tels que les Marnes à Globigérine et les Schistes à Meletta dans le domaine helvétique. Contrairement aux flysch s.s., les flyschs s.l. ne sont guère affectés par la tectonique et le contact stratigraphique avec la base demeure généralement. De plus, ils sont généralement recouverts soit par un mélange, soit par des dépôts de type molasse.

Évolution de la sédimentation[modifier | modifier le code]

Les dépôts de flysch évoluent avec la migration de la croûte océanique dans la fosse. Les premiers dépôts correspondent à des faciès distaux de cône turbiditique. Ils se caractérisent par une prépondérance d'intervalles marneux entrecoupées par des bancs de grès fins et d'épaisseur centimétrique à décimétrique. Les intervalles marneux définissent la sédimentation fine hémipélagique tandis que les bancs de grès à conglomérats résultent des courants de densité. Les intervalles marneux peuvent aussi dériver dans une certaine mesure de ces mêmes courants (intervalle Te de la séquence de Bouma[57]). Puis progressivement les apports siliciclastiques augmentent tandis que les intervalles marneux diminuent jusqu'à atteindre dans un modèle idéal une accumulation de bancs conglomératiques. Toutefois les variations des apports siliciclastiques continentaux et du niveau marin en rapport avec la tectonique et le climat peuvent altérer cette succession et favoriser le retour à une sédimentation plus marneuse ou restreindre les apports les plus grossiers.

Lithostratigraphie[modifier | modifier le code]

Illustration d'une succession-type d'un flysch (ici en position redressée) dans un flysch bavarois avec son alternance marno-gréseuse.

L'image la plus commune du flysch consiste en une alternance monotone et régulière de bancs de grès bien lités et d'intervalles argilo-marneux (flysch argilo-gréseux pour les anciens auteurs[4]) sur une épaisseur de plusieurs centaines voire milliers de mètres[4]. Néanmoins le ratio marnes/grès est très variable (de 10:1 à 1:5)[29]. Des bancs calcaires et de conglomérats polygéniques complètent cette description stratigraphique en perturbant quelquefois cette alternance. Dans certains cas, les bancs calcaires prédominent et leur confèrent le nom de flysch calcaire (exemple : flysch à Helminthoïdes, flysch de la nappe de la Dranse). Il s'agit généralement de dépôt calcaire resédimenté et concentré à la base des séquences[22]. Ils présentent fréquemment une texture wackestone et apparaissent similaires à des calcaires fins pélgiques.
L'extension latérale des bancs est relativement importante et l’on peut suivre les bancs sur plusieurs kilomètres pour les faciès de bassins ce qui contraste fortement avec la Molasse où l’extension latérale est relativement limitée notamment dans les dépôts fluviatiles. Par contre les faciès proximaux de chenaux peuvent comporter d'importantes variations latérales. Il est possible d’observer des variations concernant l’épaisseur voire sa composition. Elle ne présente pas en outre de biais notable dans la succession (la nature turbiditique des flyschs sous-entend cependant des phases d’érosion affectant notamment la séquence pélagique) ou d’interruption du signal paléontologique. Le faible intervalle de temps constaté (5 à 20 Ma) induit par ailleurs un taux de sédimentation rapide lié au contexte orogénique.
Il est néanmoins pas toujours évident d’effectuer des subdivisions au sein de ces formations[4],[24]. Elles sont soit très monotones ou bien la complexité des alternances ne permet pas de délimiter des subdivisions ou des cycles. Seules l'étude du contenu paléontologique (âge) ainsi que la pétrographie (composition) permet dans ce cas de subdiviser le flysch. Par ailleurs les flyschs présentent une faible aptitude à l'affleurement. Ils sont généralement recouvert par la végétation limitant les corrélations latérales. Ainsi les principaux affleurements sont concentrés dans les carrières où le flysch est exploité et le lit de certains torrents.

Sédimentologie[modifier | modifier le code]

Les accumulations de type Flysch sont déposées par des courants gravitaires marins ou courants de densité (abusivement décrits comme des courants de turbidité) déposé dans un milieu marin profond. Dans un cas idéal, ils sont constitués par l'alternance de grès et de marnes (flysch argilo-gréseux). Les premiers constituent des dépôts liés aux courants de densité (origine extrabasinale) tandis que les intervalles marneux décrivent la sédimentation hémi-pélagique (origine intrabasinale), c'est-à-dire le résultat de la décantation de particules fines. Néanmoins, selon où l'on se place dans le système turbiditique, ces dépôts peuvent se composer d'une accumulation monotone de bancs gréseux à conglomératique dans les faciès de chenaux (flysch gréseux pour les anciens auteurs[3],[4]) ou présenter d'épaisse accumulations de marnes dans les faciès distaux de lobes (flysch noir pour les anciens auteurs[3],[4]). Les niveaux conglomératiques définissent généralement des milieux de dépôts proximaux liés au chenal voire des mécanismes de transport spécifique comme des debris flow. Les bancs calcaires constituent soit des faciès très distaux riches en fragments coquillers et notamment en foraminifères, soit des avalanches de débris issus des plateformes calcaires environnantes. La teneur en carbonate dans les grès mais aussi les intervalles argileux dépend de la position relative de la CCD par rapport au milieu de dépôt.
Il est important de préciser que tout flysch est un dépôt de courant de densité mais tout dépôt de courant de densité n'est pas systématiquement un flysch. C'est le cas notamment des dépôts sur des marges passives comme sur les bordures de l'océan Atlantique car déposé dans un domaine tectonique en extension (ouverture de l'Océan Atlantique).

Conditions d'affleurement[modifier | modifier le code]

Les conditions d'affleurement des flyschs fluctuent en fonction d'une part des lithologies et d'autre part de la déformation tectonique. Dans certains cas comme dans les Apennins et le long de la côte basque, le flyschs peuvent affleurer sur de grandes distances offrant ainsi d'excellente condition d'affleurement. Mais les flyschs sont par définition des lithologies tendres et donc sensibles à l'érosion. Les flyschs affleurent généralement très mal car régulièrement recouverts par des sols et notamment des pentes herbeuses. Toutefois selon leur inclinaison, l'alternance de niveaux marneux et gréseux peut favoriser la formation de plan de glissement conduisant à des glissements de terrain d'ampleur variable[87] et dont dérive le terme de flysch. Les meilleurs affleurements de flyschs sont alors situés dans le lit des rivières qu'il entaille. Ils forment généralement des sommets peu élevés et de forme arrondie (collines) pour les séquence à dominante marneuse tandis que successions plus gréseuses peuvent constituer des sommets aux arêtes plus marquées (crêts). Ainsi les flyschs ne constituent pas généralement de hauts sommets sauf s'ils sont situés en position structurale élevée[note 11]. Dans les systèmes plissés, comme les Préalpes, les flyschs ont tendance à être préservé au fond des vallées, dans les synclinaux, tandis que l'érosion les a supprimé des sommets et de la tête des anticlinaux.

Pétrographie[modifier | modifier le code]

Grains détritiques[modifier | modifier le code]

Les flyschs sont par définition des dépôts siliciclastiques représentés principalement par des grès aux conglomérats, alternant avec des intervalles marneux à argileux dont la composition est généralement proche de celle des grès[17]. La composition dominante est constituée de grains extrabasinaux c'est-à-dire d'origine externe au bassin de dépôt. Ils sont composés de quartz, feldspaths et lithoclastes en proportion variable et dont la composition est fonction de la nature des roches formant le bassin versant. Dans les Alpes, les assemblages de minéraux lourds sont dominés par des variétés stables (zircon, tourmaline et rutile) auquel se rajoutent grenat et spinelle chromifère selon la nature des sources[74],[88] (respectivement roches métamorphiques et croûte océanique). Les flyschs se caractérisent par une grande richesse en éléments cristallins surtout dans les conglomérats comprenant des granites, gneiss et autres schistes sans oublier des lithoclastes sédimentaires variés. Les clastes volcaniques sont aussi fréquent avec des termes basique à intermédiaire. Les flyschs présentent par ailleurs une forte proportion de micas selon certains auteurs[4],[17]. La fréquence de fragments de végétaux[9] ainsi que ponctuellement d'ambre soulignent l'importance des apports terrigènes.

Bioclastes et grains intrabasinaux[modifier | modifier le code]

Les grains intrabasinaux (e.g. issus du milieu de dépôt) sont généralement remaniés. Ils inclus des bioclastes provenant de la plateforme ainsi que des grains produits par précipitation chimique (glauconie, phosphate) en faible proportion et potentiellement remaniés. Les flyschs se caractérisent par un contenu fossile relativement pauvre[23] en raison des faibles conditions de préservation durant la phase de dépôt (profondeur relative par rapport à la CCD) et la diagenèse. Les bioclastes sont principalement représentés par des foraminifères ainsi que des algues rouges, bryozoaires, échinodermes, ammonites et belemnites selon l'âge du dépôt. Leur distribution dépend aussi des conditions océanographiques de la plateforme. Certains bancs des flyschs alpins présentent par ailleurs des concentrations très élevées en algues rouges ou en grands foraminifères (nummulites et discocylines) soulignant leur abondance et la construction de biohermes sur la plateforme continental[4]. Les coraux ainsi que les débris coquillers (mollusques et brachiopodes dont inoceramus) sont généralement rares dans les flysch alpins en raison notamment de conditions défavorables au Paléogène pour les coraux[89]. Certains fragments sont allochtones[23] à l'image des foraminifères planctoniques, écailles de poissons, ammonites et belemnites et se concentrent surtout dans les intervalles pélagiques (marnes). L’absence de macrofaune (reste entier de poissons, etc) est une constante dans les flyschs[7],[23] mais des écailles de poissons sont parfois retrouvées[11],[90],[91]. Les bioclastes présentent par ailleurs une corrélation avec la granulométrie[4],[22],[23],[90],[91],[92]: les grands foraminifères sont généralement concentrés à la base des bancs, dans les faciès grossiers, tandis que les microfossiles et les nannoplanctons calcaires se retrouvent dans les grès fins voires les séquences hémipélgiques. Enfin la présence d'organismes est aussi attestée par les bioturbations[4],[11],[23],[46] sur la base des bancs et incluant fucoïdes, chondrites, helminthoïdes, zoophycos ou cancellophycos et la présence de matière organique[93] notamment dans les intervalles marneux[11].

Cimentation et porosité[modifier | modifier le code]

La cimentation, tout comme la porosité, est très variable et dépend de la diagenèse ainsi que la profondeur relative par rapport à la CCD. L’ensemble est généralement cimenté par de la calcite et plus rarement par des argiles ou des silts[17],[84] mais peut présenter des inclusions de limonite[17]. La cimentation siliceuse est exceptionnelle (Cf. Ölquartzite).

Granulométrie[modifier | modifier le code]

Le tri est pauvre et l’on constate la présence de grains très arrondis de type éolien dans les granulométries les plus grossières. Les termes les plus grossiers présentent une plus grande variété de clastes tant en termes de taille que de nature et une matrice peut-être présente.

Variantes[modifier | modifier le code]

Flysch Alberese[modifier | modifier le code]

Lorsque la teneur en carbonate est prépondérante, on peut aussi rencontrer des flyschs calcaires[3] décrits comme de type Alberese. Ces calcaires détritiques sont finement laminés et à granulométrie fine (grès très fin à siltite). Ils se caractérisent par l'absence de microfaune.

Macigno[modifier | modifier le code]

Exemple d'affleurement de Macigno dans la région de Riomaggiore.

Le Macigno est un terme local qui décrit les grès à ciment calcaire des Apennins en Italie et des Alpes-Maritimes en France. Dans la littérature du 19e siècle, le terme de Macigno alpin est fréquemment utilisé comme synonyme de flysch.

Ölquartzite (ou Oelquartzite)[modifier | modifier le code]

Les Ölquartzite[4] se réfèrent à des bancs de grès riche en quartz (quartzite) et qui présentent un aspect huileux en cassure fraîche. Le terme fut fréquemment utilisé dans les flyschs suisses.

Wildflysch (ou Flysch à lentilles)[modifier | modifier le code]

Le wildflysch (littéralement Flysch sauvage) est un terme fréquemment utilisé en géologie alpine pour décrire des mélanges car la matrice des wildflyschs présentent une lithologie similaire au flyschs (alternance de bancs gréseux et d'intervalles marneux) et notamment au flysch noir (forte proportion d'intervalle marneux) dont elle peut dériver [4]. Certains auteurs décrivaient ainsi la matrice comme flyschoïde. Le wildflysch inclut fréquemment des lentilles de lithologie très diverse, décrites comme des blocs exotiques ou des lames tectoniques selon leur géométrie, et dont la taille peut être kilométrique. Cette unité a été pour la première fois décrite par Kaufmann[94] dans la région d'Habkern :

« Dunkelgraue bis schwarze, weiche, glänzende Schiefer, oft krummschalig und voll gestreifter Reibungsspiegel, wechseln mit Sandstein, zuweilen mit Konglomerat. Nicht selten sind Stadschiefer, Fukoidenschiefer und leimcrnartige Schiefer eingelagert, auch grünsandige Nummulitenkalke, Granit-breccien usw. » (p. 553)

Depuis le terme wildflysch tend à être remplacé par le terme mélange reconnu internationalement[95],[96]. Il s'agit d'unités géologiques dépourvues de stratification car résultant soit d'un glissement de grande ampleur (mélange sédimentaire) ou du démantèlement d'unités géologiques le long d'un plan de chevauchement (mélange tectonique). Elles sont par ailleurs régulièrement observées à proximité de dépôts de flyschs.

Exemples[modifier | modifier le code]

Orogenèse alpine[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Géologie des Alpes et Géographie des Alpes.

Les flyschs alpins sont liés à la fermeture de la Téthys alpine. La sédimentation des flyschs débute au Crétacé inférieur (Barrémien-Albien) dans les Alpes orientales[9],[74] et au Crétacé supérieur (Coniacien) jusqu'à l'Éocène supérieur dans les Alpes occidentales pour les flyschs s.s.[73],[74]. L'Oligocène marque ensuite le dépôt des flyschs s.l. (aussi nommés Flyschs helvétiques par opposition aux Flyschs alpins[9]) et de la Molasse. Ils sont représentés par des séries détritiques déposées sur la marge européenne (domaine delphino-helvétique) dans le bassin d'Avant-Pays Nord Alpin. Les principaux flysch alpins sont :

Alpes occidentales[modifier | modifier le code]

Alpes centrales[modifier | modifier le code]


Alpes orientales[modifier | modifier le code]

Carpathes[modifier | modifier le code]

Application en géologie[modifier | modifier le code]

Datation[modifier | modifier le code]

Par leur dépôt durant la phase de convergence, les flyschs constituent le témoin idéal de son évolution. Notamment leur datation permet de reconstituer les différentes phases de fermeture du bassin. Les flyschs se forment préférentiellement le long des zones de subduction. Ainsi le début de la sédimentation d'un flysch marque la proximité du domaine paléogéographique de la zone de subduction. La fin de sa sédimentation décrit son incorporation dans le prisme d'accrétion.

Biostratigraphie[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Biostratigraphie.

En raison d’un contenu paléontologique restreint, il n’est pas toujours aisé de dater précisément le flysch et par la même d’effectuer des corrélations. Les intervalles marneux résultant de l'accumulation de la pluie pélagique présentent des teneurs variables en foraminifères. Les intervalles argileux à argilo-micacés sont généralement stériles tandis que les intervalles marneux contiennent une microfaune potentiellement riche et abondante[4]. Ces organismes marins unicellulaires sont suffisamment bien connus pour que leur extension biostratigraphique soient exploités comme échelle de temps. Ainsi les assemblages de foraminifères permettent de fournir une fourchette d'âge aux dépôts qui les contiennent.
Diverses organismes sont exploités pour la datation des flyschs avec des résultats variables. Ils incluent les foraminifères benthiques, pélagiques, les nanofossiles calcaires ainsi que la palynologie. les pollens sont en effet suffisamment résistants pour s'accumuler dans ces dépôts marins profonds.
Ces organismes peuvent aussi être observés dans les séries gréseuses mais la nature de leur dépôt impliquent nécessairement un remaniement des faunes anciennes ce qui biaise les résultats.

Bentonites[modifier | modifier le code]

Les zones de subduction sont généralement associées à un volcanisme d'arc calco-alcalin de type andésitique à l'image de la Cordillère des Andes. Ce volcanisme peut se manifester par la présence de fragments volcaniques dans les dépôts silici-clastiques mais aussi par des couches de cendres volcaniques. Sous l'effet de l'altération, les cendres se transforment en smectite et forment des bentonites. Cependant, les cendres volcaniques peuvent aussi dériver d'un épisode volcanique éloigné et indépendant de l'orogenèse grâce à leur forte capacité de transport sur de grandes distances.
Outre la présence de smectite, les bentonites sont aussi composés de minéraux lourds dont des zircons. L'analyse de ces grains permet de fournir une datation absolue relativement précise du dépôt. Mais contrairement à la datation des foraminifères, la présence de bentonite est plus hasardeuse car pas toujours bien conservée et les bancs ont habituellement une épaisseur centimétrique voire millimétrique. Elles peuvent néanmoins contribuer à caler précisément la datation biostratigraphique.

Dans les Alpes, des bentonites d'âge Paléocène à Éocène précoce ont été identifié dans plusieurs unités[114] dont les flyschs de la nappe du Gurnigel[115],[116]. Elles seraient associées à la province ignée nord Atlantique[117] situé 1 900 km au nord. Cet évènement magmatique correspond à d'important épanchement basaltique lié à la séparation du Groenland avec la plaque européenne et prolongeant l'ouverture de la branche nord de l'Océan Atlantique.

Paléogéographie[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Paléogéographie.

L'étude de la composition des flyschs et notamment de sa fraction extrabasinale permet d'évaluer les unités tectoniques bordant la zone de subduction. Au cours de la fermeture du bassin, l'orogenèse modifie la disposition de ces unités en les enfouissant, les déplaçant ou en les exhumant. Il devient ainsi possible de reconstituer l'évolution des unités tectoniques exhumés au cours du temps.

Usages[modifier | modifier le code]

De nombreux flyschs ont fait l'objet d'une exploitation en carrière. Ils ont été exploités pour la construction et le pavage des routes. Il existe aussi des carrières de meule (ou meulière) dont les plus importantes sont situées au Mont Vouan[118] dans les Préalpes du Chablais.

Annexes[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Certains auteurs faisaient la distinction entre Flysch (unité stratigraphique) et flysch (faciès)
  2. Au moment de la collision, le prisme d'accrétion est nommé prisme orogénique car il n'y a plus d'incorporation de nouvelles unités géologiques. Sous l'effet de la contrainte, le prisme se déforme au travers de plis et surtout de failles et est aussi appelé fold and thrust belt.
  3. « Le fond de la vallée depuis Erlenbach jusqu’à Zweisimmen, tout le Hundsrücken et le fond de la vallée d’Ablenschen, les Saanenmöser, le fond de la vallée de Rougemont et de Château-d'Œx, la vallée élevée des Mosses jusqu’a Sépey, toute cette ligne parallèle à la direction des Alpes est occupée par une formation qui se montre en général sous la forme de schistes et grès noirâtres, mais qui prend un caractère très compliqué par la présence de blocs et de couches calcaires subordonnées, de grandes masses de brèches calcaires, des couches de quartz et de silex pyromaque noir et vert de poireaux. Les roches où la structure schisteuse prédomine sont appelées Flysch dans le pays et nous pouvons sans inconvénient étendre cette dénomination à toute la formation. Les roches ressemblent tellement à celles de la chaîne du Niesen et par conséquent celles de la chaîne de Glaris que je n’hésiterai pas à réunir ces formations si le gisement le permettait, seulement le mica est assez rare dans le Flysch tandis qu’il est fort commun dans les grès du Niesen »
  4. Plus tard, Eardley et White (voir référence) ont remis en cause son usage pour des dépôts équivalent du continent américain
  5. Voir aussi la note page 249 dans Dzulynski et Smith (1964).
  6. Les anciens auteurs parlent aussi d'alluvionnement
  7. D'après la note page 250 dans Dzulynski et Smith (1964), il semble que Mangin et Rech-Frollo aient confondu des bioturbations avec des traces de pattes d'oiseaux.
  8. Voir références dans Sinha et Upadhyay (1994) page 49.
  9. L'adoption de la théorie synthétique de la tectonique des plaques parmi les géologues rencontra de nombreuses résistances, si bien que des travaux des années 1980 continuèrent de considérer le modèle de géosynclinal.
  10. Le domaine briançonnais dans les Alpes constitue un cas particulier. Ce domaine continental séparé par deux espaces maritime (fossé valaisan et océan liguro-piémontais) est surmonté par un flysch dont le substrat est similaire aux flysch s.l.. Il inclut des calcaires peu profonds surmonté par des calcaires fins pélagiques (les Couches Rouges).
  11. Dans le cas d'un empilement d'unités tectoniques, les flyschs peuvent constituer des hauts sommets s'il sont situés au sommet de la pile

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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