LES DÉBÂCLES DE L’ÈRE GLACIAIRE

Il y a plus de 10 000 ans d’immenses calottes glaciaires recouvraient le nord de l’Europe, la Suisse ; et en Amérique, tout le Canada et le nord des Etats Unis.

 

Pendant plus d’un siècle, géologues et glaciologues croyaient que ces grands glaciers, appelés inlandsis, ont disparu progressivement et calmement. Mais à partir des années 60s, des scientifiques commencent à soupçonner que les eaux de fonte glaciaire aient souvent déferlé en de gigantesques débâcles ravageant tout sur leur passage. Dans les décennies qui suivent les géologues ne cesseront de dévoiler les cicatrices de ces catastrophes sur des territoires en Scandinavie, dans les îles Britannique, en Suisse, en Sibérie, dans les monts Altaï, dans l’Himalaya et en Alaska. On croit même que la Manche fut creusée par un cataclysme.

 

Cette interprétation de phénomènes régionaux fait maintenant consensus. Mais voilà que dans les années 80, des géologues canadiens lancent une nouvelle controverse. Selon eux, les paysages glaciers portent les marques de catastrophes de plus grande ampleur qui se mesurent à l’échelle Continentale. La communauté scientifique se divise.

 

  • À propos de ce ebook... ▼

    Cet ebook se veut accessible à tous tout en guidant le lecteur vers un niveau académique appréciable. Il vous guidera non seulement à l’aide d’images mais aussi de mini vidéos et d’animation 3D. Les géologues, géographes, glaciologue, ingénieurs et hydrologistes y trouveront leur compte. L’idée vient d’un collègue géologue du Quaternaire (de l’ère glaciaire) et vétéran à la Commission Géologique du Canada. Cet ebook est en processus continuel sous la supervision de géoscientifiques. Nous désirons aussi vous faire visiter en vidéo des territoires qui sont difficiles d’accès. De plus, sur ces terrains la vue du sol n’a pas son égal avec celle vue d’un drone. L’imagerie aérienne est indispensable pour la géomorphologie.

     

    Cet ebook est aussi une opportunité de se familiariser avec une vraie controverse scientifique ce qui ne manquera pas d’éveiller la curiosité des sociologues.

     

 

L’impact de l’eau sous glacière sur nos paysages est classé en deux catégories :

 

 - L’érosion du socle rocheux qui engendre une multitude de s-forms de l’anglais ‘Sculpted forms’ les formes sculptées.

- L’érosion ou la déposition de dépôt meuble sous le glacier. Ce sont des sédiments non consolidés que nous appelons moraine.

 

Ces deux catégories de topographie ne sont pas sans controverses surtout quand il est question d’interprété les immenses champs de drumlins.

 

L’enjeu du débat est l’estimation gigantesque des volumes d’eau qui déferlèrent vers la fin de la dernière glaciation.

Au début des années 80, John Shaw développa un modèle d’eau sous-glaciaire pour expliquer les champs de drumlins qui recouvrent 80% de la superficie du Bouclier Canadien soit les ¾ du Canada. À cette surface nous devons considérer les drumlins du Nord des États-Unis, du Royaume Unis, de la Pologne et de la Scandinavie.

 

Depuis, depuis 4 décennies certains géoscientifiques (glaciologues, géologues, géomorphologues, hydrologistes) ont travaillé à cette théorie. Malgré la centaine de publications et les relevés sur le terrain la majorité du monde académique résiste à initier la nouvelle génération à la théorie des eaux sous-glaciaires.

Pourtant à ce jour il n’y eut que trois publications scientifiques pour s’opposer à ce modèle. De plus, ces 3 articles se limitent à des généralités sommaires. La barrière est surtout d’ordre psychosociale due au fait que la théorie évoque des catastrophes à l’échelle continentale.

 

 

LES S-FORMS

 

Les s-forms ont-elles été sculptées par les eaux sous-glaciaires ou par l’action abrasive à la base des glaciers? La question est facile à répondre. Il s’agit de lire toutes les publications sur le sujet. Les eaux sous-glaciaires en sont clairement la cause et nous pourrions même affirmer qu’il n’y a là aucune controverse et même aucun débat. En effet toutes les publications des dernières décennies travaillent à l’option de l’eau sous-glaciaire. C’est la seule issue qui donnent des réponses tangibles. Les observations sur le terrain corroborent avec les expériences de laboratoire et les crues brutales  de nos rivières. Et pourtant il y a encore beaucoup de professeur dans les facultés qui persistent à insinuer le contraire. Ils se réfèrent à de vieux articles des années 50s tout en oblitérant la littérature moderne. Pour se donner une allure scientifique le prof n’a qu’à évoquer brièvement les options possibles. De leur côté, les hydrologistes et ingénieurs en mécanique des fluides qualifient cette attitude de bornée. Les notions d’écoulements turbulents et les vortex expliquent très bien tous les types de s-forms dans leurs moindres détails. Comment un dogmatisme académique puisse-t-il persister? Réponse simple : L’aspect troublant des s-forms est leur omniprésence sur les territoires couverts par les inlandsis. Partout où le socle rocheux affleure on retrouve ces s-forms. Cette ubiquité suggère que de grandes quantités d’eau déferlèrent à grande débit sous les inlandsis. Si on accepte que les s-forms sont d’origine hydro-catastrophique il n’a qu’un pas à faire pour solutionner la cause des mystérieux drumlins puisque ces deux morphologies sont étroitement associées.

Vue aérienne d'une 'hiérarchie de s-forms majoritairement des sichelwannen.

Photo aérienne par John Shaw. La photo couvre près de 100 mètres en largeur.

LES DIFFÉRENTS S-FORMS

 

Omis la cavitation, l’eau comme telle n’a pas de pouvoir abrasive si ne n’est des particules de sable et gravier qu’elle transporte. En milieu sous-glaciaire l’eau est surchargée en particules. A haut débit l’écoulement devient turbulent puisque le moindre obstacle génère des vortex ou tourbillons. Inévitablement des vortex et de la cavitation se forment ce qui multiplie colossalement la puissance érosive de l’eau.

 

Ces vortex se dissipent naturellement mais avant de s’éteindre ils peuvent percuter le rock creusant des s-forms pendant un bref moment :

 

-Lorsqu’un vortex percute le roc obliquement il s’évase latéralement, ce qui excave un muschelbruch, soit une cavité en forme de moule.

- Si le vortex frôle le socle avec un angle plus faible un spindle flute apparaitra.

- Lorsque le vortex est dévié latéralement par une surface oblique une forme de virgule se creusera, en anglais comma.

 

Si un vortex persiste parallèle à la surface rocheuse il peut creuser un long sillon appelé cavetto, forme qui évoque une moulure concave dites cavetto en architecture.

 

Comment un courant d’eau déclenche l’apparition de vortex?

 

1- La simple présence d’un obstacle

2- Une remonté de la topographie du terrain

 

Lorsque le courant remonte subitement une pente il se produit un roulement perpendiculaire aux lignes de courant. Se vortex se courbera vers l’aval et creusera un sichelwanne (en allemand, cavité en faucille).

 

Les sichelwannen semblent indépendant de tout obstacle ponctuel. Nous le savons grâce aux observations de terrain comme à French River (lire Kor & al,1991). En effet les sichelwannen s’organisent disposés en échelon ou dit en quinconce. On décrit ce genre d’aire comme une sorte de hiérarchie de s-forms. Ces champs de s-forms peuvent couvrir une superficie de plusieurs milliers de mètres carrés. On dira qu’ils se sont auto organisés (self-organized). On voit bien que le socle rocheux est assez homogène dépourvu d’obstacles ponctuels contrairement à Cantley au Québec. Une hiérarchie de s-forms a été reproduit en laboratoire en faisant couler une eau légèrement acide sur un socle homogène constitué d’un plâtre de Paris.

 

DES REBORDS AFFILÉS

 

Les s-forms sont souvent limités par des rebords affilés. Seuls les vortex d’un fluide (l’eau ou l’air…) peuvent sculpter ce genre d’arêtes vives. La déformation plastique de la glace poncera le socle rocheux avec des coins arrondies à moins que le roc éclate sous l’action du gel et du dégel comme dans le versant avale des roches moutonnées.

 

Dans tous les cas, les bords affûtés des sillons reflètent l'érosion simultanée du lit environnant par le flux primaire et par l’abrasion des vortex secondaires(Richardson and Carling, 2005).

 

 

LES FORMES D’OBSTACLE : L’EXEMPLE DE CANTLEY, QUEBEC

 

Lorsque qu’un courant rencontre un obstacle un vortex se crée autour de celui-ci. Le vortex se divisera en deux bras creusant des sillons en avant et de part et d’autre de l’obstacle. Les sillons en forme de fer à cheval témoignent de la forme du vortex lors de l’érosion. Cantley, au Québec, est un exemple connu mondialement. Le socle rocheux est composé d’un marbre parsemé d’une multitude d’inclusion volcanique de toutes les tailles allant du millimètre à quelques mètre de diamètres (lire Sharpe & Shaw, 1989). Ces inclusions sont composées d’une roche intrusive volcanique beaucoup plus dure que le marbre qui l’encaisse. Lors du déluge sous-glaciaire ces inclusions ont mieux résisté que le marbre. Ces durs obstacles ont ralenti l’érosion du marbre sur le versant avale en sauvegardant une crête. Ces crêtes ressemblent à des queues de comète et portent différents noms selon leur forme : rat tail (queue de rat), hairpin (épingle à cheveux) … Cette famille de s-forms se nomme obstacle marks (marques d’obstacles). Les rat tails ont aussi été reproduits en laboratoire sur du plâtre de Paris incrusté de particule de fer. Devant l’obstacle apparaîtra un sillon frontal (front furrow en anglais) en raison d’un vortex refoulé. Ce sillon frontal s’observe dans les expériences de laboratoire, sur le roc comme à Cantley, dans les formes sculptés par le vent dans la neige ou le sable et même sur le front amont des fameux drumlins.

 

En 1991, je visitais Cantley pour la première fois en compagnie de Dave Sharpe de la Commission Géologique du Canada. Dave avait déjà publié l’étude du site en 1989 (Sharpe and Shaw, 1989). Je fus surpris d’apprendre que de nombreux glaciologues visitant le site déduisent trop vite que les formes furent sculptées par la déformation lente et plastique du glacier. Il s’agit de faire un tour rapide de l’affleurement pour réaliser comment l'argument ne tient pas :

 

- Même à l’échelle du minéral ou cristal on retrouve les rat tails. La base d’un glacier avec la moraine de fond ne peut sculpter ces délicates mini formes.

 

- À la vitesse normale de l’écoulement d’un glacier la pression de la glace se referme aussitôt derrière l’obstacle. L’obstacle doit être de l’ordre de plus d’une dizaine de mètres pour résister à la fermeture du glacier en avale.

 

- Seuls les vortex de l’eau peuvent sculpter les crêtes et les sillons avec des profiles saillants. L’érosion glaciaire à la base n’a aucune délicatesse pour ce genre de sculpture.

 

- Comment un glacier pourrait-il excaver un cavetto en surplomb sur un mur vertical ?

 

- On observe un cavetto sur un mur vertical creusé par un courant vers le haut.  Sur le devant et simultanément un autre courant coule horizontalement se séparant en 3 vortex autour de deux obstacles (inclusions volcaniques). À l'été 2017, nous avons observé qu'au bas du cavetto il y a une deuxième coupelle marquée par une érosion vers l'observateur. Devant cette complexité de séparation de courants on ne peut évoquer les mouvements d’un glacier. D’ailleurs en hydrodynamique le concept Flow separation (Séparation de flux) est une notion importante.

 

- Lorsqu'un géologue est peu familier avec l'origine hydraulique des s-forms il est de mise de souligner la présence de marmites (potholes) bien connues pour être creusées par un vortex vertical.

 

 

LE GNEISS DE CANTLEY : UNE CLÉ ÉTONNANTE

 

Cantley offre une autre solution à une polémique concernant des s-forms trop discrètes et du ‘plucking’ sorte arrachement du socle rocheux. Le site du marbre de Cantley se situe du côté ouest de la route 307. La route sépare cette formation géologique d’un gneiss granitique situé du côté est. Les deux roches sont de l’âge du Grenville, une ère récente du Précambrien. Quoique le gneiss est plus dur que le marbre, il fut luis aussi érodé par cet catastrophe. L’exploitation de la gravière à l’est de la route est toujours en opération ce qui a ouvert récemment une nouvelle fenêtre sur le socle caché. On y observe des sichelwannen et des muschelbruch qui peuvent facilement passer inaperçus de par leur relief peu protubérant. Ces s-forms sont sculptés sur des surfaces verticales qui se terminent brusquement par des arrachements de blocs du côté avales du courant. Sur l’ensemble des falaises de gneiss on ne retrouve pas de strie propre à l’érosion glaciaire.

 

Un secteur de la falaise est composé d’un gneiss plus hétérogène avec l’aspect d’un gâteau marbré. La texture minéralogique fut poli par une érosion différentielle qui met en relief les parties plus dures et même à une échelle du millimètre. Non seulement un glacier laisserait des stries mais ne pourrait opérer cette délicate abrasion. L’arrachement de blocs disparus est dû à un phénomène commun au grand flash floods : le hydraulic plucking, arrachage ou martèlement hydraulique. En avale d’un obstacle sous fort courant d’eau il y a une chute de pression qui ‘succion’ le roc. En présence de turbulence cette chute de pression varie et oscille rapidement ce qui exerce un effet ‘marteau pilon’ sur le roc.

 

Certains géologues peuvent vouloir limiter l’hydro catastrophe au marbre de Cantley. Mais une observation vigilante du gneiss voisin rappel comment nous devrions interpréter les s-forms sur de vastes régions.

LA CAVITATION

 

À grande vitesse d’écoulement de l’eau subit de grandes oscillations de pression. En dépression des bulbes de vapeur se forment. Lorsque soumises à des surpressions ces bulles s’effondrent avec une violence pouvant atteindre plusieurs milliers de bars et plusieurs milliers de kelvins. En implosant, une bulle émet une onde de choc pouvant piqueter toute surface quel que soit sa dureté. En industrie, la cavitation est une réelle préoccupation en raison des dommages qu’elle peut causer.

 

Dans les petits vortex les cavitations se produisent au pourtour de ceux-ci. Les bulles de vapeur se forment au centre du vortex, lieu de la dépression. Les bulles s’effondrent au pourtour du vortex là où la pression augmente subitement. Le vortex prend une forme de carotte s’amincissant en avale. Le vortex effleurant le socle percutera le roc avec des milliers de micro choc creusant une empreinte en forme de flûte ou de carotte. À French River certains surfaces du socle sont criblées de marques de cavitation.

La présence de cavitation témoigne que l’eau atteignait un écoulement violent de dépassant le 10 m/s (voir les études de Allen, 1982). Dans le cas de French River nous déduisons par les graphiques une vitesse dépassant le 60 m/s. De plus ces marques de cavitation indiquent l’origine hydraulique des s-forms ce qui met fin à la controverse.

 

Nous vous invitons à French River pour survoler l’Île Cavitation, île sans nom que nous avons baptisé ainsi à l’été 2017.

Vous pouvez approcher la première vidéo comme un jeu ou un exercice. Tentez de repérer les éléments suivants :

 

- Des commas

- Des spindle flutes

- Des chaines de sichelwannen en cascade (cascading sichelwannen).

- Des longs sillons ou cavettos

- Des surfaces couvertes de milliers de cavitations

- De l’arrachement hydraulique (hydraulic plucking) avec des formes d’écailles de poisson concaves.

 

Ensuite regardez la vidéo suivante qui vous donne quelques indications :

EXPLOREZ CANTLEY EN DRONE ET EN VIDÉO

 

LE DILEM DE FRENCH RIVER

 

Toutes ses formes sont demeurées vierges depuis leur formation il y a plus de 8000 ans sans jamais avoir subis d’érosion ou d’abrasion par un ré attachement d'un glacier actif sur sa base. Pourtant le secteur était bien occupé par un glacier de 1 à 2 km d’épaisseur dont la base exerçait des pressions énormes. La topographie des Grands Lacs a été particulièrement façonnée par cet événement que certains ont nommé l’Évènement Algonkin. Les débits ont été estimés à 5 000 000 m3/s. L’activité normale d’un inlandsis est d’avancer sur son propre poids vers son extérieur. Son poids persiste tant qu’il y a un flux de neige qui l’alimente au fil des hivers. Pour désamorcer l’activité abrasive d’une telle calotte glaciaire un évènement doit l’amincir considérablement. Ici la fonte s’est faite brutalement par l’hydro catastrophe. Le glacier s’est rassis sur sa base et débuté son extinction. Les s-forms de French River ont à peine été altérés même après 8000 ans. Depuis peu, cette préservation n’est plus un mystère car nous savons que cette topographie fut émergée des profondeurs à une époque assez récente. Plusieurs tribus des Grands Lacs comme les Ojibways ont gardé le souvenir d’un drainage brusque de la Baie Géorgienne vers le Lac Huron.

 

 

RÉFÉRENCES ET RESSOURCES

Sharpe, D.R. and Shaw, J. (1989). Erosion of bedrock by subglacial meltwater, Cantley, Quebec. Geological Society of America Bulletin, 101, 1011–1020.

Kor, P. S. G., Shaw, J. and Sharpe, D. R. (1991). Erosion of bedrock by subglacial meltwater, Georgian Bay, Ontario: a regional view. Canadian Journal of Earth Sciences, 28, 623–642.