Etude des paléokarsts des environs de Saint-Remèze (Ardèche, France) : mise en évidence d'une rivière souterraine fossilisée durant la crise de salinité messinienne

Paléokarst investigation near Saint-Remèze, Ardèche, France : discovery of an underground river fossilized during the Messinian salinity crisis. The paléokarst features studied in this paper are hosted in Lower Cretaceous limestone and generally appear as filled caves, subsequently de-roofed by denudation. The most important of them forms a sequence of segments developed at a relatively constant elevation of 360-380 m above sea level and can be traced over a length of 5.2 km. The ancient cave passages generally appear as soil covered bands, 5 to 20 m in width and limited on both sides by limestone outcrops. At surface the nature of the cave filling is revealed mainly by scattered blocks : calcite from speleothems and calcified clay, silt, sand and breccia. In the best preserved places, the earth band lies in a trench, where the walls may display a cave morphology and where the filling is often exposed in a undisturbed state. Three types ofdetrital cave filling have been identified, which in stratigraphical order are as follows : 1) Beige-grey silt, sand and microconglomerate of immature alluvials, with elements of Paleozoic granites and metamorphic rocks, and Upper Miocene volcanics, both originating from the Cévennes Mountains 30 km to the NW. The lithological composition is comparable to the recent alluvials of the Ardèche River, which is flowing a few kilometers to the SW and is deeply entrenched into a canyon at elevations of 40 to 80 m. The karst context, combined with the biostratigraphical data obtained from rodent molars in the alluvials, suggests an Uppermost Miocene age, comprised between -5.8 and ~ 5.45 Ma. 2) Red mature alluvials and colluvials originating from local reworking ofsurficial karst residuals. At one spot they gave a paleontological age of 3.6 to 3.0 Ma, but from the local karst context one may expect ages from final Miocene to Pleistocene in other spots. 3) Monogenic breccia generated from wall gélifraction, which is Pleistocene after rodent molars found in two places. The paleocave is visualised as formed by an underground stream fed from swallow-holes on the bank of the Ardèche River, when it was flowing more than 300 m higher than its actual bed. With regard to its relatively constant elevation and a discordant relationship with the country rock bedding, it is interpreted as a vadose cave controlled by a paleo-water-table. The other fillings (2 and 3) were deposited during subsequent vadose speleogenesis and after considerable water-table lowering. The elevation of this fossilised underground river coincides fairly well with the pre-salinity crisis abandonment surface (5.52 Ma), which is evidenced in the area by high perched gravel relics. The end of the speleogenesis could have taken place just before this event (-5.6 Ma) or at an age not younger than ~ 5.45 Ma. In the latter possibility, speleogenesis had to be working before the regressive erosion generated by the drastic lowering of the Mediterranean Sea [5.52 to 5.33 Ma, Clauzon etal, 2005] reached the area and de-watered the deep karst aquifer. This fossil underground river provides also information about the morphological evolution of the area. For instance the nature of the immature alluvials suggests that the torrential regime of the Ardèche was about the same than today. It also indicates that the important and famous cave systems in the area (Grotte de Saint-Marcel, Aven d'Orgnac, Système de Foussoubie, Grotte Chauvet), which are developed at lower elevations , cannot be older than -5.6 Ma and most likely formed mainly during the Plio-Pleistocene, although most of them have been initiated during the salinity crisis.Plusieurs remplissages de paléokarsts ont été étudiés, dont le plus important provient d'une paléo-rivière souterraine. Cette dernière apparaît actuellement sous la forme d'une succession de tronçons d'une galerie colmatée, puis exhumée à la suite de la dénudation karstique. Ces segments de grotte décapitée se suivent à l'altitude de 360-380 m sur une longueur en ligne droite de 5,2 km. Trois remplissages détritiques ont été mis en évidence, qui sont par ordre stratigraphique : 1) des limons et sables micacés beiges représentant des alluvions immatures exogènes au karst et dont l'âge miocène terminal a été révélé par des restes de rongeurs et par le contexte paléokarstique ; 2) des argiles et grès rouges matures, dont l'origine est locale et dont l'âge varie de miocène terminal à récent ; 3) des brèches de gélifraction pléistocènes. La pétrographie des alluvions immatures est comparable à celle des graviers de l'Ardèche actuelle, qui coule à proximité, profondément encaissée dans un canyon. La paléo-rivière souterraine était très probablement alimentée par des pertes partielles de l'Ardèche alors qu'elle coulait à l'altitude de 360-380 m, soit 300 m plus haut que l'actuelle. Les faibles variations de l'altitude du conduit fossile suggèrent une formation sur niveau hydrostatique. L'âge biostratigraphique des alluvions immatures et le contexte paléokarstique indiquent qu'elle était probablement encore active entre les âges de -5,6 et -5,45 Ma, c'est-à-dire, au maximum, peu avant le début de l'assèchement profond de la Méditerranée (la crise de salinité messinienne) et, au minimum, déjà pendant l'incision des canyons messiniens. Dans cette dernière option, bien que l'érosion régressive ait pu déjà être en progression à partir des côtes, elle n'aurait pas pu atteindre la région étudiée et donc pas encore pu vidanger l'aquifère karstique profond. Cette rivière souterraine fossile permet aussi une appréciation plus précise de l'évolution de la morphologie du karst ardéchois.Martini Jacques E.J. Etude des paléokarsts des environs de Saint-Remèze (Ardèche, France) : mise en évidence d'une rivière souterraine fossilisée durant la crise de salinité messinienne. In: Karstologia : revue de karstologie et de spéléologie physique, n°45-46, Année 2005 2005. Paléokarst des plateaux ardéchois et Ressources en eau dans le Sud de Madagascar. pp. 1-18