Ann. For. Sci. 48 (1991) 575-591
DOI: 10.1051/forest:19910507

Déterminisme paléoécologique des écosystèmes actuels du Haut-Jura, en relation avec la fracturation des roches

M Gaiffe and S Bruckert

Laboratoire de pédologie université de Franche-Comté, place Leclerc, 25030 Besançon Cedex, France

Résumé - L'étude en parallèle des groupements végétaux, des sols et des interfaces sols-roches, a montré que les écosystèmes étaient étroitement dépendants des modes de fracturation (densité de fracture, taille des fragments) et des propriétés (système poral, conductivité hydraulique) des bancs calcaires à l'affleurement dans la haute-chaîne jurassienne (800-1 700 m). Aux étages montagnard et subalpin, 9 groupements végétaux et 3 types de sols ont été associés aux 3 types de bacs qui caractérisent le contexte géologique karstique : des lapiez (blocs séparés par de larges fractures); des calcaires concassés (bancs éclatés selon un réseau serré de fines fractures); des bancs fragmentés en dalles séparées par d'étroites fractures. Le système poral assure l'évacuation des eaux gravitaires avec des dynamiques et des effets propres à chaque type de banc. Dans des milieux qui reçoivent les mêmes précipitations, le substratum géologique, par le biais de la fracturation, de la géométrie des fragments et de l'organisation à l'interface sol-roche, crée des flux hydriques et des flux de calcium qui différencient les écosystèmes. Compte tenu du fait que la fracturation a été surtout d'origine tectonique, le déterminisme de l'aptitude à la cassure des roches a été recherché dans la composition des calcaires. Les teneurs en calcite, en dolomie, en résidu insoluble et en matière organique de ce résidu, ont différencié significativement les types de bancs, indiquant ainsi que la différenciation de composition s'est opérée précocement au moment de la sédimentation. La morphologie actuelle des bancs a donc été attribuée à 2 séries d'événements, de nature sédimentologique, et de nature orogénique. Les premiers relient l'écologie du bassin sédimentaire de l'ère secondaire à l'expression actuelle des écosystèmes.

Abstract - Impact of past sediment ecology on rock fracturation and distribution of current ecosystems (Jura, France). Differences in the fracture type of limestone rocks have resulted in the formation of several main plant soil ecosystems in the montane and subalpine zones of the Jura (800-1 700 m). The sites were on stable landscape with slope < 5%. Locations were chosen to reflect the variation in physical properties of the bedrock and lithic contact. The rock fractures (densities and size), the shape and size of the fragments and the hydraulic conductivities were described and analyzed to characterize the 3 main bedrocks in the areas studied (table I) : 1), lapiaz, ie, large rock fragments separated from each other by wide fractures (figs 1-2), "broken" rocks traversed by numerous fine fractures (figs 2-3), paving-stones crossed by infrequent narrow fractures (fig 3). The effects of rock fracturing on vegetation (table II) and soil formation were significant in reference to porosity and permeability relationships (figs 6-7). Under similar precipitation, meteoric waters flow through the soil and porosity is relative to fracture systems (figs 4, 5). The weathering of cobbles in the soil profiles and along the lithic contacts maintains different soil solution Ca levels and is an important variable in soil and ecosystem formation (table III). Regarding the regional orogenic phases and the tectonic origin of the fractures, we postulate that the different types of fracturation originated from the different chemical and mineralogic composition of the rocks. Significant differences exist in both the calcite and dolomite content, in the insoluble residue content (table IV) and in the percentage of organic matter of the carbonate-free residues (table V, fig 8). The results indicate that the differences in rock composition arose early at about the period of sedimentation. The origin of the differentiation might be due to the sedimentation conditions and environment (fig 9). It is concluded that the present-day plant soil ecosystems may be related to the marine sediment environments of the Jurassic period (fig 10).

Key words: montane ecosystem / rock fracturing / rock composition / rock effect / limestone sediment palaeoecology / Jura karst

Mots clés : écosystème montagnard / fracturation des roches / composition des roches / effet roche / paléo-écologie des sédiments calcaires / karst du Jura