Pédogénèse
du Jura vaudois

Matériaux originels des sols Jurassiens

La Pédogénèse est l'ensemble des processus physiques, chimiques et biologiques, responsables de la transformation au cours du temps d'une roche-mère en sol, puis de l'évolution de ce sol.
Futur-sciences

Depuis longtemps, il a été admis que la roche calcaire était à l'origine des sols du massif Jurassien. Cela semblait d'autant plus vrai, que les couches inférieures du sol reposent directement sur la roche calcaire. Cependant, à la fin des années 60, il a été mis en évidence un ensemble de sols brunifiés, voire lessivés, qui ne pouvaient trouver leur origine dans le massif (limons allochtones).

Depuis, les travaux de Michel Pochon (professeur de Pédologie à l'EPFL), durant les années 70, dans la région du Mont-Tendre : "Origine et évolution des sols du Haut-Jura suisse", on sait qu'une partie des sols du Jura, n'est pas le résultat direct des résidus de décarbonatation des calcaires et de leur couverture sédimentaire (disparition des carbonates d'une roche par dissolution). Le sol s'est formé à partir d'un apport éolien, d’origine alpine, en grande partie composé de quartz et de minéraux issus de roches éruptives (des limons cristallins), qu'on nomme "lœss". Le lœss est le véritable matériel, qui a donné naissance à une part importante des sols des pâturages boisés.
Quatorze types de sols (dont quatre largement dominants) sont décrits dans le domaine des pâturages boisés, et la répartition des groupements végétaux est directement liée aux sols en présence.

Chronologie de l'histoire des roches et sols Jurassien

Le Jura, nom d’origine celtique se rattachant à la racine "juris", qui désigne une hauteur boisée (bois de montagne) est constitué par une vaste chaîne de forme incurvé, dont la convexité est dirigée vers la France ; si au sud il se rattache aux plis subalpins du Dauphiné, il s’éloigne rapidement des Alpes pour fermer au nord-ouest la cuvette molassique du Plateau suisse.
Riebens (1957) - Professeur à l’Université de Lausanne, Directeur du Centre de recherches européennes

Les origines

A l’ère primaire, entre 420 et 270 millions d'années, la chaîne Hercynienne (ou chaîne Varisque), chaîne de montagnes comparable à l'Himalaya, s'étendait entre les deux supercontinents issus de la fracture de la Pangée, Laurasia au nord et Gondwana au sud.
Cette chaîne s'étirait sur une longueur de 5 000 kilomètres et une largeur moyenne de 1000 kilomètres et recouvrait une partie de l’actuelle Europe, incluant l’emplacement du Jura. Il y a 250 millions d'années, l'érosion avait aplani, arasé ou arrondi l’essentiel des reliefs de la chaîne, dont ne subsistent du reste que des vestiges tels le Massif Central, le Massif des Vosges ou le Massif Armoricain.

Au Jurassique

Entre le début de l’ère secondaire (250 millions d’années) et environ 90 millions d’années, le futur Jura, va être recouvert à deux reprises, comme toute l’Europe occidentale, par des mers peu profondes, et soumis à des climats successivement chauds et humides, ou subdésertiques. C’est durant ces périodes que se déposent les couches sédimentaires composant les sols jurassiens.
Conséquence des transformations du milieu, cette sédimentation n'est pas homogène, mais constituée d'une succession de couches reconnaissables à leurs compositions :

• L'Argovien et Malm (Jurassique supérieur) : l’Argovie est formé d'une succession de bancs calcaires peu épais et de feuillets marneux. C'est un mélange d’argile et de calcaire, sur une épaisseur de 200 mètres. Il donnera une roche friable sensible à l'érosion, cachée sous les calcaires durs du Malm.
• Le Séquanien, le Kimméridgien et le Portlandien : Les trois étages sont dominés par des calcaires durs, de couleur grise (avec présence de couches intercalées plus marneuses), sur plus de 400 mètres d’épaisseur. Peu sensible à l'érosion, ils seront à l'origine des sols peu profonds avec des calcaires affleurant, couverts de forêts et de pâturages (très largement répandus dans le domaine du Parc Jura Vaudois). Plus résistante, la couche du Kimméridgien, produira des formes Karstiques, comme les cavités ou les lapiez.
• le Purbeckien : il est composé de calcaires friables et de marnes, d'une épaisseur de 20 à 30 mètres. Il sera à l'origine des petites combes (les combes purbeckienne). Le Purbeckien se termine il y a 140 millions d’années et marque la fin du Jurassique.
• L'Hauterivien inférieur (Crétacé) : il est fait de marnes imperméables. Jamais affleurant, il sera à l'origine des combes humides et des sources.
• L’Hauterivien supérieur : Composé de petits cristaux de calcite et de glauconie (association de minéraux argileux intermédiaires entre le groupe des micas et des silicates), minéral riche en fer.
• le Barrémien : Un calcaire gris et dur. A cause de sa résistance à l'érosion, il formera des collines et des crêtes au milieu des synclinaux.

Au tertiaire

A l'air tertiaire, la région se libère peu à peu des eaux. Vers 140 millions d'années, les eaux météoriques (type d'eau existant dans le sol depuis longtemps - à l'échelle géologique -, et qui provient des précipitations pluviales) commencent à éroder les surfaces calcaires émergentes. Vers 50 millions d'années, de nombreuses failles s'ouvrent suite à la formation du graben (fossé d'effondrement) du Rhin et vers 6 millions d’années, la mer se retire définitivement.

Entre 6 à 7 millions d’années, le processus géologique d'élévation en altitude des roches, par la tectonique des plaques (collision des plaques continentales africaine et européenne), fait naître la chaîne actuelle du Jura. Le Jura étant issu des contraintes tectoniques consécutives à la formation des Alpes, c'est un massif jeune, en comparaison avec la chaîne Alpine.
Les premiers plissements du relief, résultent du déplacement du bassin molassique (plateau) actionné par les poussées alpines. Suite à un "décollement" des masses calcaires, ces dernières s'avancent dans l'espace compris entre le massif central et les Vosges. Par la suite, il se produit une seconde poussée, bien plus violente, qui soulève de hautes chaînes le long du bord septentrional du Plateau suisse.
Le massif se forme par une succession de plis où alternent des anticlinaux qui sont pliés vers le haut et qui forment en général les crêtes, et des synclinaux qui sont pliés vers le bas, et forment des combes (appelées combes synclinales).

La dernière glaciation

Plus tard, l'Europe connaît plusieurs périodes de glaciations, la dernière "le Würm", il y a environ 20 000 ans, recouvre le Jura occidental d'un glacier. Son foyer se situe dans la vallée de Joux, en direction du nord-est, il ne dépasse pas la région de Vallorbe. Sur une hauteur maximale de 2000 mètres, sa calotte s'écoule de tous les côtés, recouvrant une bonne partie des sommets.
Le glacier se déverse du côté Lémanique où il rejoint, sur les flancs sud du Jura, le glacier du Rhône (à une altitude inférieure à 1200 mètres). Sa présence empêche le glacier Rhodanien de passer les cols Jurassien.

Les principaux effets des deux glaciers sont l’érosion, qui met la roche à nu (disparition des sols antérieurs au Würm), et la gélifracturation, qui la fait littéralement éclater en créant des moraines. Les glaciers se retirent peu à peu, abandonnant devant eux des plaines poussiéreuses, et finissent par disparaître entre 12 000 et 11 000 ans av. J-C.
Arrachés par le vent aux moraines du glacier du Rhône, les sédiments sont principalement déposés sur les endroits dénudés : un dépôt de 40 à 45 centimètres de lœss, roche sédimentaire détritique, c’est à dire formée pour plus de 50 % de débris, d'une granulométrie très faible, va ainsi s'accumuler sur le jura.
Ces sédiments subissent une rapide décarbonatation et sont entraînés par le ruissellement, s’accumulant dans les parties basses des combes au détriment des crêtes et des pentes. L'érosion éolienne des moraines du plateau Rhodanien et l’accumulation du lœss sur le sol du Jura a perduré jusqu'à la complète colonisation des moraines par la végétation. Cette redistribution est toujours bien présente dans les sols actuels : Les pentes sont constituées des sols minces calcaires, peu évolués, contenant une importante fraction grossière. En opposition, dans les replats et les creux, l'accumulation du lœss, a donné naissance à des sols acides profonds, de textures générales limoneuses.

Naissance d'une forêt

A la fin du Pléistocène, le climat se réchauffe, la couverture végétale s'étend et des espèces pionnières profitent des graviers et des sables morainiques laissés par la fonte des glaciers pour s'installer en altitude. Cette recolonisation végétale du Jura, évolue vers des pelouses accompagnées des premiers buissons, ils stabilisent et fixent les sols et permettent les prémisses d'un sol humifère. Peu à peu, une lande apparaît, qui, vers 10 000 ans av. J-C., donne naissance à une première forêt constituée de conifères (Pinus sylvestris et certainement Pinus uncinata).
Vers 8700 ans avant J-C., un dernier sursaut de l'air glacière marque la fin du Würm, il éclaircit la forêt au profit d'une nouvelle colonisation par la lande.
Nouveau réchauffement à partir de 8000 ans avant J-C., le pin devient l'élément principal de la forêt, accompagné par le bouleau, l'orme, l'érable et le noisetier. Les premiers sapins font leur apparition vers 4400 ans avant J-C., pour devenir dominant à partir de 3200 ans avant J-C. L'épicéa s'installe dans les forêts, au environ de 2500 ans avant J-C. Les conditions climatiques en altitude lui sont certainement favorables, car très vite il y surpasse le sapin.

Le rôle de la végétation

Dans le Jura, la minéralogie du dépôt et celle de la roche n'étant pas concordantes. Les limons éoliens (lœss), décarbonatés et décalcifiés, ont conduit à une pédogenèse par voie acide sur une roche mère carbonatée (45% des sols des pâturages Jurassiens).
C'est la végétation qui joue un rôle actif sur la création (sur dépôts épais de limons) et le maintien (sur dépôts minces de limons) d'une ambiance calcique. Elle favorise la remontée biologique d'éléments de cations basiques nutritifs, empêchant ainsi une trop forte acidification des sols (La libération de cations basiques, dépend aussi du degré de fragmentation de la roche-mère).
Ce phénomène, associé à la richesse en argiles (40%) et en fer des limons éoliens, est généralement un frein à la podzolisation. Très localement, lorsque le taux d’argile s’abaisse, on observe une podzolisation plus importante des sols (LUVISOL DÉGRADÉ), qui sont alors de type brun ocreux, souvent colonisés par des nardaies. Le nard est une espèce végétale herbacée de l’étage alpin et subalpin, se développant sur sols acides pauvres en calcium et en magnésium.

Le podzosol ou podzol est un type de sol lessivé qui se forme sous les climats froids et humides sur substrat au pH très acide. Quand l'épaisseur de matériau silicaté dépasse 35 cm, le calcium ne joue plus aucun rôle. L'acidification est très marquée et la formation de complexes organométalliques à base de sel de fer (sulfate de fer) et d'aluminium devient dominante. La pédogenèse bascule dans la podzolisation qui progresse néanmoins de façon ménagée.
R. Michalet et S. Brucke - La podzolisation sur calcaire du subalpin du Jura

La pédogenèse va donc dépendre de l’épaisseur du dépôt et de la capacité des racines des plantes à atteindre les carbonates de la roche-mère, pour contrer la dissolution des éléments solubles par infiltration (la lixiviation).