extrait de : Bull. Soc. géol. France, 1997, t. 168, n 2, pp. 243-253

Mots clés. - Tills, Molasses, Carbonates, Isotopes stables, Géochimie du strontium, lac Annecy.

Résumé. - Le remplissage détritique de la dépression d'Annecy est surtout constitué de dépôts liés à la dynamique glaciaire würmienne. Les carbonates marins mésozoiques et le complexe molassique cénozoïque qui forment le substratum du paléo-bassin versant tardi-glaciaire, ont fourni l'essentiel des matériaux qui composent les tills déposés par les glaciers. La caractérisation isotopique (18O, 13C, 37Sr/86Sr) de leurs différents composants permet de distinguer trois principaux flux glaciaires. L'analyse des fractions silicatés des tills de fond et des molasses met en évidence, au travers des relations isotopiques Rb-Sr, des mélanges mécaniques entre des phases minérales issues d'épisodes tectoniques tardi-hercyniens et pré-alpins. L'analyse géochimique des fractions carbonatées des différents faciès présents dans le bassin montre que les carbonates glaciaires résultent d'un simple mélange mécanique entre les carbonates mésozoiques et ceux issus du complexe molassique cénozoique. Les signatures isotopiques des tills, en appui des observations de terrain, permettent de préciser, dans le temps et dans l'espace, la genèse de ces formations superficielles peu différenciées.

Extrait : ...

Dynamique glaciaire : La caractérisation isotopique des échantillons de tills affleurant dans le bassin met en évidence trois formations glaciaires d'origines distinctes (fig. 4). Le report de leur signature isotopique (notamment de leur valeur DSr), couplé à un lever cartographique des dépôts glaciaires affleurants ou reconnus en sondage [Nicoud, données non publiées], permet d'estimer les limites minimales d'extension des différents flux glaciaires würmiens dans la dépression d'Annecy (fig. 6). Ceux-ci ne pouvant être différenciés sur la seule base des observations de terrain. Les principaux types de circulation glaciaire identifiés sont:

1) un glaciaire issu du sud-est par la cluse d'Ugine à Faverges et déposé par les glaciers réunis de l'Arve supérieure diffluant par Mégève et du Beaufortin. Les fortes valeurs DSr, de -161 à -165, indiquent, pour ce flux glaciaire, une contribution minimale des sédiments molassiques et suggèrent une origine alpine très interne. Cette contribution allochtone au bassin pourrait être composée de calcaires marins jurassiques et/ou de calcaires lacustres chattiens. Ces deux roches sources sont sous-représentées dans le bassin par rapport aux calcaires crétacés;

2) un glaciaire local issu des Bornes dans le haut bassin versant du Fier et se prolongeant au sud dans la vallée du Laudon. Les valeurs DSr, de -141 à -149, sont très proches des valeurs obtenues pour les calcaires urgoniens et confirment l'extrème proximité des matériaux détritiques transportés par ces glaciers. Les sédiments actuels du Fier, dont le cours supérieur utilise un parcours peu différent, portent la même signature isotopique (DSr= -137);

3) un glaciaire issu du nord dit de l'"Arve-Rhône" (valeurs DSr de -109 à -118), déposé par le glacier diffluant par le col d'Evires. Ce glaciaire s'étend dans la dépression du grand lac d'Annecy en direction de Leschaux où il est mélangé avec les masses glaciaires des Bornes et de l'Arve supérieure-Beaufortin. Ce flux glaciaire présente, d'un point de vue isotopique, la plus importante contribution des sédiments molassiques et suggère un trajet nettement plus externe, même si sa composition lithologique signe une origine alpine.

Il en résulte que la cluse d'Annecy à Ugine a subi un creusement par ses deux extrémités, la ligne d'affrontement des flux glaciaires se situant au droit du verrou calcaire de Talloire-Duingt (fig. 6). Le retrait du glaciaire local de la vallée du Laudon favorise, par la suite, le débordement du glacier Arve supérieur-Beaufortin sur le verrou urgonien de Talloire-Duingt, au niveau de St Jorioz où un affleurement isolé a livré une signature isotopique univoque (DSr = -161). Cette superposition de deux flux détritiques distincts démontre que deux branches du glaciaire wurmien ont occupé successivement le site d'échantillonnage. Deux centres de diffusion glaciaire et trois flux sédimentaires distincts sont ainsi mis en évidence dans le bassin versant du lac d'Annecy. Ces arguments militent pour un concept polygénérique du phénomène de glaciation dans le massif des Alpes. Plus important encore, apparaît le concept de déglaciation asynchrone à partir de centres de fonte différents. Cette ébauche de dynamique glaciaire, à l'Èchelle d'un bassin versant, souligne la complexité, dans l'espace et dans le temps, du retrait des glaciers wurmiens au sein de la couverture glaciaire alpine, mais fournit également les éléments méthodologiques permettant une cartographie discriminante des sédiments glaciaires.

CONCLUSIONS

La caractérisation isotopique (18O, 13C, 37Sr/86Sr) des fractions carbonatées et silicatées des flux détritiques intervenant dans le remplissage de la dépression de la cluse du lac d'Annecy a permis de mettre en évidence les résultats suivants:

1) les fractions carbonatées définissent deux ensembles de roches sources: les carbonates marins mésozoïques et le complexe molassique cénozoïque essentiellement continental. La sédimentation glaciaire, représentée par les tills et sédiments fluvio-glaciaires, résulte d'un simple mélange mécanique entre ces deux pôles. La distribution des valeurs de DSr permet de séparer les tills en trois familles distinctes;

2) du point de vue des résidus insolubles silicates, le complexe molassique détritique (carbonates lacustres exclus) intègre les composantes minéralogiques formées lors des deux grandes crises tectoniques hercynienne et alpine dont les âges théoriques donnés par la systématique Rb-Sr (270 et 130 Ma) sont définis par deux droites de mélanges. Les sédiments glaciaires s'expliquent par un mélange des deux composants;

3) la sédimentation détritique de type glaciaire procédant par mélanges mécaniques n'altère pas la signature isotopique des différentes fractions carbonatées constitutives et, par là même, génère des formations dont l'homogénéité isotopique n'est fonction que des proportions de mélange. Trois directions principales de flux glaciaires sont ainsi mises en évidence dans le bassin pour la glaciation Würmienne:

• un glaciaire nord Rhône-Arve à forte composante molassique;
• un glaciaire local reflétant strictement la couverture carbonatée mésozoïque à dominante crétacée;
• un glaciaire sud plus marqué par les apports lointains (calcaires marins jurassiques et/ou calcaires lacustres chattiens).

Des éléments de chronologie relative du retrait glaciaire ont également pu être mis en évidence et, à terme, cette étude permet d'envisager une cartographie isotopique des formations superficielles peu différenciées que sont les sédiments glaciaires.

Remerciements. - Ce travail s'intègre dans le programme CLIMASILAC (Programme de recherches pluridisciplinaires sur le bassin versant du lac d'Annecy). Nous remercions E. Deloule pour la mise à disposition des échantillons du forage BRGM Sv101 analysés en systématique Sr par Ph. Henry ainsi que B. Doudoux pour une lecture critique du manuscrit. Les analyses ont été réalisées au Département Géochimie du BRGM dans le cadre du projet "Géoprospeetive et paléoelimatologie" de la Direction de la Recherche.

Key words. - Till deposits, Molassic sediments, Carbonates, Stables isotopes, Strontium isotope geochemistry, Annecy lake.

Abstract. - The Annecy depression infill is essentially reflected by the clastic sediments related to the dynamics of the Wurmian glaciation. The marine Mesozoic carbonates and the non-marine Cenozoic molassic complex, which form the palaeo-watershed bedrock of the Annecy glacial lake, provided a large part of the ti ll material deposited by glacial fluxes . Isotopic characterization ( 180, 13C, 87S r/86Sr) of the different sediment components enables restoration of their depositional processes. The till and molasse silicate fractions show, through Rb-Sr isotopic relationships, mechanical mixing involving mineral phases that resulted from tardi-Hercynian and pre-Alpine tectonic events. Multi-isotopic measurements of the carbonate fractions show that the glacial sedimentation can be explained by a mixing between Mesozoic carbonates and the Cenozoic molassic complex. The convergence of basic field data and isotopic signatures from the carbonate fractions of ice-related sediments leads to the reconstruction through time and space of the genesis of these poorly differentiated surface deposits.

ABRIDGED ENGLISH VERSION

The accumulation of ice-related sediments is one of the most striking features of Alpine valleys. In the Annecy depression, these sediments are related to the Wurmian glaciation [Monjuvent and Nicoud, 1987] and include a broad range of glacial deposits from various types of till to pure lacustrine deposits. The origin of the detritic material can be allochthonous (distant glaciers from the inner Alps and related melt waters) or autochthonous (local glaciers and associated palaeo-rivers). Consequently, a mineralogical and geochemical characterization of the different source rocks and involved dynamic processes, is essential prior to any sedimentological study of glacial infill. The Annecy glacial lake received the products of erosion from a Wurmian watershed much larger than the present one (fig. 1). The climate reconstitution of the last deglaciation using cored sediments of this lake [Casanova et al., 1996] requires a preliminary investigation of the geological area (fig. 2). This paper presents the isotopic signature (180, 13C, 87Sr/86Sr) of forty three outcropping lithologies sampled during an extensive survey, including the marine Mesozoic carbonates ; the Cenozoic molassic complex, the till deposits and some modern river sediments. A complementary sample set from the BRGM Sv l01 core located West of the Annecy Lake [Henry, 1994] was also analysed. This core mainly encompasses the Cenozoic molassic complex from Burdigalian to Cretaceous substratum. The whole samples were analysed for the stable isotope (180, 13C) contents of their carbonate fractions (table I). A set of 15 representative samples was selected from the different families of deposits for the strontium geochemistry (table II). Analyses were carried out both on the carbonate fractions obtained by sequential leaching with cold HCl 0.2 N and on the insoluble residues. Published strontium analyses of Henry [1994] were also taken into account.

Stable isotope compositions (fig. 3) allow discrimination between the marine Mesozoic limestones (mean d18O = -3.3 ± 1.1 %o, mean d13C = 1.7 ± 0.6 %o, n = 25) and the Cenozoic molassic complex mainly of continental origin (mean d18O = -8 ± 1.5 %o, mean d13C = - 2.2 + 1.2 %o, n = 26). Till deposits are distributed between these two extreme end-members along a mixing line. Analyses on different granulometric fractions show the sedimentological homogeneity of the till deposits with respect to their 13C & 18O contents. The 87Sr/86Sr isotopic geochemistry of the carbonate fractions is presented in ASr form, with reference to modern sea water, according to the Denison et al. [1994a, b] equation:

DSr = (87Sr/86Srsample - 87Sr/86Srsea water) x 10.6

Large DSr variations are observed in the sample set (table II). Figures 4a and 4b show the relationships between stable isotopes and DSr values. In these two diagrams, the data are scattered into a complex mixing field. The different end-members are represented by:

• a component characterized by the lowest DSr values (-2.3 to -45.4) and the most negative d18O (-10.8 to -7.3 %o) and d13C (-3.6 to -1 %o) values. From a lithological point of view, this group is composed of five samples from the molassic complex (An94-01, An95-22, three samples from Sv-101);
• the lacustrine Cenozoic limestones (lower Chattian) show the highest DSr values ranging from -180 to -200, but are only found in Sv-101 core;
• the marine Mesozoic limestones (Urgonian) with DSr values ranging from -120 to -155, and the most positive d13C values (=± 2.2 %o).

A strong linear correlation (r = -0.9 for d18O vs DSr and r = -0.83 for d13C vs DSr) between the molassic deposits and the ice-derived sediments (till and fluvio-glacial deposits) emphasises the strictly mechanical nature of the mixing processes during sedimentation. The till deposits can be divided into three families on the basis of their DSr values (from -118.4 to -165.2). The first exhibits average DSr of -162.4 ± 2.8; the second shows average DSr of -144.1 ± 4 and the third exhibits DSr values ranging from -118.4 (till An 95-25) to -109.2 (fluvio-glacial deposit). The present river sediments show a DSr value of -136.5, which is closest to the second family. These relationships define the carbonate fraction of till deposits as the result of a mechanical mixing between the Mesozoic limestones and the Cenozoic molasse complex. The strontium isotopic geochemistry of the insoluble residue is presented in a classical 87Sr/86Sr vs. 87Rb/86Sr isochron diagram (fig. 5). The black symbols represent samples from this study, whereas open ones represent samples from the, Sv101 core [Henry, 1994]. Three relationships are observed; the first encompasses most of the molasse samples from Sv101 core plus one exposed molasse sample. The slope of this linear relationship corresponds to a theoretical age of 270 Ma reflecting a tardi-Hercynian phase. The second relationship includes three till samples the modern river sedi-ments, one molassic sample and two separate minerals [Henry, 1994]. The slope of this line gives a theoretical age of 130 Ma corresponding to a pre-Alpine signature. These ages are in agreement with the previous ones obtained in the same geographical area by Henry et al. [1994]. These two isochrons reflect mixing processes between the different rock components that make up the till and molasse deposits. The third relationship encompasses the main part of the samples analysed during this work and the slope of the regression gives a theoretical age of 160 Ma reflecting mixing proportions specific to the Annecy region.

The combination of field observations and geochemical data from the exposed tills leads to the identification of three main glacial circulations, and to the following spatial distribution for the Wurmian glacial fluxes in the Annecy depression (fig. 6):

• a south-east glacial direction from an upper Arve glacier. The DSr values (=±-161/-165) of these till deposits suggest an inner Alp origin, probably not influenced by the molassic complex;
• a local diffluence from the Borne massif originating in the Fier watershed and moving south into the Laudon valley. The DSr values of these tills (-141/-149) are very similar to the isotopic signature of the Urgonian limestones;
• a northern Arve-Rhone glacial direction, the DSr values (-109 to -118) of which indicate a stronger influence of the molassic complex from the outer Alps.

The isotopic characterization of distinct and sequential fluxes in the Annecy glacial infill suggests a polygeneric ice sheet. This contradicts the concept of a uniform Wurmian Alpine ice sheet [Campy, 1992; fig. 7]. It is also demonstrated that the Alpine deglaciation proceeded from heterogencous and asynchronous melting centres.