Báo cáo khoa học: "Relation entre l’intensité de l’hydrothermalisme ancien ayant affecté les roches mères et l’actuelle défoliation et jaunissement des résineux adultes : exemple du Louschbach (Vosges)"

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Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "Relation entre l’intensité de l’hydrothermalisme ancien ayant affecté les roches mères et l’actuelle défoliation et jaunissement des résineux adultes : exemple du Louschbach (Vosges)"

Article original Relation entre l’intensité de l’hydrothermalisme ancien ayant affecté les roches mères et l’actuelle défoliation et jaunissement des résineux adultes : exemple du Louschbach (Vosges) D MP Turpault M Bonneau, Gelhaye centre de Nancy, équipe Biogéochimie des écosystèmes forestiers, INRA, 54280 Champenoux, France le 8 juin 1994; accepté le 5 octobre 1994) (Reçu Résumé — Le faible taux de saturation en cations basiques est un des facteurs qui prédisposent les peuplements forestiers au dépérissement. Ces sols pauvres sont souvent développés sur des roches pauvres qui fournissent peu de cations basiques en s’altérant. Dans le massif des Vosges, d’âge her- cynien, l’hydrothermalisme est par endroit très intense et doit être pris en compte. Il modifie la composition chimique et minéralogique des roches et donc leur potentiel nutritif. Au Louschbach, le granite du Valtin (à quartz, feldspath potassique, plagioclase, biotite et muscovite) est recoupé par un filon de quartz + hématite + (mica blanc). Autour de ce filon, se développe une auréole d’altération où le granite est transformé. Il est injecté par des veinules de quartz. Les biotites sont transformées en micas blancs, hématite et quartz. Les plagioclases sont transformés en micas blancs et quartz. Dans la zone très alté- rée près du filon, la quantité de calcium et de magnésium a diminué de plus de la moitié. Au tour de ce filon, la défoliation et le jaunissement des sapins et des épicéas sont mesurés sur des placettes de 2 500 m en fonction du degré d’hydrothermalisme. Le dépérissement augmente nettement lorsque l’hy- 2 drothermalisme est intense. Il est plus fort sur les épicéas. Concernant la roche mère, un autre facteur très important pour le dépérissement est la présence de dépôts glaciaires. Ils sont très hétérogènes et influencent le dépérissement dans les 2 sens selon leur nature. Le temps est un facteur important et les mesures montrent que la défoliation a doublé sur une placette témoin entre 1992 et 1994. sapin Abies alba Mill Picea abies Karst / dépérissement / hydrothermalisme / / épicéa = = Vosges Summary — Relationships between the intensity of past hydrothermalism in the bedrock and present needle loss and yellowing of adult coniferous stands. Example of Louschbach (Vosges mountains). The low basic cation presence in the cationic exchange capacity of soils is one of the fac- tors which favours forest decline. Such poor soils are often developed on poor rock which releases few basic cations during weathering. In the Vosges mountains dating from the Hercynian age, hydrother-
mal alteration has been very intense in places and must be taken into consideration. This changes the chemical and mineralogical composition of the rocks, and consequently their nutritive potential. In the Louschbach site, the Valtin granite (quartz, K-feldspar, plagioclase, biotite and muscovite) is crosscut by a large quartz/hematite/white mica vein. This vein is surrounded by an alteration halo where the gran- ite is transformed. It is interspersed by some quartz veins (thickest < 500 μm). Biotite has been trans- formed into white mica, hematite and quartz. Plagioclase has been transformed into white mica and quartz. In the strongly altered zone near the vein, the amount of calcium and magnesium decreases by more than 50%. Around this large vein, the needle loss and yellowing of fir (Abies alba Mill) and spruce (Picea abies Karst) were measured on plots of 2 500 m according to the hydrothermal alteration 2 intensity. The decline clearly increases with the intensity of the hydrothermal alteration and is stronger in the spruces. As regards the parent material, another factor that is very important for decline is glacial sediment. This is heterogeneous and influences the decline in both directions depending on their composition. Time is an important factor and the measurements show that needle loss doubled between 1992 and 1994 on the control plot. white fir Abies alba Mill / spruce Picea abies Karst / forest decline / hydrothermalism / = = Vosges cations basiques. À l’opposé, l’augmenta- INTRODUCTION tion artificielle de la quantité de cations basiques sur la capacité d’échange par fer- Le dépérissement dans le massif des tilisation entraîne une diminution très nette Vosges a été étudié depuis une dizaine de la défoliation et du jaunissement (Bon- d’années (Landmann, 1991 ; Bonneau et 1993 ; Nys, 1991 ; Belkacem, 1993). neau, Landmann, 1993). De nombreux facteurs À l’intérieur même d’un massif géolo- interviennent sur le dépérissement et sont gique cristallophyllien, la composition chi- classés en 3 groupes (Landmann, 1991). mique et minéralogique peut varier. En effet, Les facteurs prédisposants sont la sylvicul- en dehors des hétérogénéités souvent rela- ture, les caractéristiques physiques du sol, tivement faibles lors de la mise en place, le climat rigoureux et les dépôts atmosphé- les roches peuvent subir d’importantes modi- riques acides qui jouent essentiellement sur fications physiques et chimiques au cours de la masse foliaire. Le faible taux de saturation leur histoire. Les massifs cristallophylliens des sols en cations basiques et les dépôts des Vosges, comme la plupart des massifs, acides sont des facteurs prédisposants inter- sont en général affectés par des événe- venant surtout sur le jaunissement. Les fac- ments hydrothermaux (Pagel, 1981 ; Grif- teurs déclenchants sont de nature clima- fault, 1987) qui peuvent localement inten- tique : les séries d’années sèches sont sément modifier la roche mère. Le granite suivies par une accentuation du dépérisse- du Valtin, situé dans la partie centrale des ment (Becker, 1987 ; Levy et Becker, 1987). Vosges est un bon exemple de ces varia- Les facteurs aggravants sont essentielle- tions chimiques car il est fortement hydro- ment biotiques (faune pathogène). Dans cet thermalisé à l’approche de sa limite orientale article, nous nous intéresserons indirecte- (Hameurt, 1967). De plus, le site du Lousch- ment à un des facteurs prédisposants qui bach, au nord de ce massif, a fait l’objet de est le faible taux de saturation des sols en recherches concernant le dépérissement cations basiques. Bonneau et Fichter (1991) depuis 1985. Un suivi des solutions du sol a ont montré que le dépérissement des forêts été effectué entre 1988 et 1992 et a conduit vosgiennes est souvent plus marqué sur à l’établissement de bilan de cations (Moha- les sols pauvres qui sont généralement med Ahamed, 1989, 1992 ; Mohamed Aha- développés sur roches mères pauvres en med et al, 1993 ; Ranger et al, 1994). Des
forestières de peuplement adulte de sapin expériences de fertilisation ont été mises (Abies alba Mill) ou d’épicéa (Picea abies en place depuis 1985 (Bonneau et al, 1991 ; Karst). Le potentiel disponible de cations Bonneau, 1993) et une cartographie basiques ainsi que les autres facteurs mis en aérienne du dépérissement a été faite en évidence au Louschbach sont discutés. 1990 par l’IGN (Rapport IGN, 1991 ; Bon- neau et Fichter, 1991). Une étude pétrographique et cristallo- GÉOLOGIQUE CADRE chimique du granite sain et hydrotherma- lisé du Valtin sur le site du Louschbach est Le massif des Vosges peut être subdivisé présentée dans la première partie de cet 2 parties suivant la nature et l’âge des en article. Ensuite, la relation entre le degré terrains (fig 1) : d’hydrothermalisme de la roche mère et la cristallophyllien, en partie anté- masse foliaire et le jaunissement est éta- le socle - est constitué de gneiss et migma- blie à partir de mesures sur 13 placettes varisque,
du Brézouard et est rapporté à la phase tite plissés et métamorphisés qui sont injec- des différentes phases de l’oro- asturienne (westphalien) de l’orogenèse de tés au cours genèse hercynienne par des granitoïdes qui la chaîne varisque. La méthode de datation ont emprurnté, pendant les phases de Rb/Sr (Bonhomme, 1965) donne un âge compris entre 304 et 314 10 ans». 6 détente, les grands décrochements résul- tant des compressions (essentiellement N- S) auxquelles était soumis ce socle. MATÉRIELS MÉTHODES ET Des terrains volcano-sédimentaires du - dévono-dinantien soumis durant la phase saalienne (Permien inférieur) à des mou- Matériels vements cassants donnant naissance à des grabens qui sont comblés au Permo-trias. Les difficultés concernant les échantillonnages d’origine sédimentaire Les gneisssont destinés à mettre en évidence une relation entre 1 000 MA :
spectromètre de flamme pour Mn et Ti, observés sont échantillonnés. Ils présentent tous Mg, au spectromètre à plasma pour le Na et K et les 2 des traces d’altération supergène. L’échan- au phosphore, le calcium et les éléments traces tillon GR7 est un granite non hydrothermalisé et (Samuel et Rouault, 1983). L’autre partie de la l’échantillon BOD8 est hydrothermalisé. Les poudre est utilisée afin de connaître la compo- autres échantillons, prélevés dans des blocs déci- sition minéralogique à partir de la diffraction de métriques d’arène ou de sols des placettes sont rayons X soit directement sur poudre ou sur hydrothermalisés (fig 2). lames orientées de fractions inférieures à 2 μm après traitement par ultrason et décantation. Le Placettes forestières diffractomètre utilisé est un Siemens 5000 équipé d’une anticathode cuivre. Afin de limiter l’influence des autres facteurs, les Sur les placettes choisies, tous les arbres sont placettes choisies dans l’éponte du filon de quartz notés en pourcentage de perte d’aiguilles et en du Louschbach sont peuplées d’arbres adultes jaunissement avec une incertitude de plus ou et situées à une altitude voisine (entre 1 060 et moins 5%. Les arbres morts ont reçu des notes 990 m) avec des pentes relativement douces. Le de 100%. Les résultats par placette comprenant dépérissement du sapin (Abies alba Mill) et de au minimum 40 arbres sont la moyenne des notes l’épicéa (Picea abies Karst) est testé en fonction des arbres de la placette. Afin de comparer les du degré d’hydrothermalisme (fig 3). Sur le site du résultats du jaunissement avec ceux des années Louschbach, il n’a pas été possible de trouver précédentes, 5 classes sont établies suivant le des placettes équivalentes sur granite non hydro- pourcentage de jaunissement (classe 0 : pas de thermalisé (chablis, recouvrement glaciaire, alti- jaunissement ; classe 1:1110%; classe 2 :11 à tude différente) ni de peuplement d’épicéa sur 25% ; classe 3 : 26 à 60%, classe 4 : > 61 %). roche peu hydrothermalisé. Après une revue sys- tématique des sites potentiels dans le massif du granite du Valtin situé au nord de la Vologne, une RÉSULTATS seule placette à épicéa et à sapin peu hydro- thermalisé a été trouvée et comptée sur le site de la forêt de haute Meurthe près du village du Roche mère Grand Valtin (fig 1 ). Roche mère Méthodes hydrothermalisée non Les parties des échantillons peu atteintes par L’échantillon GR7 estcomposé de quartz, l’altération supergène sont utilisées pour la réa- plagioclase, fedlspath potassique (fré- lisation de lames minces, la fabrication de poudre quemment du microcline), biotite, quelques et pour le tri de certains minéraux après concas- muscovites et des minéraux accessoires sage de la roche. Les lames minces permettent (zircon, apatite). Quelques rares micas une étude pétrographique sous microscope blancs de petite taille se sont formés dans optique et des analyses ponctuelles à la micro- les feldspaths. Les recristallisations de feld- sonde (CAMEBAX MBX du service commun d’analyse de Nancy). Les erreurs analytiques à spaths à leur périphérie sont fréquentes. la microsonde sont de ± 1,5% pour SiO Al ,O 22 , 3 Des micas blancs très fins pseudomor- MgO, de ± 1% pour K CaO, TiO MnO, FeO O, 2 , 2 phosent des cristaux de forme globuleuse et de ± 3% pour Na Les résultats sont pré- O. 2 qui sont vraisemblablement des cordité- sentés sous forme de moyenne de 15 analyses rites. La précipitation de quartz au joint de minimum par type de minéral (en masse grain des minéraux est vraisemblablement d’oxydes et en formule structurale). Le fer est calculé sous forme Fe Les poudres sont utili- . 2+ en relation avec la mise en place du filon de sées pour l’analyse totale de l’échantillon. Une quartz. partie de la poudre est solubilisée à 1 000°C L’analyse de GR7 est proche des ana- avec du tétraborate de lithium et une analyse lyses de la littérature (tableau I). Elle pré- totale élémentaire est effectuée au spectromètre sente cependant une teneur plus élevée en d’émission à arc pour les éléments Si, Al, Fe,
deutérique, précipité dans le feldspath silice et des teneurs moins élevées des potassique, a la même composition que la autres oxydes. Cette teneur élevée en silice muscovite. est due au quartz précipité entre les joints de grain. Les analyses chimiques des miné- À partir des analyses des minéraux et raux effectuées sur les échantillons GR7 l’analyse totale de l’échantillon GR7, les de sont données dans le tableau II. Microcline quantités de minéraux ont pu être établies. et orthose se distinguent par leur teneur en Cette détermination est basée sur un sys- sodium. Le plagioclase est une albite avec tème de 4 équations (4 éléments chi- 9% d’anorthite (Ca/Ca + Na 0,09 ; rap- miques : Na, K, Al et Mg) à 4 inconnues = port molaire). La biotite est pauvre en (pourcentage de feldspath potassique avec magnésium (Mg/Fe un quart de microcline et 3 quarts d’orthose, Mg 0,2 ; rapport + = La muscovite primaire contient du de plagioclase, de muscovite et de biotite). molaire). Le pourcentage d’apatite est déduit de la sodium (Na/Na + K 0,09 ; rapport = molaire). Le mica blanc vraisemblablement phosphore. teneur en
Nous trouvons 42% de quartz, 24% de Les affleurements en place sont consti- feldspath K, 23% de plagioclase, 5,8% de tués principalement de quartz laiteux muscovite, 5,5% de biotite et 0,4% d’apatite recoupé par un réseau anastomosé de vei- nules d’hématite et des veinules à quartz + (tableau III). Hameurt (1967) donne une hématite rectilignes. Sur les pierres volantes composition minéralogique d’un échantillon (non en place), des brèches de quartz lai- prélevé au sud du massif (La Bresse) qui teux anguleux celés par un ciment d’héma- est différente : 36% de quartz, 33% feld- tite sont observées, ainsi que la présence de spath potassique, 22% de plagioclase, veinules à quartz + mica blanc donnant une 3,5% de biotite, 2,5% de muscovite et 2,5% couleur verdâtre. de zircon, apatite, chlorite, pinite et héma- tite). A priori, il est impossible, à partir de telles observations, de déterminer la quantité de chaque minéral du filon et leur répartition. Roche mère hydrothermalisée Par exemple, le filon contient peut-être une quantité non négligeable de mica blanc qui L’hydrothermalisme au Louschbach se tra- n’est plus visible en surface car elle est duit par filon à quartz + hématite ± illite de un reprise par l’altération supergène. puissance décimétrique, par des veinules de quelques centimètres d’épaisseur et par L’observation rapide du filon montre qu’il une transformation sélective du granite aux a subi plusieurs épisodes de fracturations- épontes de ces drains. dépôts successifs. Le filon de quartz laiteux original est recoupé par des veines à héma- tite, à hématite-quartz et à quartz-mica Le filon décimétrique à quartz blanc. + hématite+ mica blanc Quelques affleurements alignés de quartz Auréole d’altération autour du filon présents sur la bordure ouest du filon sont de quartz au point Q (fig 2). L’orientation de ces affleu- rements est S-SW (20° W). Le pendage n’a Autour du grand filon de quartz, l’auréole d’al- pas pu être mesuré. Le reste du filon est tération est d’au moins 500 m. Dans une cartographié à partir des pierres volantes. direction perpendiculaire au filon, entre les Sa puissance affleurante est probablement courbes de niveau 1 050 et 1 000 m (fig 3), le surestimée du fait de la pente du terrain qui granite n’est pas influencé par d’autres grands entraîne les pierres vers le bas. filons et présente un gradient d’altération en
fonction de la distance au filon. Les placettes blancs, 0% de biotite, 0,7% d’hématite et où sont faites les mesures de masse foliaire 0,3% d’apatite (tableau III). et de jaunissement sont choisies principale- ment dans cette zone (fig 3), La transforma- Échantillons moyennement altérés tion est de plus en plus intense à proximité du filon. Afin d’étudier cette zone, 2 pierres L’échantillon TEBO2 présente des biotites volantes décimétriques sont choisies. L’une saines et des biotites partiellement trans- est très altérée (TEBO1) et aucune biotite formées en hématite et micas blancs. Les n’est visible. L’autre est moyennement alté- plagioclases sont partiellement transformés rée et quelques biotites non transformées en micas blancs. Du quartz précipite éga- ont pu être observées (TEBO2). L’échan- lement aux joints de grains des minéraux. À tillon BOD8 prélevé en place en dehors de cette altération hydrothermale, se super- l’éponte de ce filon de quartz présente un pose une altération supergène. Cette alté- degré d’hydrothermalisme intermédiaire entre ration se traduit par des fissures tapissées TEBO1 et TEBO2. Des biotites partiellement d’hydroxydes de fer. Le long de ces fissures transformées sont observées. les biotites sont partiellement transformées en kaolinite. La présence de la kaolinite est Échantillon très altéré confirmée par la diffraction de rayons X. Au centre des plagioclases, les zones trans- La biotite a complètement disparu. Elle est formées partiellement en micas blancs sont remplacée par de l’hématite et du mica blanc imprégnées d’hydroxydes de fer. L’échan- et parfois du quartz. Le plagioclase est par- tillon TEBO2 est donc le résultat de 2 trans- tiellement transformé en micas blancs. Son formations peu intenses : hydrothermale et pourcentage d’albite augmente à 99% supergène. L’altération supergène se tra- (Ca/Ca + Na 0,01). Du quartz secondaire = duit notamment par une augmentation de précipite à de nombreux joints de grains. De la teneur en magnésium et en fer. Cet plus quelques veinules de quartz recoupent échantillon ne peut donc pas être pris le granite. Ces transformations se traduisent comme référence pour déterminer la quan- sur l’analyse totale par une augmentation tité de cations basiques en fonction du degré de SiO et une diminution de tous les autres 2 d’hydrothermalisme. oxydes. Le magnésium a diminué de plus En revanche, l’échantillon BOD8, bien de moitié et le calcium de plus de 70% par que prélevé en dehors de l’éponte directe du rapport à la roche mère saine. La biotite filon de quartz mais en place, est peu affecté contenant 3,16% de MgO est remplacée par l’altération supergène. Il présente par partiellement par un mica blanc à 1,1% de ailleurs un degré d’altération hydrothermale MgO. L’albite saine est remplacée par des plus important que TEBO2. En ce qui minéraux non calciques (mica blanc, quartz) concerne le calcium et le magnésium et par une albite moins calcique. Le potas- (tableau III), il est effectivement intermé- sium est à peu près maintenu car des micas diaire entre l’échantillon très hydrothermalisé blancs avec 10,5% de K remplacent par- O 2 (TEBO1) et l’échantillon sain (GR7). tiellement la biotite (K 9,25%) et préci- O 2 = pitent dans les plagioclases et parfois dans les feldspaths potassiques. Le calcul du Les veinules centimétriques pourcentage de minéraux dans la roche à partir d’une norme confirme ces résultats : Les échantillons prélevés dans l’éponte 52% de quartz, 16% de plagioclase, 24% proche du filon sont recoupés par de nom- de feldspath potassique, 8% de micas breuses veinules (GR4, et dans une
moindre Relation entre le degré TEBO1).Des veines cen- mesure à quartz seul sont recoupées d’hydrothermalisme de la roche mère, timétriques par des veines millimétriques à quartz, à la foliaire et la couleur masse quartz-hématite ou par de très fines veines hétérogènes dont le remplissage dépend Le tableau IV et la figure 4 montrent que le du minéral traversé. Certaines veines peu- jaunissement et la défoliation augmentent vent être reprises par de petites chlorites avec le degré d’hydrothermalisme du gra- en accordéons. L’auréole d’altération de nite. L’augmentation est plus marquée pour ces veines est inférieure à 1 cm et dépend l’épicéa qui est en général plus dépérissant. de la veinule. Par exemple, les biotites peu- Sur granite très hydrothermalisé, le jaunis- vent être chloritisées autour de la veinule reprise par les chlorites. Cette altération observée une seule fois est négligeable à l’échelle de la placette forestière. Remarquons que, sur le site du Grand Valtin (forêt domaniale de haute Meurthe, parcelle 17), le granite sain est recoupé par des veines centimétriques à millimétriques qui développent une auréole d’altération de quelques centimètres et où les biotites sont partiellement transformées. La densité des veines étant peu importante, le granite est qualifié de peu hydrothermalisé. Zone très altérée située niveau au de la placette Ca Une zone, située au niveau de la placette Ca (fig 3), est également très altérée sans qu’aucun filon ne puisse être mis en évi- dence. Le granite est imprégné par du quartz, de l’hématite et du mica blanc. Les grains du granite sont complètement dis- sociés : il s’agit par endroit d’une brèche à quartz. Dans ces espaces cristallise du quartz automorphe sous forme géodique. En bordure, des quartz de petite taille pré- cipitent puis viennent des quartz auto- morphes de grande dimension (du milli- mètre au centimètre). Des micas blancs peuvent précipiter par endroit au centre de ces veines. L’ensemble de la roche est imprégnée d’hématite. Les biotites sont entièrement transformées en hématite et micas blancs. Les plagioclases sont par- tiellement transformés en micas blancs.
sement et la défoliation de l’épicéa attei- site du Louschbach alors que le jaunisse- gnent 50%. Pour l’épicéa, les courbes de ment est semblable. jaunissement et de défoliation sont proches L’altitude n’est pas toujours constante et et augmentent fortement dans la zone très semble intervenir. Les points au-dessous hydrothermalisée. La défoliation du sapin des courbes correspondent à des altitudes est plus marquée que son jaunissement. inférieures à 1 050 m. La défoliation des résineux de la placette Remarquons que, sur le filon, l’intensité 17 dans la forêt domaniale de la haute du dépérissement est variable. En général Meurthe sur granite peu hydrothermalisé sur les placettes choisies, il est moins impor- est importante sans que, a priori, le degré tant que sur le granite très hydrothermalisé. d’hydrothermalisme soit une explication. Sur Comme il n’est pas possible de cartogra- ce granite peu hydrothermalisé, elle est 2 fois plus élevée pour les sapins que sur le phier de manière précise les minéraux de
veinules essentiellement à quartz, ce qui a remplissage (par exemple le mica blanc), correspondance entre la richesse pour conséquences l’augmentation de SiO 2 aucune en cations basiques de la roche mère et le et la transformation des minéraux primaires. dépérissement ne peut être faite au niveau La transformation de la biotite en hématite + du filon. mica blanc + (quartz) induit une diminution de magnésium. La transformation du pla- gioclase en micas blancs et en plagioclase DISCUSSION presque exclusivement sodique contribue à la diminution de calcium. La quantité d’apatite, phosphate de calcium, a égale- Relation entre le degré ment diminué dans le granite hydrotherma- d’hydrothermalisme et la quantité lisé. Le potassium reste stable ou augmente de cations basiques de la roche mère (précipitation des micas blancs). Non seu- lement l’hydrothermalisme modifie la quan- tité globale d’éléments, mais aussi leur Le type d’hydrothermalisme qui a affecté le répartition dans les minéraux. Dans le gra- granite du Valtin au Louschbach diminue la nite très hydrothermalisé, le calcium est quantité de cations basiques de cette roche presque exclusivement dans l’apatite, le qui est déjà très pauvre en ces éléments magnésium se trouve uniquement dans les (-50% pour CaO et -70% pour MgO). L’hy- micas blancs (muscovite primaire et micas drothermalisme se traduit par l’injection de
blancs hydrothermaux) et le potassium est du Louschbach, pour toutes conditions contenu dans les micas blancs et les felds- égales par ailleurs, le dépérissement aug- paths. De plus, l’hydrothermalisme modifie lorsque l’hydrothermalisme (essen- mente les propriétés physiques du granite. Les pla- tiellement à quartz-hématite) est plus gioclases et les biotites altérés présentent intense. une porosité généralement plus importante. À l’échelle du site, cette relation peut être Cependant, l’injection de quartz, minéral également mise en évidence même si les très résistant à l’altération, en veinules ou autres facteurs ne sont pas toujours aux joints des minéraux, confère au granite constants. Sur la carte du dépérissement une moins grande altérabilité. établie par l’IGN à partir de photos aériennes prises en août 1990 (figs 5 et 6), un aligne- ment de placettes très fortement dépéris- Relation potentiel d’éléments santes (N-S) se superpose à la cartogra- nutritifs-dépérissement phie du filon de quartz. Les gneiss de la Croix-aux-Mines (fig 2) À l’échelle de la placette forestière (50 x 50 sont décalés par des failles où précipitent m), ce travail a clairement démontré la rela- micas blancs et quartz. Au niveau d’une tion qui existe entre la quantité de cations petite carrière en bordure de chemin (point basiques (Ca, Mg) dans la roche mère et 21),la limite entre le granite du Valtin et le le dépérissement des résineux. Sur le site gneiss apparaît clairement. La faille est
pour éviter un fort dépérissement. Le mica marquée par la précipitation de micas blanc est un minéral peu altérable qui se blancs et de quartz et de rares veinules à dissout ou se transforme en vermiculite uni- hématite. Sur une auréole d’une quinzaine quement dans les horizons du sol. Donc, de mètres, le granite est intensément le potentiel nutritif en magnésium du mica affecté par une altération à micas blancs blanc peut être entièrement utilisé lors de (biotite et plagioclase entièrement trans- leur altération dans le sol. formés en micas blancs). Sur la carte de l’IGN (fig 6), le passage de ces failles Une zone fortement dépérissante, située reprises par de l’hydrothermalisme à micas nord ouest du Louschbach (fig 6), n’est au blancs est marqué par des zones peu dépé- pas en relation avec l’hydrothermalisme de rissantes. Ceci doit être en relation avec la roche mère. Au niveau de l’affleurement l’hydrothermalisme à micas blancs déve- de roche saine (GR7), les peuplements sont dépérissants. D’autres facteurs intervien- loppé aux épontes. Bien que le mica blanc nent : ce sont notamment dans cette zone contienne peu de magnésium (environ 1% les dépôts glaciaires. de MgO), il semble que ce soit suffisant
évidence Dépôts glaciaires Autres facteurs mis en par cette étude Au niveau du mont Louschbach et à l’ouest, des dépôts glaciaires sont obser- Les épicéa répondent sapin et essences vables. Au sommet, de nombreux blocs différemment même sol. Le jaunis- sur un arrondis décimétriques de granite peu sement est toujours inférieur sur les sapins. hydrothermalisé et de microganite jalon- Dans les conditions de roche mère très nent la surface. Actuellement la forêt est défavorable, jaunissement et défoliation absente à cet endroit. En bordure, les plus marqués sur l’épicéa. sont nettement arbres sont fortement dépérissants et L’altitude, facteur clairement mis en évi- atteints par des chablis. D’après la carte dence par la carte IGN (rapport IGN, 1991 ; de l’IGN, cette zone était en 1990 pour Bonneau et Fichter, 1991),apparaît plus moitié boisée par des sapins fortement discrètement dans cette étude où ce fac- dépérissants. À cet endroit, sur les dépôts teur varie de 60 m maximum. Par exemple, glaciaires se développe un peuplement fort la placette 15 (1 030 m d’altitude), bien que dépérissant. Bonneau et Fichter (1991) ont située sur un granite plus hydrothermalisé, également remarqué que le dépérissement présente un état de dépérissement sem- est généralement plus accentué sur les blable à la placette 6 à 1 050 m d’altitude. dépôts périglaciaires. Un peu plus au sud, au niveau du artificielle du facteur Augmentation Sapin de la Vierge, les dépôts glaciaires saturation des sols en cations basiques sont composés de cailloux de granite pré- sentant des degrés d’hydrothermalisme divers. Autant qu’on puisse en juger en Sur le site du Louschbach, plusieurs essais basant les cailloux de surface et se sur de fertilisation ont été faits notamment Ca, ceux dégagés par les chablis, la quantité Mg, CaMg, NPKCaMg et KMg (fig 3). Après de granite très hydrothermalisé est très 3 ans, la quantité de calcium et de magné- hétérogène et peut varier à l’échelle de sium échangeables a nettement augmenté quelques mètres. Les dépôts glaciaires (Mohamed Ahmed, 1992). Bonneau (1993) sont également constitués de grains plus montre que le jaunissement a disparu sur fins non identifiables sur le terrain. Il n’a les placettes traitées au calcium et au pas été possible de démontrer que les magnésium, a fortement régressé sur la pla- zones plus riches en granite hydrother- cette amendée en calcium uniquement et malisé sont plus dépérissantes. En a diminué de moitié sur la placette traitée revanche, l’intensité du dépérissement avec K et Mg. La masse foliaire a égale- est variable à l’échelle de la dizaine de ment augmenté après fertilisation. L’aug- mètres. La carte établie par l’IGN présente mentation par amendement de la quantité sur ces dépôts des zones moyennement de cations basiques diminue très nettement dépérissantes et des zones peu dépéris- le dépérissement. santes. Manifestement, en présence de dépôts Évolution de la masse foliaire glaciaires, la fertilité du sol est indépendante et du jaunissement depuis 1986 de la richesse en cations basiques du gra- nite en place. La nature du sol dépend de ces dépôts qui sont souvent très hétéro- Sur 25 épicéas de la placette T1, des de jaunissement et de défoliation gènes. mesures
ont été pratiquées tous les 2 ans depuis 1986. La figure 7 montre que, depuis 1986, le jaunissement a baissé en 1988 et aug- mente constamment depuis lors. La défo- liation présente un minimum en 1990-1992. Sur 9 années, défoliation et jaunissement sont les plus accentués en 1994. Sur 8 pla- 1994. La teneur maximale est en 1989 avec cettes témoins de résineux dispersées dans 0,76 mg de Mg pour 100 g de matière les Vosges, Bonneau (1993) constate une sèche. diminution de la défoliation et du jaunisse- ment entre 1986 et 1990. Manifestement, en se basant sur la placette T1, la tendance CONCLUSION est inversée en 1994 de façon brutale pour la défoliation (+20% entre 1992 et 1994). Les résultats d’une seule placette ne peu- L’exemple du Louschbach montre claire- vent pas permettre de conclure à l’échelle ment que l’un des facteurs jouant sur le des Vosges. En revanche, il est clair que le dépérissement est la quantité d’éléments paramètre temps est important. La figure 8 nutritifs contenus dans la roche mère. La montre la teneur des aiguilles de l’année roche mère ne doit pas être considérée courante en magnésium varie inversement comme ayant la composition de la roche au jaunissement entre les années 1985 et lors de sa mise en place, ce qui est le plus
souvent donné dans les notices géolo- schbach, les épicéas sont toujours plus giques. Elle peut être localement soumise à jaunes que les sapins dans les mêmes des événements hydrothermaux qui modi- conditions et le plus souvent plus défoliés. fient sa composition chimique et minéralo- Les variations du dépérissement au cours gique. Au Louschbach, cette transforma- des années sont importants. La défoliation tion a entraîné une diminution importante des épicéas de la placette T1 du site du de la quantité de cations basiques (-50% Louschbach doublé entre l’année 1992 a pour CaO et -70% pour MgO) qui diminue et l’année 1994. le potentiel nutritif du granite. De plus, les Le facteur quantité de cations basiques éléments nutritifs ne sont plus dans les est pris en compte indirectement, en consi- mêmes minéraux, donc ils vont être libérés dérant qu’il existe une relation entre cette différemment lors de l’altération supergène quantité réellement présente sur la capa- des minéraux. De nombreuses paragenèses cité d’échange et la quantité potentielle dans hydrothermales existent, toutes ne dimi- la roche mère. L’avantage sur le terrain est nuent pas le potentiel nutritif de la roche. qu’une fois calée par une étude précise la De même, cette étude montre que les rem- roche mère hydrothermalisée peut être car- plissages des filons sont très variés. Ils ont tographiée à l’échelle de la placette fores- des effets négatifs sur le potentiel nutritif tière et se situe autour de grands filons ou lorsqu’ils sont remplis de quartz, mais peu- fractures. Il ne serait donc plus nécessaire vent avoir des effets positifs lorsqu’ils de faire des séries d’analyses d’ions échan- contiennent du mica blanc. geables (au minimum, 10 par placette) pour Cette hétérogénéité de composition chi- avoir une idée relative de la variation de mique de la roche mère due à l’hydrother- cations basiques. Cependant, cette relation malisme doit être prise en compte pour des doit être confirmée et une étude de l’alté- échelles inférieures à 1/50 000 et peut expli- ration supergène est en cours sur ce site quer souvent les variations de dépérisse- (Turpault et al, 1994). ment à l’intérieur d’un même massif géolo- gique pour des conditions topographiques équivalentes. RÉFÉRENCES Les dépôts glaciaires perturbent com- plètement les conclusions qui sont établies Belkacem S (1993) Étude de la resaturation des sols à partir des données sur la roche en place. acides soumis à de forts apports acides : effet des formes et doses d’amendements sur le fonctionne- Au Louschbach, ils sont composés de gra- ment d’un sol acide forestier. Thèse univ, Nancy I, nite ayant un degré d’hydrothermalisme 130 p variable. Il est impossible, par une simple Bonhomme M (1965) Âge, par la méthode au strontium, cartographie de terrain, d’établir une com- de quelques granites des Vosges moyennes. Coll position moyenne. Le degré de dépérisse- Intern Géochr Sc de la Terre Nancy, 10, 3-4, 1-173 ment sur ces dépôts varie à l’échelle de Bonneau M, Landmann G, Nys C (1991) Fertilization of quelques dizaines de mètres. declining conifer stands in the Vosges and in the french Ardennes. Water Air Soil Pollut 54, 577-594 Dans cette étude, en dehors du facteur Bonneau M, Landmann G (1993) Na Pollution atmo- de cations basiques, pris en quantité sphérique et dépérissement des forêts dans les mon- compte de manière indirecte, d’autres fac- tagnes françaises. Programme DEFORPA. Rapport 1992, Nancy, INRA, 365 teurs comme l’altitude, l’espèce de rési- p neux et le temps ont été mis en évidence. Bonneau M (1993) Fertilisation sur résineux adultes (Picea abies Karst et Abies alba Mill) dans les Pour un même degré d’hydrothermalisme, Vosges : composition foliaire en relation avec la le dépérissement est moins accentué aux défoliation et le jaunissement. Ann Sci For 50, 159- altitudes plus faibles. Sur le site du Lou- 175
(Picea abies (L) Karst) in the Vosges mountains. Dahire M (1988) Granites et leucogranite péralumineux Forest Ecol Manag 60, 291-310 du Brézouard et du Bilstein (Vosges moyennes) : caractères pétrographiques, géochimiques et miné- Nys C (1989) Fertilisation, dépérissement et production ralogiques. Thèse univ, Nancy I, 158 p de l’épicéa commun (Picea abies Karst) dans les Fluck P (1980) Métamorphisme et magmatisme dans Ardennes. Rev For Fr 4, 336-347 les Vosges moyennes d’Alsace. Contribution à l’his- M (1981 ) Facteurs de distribution et de concen- Pagel toire de la chaîne varisque. Sci Géol 62, 248 p tration de l’uranium et du thorium dans quelques Griffault L (1987) Bilan des transferts de matière (majeurs granites de la chaîne hercynienne d’Europe. Thèse d’État, NancyI rares) au cours des altérations hydrother- et terres males des granites. Exemple du granite du ballon Ranger J, Mohammed Ahamed D, Gelhaye D (1994) d’Alsace (Vosges méridionales). Thèse univ, Poi- Effet d’un amendement calco-magnésien associé tiers, 134 p ou non à une fertilisation, sur le cycle biogéochi- mique des éléments nutritifs dans une plantation Hameurt (1967) Les terrains cristallins et cristallophylliens du versant occidental des Vosges moyennes. Mém d’épicéa commun (Picea abies Karst) dépérissante Serv Carte Géol Als Lorr 26, 402 p dans les Vosges. Ann Sci For 51, 455-475 Landmann G (1991) French research into forest decline. Rapport IGN (1991) Dépérissement des forêts du col DEFORPA Programme, 2nd report, ENGREF, du Bonhomme (Vosges, haut Rhin), 21 p Nancy, 120p Samuel J, Rouault R (1983) Les méthodes d’analyses des matériaux géologiques pratiquée au laboratoire Landmann G (1992) Research into forest decline and d’analyses spectrochimiques. Notes techniques de air pollution in France. Major findings and relevance l’institut de géologie, n° 16, université Louis-Pas- for policy applications. In : Acidification Research, teur, Strasbourg Evaluation and Policy Applications (T Schneider, ed), Elsevier, Amsterdam, 81-92 Turpault MP, Bonnaud P, Fichter J, Ranger J (1994) Profil d’altération développé sur un granite affecté Mohamed Ahamed D (1992) Rôle du facteur édaphique par l’hydrothermalisme à quartz et hématite (Lou- dans le fonctionnement biogéochimique de 2 pes- schbach, Vosges). Bull Liaison Soc Fr Minéral Cris- sières vosgiennes : effet d’un amendement calci- tallogr 6, 34 magnésien. Thèse univ, Nancy I, 136 p Turpault MP, Berger G, Meunier A (1992) Dissolution- Mohamed Ahamed D, Ranger J, Dambrienne E, Bon- precipitation processes induced by hot water in a M, Gelhaye D, Granier A (1993) The effects neau fractured granite. Part 1. Wall-rock alteration and vein of limestone and of limestone plus NPK fertilization deposition processes. Eur J Mineral 4, 1457-1475 the soil and mass-balance of spruce stand on a