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Das Rheintal und seine Entstehung. Bestandsaufnahme und Versuch, einer Synthese
Résumé
Le fleuve Rhin s'est formé au passage du Miocène inférieur au Miocène moyen, lorsque pour la première fois il se produisit un écoulement des eaux du Rhin du graben vers la mer du Nord. Ce Rhin primitif prenait sa source à la ligne de partage des eaux du Kaiserstuhl. Il étendit son bassin hydrographique au Miocène supérieur, au Pliocène et au Pléistocène, surtout aux dépens du Danube et du Rhône. Rien que par l'annexion de l'Aar au Pléistocène inférieur, il a doublé son débit. Le Rhin a enregistré d'autres gains plus restreints par la Moselle supérieure, la Ruhr et la Lippe.
Dans les Alpes, le Rhin s'est encaissé jusque sur plus de 800 m au cours du Pléistocène. Les restes épars des terrasses datant des diverses périodes glaciaires montrent en conséquence des différences d'altitude de plusieurs centaines de mètres. Le déblaiement glaciaire s'est poursuivi jusque dans l'avant-pays des Alpes, et là, notamment, la cuvette glaciaire terminale du lac de Constance fut approfondie à chaque glaciation. L'érosion remontante à partir du Rhin du graben a détourné vers l'ouest le drainage du bassin du lac de Constance qui, au début, se faisait encore vers le Danube.
La vallée du Rhin suisse est caractérisée par une importante érosion verticale qui atteignit déjà son maximum au Pléistocène moyen ou inférieur. De là proviennent des graviers anciens qui se trouvent dans des crevasses jusqu'à 60 m de profondeur sous la plaine alluviale actuelle. Les restes des plaines alluviales plus élevées s'ordonnent en quatre groupes principaux : basses terrasses, hautes terrasses, graviers de couverture (Deckenschotter) récents et anciens.
Dans la région affaissée du graben du Rhin, le fleuve a continuellement déposé des alluvions graveleuses, sableuses et même argileuses. La puissance des dépôts quaternaires varie fortement en raison des tendances variées à l'enfoncement au sein du graben. Sur les gradins du côté est, on rencontre par places du Pléistocène plus ancien à diverses altitudes au-dessus du fond actuel du graben. Vers l'ouest, le Pléistocène plus ancien s'élève généralement et il dépasse, sous la forme de terrasses plus élevées et inclinées, les basses terrasses. Ces terrasses sont de leur côté surmontées par des glacis pliocènes au pied des hauteurs bordant le graben.
Le Bassin de Mayence est une unité tectonique indépendante faiblement soulevée qui s'interpose entre le Rhin du graben et le Massif schisteux rhénan. Le Rhin y coule dans une vallée peu profonde, qui est déjà pourvue à nouveau de toute une série de terrasses pléistocènes.
Le Rhin moyen s'est encaissé au Pléistocène de 200 m environ dans le Massif schisteux rhénan. Le fond de la vallée est le plus encaissé dans les régions de soulèvement continuel du massif. Par contre, dans la zone d'affaissement locale du Bassin de Neuwied, c'est essentiellement l'accumulation des graviers fluviatiles qui a été prépondérante pendant le Pléistocène inférieur. Les anciennes plaines alluviales de la Vallée du Rhin moyen s'ordonnent en deux basses terrasses, quatre terrasses moyennes, trois terrasses principales et trois hautes terrasses pliocènes.
Dans le Bas-Rhin, à l'aval de Bonn, c'est la sédimentation qui règne continuellement au Pliocène et au Pléistocène inférieur. Les accumulations énormes formées ici ont une grande puissance du côté ouest du Bassin du Bas-Rhin, pendant qu'à l'est elles se sont étendues avec une épaisseur beaucoup plus faible, où abondent des lacunes stratigraphiques. Vers la bordure des massifs anciens, des croisements de terrasses se sont produits, et là, les dépôts des diverses périodes sont séparés dans l'espace sous forme d'un escalier de terrasses. Au Pléistocène moyen, le Rhin s'est enfoncé dans le cône d'alluvions du Pléistocène inférieur, et la limite de la zone affaissée s'est déplacée vers le nord dans la région de Nimègue, point à partir duquel commence le delta du Rhin. Lors de la glaciation de Saale, le Rhin inférieur fut déplacé par la calotte glaciaire vers l'ouest. Les couches de la terrasse moyenne inférieure sont depuis, avec leur substrat, repoussées sous forme de hauts remparts.
Les affluents du Rhin montrent, à proximité de leur embouchure, les mêmes caractéristiques que la vallée du Rhin elle-même. Vers l'amont, la succession des niveaux de terrasses devient plus simple. Les terrasses les plus anciennes de la Moselle et de la Lahn ont subi, à l'entrée de ces vallées dans le Massif schisteux rhénan, des déformations nettes. Dans les vallées du Main et du Neckar, les terrasses à partir de la faille bordière du graben du Rhin supérieur plongent vers la profondeur. Le Main et le Neckar ont par endroits, déjà au Pléistocène ancien, creusé leur vallée jusqu'au niveau de la plaine alluviale actuelle, mais ces anciennes entailles ont ensuite été comblées à peu près jusqu'à la hauteur de la sortie du graben.
De la description des diverses sections de la vallée du Rhin, on déduit ensuite l'histoire d'ensemble de la formation de la vallée. Pour déterminer l'âge géologique des terrasses, on utilise des critères paléontologiques, paléomagnétiques et géomorphologiques, on tient compte des couches de couverture et on s'efforce d'établir les corrélations avec les éruptions volcaniques et les glaciations connues au point de vue âge. L'âge Würm des basses terrasses et l'âge Riss de la terrasse moyenne inférieure sont certains. Les autres terrasses moyennes pourraient s'étendre au point de vue âge jusqu'au Pléistocène ancien, et pour les terrasses principales, ainsi que pour les graviers de couverture, on a récemment admis un âge correspondant au Pléistocène le plus ancien.
Un profil longitudinal de la Vallée du Rhin permet de reconnaître plusieurs sections séparées les unes des autres par des changements de pente. Le tracé des terrasses montre de manière plus nette encore la relation entre le mode de formation de la vallée et l'évolution tectonique des régions traversées par le Rhin. Ainsi, les régions de soulèvement récent sont caractérisées par un grand écartement des niveaux de terrasses et des déformations locales de ces niveaux, tandis que les régions en voie d'affaissement correspondent à une sédimentation graveleuse plus ou moins continue. En ces dernières régions, les dépôts les plus anciens sont les plus profonds, et les plus jeunes les plus superficiels. Parmi les facteurs qui ont conduit à l'édification du cours du Rhin et à la formation de sa vallée, la tectonique joue donc un rôle prépondérant. L'approfondissement du graben du Rhin est la cause de la déviation de ce dernier, sortant de l'avant-pays des Alpes, vers le nord. Des mouvements du sol plus récents, variables dans le temps et dans l'espace, ont ensuite contribué à la formation de la vallée du Rhin. En particulier, l'enfoncement des vallées tributaires du Rhin supérieur au Pléistocène ancien est probablement dû à une augmentation épisodique de l'approfondissement du graben, tandis que les puissantes accumulations qui lui font suite semblent devoir être attribuées à l'obstacle du bord sud du Massif schisteux rhénan en voie de soulèvement. Par contre, la traversée de ce même massif par le Rhin semble s'expliquer par la fissuration de ce massif sous la forme d'un graben.
Un deuxième facteur important pour la formation de la vallée est le climat. Le Rhin a coulé dans le Massif schisteux rhénan, jusqu'à la fin du Miocène, dans une large dépression rassemblant les eaux. Au Pliocène se creusèrent des vallées à fonds larges et plats, avec des dépôts de graviers de climat sec et, au Pléistocène, il se produisit un enfoncement important dans des conditions périglaciaires. Les vallées des tributaires se sont aussi approfondies au Pléistocène, et cela, sur toute leur longueur. Les accumulations de cailloux qui ont conduit ensuite à la formation de terrasses se sont produites pendant les maxima de froid.
Les soulèvements et affaissements eustatiques du niveau de la mer pendant le Pléistocène, qui se sont superposés à un affaissement continuel du niveau de la mer décelable depuis le Miocène, ne pourraient avoir exercé qu'une influence réduite sur la formation de la Vallée du Rhin. Seul le delta du Rhin a été plus influencé par ces mouvements.
Dans le Massif schisteux rhénan les terrasses principales de la Vallée du Rhin et plus encore celles des vallées affluentes ne montrent qu'une pente longitudinale extrêmement faible. Sur de larges étendues, il peut même se manifester une complète absence de pente. On essaie d'expliquer ce phénomène en le considérant comme dû à des mouvements isostatiques d'équilibre résultant du départ, suite à l'érosion, des matériaux qui remplissaient la vallée.