Connaître les roches présentes dans le sous-sol, imaginer comment elles sont organisées en trois dimensions et comment elles ont évolué au cours du temps : voilà quelques-uns des apports majeurs des cartes géologiques. Celui qui sait les décrypter peut aussi entrevoir l’existence de matières utiles (minéraux et eau), savoir quels risques naturels sont susceptibles de se produire, ou s’il peut advenir des difficultés dans l’optique d’un aménagement.
Conciliant approche savante et économique, les cartes géologiques sont des documents largement méconnus, bien qu’ils figurent dans les programmes d’enseignement scolaire : l’emblématique carte géologique de la France est affichée dans quasiment toutes les classes dédiées aux sciences de la vie et de la Terre.
Découvrons à quoi correspondent ces documents situés au cœur des enjeux environnementaux et sociétaux et comment ils ont évolué au fil du temps.
Les prémices de la carte géologique en France
Les cartes représentant les roches qui affleurent à la surface sont apparues à la fin du 18e siècle pour répondre à des besoins appliqués. Il s’agissait de représenter les différents types de roches pour prévoir l’emplacement des substances recherchées.
La première carte géologique avec des couleurs est due à Johann Toussaint von Charpentier (1738-1805), un amateur de géologie aux origines normandes, qui a dessiné en 1778 une carte de Saxe avec huit couleurs correspondant aux types de roches : granite, gneiss, schiste, calcaire, gypse, grès, sable fluviatile, argile et limon. Il a choisi les couleurs en fonction de la couleur des roches. Par exemple le sable est en jaune.
L’idée d’indiquer la véritable couleur des roches s’est poursuivie, cette fois en attribuant la couleur selon une période et non pas comme représentation de la nature des roches. L’estimation des durées a toujours été un élément fondamental en géologie. Ainsi, le mauve du Trias rappelle le grès des Vosges, le rouge du Permien les argiles rouges, le gris du Carbonifère les couches de charbon, etc.
Lors de la création du Corps des mines, le 6 juillet 1794, le décret fondateur stipulait que ses ingénieurs devaient rechercher des substances minérales dans leurs arrondissements respectifs et reporter leurs découvertes sur des cartes. C’est toujours lors des crises que l’on se soucie de l’approvisionnement en matières premières.
Sous Napoléon Ier, la carte qui a été commandée à Jean-Baptiste d’Omalius d’Halloy pour représenter l’Empire français comporte six couleurs pour représenter six terrains principaux qui correspondent presque tous à des périodes, à l’exception d’une couleur regroupant le socle (vieux massifs) et les montagnes jeunes à la géologie complexe (Alpes et Pyrénées). Comme la réalisation a pris du temps et que la carte était prête une fois l’Empire disparu, elle s’intitule « carte de France et des contrées voisines ». On peut noter au passage que Napoléon, stratège visionnaire, est à l’origine des cartes d’état-major à l’échelle 1/80 000 pour remplacer les cartes de Cassini moins précises. Il est aussi l’instigateur du code minier dont l’objectif est de centraliser le contrôle des ressources.
Durant les années 1830, le directeur général des Ponts et Chaussées et des mines a demandé aux préfets de lancer la réalisation des cartes départementales aux frais des conseils généraux. Ces derniers y ont vu une belle opportunité pour nourrir le développement économique et industriel. Ils ont donc fait appel aux ingénieurs des mines plutôt qu’aux universitaires. Certains départements comme l’Hérault n’avaient pas attendu l’injonction et avaient déjà réalisé de telles cartes. La plus ancienne est celle du Calvados (1825).
Extrait de la carte géologique du Calvados, dressée en 1825.
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La mise en œuvre de programmes financés par l’État
Dans le but de centraliser et coordonner les levés et l’édition des cartes aux frais de l’État, Napoléon III a créé le Service de la carte géologique et des topographies souterraines le 1er octobre 1868. Le programme prévisionnel était de 267 cartes à l’échelle 1/80 000 sur dix ans. Finalement, il a été achevé en 1925, soit 57 ans plus tard, et mis à jour jusqu’en 1971. On peut aussi noter que les fonds topographiques correspondent aux cartes d’état-major avec des hachures pour représenter le relief. Cela permet de se faire une bonne idée du relief mais cela rend plus difficile la réalisation de coupes géologiques que s’il y avait des courbes de niveau.
Le lancement du programme détaillé à l’échelle 1/50 000 (couvrant un secteur d’environ 30 x 20 kilomètres) et avec des courbes de niveau est né d’un décret ministériel en 1913. Cette initiative était liée au fait que nos voisins Allemands dressaient des cartes précises à l’échelle 1/25 000 depuis 1909, notamment en Alsace.
Les premiers levés du programme de la carte géologique à l’échelle 1/50 000 ont démarré en 1917. Ils doivent leur existence à des plans directeurs précis (1/10 000) établis à proximité d’un port stratégique. Ainsi, les deux premières cartes (Toulon et La Ciotat) ont été publiées en 1925. Le développement de l’aviation pendant la Grande Guerre a permis de réaliser des vues aériennes, ce qui a facilité la production de cartes topographiques. Malgré cela, seules huit cartes à cette échelle étaient disponibles en 1938 du fait de la rareté des fonds.
Zoom sur la carte géologique Toulon de 1925.
Cette première carte à l’échelle 1/50 000 de la collection comporte notamment un secteur qui a donné beaucoup de fil à retordre aux géologues. En effet, on peut y voir « l’anomalie du Beausset » qui a longtemps intrigué. Il s’agit de roches représentées en rose qui reposent sur d’autres figurant en vert. Dans une succession normale, nous devrions avoir du vert (Crétacé) qui repose sur du bleu (Jurassique), lui-même posé sur du rose (Trias). Il y a donc un problème. Les géologiques ont tout d’abord imaginé un îlot composé de roches du Trias émergeant d’une mer au Crétacé, puis un pli en forme de champignon dans lequel le Trias aurait transpercé le Crétacé… Finalement, c’est en progressant dans une mine de lignite (intermédiaire entre la tourbe et la houille) contenue dans des terrains du Crétacé que Marcel Bertrand (initiateur de la tectonique moderne) a réalisé qu’il y avait toujours du Trias au-dessus de lui alors qu’il s’enfonçait progressivement dans la galerie. Pas l’îlot ou de pli en champignon, donc ! L’observation réalisée en 1884 montrait que le recouvrement de terrains par d’autres était possible. Ce charriage donnait une vision complètement nouvelle de la formation des montagnes. C’était absolument innovant d’imaginer que les roches puissent bouger. C’était presque un siècle avant la naissance de la tectonique des plaques.
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Le Service de la carte géologique a été intégré au BRGM le 1er janvier 1968, l’année de son centenaire. Lors de l’intégration, 120 cartes à l’échelle 1/50 000 étaient déjà réalisées.
Ce programme emblématique a duré au total plus de 100 ans, mobilisant environ 3 000 géologues dont de nombreux étudiants, et coûté de l’ordre de 300 millions d’euros, soit un peu moins de 300 000 euros par carte. Des sommes à comparer à celles qu’il aurait fallu investir en études successives pour disposer de bonnes connaissances de notre sous-sol afin de répondre à nos différents besoins. Le service géologique espagnol a ainsi évalué en 2004 le coût de son programme de cartographique géologique (122 millions d’euros) et calculé le coût équivalent en l’absence de programme (2 200 millions d’euros), soit un rapport coût/bénéfices de 18.
Le programme de la carte géologique à l'échelle 1/50 000 couvre aujourd'hui la quasi-totalité du territoire hexagonal – les outre-mer faisant l’objet d’autres séries de cartes à différentes échelles dont certaines sont également au 1/50 000. Sur les 1 060 titres de la collection, 1 055 ont été publiés entre 1925 et 2026, dont 34 en 2e édition et quatre en 3e édition (Toul, Corbeil, L’Isle-Adam et Aubagne-Marseille). Il en reste cinq à éditer.
Des cartes pour demain, de nombreux défis à relever
Un peu plus de deux siècles après leur naissance, ces documents sont toujours indispensables pour comprendre comment sont organisées les roches sous nos pieds. De plus, leurs usages se sont multipliés. Ils concernent aujourd’hui l’eau souterraine (aussi bien en termes de ressources que de risques), les aménagements et les risques naturels. Les cartes géologiques sont donc des documents précieux et stratégiques.
Si la géologie évolue peu en dehors des grandes catastrophes et autres éruptions volcaniques, la manière de représenter les différents éléments qui composent notre sous-sol change selon l’évolution des connaissances et les spécialités des auteurs. La comparaison des deux éditions de la carte Lorient est à cet égard révélatrice.
Comparaison entre la carte Lorient 1e édition (à gauche) et 2e édition (à droite).
Extrait des cartes à l’échelle 1/50 000 Lorient avec les éditions de 1972 (à gauche) et 2015 (à droite). Les roches ont peu changé, à la différence des connaissances et de la manière de les représenter. C’est un cas d’école pour montrer l’évolution des documents.
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Aujourd’hui, les cartes les plus anciennes encore en vente datent des années 1950, les levés ayant concouru à leur réalisation étant encore antérieurs. De nombreuses cartes utilisent en outre des fonds topographiques anciens. Leur mise à jour serait nécessaire pour disposer d’une représentation actualisée des connaissances sur le sous-sol.
Les cartes géologiques sont indissociables de leur notice qui se présente sous la forme d’un petit livret. Elle est indispensable à la bonne compréhension du document, car il est impossible de faire figurer toutes les informations sur le document cartographique lui-même. Pour la carte Lorient, on peut remarquer que la notice est passée de 19 à 202 pages entre les deux éditions de 1972 et 2015.
Les cartes géologiques sont donc des documents hautement interprétatifs et absolument pas des données brutes. Pour illustrer ce fait, on peut citer l’exemple de la notice de la carte Marseille 3e édition (2018), où deux interprétations pour les terrains du Trias et de l’Oligocène sont indiquées, car les auteurs ne sont pas parvenus à se mettre d’accord entre eux. De même sur la carte de Saint-André-de-Valborgne, le schéma structural et la carte ne sont pas concordants : l’un présente un empilement sédimentaire continu quand l’autre voit la même série superposée deux fois, séparée par une faille.
Les cartes géologiques font aujourd’hui face à des défis majeurs sur plusieurs plans : l’évolution des compétences des experts qui savaient les établir et les comprendre, la multiplication des données et les bouleversements engendrés par le numérique.
Il est nécessaire de réinventer de nouveaux documents pour les publics actuels. Il s’agit d’un enjeu majeur pour le BRGM, service géologique national, et pour l’ensemble de la communauté des géosciences (académiques, industriels), mais aussi l’enseignement secondaire, les aménageurs, le milieu agricole, particulièrement intéressé pour trouver des solutions dans le contexte du changement climatique.
Carte pédagogique Paris et ses environs parue en 2021.
Le monde souterrain est au cœur des enjeux de notre vie quotidienne. Quelles sont les couches géologiques présentes à Paris ? Sur quel terrain sont implantés les aéroports d’Orly et de Roissy-Charles-de-Gaulle ? À quels endroits trouve-t-on les matières premières et l’eau potable ? Quels niveaux présentent des risques pour les aménagements ? Autant de questions auxquelles répond en un coup d’œil cette carte.
© BRGM
C’est ainsi que depuis 2021, les Éditions du BRGM proposent des cartes à vocation pédagogique particulièrement adaptées pour l’enseignement secondaire. Objets incontournables dans les programmes éducatifs, certaines cartes géologiques ont été simplifiées et repensées pour être plus accessibles. Il est par exemple beaucoup plus facile de décrypter l’enchaînement des différents événements.
Ces documents de synthèse permettent de développer chez les élèves une partie des compétences attendues au collège et au lycée. Ce sont des outils intégrateurs de connaissances qui apprennent à observer et à analyser, favorisant ainsi le raisonnement. Les cartes étant lues en deux dimensions, les élèves ont souvent du mal à s’en faire une représentation en trois dimensions. Ces nouvelles cartes facilitent cette approche. En complément, les classes de terrain permettent aux élèves de prendre la mesure des réalités sur place, de comprendre les liens entre des affleurements et des interprétations qui peuvent être faites à partir d’une carte géologique.
Demain, il serait possible d’aller encore plus loin avec des déclinaisons spécifiques pour les eaux souterraines et les risques naturels. Les cartes géologiques revisitées sont promises à un bel avenir.
Son auteur Arcisse de Caumont, a souhaité en faire un document accessible à tous. Il écrit à ce sujet : « J’ai fait en sorte que ce travail fût élémentaire, à la portée de tout le monde, et qu’il pût servir à populariser chez nous la géologie ; car j’ai toujours vu avec peine combien le nombre de ceux qui s’y livrent est peu considérable. J’ai donc bien moins écrit pour des géologues que pour ceux qui se seraient point encore initiés aux mystères de la science ».