A la recherche de ballast ferroviaire
Après une descente abrupte à travers la forêt, nous atteignons enfin la rivière. Nous nous trouvons dans la partie sud-ouest de la réserve de biosphère suisse de l'Entlebuch, non loin de la nature sauvage et isolée des gorges de Chessiloch – et en plein cœur de la zone d'étude de Maira Coray. L'étudiante en géologie de l'ETH Zurich dessine un profil géologique le long du lit de la rivière pour son travail de bachelor, enregistrant les détails de toutes les strates rocheuses sur une étendue de plusieurs centaines de mètres. C'est sa troisième visite dans la région. Cette fois, elle est accompagnée de ses superviseurs, Lukas Nibourel et Stefan Heuberger, du groupe Géoressources Suisse du Département des sciences de la Terre, et de Stephan Wohlwend, un scientifique du groupe Géologie du climat, qui conseille Maira Coray sur l'interprétation de ses échantillons de terrain. Ensemble, ces trois géologues expérimentés lui apportent le soutien d'experts dont elle a besoin et l'aident à collecter des échantillons pour d'autres analyses en laboratoire.
Ce projet est le premier pas de Maira Coray pour devenir une géologue à part entière. En plus d'apprendre de précieuses leçons sur l'examen des roches in situ et la documentation de ses découvertes, elle réalise rapidement qu'il y a une énorme différence entre la construction de profils géologiques en théorie et leur enregistrement sur le terrain.
Demande élevée
Lukas Nibourel et Stefan Heuberger ont de bonnes raisons d'envoyer Maira Coray dans cette gorge accidentée et inaccessible. La Suisse risque d'être confrontée à une pénurie de granulats de roche dure, utilisés comme ballast pour soutenir les voies ferrées. À première vue, la Suisse dispose d'une abondance de roches dures, mais très peu d'entre elles sont à la hauteur de ce défi particulier. Non seulement le ballast de roche dure doit être solide et résistant aux intempéries, mais les pierres cassées doivent également être de forme irrégulière et anguleuse afin de s'imbriquer correctement dans la plate-forme de la voie. Il n'est pas facile de trouver la bonne roche pour répondre à ces critères: le granit du massif de l'Aar n'est pas à la hauteur, pas plus que le calcaire du Jurassique, et encore moins les gneiss plats du sud de la Suisse.
Pourtant, le ballast de la voie ferrée étant remplacé environ tous les 30 ans – selon un calendrier serré visant à minimiser les perturbations des horaires de trains très chargés – la demande est élevée. Une grande partie de l'ancien ballast peut être réutilisée, tandis qu'une grande partie du reste est réutilisée comme agrégat pour la construction de routes. Un approvisionnement régulier en nouveau matériau de ballast est donc essentiel. Pourtant, il n'est plus possible de se contenter d'extraire des quantités illimitées de roche des sites existants, car l'exploitation de carrières est souvent incompatible avec d'autres intérêts. Les paysages protégés, les zones de conservation, les lotissements et les activités touristiques limitent tous la quantité de roches pouvant être prélevée – un dilemme qui entrave également l'extraction d'autres ressources telles que le gravier et les calcaires marneux pour la production de ciment.
Ici, dans les gorges de Chessiloch, les géologues veulent étudier une formation rocheuse qui n'a pas encore été exploitée. «La plupart des ballasts rocheux sont constitués de calcaire siliceux», explique Lukas Nibourel. «Mais le grès du Hohgant, dans ce lit de rivière, pourrait également faire l'affaire». Cependant, il est hors de question d'exploiter une carrière près des gorges de Chessiloch: non seulement il s'agit d'une réserve de biosphère protégée, mais c'est aussi un endroit beaucoup trop éloigné, sans routes ni voies ferrées pour transporter les roches. Néanmoins, cet endroit présente un grand intérêt pour les géologues. «Ce que nous avons ici, c'est une formation rocheuse ininterrompue que nous pouvons enregistrer dans son intégralité», explique Stefan Heuberger. «C'est un excellent modèle pour nous aider à déterminer quelles sections de la formation mériteraient d'être exploitées sur d'autres sites où ce grès est présent.»
Le travail sur le terrain est un travail difficile
Avant de commencer le travail de terrain proprement dit, nous grimpons un peu plus bas dans la gorge. Nous sommes maintenant au pied d'une chute d'eau qui s'élève à environ 10 mètres au-dessus de nous, où un affleurement massif de grès de Hohgant forme un léger surplomb. Maira Coray sort sa tablette et prend quelques notes. Elle l'utilise également pour mesurer l'orientation des strates rocheuses, et le logiciel trace ces données directement sur une carte numérique. «C'est un outil formidable, mais pour certains types d'observations, on ne peut toujours pas battre un carnet de terrain traditionnel», dit-elle.
Pendant ce temps, Lukas Nibourel et Stefan Heuberger travaillent d'arrache-pied, martelant la roche dure pour en extraire des échantillons. Idéalement, Maira Coray aimerait également prélever un échantillon dans la partie supérieure du surplomb rocheux, mais ce fruit en suspension s'avère trop difficile à atteindre, même pour les géologues qui savent grimper. Leur travail est interrompu par un Stephan Wohlwend enthousiaste, qui remonte la pente: «Il y a de très gros fossiles là-dessous», dit-il. «Mais je ne suis pas sûr d'avoir encore trouvé la base de la formation rocheuse». Les chercheur·ses ne savent toujours pas où se trouve la limite de la couche rocheuse située en dessous. Nous nous frayons un chemin à travers le terrain accidenté. Les roches dans cette partie du cours d'eau sont polies et lisses, de sorte que les grands fossiles découverts par Stephan Wohlwend sont maintenant clairement visibles. «Cela pourrait être la limite entre les strates», dit-il. Mais lui et Maira Corayont clairement des doutes, alors nous continuons.
Bientôt, nous trouvons ce que nous cherchons: à l'affleurement rocheux suivant, Lukas Nibourel repère la limite entre les roches sableuses brunes, dont le grès de Hohgant, et le calcaire gris clair de Schrattenkalk en dessous. Une bande, de quelques centimètres d'épaisseur seulement, marque le contact entre les deux strates. «Il y a ici un écart de 80 millions d'années», dit Lukas Nibourel en souriant. «Le calcaire a été déposé il y a environ 125 millions d'années, mais la couche de grès n'est apparue qu'il y a environ 45 millions d'années.»
Cela signifie que cet endroit près de la rivière a passé un certain temps à la surface de la Terre il y a 45 millions d'années avant d'être submergé par l'océan. À cette époque, les rivières ont transporté de grandes quantités de sable quartzeux de l'arrière-pays vers la mer, qui ont fini par faire partie du grès du Hohgant. Mais d'où venait exactement ce sable? Il semble peu probable qu'il provienne du massif voisin de l'Aar, qui était encore recouvert de sédiments calcaires à cette époque. Il pourrait provenir du massif de la Forêt-Noire. Pourtant, les grains irréguliers du grès seraient sûrement beaucoup plus arrondis s'ils avaient parcouru une si longue distance.
Commandé par swisstopo
Ce serait un sujet fascinant à étudier pour les scientifiques, mais leur mandat actuel leur laisse peu de marge de manœuvre pour le faire, explique Lukas Nibourel. En tant que chef de projet, il est chargé de veiller à ce que tout se déroule comme prévu: «Nous avons été mandatés par l'Office fédéral de topographie (swisstopo) pour réaliser cette étude. Leur objectif principal est d'évaluer les sites potentiels pour l'extraction de roches dures appropriées.» Il peut sembler surprenant qu'un pays aussi méticuleusement cartographié que la Suisse ne sache pas exactement où trouver le bon type de roche dans les bonnes quantités, mais la plupart des données actuelles sont incomplètes. Face à la menace d'une pénurie des matériaux nécessaires, swisstopo a chargé le groupe Géoressources Suisse de dresser un inventaire de toutes les occurrences potentielles de roches dures.
Stefan Heuberger, qui dirige le groupe depuis environ quatre ans, prend un moment pendant notre pause déjeuner pour expliquer son rôle unique. Le groupe a été créé en 2018 pour remplacer la Commission géotechnique suisse (SGTK), qui était basée à l'ETH Zurich depuis des décennies. «Nous recevons notre financement de base de swisstopo et de l'ETH Zurich, mais nous devons tout de même financer nous-mêmes une partie de notre budget en menant des études pour l'industrie ou les agences gouvernementales», explique-t-il. Le groupe mène plutôt une existence de niche. «La géologie de la Suisse n'est plus au centre de la recherche académique de l'ETH Zurich », regrette Stefan Heuberger. «Mais il est toujours important de maintenir ce domaine en vie». Outre la réalisation de projets pour les offices fédéraux et les agences spécialisées, le groupe est également très impliqué dans les activités d'enseignement en proposant des conférences et des excursions. «Maira Coray est notre première étudiante de bachelor», explique-t-il. «Il n'est pas toujours facile de trouver des zones de terrain adaptées pour les thèses de Bachelor. Les étudiant·es n'ont pas beaucoup de temps à consacrer à ce travail – et si le temps joue contre nous, comme ce fut le cas ce printemps, nous finissons par manquer de temps.»
Stefan, who has headed the group for around four years, takes a moment during our lunch break to explain its unique role. The group was established in 2018 to replace the Swiss Geotechnical Commission (SGTK), which had been based at ETH Zurich for decades. “We get our basic funding from swisstopo and ETH Zurich, but we still have to fund part of our budget ourselves by conducting studies for industry or government agencies,” says Stefan. The group leads rather a niche existence. “Switzerland’s geology is no longer of the main focus of academic research at ETH,” says Stefan with a note of regret. “But it’s still important to keep this field alive.” As well as carrying out projects for federal offices and specialist agencies, the group is also very involved in teaching activities by providing lectures and excursions. “Maira is our first Bachelor’s student,” Stefan explains. “It’s not always easy to find suitable field areas for Bachelor’s theses. Students don’t have much time to devote to this work – and if the weather is against us, as it was this spring, then we end up running out of time.”
Une lourde charge
En remontant la colline, nous nous retrouvons bientôt à notre point de départ, au milieu de la section rocheuse. Maira Coray tient à prendre plus d'échantillons, même si le grès du Hohgant dans cette zone n'est rien de plus que de fines couches de roche entrecoupées de couches d'argile, et est clairement impropre à l'exploitation d'une carrière. Alors que Stefan Heuberger et Lukas Nibourel se remettent au martelage, Maira Coray sort un marteau Schmidt de son sac à dos. Cet appareil sert normalement à tester les propriétés du béton, mais il peut aussi être utilisé pour mesurer la dureté des roches sur le terrain. Pour obtenir une image raisonnablement fiable, l'étudiante doit mesurer le rebond du marteau à différents endroits, en frappant la roche dans deux directions à chacun des 10 points de mesure.
Une fois que Stefan Heuberger et Lukas Nibourel ont rangé les nouveaux échantillons dans leurs sacs à dos, nous continuons notre ascension à travers deux autres affleurements rocheux. Maira Coraya également besoin d'échantillons de la section la plus élevée, où le grès de Hohgant se compose à nouveau de couches plus épaisses. Cette situation illustre une fois de plus combien il est difficile d'effectuer des mesures dans les règles de l'art lorsque l'on travaille sur le terrain: contrairement à un mur vertical en béton, les surfaces de cette roche ne sont pas planes ni facilement accessibles. «Les conditions sur le terrain ne sont jamais faciles», déclare Lukas Nibourel en haussant les épaules.
Au total, Maira Coray et ses superviseurs ont collecté quelque deux douzaines de gros morceaux de roche. La journée a été productive et a permis à l'étudiante de faire un grand pas en avant dans son travail sur le terrain, mais il est maintenant temps de porter la lourde charge sur la pente jusqu'au sentier et de retourner à la voiture. Le grès du Hohgant est-il assez dur pour servir de ballast ferroviaire? Seul le temps nous le dira. La prochaine étape pour Maira Coray sera d'analyser les échantillons à l'ETH Zurich – cette fois dans des conditions de laboratoire clairement définies.
Cet article est paru dans le numéro du 21/03 du magazine Globe de l'ETH Zurich
