Introduction

Le campus universitaire de la Cité Scientifique de Villeneuve d’Ascq, où se trouve l’actuelle Faculté des Sciences et Technologies de l’Université de Lille, a été implanté dans les années 1964-1966 sur une aire de plus de 100 hectares occupée antérieurement par des champs. Les travaux de génie civil entrepris à l’époque ont dégagé un certain nombre de tranchées éphémères qui ont été étudiées par Bonte (1966). Ses observations ont révélé que le sous-sol est constitué essentiellement de craie blanche coniacienne recouverte localement de limons et/ou de sable et tuffeau landéniens. La coupe la plus profonde a mis au jour 2,75 m de craie blanche surmontant 2 m de craie légèrement glauconieuse ou « craie piquetée sensu Robaszynski in Colbeaux et al. (1975) », puis un banc irrégulier à gros nodules phosphatés (un premier « tun » suivant l’appellation locale) et enfin en-dessous une craie glauconieuse recoupée sur 0,50 m. En définitive, seuls 5,50 m de craie avaient été recoupés, de sorte que la nature du sous-sol de la Cité Scientifique restait encore mal connue.

Dans ce contexte, la réalisation en mai 2022 d’un forage carotté de 17,30 m de profondeur, devant le bâtiment SN5 dédié aux Sciences de la Terre, offre l’opportunité de mieux apprécier la succession des couches présentes sous la Cité Scientifique. Ce forage a été implanté afin d’offrir un dispositif de travaux pratiques à destination des diverses formations des étudiants en hydrologie, hydrochimie, hydrogéologie et géotechnique. Le forage présenté ici est le premier d’un futur réseau de quatre piézomètres, espacés de plusieurs mètres, qui permettra de nombreux travaux pratiques. Grâce à ce forage, il devient possible d’établir une description lithologique précise des craies situées dans la portion sud-est de la métropole de Lille. Des corrélations deviennent envisageables avec des coupes et forages décrits en d’autres endroits de l’agglomération lilloise, en Artois et dans le Boulonnais.

Enfin, une comparaison entre le profil lithologique et les données mécaniques obtenues lors de la réalisation du forage, en particulier de la pression du couple de rotation de la machine de forage, est présentée en annexe. Ces informations présentent un grand intérêt pour les géotechniciens travaillant sur le territoire de la métropole de Lille et qui sont amenés à rencontrer en sondages divers faciès de la Craie incluant des niveaux indurés résistants.

La craie glauconieuse de Lezennes (F.A.)

La localisation géographique des points d’observation (carrières, affleurements, puits et forages) cités dans cet article et situés dans la ville de Lille et ses abords, en particulier à Lezennes et Villeneuve d’Ascq, est reportée sur la figure 1.

Fig. 1

La succession lithologique décrite à la fin du XIX^e siècle et au début du XX^e dans les anciennes carrières de Lezennes

Le sous-sol crayeux de la partie méridionale de l’agglomération lilloise, en particulier à Lezennes, est creusé de plusieurs dizaines de kilomètres de galeries subhorizontales qui correspondent à des carrières souterraines ayant servi à fournir de la craie à bâtir. Ces carrières sont situées à une dizaine de mètres sous la surface du sol. Toutefois, le fond des galeries s’abaisse progressivement de la côte 30 NGF à la côte 24,80 NGF du sud au nord, dans le même sens que le pendage des couches géologiques (Ricour & Leplat, 1990). L’extraction a, semble-t-il, débuté au Moyen Âge, mais a été surtout intense au XVII^e siècle lors de la construction de nombreux édifices à travers la ville de Lille, dont la citadelle par Vauban (Dubois, 2009). La craie était extraite à partir de chambres d’exploitation verticales et circulaires, évasées à la base et en forme de bouteille de champagne, nommées localement « catiches » (fig. 2). Les « catiches » étaient elles-mêmes reliées entre elles, à leur base, par des galeries souterraines plus ou moins horizontales pourvues de chambres d’extraction séparées par des piliers crayeux servant au soutènement des voûtes (d’où le nom de « carrière à piliers tournés » donné à ce type d’exploitation).

Fig. 2

Le terme de « Craie de Lezennes » a été créé par Jules Gosselet en 1870 pour un intervalle de craie grise, glauconieuse, contenant des niveaux durcis désignés sous le nom de « tuns » (« la pierre qui tient ») par les ouvriers carriers et foreurs de la région lilloise et qui correspondent à des hardgrounds suivant la terminologie actuelle. Les hardgrounds sont des niveaux précocement indurés lors de la cimentation du sédiment originel et qui ont pu servir de substrats durs lors du dépôt des couches sus-jacentes. Cette couche de craie glauconieuse particulière est située à la limite entre les zones d’échinides successives à Micraster breviporus et à Micraster cortestudinarius sensu Barrois (1878) et Gosselet (1881). Selon la description originelle de Gosselet (1870), la Craie de Lezennes correspond à « l’assise des Gris ou du Tun ». C’est la raison pour laquelle elle est parfois désignée sous le nom de « Craie grise » (Robaszynski in Colbeaux et al. (1975) et in Mégnien & Mégnien coord., 1980). Mais il existe une autre « Craie grise », popularisée par les travaux de creusement du tunnel sous la Manche qui, elle, est cénomanienne et correspond à la traduction française d’un terme anglais créé un demi-siècle plus tôt : the Grey Chalk (Phillips, 1819). Ce nom est appliqué à la craie grise, argileuse, près de Douvres (U.K.). Pour respecter la règle d’antériorité, éviter toute confusion et dans la mesure où la teinte grise de la Craie de Lezennes est liée à la présence d’une proportion significative de glauconie, nous proposons d’émender le terme par l’adjonction de l’adjectif « glauconieuse », la Craie de Lezennes devenant « Craie glauconieuse de Lezennes ».

Gosselet ayant observé uniquement la partie supérieure des niveaux crayeux contenant de la glauconie (la Craie piquetée de glauconie et le sommet de la Craie glauconieuse de Lezennes), la première coupe complète de la Craie glauconieuse de Lezennes a été publiée par Cayeux (1889) à partir de levés réalisés, premièrement, dans les carrières souterraines de la localité type et deuxièmement, dans des puits. Des indications complémentaires sont apportées ultérieurement par Parent (1893 a, b) et surtout par Gosselet (1905) qui assimile la Craie glauconieuse de Lezennes à « l’assise des Gris ou du Tun, laquelle constitue un des traits les plus caractéristiques de la région de Lille ».

En synthétisant les descriptions publiées par les différents auteurs, en particulier Cayeux (1889), Gosselet (1905), Ricour & Leplat (1990) et Dubois (2009), les principales unités lithologiques visibles à la fin du XIX^e siècle et au début du XX^e au sein des carrières souterraines et des puits de Lezennes peuvent être résumées de la façon suivante, du haut vers le bas :

• Craie blanche

vue sur 6,30 m : craie blanche, sans silex, contenant des fragments (« soies ») d’inocérames. La forte altération de la roche sur une profondeur de plusieurs mètres et sa fracturation sont les raisons pour lesquelles cette craie blanche n’a pas, ou peu, été utilisée comme pierre de taille. Elle a en revanche été extraite à partir des « catiches » pour la production de pierre à chaux. Les niveaux crayeux les plus superficiels se débitent en plaquettes et sont nommés « marnettes » par les puisatiers à l’échelle régionale. Il s’agit d’un faciès d’altération qui résulte des cycles gel/dégel durant les périodes glaciaires du Quaternaire ;

• Craie piquetée (de glauconie)

3,00 m : craie à bâtir grise, ponctuée de grains de glauconie, avec une teneur en glauconie qui augmente vers le bas. Deux bancs ont été distingués par les carriers au sein de la Craie piquetée nommée aussi « Craie à bâtir » : au sommet le « Banc des Roux » ou 2^e banc, à la base le « Banc du Tun » ou 1^er banc. Cette Craie piquetée (de glauconie) a été largement exploitée au sein des carrières souterraines de Lezennes, à travers plusieurs dizaines de kilomètres de galeries. Très localement, l’extraction a été prolongée vers le bas à travers la craie glauconieuse sous-jacente dans une tentative avortée d’extraction du phosphate de calcium qui se trouve au sein des tuns. C’est à cette occasion que Cayeux (1889) a pu décrire la première coupe complète de la Craie glauconieuse de Lezennes, en particulier en un point situé au nord de la localité, nommé « lac bleu » (fig. 1) en raison de l’émergence fréquente de la nappe de la craie en périodes de hauts niveaux piézométriques – le plus souvent de mars à mai (Ricour & Leplat, 1990) ;

• Craie glauconieuse de Lezennes

0,40 m : 1^er Tun, constitué de nodules jaunâtres gros comme le poing en phosphate de chaux, noyés dans une craie grise, glauconieuse ;

1,70 m : craie très glauconieuse ;

0,50 m : 2^e Tun, en nodules d’un blanc jaunâtre dans une craie plus pâle ;

0,10 m : craie grise, faiblement glauconieuse ;

• Craie à (silex) cornus

0,50 m : 3^e Tun ou « Tun blanc », constitué de nodules tout à fait blancs dans une craie de même couleur ;

0,30 m : craie gris-blanc ;

vue sur 1,50 m : craie à gros silex cornus noirs, recouverts d’une patine blanche.

Si la limite supérieure de la Craie glauconieuse de Lezennes a été placée dès l’origine par Gosselet au sommet du 1^er Tun, la limite inférieure de l’unité lithologique a fait l’objet d’interprétations différentes suivant les auteurs. Ainsi, le 3^e Tun est rapporté par Parent (1893 b) à la Craie à cornus en raison de la couleur blanche des nodules, tandis que Gosselet (1905) l’attribue à « l’assise des Gris ». Cette divergence d’interprétation révèle la difficulté, fréquente en stratigraphie, de placer une limite entre des unités lithologiques successives. Dans la mesure où les observations actuelles montrent que le 3^e Tun est le sommet durci de la Craie grisâtre à cornus, la limite entre la Craie glauconieuse de Lezennes et la Craie à cornus est placée dans la présente publication au sommet du 3^e Tun.

En ce qui concerne la limite supérieure de la Craie de Lezennes, nous avions pensé dans une première interprétation réunir la Craie piquetée et la Craie glauconieuse de Lezennes en un seul ensemble lithologique dans la mesure où les deux unités sont caractérisées par la présence de glauconie. Mais l’un des rapporteurs de cet article (Francis Robaszynski), qui a eu l’opportunité d’étudier ces niveaux dans une carrière à Sainghin-en-Mélantois il y a un demi-siècle, nous a indiqué qu’au-dessus du 1^er Tun, la teneur en glauconie diminue progressivement vers le haut. Cette remarque a d’ailleurs d’être confirmée par de récentes observations réalisées à l’occasion de cette étude en septembre 2022 dans les carrières souterraines de Lezennes au niveau du « lac bleu ». De la sorte, il semble dans certains cas bien difficile de placer une limite entre la Craie blanche et la Craie piquetée de glauconie. En réservant le terme de Craie glauconieuse de Lezennes à l’intervalle allant du 1^er Tun inclus jusqu’à la limite supérieure du 3^e Tun, la distinction entre ce qui apparaît au-dessus du 1^er Tun par rapport à ce qui gît en dessous ne prête plus à discussion.

Extension géographique des faciès glauconieux

Même s’il convient d’émettre une réserve quant à la validité de certaines descriptions anciennes, fait déjà signalé il y a plus d’un siècle par Gosselet (1905), un certain nombre de forages et de travaux de génie civil permettent de cerner la distribution spatiale des faciès glauconieux développés aux confins de la limite entre les zones d’échinides à Micraster breviporus et à Micraster cortestudinarius dans la région lilloise. Ainsi, l’extension géographique de la Craie glauconieuse de Lezennes est localisée sur une aire relativement restreinte, limitée à la partie orientale de l’agglomération lilloise et qui englobe le quartier de Fives à Lille-Est (anciens ateliers de Fives-Cail), ainsi que les communes d’Hellemmes (ateliers SNCF), Lezennes, Villeneuve d’Ascq (Cité Scientifique) et Sainghin-en-Mélantois (fig. 1). Il ne s’agit pas d’une limite d’érosion ou d’affleurement dans la mesure où les craies du Turonien supérieur-Coniacien sont présentes dans le sous-sol de toute l’agglomération lilloise, mais bien de l’aire où les faciès crayeux s’enrichissent en glauconie. Des « tuns » sont également connus dans les parties occidentale, septentrionale et méridionale de l’agglomération (Loos-Haubourdin, Emmerin, Santes, Porte des Postes, quartiers Saint-Maur et Wazemmes à Lille, Ronchin), mais dans une succession crayeuse où la glauconie est rare, voire totalement absente.

Les données paléontologiques relatives à la Craie glauconieuse de Lezennes et à la Craie piquetée

Les prospections réalisées au XIX^e siècle dans les carrières souterraines de Lezennes par Gosselet (1870), Cayeux (1889) et Parent (1893 a et b) ont livré peu de fossiles au sein des faciès de craie glauconieuse : quelques brachiopodes non caractéristiques, des échinides appartenant essentiellement au genre Micraster et représentés par deux espèces : M. leskei d’Orbigny, 1855 [dont M. breviporus Agassiz, 1876 est un synonyme junior] et M. cortestudinarium (Goldfuss, 1829) et enfin deux ammonites. Si la présence de M. leskei, une espèce caractéristique du Turonien supérieur et de M. cortestudinarium, un taxon typique du Coniacien inférieur et moyen, indique que l’on se trouve aux confins de la limite entre les deux étages, il est difficile d’être plus précis dans la mesure où « M. Cayeux et M. Parent ont ramassé la plupart de leurs fossiles dans des déblais et non en place » Gosselet (1905, p. 14). La seule indication intéressante est apportée par les deux moules internes d’ammonites qui sont conservés au sein des collections de paléontologie du Musée d’Histoire Naturelle de Lille. Les deux exemplaires (ML4 et ML7) sont préservés dans une craie blanche, contenant quelques grains de glauconie. Il s’agit de la « craie à bâtir » de Cayeux (1889) ou « Craie piquetée ». Ces deux spécimens, décrits et illustrés par Amédro & Robaszynski (1978, 2006), sont des Peroniceras tridorsatum (Schlüter, 1867), espèce index de la seconde zone d’ammonites du Coniacien inférieur.

En complément, Robaszynski in Colbeaux et al. (1975) a étudié à Sainghin-en-Mélantois une carrière éphémère à ciel ouvert utilisée au début des années 1970 comme source de matériaux de remblai pour les terrassements de l’autoroute A27 entre Lille et Tournai. La coupe entaillait un intervalle équivalent à celui du forage décrit aujourd’hui dans l’enceinte de la Cité Scientifique à Villeneuve d’Ascq. La faune d’échinides, recueillie cette fois en place, provient du 1^er Tun (ou Tun supérieur) et montre deux types de préservation : des petits Micraster proches de leskei, remaniés, plus ou moins usés et phosphatisés et quelques M. cortestudinarium non remaniés. Malheureusement, il s’agit du seul niveau ayant fourni des échinides. De plus, la détermination des Micraster mérite d’être revue dans la mesure où aucun M. normanniae Bucaille, 1883, espèce transitionnelle entre M. leskei et M. cortestudinarium, n’est cité dans la coupe. Une autre information est apportée par la découverte de plusieurs valves d’inocérames de grande taille (40 à 60 cm), « posées » sur le 3^e Tun et qui ont été déterminées à l’époque par le Dr Jacques Sornay (Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris) comme Platyceramus mantelli (de Mercey, 1872). C’est la récolte de cet inocérame, joint à la présence du foraminifère Reussella kelleri Vasilenko, 1961, qui a conduit Robaszynski in Colbeaux et al. (1975) à placer à Sainghin-en-Mélantois la limite Turonien-Coniacien un peu en dessous du 2^e Tun. Cette interprétation est remise en cause aujourd’hui (nous plaçons la base du Coniacien au milieu du 2^e Tun) pour deux raisons. Premièrement, l’actualisation des distributions verticales de foraminifères dans les craies du Turonien-Coniacien du Boulonnais montre que l’apparition de R. kelleri précède légèrement la limite Turonien-Coniacien (Robaszynski & Amédro, 2014). Deuxièmement, des récoltes récentes réalisées en Allemagne du Nord suggèrent que la distribution verticale de P. mantelli semble correspondre à celle du genre Volviceramus, c’est-à-dire à la partie moyenne de l’étage Coniacien (Walaszczyk & Wood, 2018), ce qui nécessite de revoir la détermination proposée dans les années 1970. En définitive, les foraminifères confirment l’appartenance du 1^er Tun au Coniacien, mais sans qu’il soit possible de placer la limite Turonien-Coniacien avec précision.

Cet exposé illustre les limites de la méthode biostratigraphique fondée sur la récolte de macro- ou microfossiles. Il est en conséquence nécessaire d’envisager une approche différente pour interpréter la coupe du forage de la Cité scientifique. Dans le cas présent, la méthode utilisée est la stratigraphie événementielle dont les principes sont développés dans un chapitre suivant.

Fig. 3

Le forage réalisé sur le site du campus de la Cité Scientifique de l’Université de Lille à Villeneuve d’Ascq (F.A, F.G.)

Le forage décrit dans cette étude, indexé SC1, a été réalisé les 10 et 11 mai 2022 par l’entreprise GEOTEC (agence de Carvin) pour le compte de l’Université de Lille. Il a été financé conjointement par la Faculté des Sciences et Technologies et le Département des Sciences de la Terre. Il a été effectué sur le campus universitaire de la Cité Scientifique de Villeneuve d’Ascq, devant le bâtiment SN5 de Faculté des Sciences et Technologies de l’Université de Lille. Ses coordonnées Lambert93 sont les suivantes : x = 710392,15 ; y = 7056783,9 ; z = 39,2.

Description lithologique

Du haut vers le bas, la coupe montre la succession suivante (fig. 3) :

• Formations superficielles

0 à 4,70 m : intervalle non étudié, constitué par le sol végétal, puis par du limon brun ;

4,70 m à 4,88 m : limon brun ;

4,88 m à 4,98 m : limon identique au précédent, mais contenant de nombreux nodules crayeux centimétriques tendres, issus de la craie blanche sous-jacente et résultant de l’altération de celle-ci ;

• Craie blanche

4,98 m à 5,70 m : craie blanche très altérée (faciès « marnettes »), tendre, apparemment dépourvue de silex, mais contenant quelques grains épars, inframillimétriques, de glauconie ;

• Craie piquetée

5,70 m à 7,15 m : craie tendre, franchement glauconieuse, très bioturbée, gris-verdâtre. Certaines bioturbations sont remplies de craie marneuse blanchâtre contenant peu de glauconie. D’autres présentent en revanche des concentrations en glauconie. Une surface d’omission riche en Thalassinoides est présente à 6,30 m et surmonte 5 cm de craie plus cohérente, voire légèrement durcie (ébauche d’un firmground, c’est-à-dire d’un fond semi-induré, à la différence des hardgrounds qui sont entièrement indurés). Un échantillon prélevé à 6,50 m révèle la présence de 2,6 % de glauconie (pourcentage pondéral) et de 0,5 % de quartz. La limite entre la Craie blanche, au-dessus et la Craie piquetée, en dessous, est nette et l’on passe sans transition d’une craie blanche à une craie beaucoup plus sombre, gris-verdâtre ;

• Craie glauconieuse de Lezennes

7,15 m à 7,58 m : 1^er Tun constitué en réalité par la superposition de deux hardgrounds noduleux. Dans le détail, la succession est la suivante :

• • 7,15 m à 7,44 m : hardground massif constitué de nodules indurés, beige à marron clair, de craie glauconieuse phosphatisée. Les nodules sont couverts d’un enduit glauconieux verdâtre, qui peut devenir jaunâtre lorsque la glauconie est altérée. Dans l’intervalle 7,15 m-7,23 m, les nodules sont de petite taille, celle-ci étant le plus souvent comprise entre 2 et 3 cm. Le volume des nodules augmente en revanche vers le bas où ils atteignent le plus souvent un diamètre de 4 à 5 cm. La craie qui cimente les nodules est elle-même indurée et glauconieuse ;
  • 7,44 m à 7,50 m : craie glauconieuse non durcie, rayable à l’ongle ;
  • 7,50 m à 7,58 m : hardground nettement plus mince que le précédent, formé de nodules centimétriques (1 à 2 cm) de craie glauconieuse phosphatisée et durcie. Le ciment est également induré ;

7,58 m à 9,85 m : craie glauconieuse gris-vert, tendre, très bioturbée. La plupart des bioturbations sont des Thalassinoides remplies de glauconie. Une surface d’omission, non durcie, est observée à 8,60 m. Un nodule centimétrique, marron foncé, de phosphate de chaux est présent à 8,90 m, ainsi qu’un second nodule, un peu plus gros et probablement issu du 2^e Tun, à 9,73 m. Des analyses réalisées à 8,00 m et 9,50 m donnent des teneurs pondérales en glauconie respectivement de 9,3 % (probablement dans une bioturbation) et de 3,0 % (dans la matrice de la roche). Dans les mêmes prélèvements, la proportion en quartz s’élève à 2,7 % et 1,9 % ;

9,85 m à 10,18 m : 2^e Tun constitué, comme le premier, par la superposition de deux niveaux indurés. De façon précise, ces deux niveaux sont les suivants :

• • 9,85 m à 9,90 m : accumulation de nodules de craie phosphatés beige, indurés, dont la taille varie de 2 à 4 cm, couverts d’un enduit peu glauconieux. Le ciment qui contient les nodules est en revanche tendre, constitué de craie glauconieuse gris-vert. Dans la mesure où la cimentation des sédiments est incomplète, il s’agit d’un fond semi-induré ou firmground ;
  • 9,90 m à 9,95 m : craie glauconieuse gris-vert, tendre, assez grossière ;
  • 9,95 m à 10,18 m : hardground très bioturbé constitué d’une craie gris-blanc, indurée, quasiment dépourvue de glauconie. Les bioturbations sont quant à elles remplies de craie grossière également durcie, gris-vert, franchement glauconieuse, issue du niveau supérieur ;

10,18 m à 10,22 m : craie gris-blanc rayable à l’ongle, ponctuée de quelques fins grains de glauconie. Cette craie est identique à celle constituant le hardground précédent, mais non durcie ;

10,22 m à 10,27 m : niveau beige, fragmenté, friable, très faiblement glauconieux, paraissant à première vue plus marneux. L’analyse d’un prélèvement révèle cependant que la teneur en CaCO₃ atteint 85,6 %. Il s’agit d’une craie marneuse et non d’un niveau franchement marneux. On se trouve sous un hardground et il est possible qu’à la sortie de celui-ci, le carottier ait partiellement broyé la craie tendre sous-jacente sur quelques centimètres de hauteur ;

10,27 m à 10,40 m : craie blanche, grossière, légèrement glauconieuse. Un lit de petits silex digitiformes épigénisant des bioturbations (Thalassinoides flints suivant la formulation anglaise) est présent à 10,35 m. Il s’agit du premier lit de silex observé dans la succession ;

• Craie à cornus

10,40 m à 10,60 m : 3^e Tun correspondant à un firmground. Les nodules, pluricentimétriques, sont constitués d’une craie indurée grisâtre, contenant quelques rares grains inframillimétriques de glauconie. Les bioturbations sont quant à elles gris-verdâtre, remplies d’une craie tendre, rayable à l’ongle, nettement glauconieuse ;

10,60 m à 11,49 m : craie gris-blanc, très bioturbée, contenant encore un peu de glauconie, mais surtout caractérisée par la présence de nombreux filets marneux onduleux riches en glauconie et de teinte gris-verdâtre. Un silex digitiforme (Thalassinoides) est présent à 11,30 m. Deux inocérames ont également été trouvés dans cet intervalle, respectivement à 10,95 m et à 11,20 m. Le premier est un fragment indéterminable. En revanche le second a pu être déterminé par le Dr Irek Walaszczyk (Université de Varsovie, Pologne). Il s’agit d’un Mytiloides cf. costellatus (Woods, 1904), une espèce du Turonien supérieur ;

11,49 m à 11,67 m : firmground constitué d’une craie gris-blanc, légèrement durcie. Les bioturbations de type Thalassinoides sont remplies d’une craie un peu plus grossière, légèrement glauconieuse, cohérente, mais non durcie ;

11,67 m à 13,33 m : craie marneuse gris-beige parcourue sur toute sa hauteur par de très nombreux filets marneux onduleux gris plus foncé. Les 30 cm supérieurs sont encore finement ponctués de quelques grains de glauconie. En dessous, la glauconie se raréfie et disparait. Un lit de petits silex digitiformes est présent à 12,20 m, tandis qu’un autre lit, cette fois de gros silex cornus dont certains dépassent probablement 20 cm de longueur, existe à 12,40 m ;

13,33 m à 13,42 m : niveau plus marneux beige, tendre, finement laminé, parcouru à sa limite supérieure de nombreuses bioturbations (Thalassinoides) provenant de la craie sus-jacente. Ces bioturbations de teinte claire sont bien visibles dans la marne plus sombre. Un échantillon prélevé à 13,40 m donne une teneur en CaCO₃ de 91,2 %, ce qui est une valeur anormalement élevée pour un niveau « marneux ». En toute honnêteté, il conviendrait plutôt de parler de craie marneuse. En réalité, la teneur en carbonates est fortement dépendante de la bioturbation qui introduit plus ou moins de craie au sein de l’argile. C’est le cas ici ;

13,42 m à 13,80 m : craie marneuse beige paraissant relativement homogène, incluant à 13,50 m un lit de silex cornus de 7 à 8 cm et, dans l’intervalle 13,60 m-13,70 m, une passée plus cohérente, légèrement durcie ;

• Bleus

Le terme de Bleus était utilisé au siècle passé par les mineurs du Bassin houiller Nord – Pas-de-Calais pour désigner des alternances de niveaux de marne tendre, gris clair et de niveaux crayeux blanc-grisâtre. Il ne s’agit pas d’une division lithostratigraphique (formation ou membre), mais seulement d’un faciès régional ;

13,80 m à 17,30 m (fin du forage) : succession rythmée constituée par un empilement de cycles demi-métriques à pluridécimétriques. Chaque cycle débute à la base par un niveau gris sombre, constitué de nombreux filets marneux onduleux et passe progressivement, mais rapidement vers le haut à un banc plus carbonaté dont la limite supérieure correspond à une surface d’omission riche en Thalassinoides. Certaines bioturbations s’enfoncent de 10 à 20 cm dans le sommet des bancs crayeux. La base des niveaux marneux situés respectivement à 15,05 m et à 16,70 m est marquée dans les deux cas par la présence d’un lit de galets crayeux centimétriques. Certains sont beiges, légèrement phosphatisés, les autres sont blancs, mais non durcis. Le sommet du banc crayeux situé à 15,15 m est une surface d’érosion partiellement indurée qui apparait sous l’aspect d’une ligne de nodules crayeux durcis entre lesquels s’enfoncent des bioturbations (Thalassinoides) remplies de craie marneuse grise et tendre. Il s’agit d’un firmground dont la genèse est probablement liée à un balayage du fond par des courants car certains nodules durcis contiennent eux-mêmes d’autres graviers crayeux. Enfin, un silex noir de 3 cm et une trace fossile lamellaire de type Zoophycos ont été observés respectivement à 15,10 m et à15,60 m.

Un montage photographique présentant la totalité des carottes de forage est présenté dans l’Annexe 1.

Fig. 4

Les nouvelles observations réalisées en 2022 dans les carrières souterraines de Lezennes (F.A., F.G.)

La sécheresse exceptionnelle qui a affecté l’année 2022 a entraîné un important abaissement de la surface piézométrique de la nappe de la craie du Turonien supérieur – Coniacien dans la région lilloise. Cet événement météorologique nous a incité à effectuer de nouvelles investigations dans les galeries les plus profondes des carrières souterraines de Lezennes qui sont habituellement inaccessibles. L’ancienne chambre d’extraction nommée « lac bleu » constitue le point le plus bas des carrières (fig. 2). Le plancher de cette chambre correspond au niveau zéro de la coupe présentée dans la figure 4, levée le 29 septembre 2022 alors que le site était entièrement à sec. Du bas vers le haut, la succession est la suivante :

• Craie glauconieuse de Lezennes

0 à 1,20 m : craie glauconieuse gris-vert, tendre, très bioturbée ;

1,20 m à 1,60 m : hardground noduleux complexe, glauconieux, gris-vert, montrant la superposition de deux niveaux indurés constitués de nodules de craie glauconieuse durcie et phosphatisée. La matrice qui enrobe les nodules est elle-même durcie et glauconieuse ;

• Craie piquetée

1,60 m à 4,60 m : craie gris-blanc, contenant quelques grains épars, inframillimétriques, de glauconie avec une teneur qui diminue progressivement vers le haut. Il s’agit de la « Craie à bâtir » des anciens carriers. La moitié inférieure de l’intervalle, la plus riche en glauconie, correspond au « Banc du Tun », la moitié supérieure au « Banc du Roux ». La teinte du banc, classiquement attribuée à la présence de « rognons » de fer, correspond en réalité à la présence de nombreuses éponges ferruginisées appartenant aux genres Paraplocia et Rhizopoterion ;

• Craie blanche

4,60 m à environ 10 m : craie blanche tendre, fine, traçante, sans silex, contenant encore des éponges et surtout de nombreux lits de grands inocérames plats dont les valves dépassent souvent 30 cm. Ces spécimens appartiennent à l’espèce Platyceramus mantelli (de Mercey, 1872) dont l’holotype, préservé au sein des collections du Musée d’Histoire naturelle de Lille, provient des carrières de Lezennes. Associés à ces bivalves plats de grande taille dont la coquille est souvent fragmentée (d’où le nom de « craie à soies » parfois donnée à la Craie blanche), on trouve quelques représentants d’un autre inocérame à coquille plus bombée, identifié sous le nom de Volviceramus involutus (J. de C. Sowerby, 1829) dans les publications de nos prédécesseurs (Barrois, 1878 ; Gosselet, 1881, 1905 ; Cayeux, 1889 ; Sangnier et al., 1968 ; Delattre et al., 1973, etc). C’est la détermination retenue ici. Toutefois les travaux récents de Walaszczyk & Wood (1999, 2018) révèlent qu’une autre espèce précède légèrement V. involutus au sein de la lignée phylétique des Volviceramus. Il s’agit de V. koeneni (Müller, 1888) dont les valves sont légèrement plissées au stade juvénile et au début du stade adulte. Il est possible que certains Volviceramus présents dans la partie inférieure de la Craie blanche des carrières de Lezennes appartiennent à cette espèce.

L’intérêt de la coupe décrite ci-dessus est triple.

• Les carrières de Lezennes relaient vers le haut la succession décrite dans le forage de Villeneuve d’Ascq en recoupant la Craie blanche sans silex sur une hauteur de plus de 6 m.
• La présence de nombreux Platyceramus mantelli et Volviceramus dans cette même Craie blanche permet d’attribuer l’unité lithologique au Coniacien moyen (Walaszczyk & Cobban, 2006 ; Walaszczyk & Wood, 2018).
• Enfin et surtout, une différence de faciès importante est observée au sein de la Craie piquetée sur une distance de 2 km entre le « lac bleu » à Lezennes et le bâtiment SN5 sur le campus de la Cité scientifique à Villeneuve d’Ascq. À Lezennes, le changement de teinte entre le « sombre » (craie glauconieuse gris-verdâtre en dessous) et le « clair » (craie blanc-gris au-dessus) coïncide avec la limite supérieure du 1^er Tun, c’est-à-dire avec la limite Craie glauconieuse de Lezennes – Craie piquetée. À la Cité scientifique de Villeneuve d’Ascq, ce même changement de teinte est situé 1,45 m plus haut, à la limite Craie piquetée – Craie blanche. Toute la Craie piquetée est ici franchement glauconieuse.

Fig. 5

La stratigraphie événementielle appliquée aux craies du Turonien supérieur-Coniacien dans le nord de la France (F.A.)

Principes et méthode

Le forage réalisé sur le campus de la Cité Scientifique de Villeneuve d’Ascq étant décrit sur le plan de la lithologie, il faut maintenant l’interpréter. Neuf niveaux plus ou moins durcis et condensés sont présents sur les dix mètres de craies recoupées, ce qui révèle un enregistrement sédimentaire très réduit. Mais comment aller plus loin ? Conceptualisée à l’origine dans les craies cénomano-turoniennes du nord de l’Allemagne par Ernst et al. (1983), la stratigraphie événementielle est aujourd’hui largement utilisée dans le Crétacé du nord-ouest de l’Europe pour réaliser des corrélations fines à longues distances, intra- et inter-bassins. La stratigraphie événementielle est fondée sur la présence au sein des successions sédimentaires d’événements à caractère lithologique ou écologique. Dans le cas des craies turoniennes du Bassin anglo-parisien, il s’agit de hardgrounds, parfois regroupés en niveaux complexes comme dans la Craie glauconieuse de Lezennes, de niveaux marneux d’origine détritique, de niveaux marneux résultant de la diagenèse de cendres volcaniques, de lits de silex particuliers et enfin de niveaux caractérisés par l’abondance momentanée d’un certain nombre de fossiles (Mortimore, 1983, 1986 ; Robinson, 1986 ; Gale, 1996 ; Amédro & Robaszynski, 2001 a, 2001 b, 2001 c, 2006 ; Mortimore et al., 2001). Souvent, ces niveaux repères présentent une grande extension géographique et sont le témoignage d’événements qui ont dû affecter de vastes surfaces en mer. Ces litho- et écoévénements définissent des lignes-temps très fines en regard des zones macro- ou micropaléontologiques beaucoup plus longues et constituent d’excellents outils de corrélation.

La stratigraphie événementielle a déjà été appliquée à deux reprises dans des séries crayeuses condensées du Turonien supérieur du bassin anglo-parisien, épaisses de moins de 10 m : d’abord pour corréler les hardgrounds du Chalk Rock entre le Dorset et le nord de Londres (Bromley & Gale, 1982), puis pour corréler les hardgrounds de la « meule » en Artois et des « tuns » de Loos-Haubourdin à l’ouest de l’agglomération lilloise (Amédro & Robaszynski, 2006). C’est la méthode retenue pour interpréter la succession lithologique du forage du campus de la Cité Scientifique qui a traversé la Craie glauconieuse de Lezennes, en corrélant un ensemble de coupes, depuis la plus épaisse (tranchée de chemin de fer de Caffiers dans le Boulonnais) jusqu’à la plus condensée (Cité Scientifique de l’Université de Lille à Villeneuve d’Ascq). Cette démarche peut sembler un peu « lourde » à un lecteur non initié dans la mesure où elle nécessite de procéder par étapes successives, en partant de coupes dans lesquelles l’enregistrement sédimentaire est épais, pour terminer dans des séries condensées.

Les niveaux repères utilisés pour la corrélation des niveaux durcis du Turonien supérieur-Coniacien du Nord de la France

La coupe de référence pour les craies du Turonien supérieur-Coniacien du nord de la France est la tranchée de chemin de fer de Caffiers dans le Boulonnais, décrite à plusieurs reprises par Amédro et al. (1979), Robaszynski & Amédro coord. (1980), Robaszynski & Amédro (1986) et Amédro & Robaszynski (2001 a, 2001 b). Il s’agit de la localité où la succession est la plus épaisse dans l’intervalle concerné (56 m à comparer aux 9 m recoupés dans les niveaux équivalent du forage de la Cité scientifique à Villeneuve d’Ascq). Par respect de la règle d’antériorité, la terminologie des niveaux repères utilisée dans les craies du nord de la France est celle définie dans le Sussex au sud de l’Angleterre par Mortimore (1983, 1986) et complétée dans le Kent par Gale & Smith (1982) et Robinson (1986). Du bas vers le haut et en partant de la base du Turonien supérieur, la succession des litho- ou écoévénements est la suivante (fig. 5) :

• Turonien supérieur
  • le Caburn Marl (Mortimore, 1983) : niveau marneux sombre (0,15 m d’épaisseur), très sensible à l’altération et, de ce fait, le plus souvent en creux, surmontant un lit de silex assez constant. Le Caburn Marl est un niveau de bentonite provenant de l’altération sous-marine de verre volcanique (Deconinck et al., 1991 ; Vanderaveroet et al., 2000 ; Godet et al., 2003) ;
  • les Bantam Hole Hardgrounds (Robinson, 1986) : ensemble de hardgrounds composites (2 à Caffiers) dans lesquels apparaissent les premiers Sternotaxis plana (Mantell, 1822) ;
  • les Bridgewick Marls (Mortimore, 1983) : groupe de 2 ou 3 niveaux marneux répartis sur 1,50 m à 2 m de hauteur, associés à de gros silex noduleux. Typiquement, à l’échelle régionale, les Bridgewick Marls coiffent les Bantam Hole Hardgrounds. Les niveaux inférieur (BM1) et supérieur (BM3) des Bridgewick Marls sont, comme le Caburn Marl, des niveaux de bentonite. En revanche, la présence d’illite détritique dans le cortège argileux du Bridgewick Marl 2 suggère des apports mixtes, volcaniques et détritiques (Godet et al., 2003) ;
  • les Lighthouse Down Hardgrounds, constitués de plusieurs hardgrounds très fossilifères (3 à Caffiers), riches en échinides (S. plana, Micraster leskei d’Orbigny, 1855) et en ammonites : Sciponoceras bohemicum bohemicum (Fritsch, 1872), Scaphites geinitzii d’Orbigny, 1850, Hyphantoceras reussianum (d’Orbigny, 1850), Lewesiceras mantelli Wright & Wright, 1951, Subprionocyclus bravaisianus (d’Orbigny, 1841). Ces hardgrounds sont situés dans un intervalle d’une dizaine de mètres d’épaisseur incluant de nombreux petits silex ramifiés correspondant à la silicification de bioturbations du type Thalassinoides ;
  • le Lewes Marl (Mortimore, 1983), marne sombre, décimétrique, sensible à l’altération, qui correspond encore à un niveau de bentonite ;
  • le Navigation Hardground (Mortimore, 1983), demi-métrique. L’intervalle compris entre le Lewes Marl et le Navigation Hardground correspond à la distribution verticale totale de l’échinide spatangoïde Micraster normanniae Bucaille, 1883. D’un autre côté, la disparition de M. leskei et l’apparition de M. cortestudinarium (Goldfuss, 1829) s’effectue au tiers supérieur de l’intervalle ;
• Coniacien
  • le Hope Gap Hardground (Mortimore, 1983), pluridécimétrique ;
  • le Beeding Hardground (Mortimore, 1983), bien développé et également pluridécimétrique ;
  • le Light Point Hardground (Mortimore, 1983), comparable par son épaisseur et sa structure aux deux hardgrounds précédents ;
  • l’East Cliff Marl (Gale & Smith, 1982) : niveau marneux de 2 cm d’épaisseur. Contrairement aux niveaux marneux précédents, l’East Cliff Marl n’est pas un niveau de bentonite, mais un niveau d’origine détritique. À Caffiers, l’East Cliff Marl est oblitéré et remplacé par un mince lit de silex tabulaire.

La limite Turonien-Coniacien. Suivant les recommandations formulées lors du Second Symposium sur les limites des étages du Crétacé tenu à Bruxelles en 1995 (Kauffman et al., 1996) et en tenant compte de la révision systématique des inocérames publiée par Walasczczyk & Wood (1999), la base de l’étage du Coniacien moyen est définie par l’apparition du taxon Cremnoceramus deformis erectus (Meek, 1877). La répartition des inocérames est encore imparfaitement connue dans les craies du Boulonnais. En revanche, de l’autre côté de la Manche, à Douvres, Mortimore et al. (2001) situent avec précision l’apparition de l’espèce à la limite supérieure du Navigation Hardground. C’est à ce niveau qu’est, de fait, placée la limite Turonien-Coniacien.

La limite Coniacien inférieur-Coniacien moyen. Le même groupe de travail sur le Coniacien réuni à Bruxelles en 1995 a recommandé de prendre l’apparition du genre d’inocérame Volviceramus comme marqueur de la base du Coniacien (Kauffman et al., 1996). Dans les craies du sud-est de l’Angleterre et du nord de la France, cette apparition coïncide sensiblement avec l’East Cliff Marl (Jenkyns et al., 1994 ; Mortimore et al., 2001 ; Amédro & Robaszynski, 2006). Dans la région de Lille, les premiers Volviceramus semblent apparaître à la base de la Craie blanche sans silex.

La répartition verticale des macrofossiles les plus significatifs

La validité des corrélations lithologiques, fondées sur la continuité des niveaux marneux, de certains lits de silex, des hardgrounds… et considérées comme isochrones doit être contrôlée par des arguments paléontologiques. C’est la raison pour laquelle des récoltes systématiques de macrofaunes (ammonites, inocérames, échinides et brachiopodes principalement) ont été réalisées dans toutes les coupes et en particulier dans la tranchée de Caffiers durant toute la durée de vie de l’affleurement, complétées ici par un échantillonnage micropaléontologique (Amédro et al., 1979 ; Amédro & Robaszynski, 2006 ; Robaszynski & Amédro, 2014). La répartition verticale des marqueurs macropaléontologiques les plus significatifs est reportée sur la figure 5. Son examen montre une concentration des récoltes de macrofaunes dans l’intervalle compris entre les Bridgewick Marls et le Lewes Marl, en particulier dans les Lighthouse Down Hardgrounds. Ces niveaux de condensation correspondent à des milieux marins peu profonds soumis à des courants. La base du Turonien supérieur coïncide avec une chute brutale du niveau marin. Toutefois, la présence de nombreuses ammonites à caractère boréal ou cosmopolite indique que l’on se trouve à la base d’un intervalle transgressif (Gale, 1996 ; Voigt & Wiese, 2000).

De façon plus détaillée, les ammonites sont assez fréquentes dans l’intervalle compris entre les Bridgewick Marls et le Lewes Marl, en particulier dans les Lighthouse Down Hardgrounds (14 spécimens collectés). Le matériel recueilli inclut Sciponoceras bohemicum, Scaphites geinitzii, Lewesiceras mantelli et Subprionocyclus bravaisianus. Au-dessus, les récoltes sont plus ponctuelles avec Scaphites geinitzii entre le Lewes Marl et le Navigation Hardground, Barroisiceras cf. haberfellneri (Hauer, 1866) dans le Navigation Hardground (à Douvres ; cf. Kennedy, 2019) et enfin Peroniceras tridorsatum 2 m au-dessus du Light Point Hardground.

Les inocérames sont plus occasionnels (13 spécimens échelonnés sur les 56 m de coupe pris en compte), mais le matériel, déterminé dans les années 1980 par feu Jacques Sornay (Muséum National d’Histoire Naturelle à Paris) doit être réétudié en raison d’importantes révisions taxonomiques publiées durant les deux dernières décennies.

Avec 90 spécimens collectés en place, les échinides irréguliers sont sans doute le groupe le plus commun. Sternotaxis plana est fréquent (13 exemplaires) des Bantam Hole Hardgrounds au Lewes Marl. Sternotaxis placenta (Agassiz, 1847) (3 ex.) est présent de façon occasionnelle de part et d’autre du Navigation Hardground. Echinocorys scutata (Leske, 1778) apparaît au niveau des Bridgewick Marls. L’espèce persiste jusqu’au sommet de la coupe et même au-delà, tout en présentant une certaine fréquence aux environs de la limite Turonien-Coniacien, entre le Lewes Marl et le Hope Gap Hardground. Mais les oursins les plus abondants et les plus intéressants sur le plan biostratigraphique sont les échinides spatangoïdes appartenant au genre Micraster. Les études réalisées depuis les années 1970 à partir d’un important matériel recueilli en place sur des coupes métrées ont considérablement éclairci leur phylogénie (Stokes, 1975 ; Amédro et al., 1979 ; Fouray, 1981 ; Smith & Wright, 2012). La première espèce est Micraster leskei à zones interporifères concaves, représentée par deux populations de taille différente qui se relayent partiellement dans la suite stratigraphique. Les « petits » leskei (25 à 35 mm) abondent dans l’intervalle allant des Bridgewick Marls au Lewes Marl (14 ex.), tandis que les « grands » leskei (40 à 55 mm) apparaissent quelques mètres au-dessus des Bridgewick Marls et sont présents jusqu’au tiers supérieur de l’intervalle compris entre le Lewes Marl et le Navigation Hardground (9 ex.). Puis vient Micraster normanniae à zones interporifères suturées, présent sur toute la hauteur de l’intervalle compris entre le Lewes Marl et le Navigation Hardground (10 ex.). La troisième espèce de Micraster qui se développe ensuite est M. cortestudinarium à zones interporifères marquées de bourrelets saillants. L’espèce apparaît au tiers supérieur de l’intervalle compris entre le Lewes Marl et le Navigation Hardground, sensiblement au niveau où disparaît M. leskei. D’abord occasionnelle, elle devient commune immédiatement au-dessus du Navigation Hardground (28 ex.) et reste présente jusque quelques mètres sous l’East Cliff Marl. Enfin les premiers M. coranguinum (Leske, 1778) (2 ex.), à zones interporifères caractérisées par la présence de bourrelets saillants séparés par un sillon marqué, sont identifiés quelques mètres sous l’East Cliff Marl à Caffiers (Amédro & Robaszynski, 2006) et à partir de l’East Cliff Marl à Douvres (Jenkyns et al., 1994).

Comparaison des coupes, du Boulonnais à l’agglomération lilloise (F.A.)

Les trois « tuns » décrits au sein de la Craie glauconieuse de Lezennes, échelonnés sur une hauteur de 4,50 m, ne sont pas les seuls niveaux crayeux condensés de moins de 10 m d’épaisseur connus dans le nord de la France. D’autres « tuns » sont décrits dans le sous-sol de la ville de Lille (Wazemmes, Porte des Postes), en particulier dans la partie occidentale de l’agglomération et ceci jusqu’à Emmerin, Loos et Haubourdin (Gosselet, 1905 ; Fenet, 1966 ; Amédro & Robaszynski, 1978). Il s’agit du « Gros Tun », surmonté de deux paires de « petits tuns ». Ces « tuns » sont constitués de nodules indurés, empâtés dans une craie plus ou moins cohérente, voire durcie. Par ailleurs, un autre niveau de craie durcie est connu en Artois : la « meule », un banc dur, dont l’épaisseur ne dépasse guère 3 m, rencontré par les mineurs du Bassin houiller Nord – Pas-de-Calais entre Béthune, Lens et Douai, à quelques mètres au-dessus de l’assise à Terebratulina gracilis (Gosselet, 1904, 1911).

Fig. 6

Fig. 7

La localisation géographique des coupes citées dans le texte est reportée sur la figure 6. L’extension de la « meule » et des « tuns » est également indiquée à travers les forages et fosses des charbonnages les ayant traversés. La figure 7 présente une corrélation des coupes les plus représentatives décrites dans les craies du Turonien supérieur-Coniacien depuis le Boulonnais au nord-ouest jusqu’aux environs de Lille au sud-est, en passant par l’Artois. Cette comparaison a déjà été présentée en partie par Amédro & Robaszynski (2006), mais elle est aujourd’hui complétée et étendue à la partie est de l’agglomération lilloise. Quatre coupes sont prises en compte en plus du forage de Villeneuve d’Ascq pour lequel une tentative d’interprétation est présentée ici : dans le Boulonnais la tranchée de chemin de fer de Caffiers, en Artois une ancienne carrière de craie à Cléty et une tranchée de l’autoroute A26 à Souchez et enfin dans la partie ouest de l’agglomération lilloise, les anciennes carrières des Ciments Lafarge à Haubourdin. Ces quatre sections ont livré de nombreux fossiles (ammonites et échinides spatangoïdes en particulier) qui permettent de justifier les corrélations indiquées sur la figure.

Du Boulonnais (Caffiers) à l’Artois (Cléty et Souchez) : passage d’un enregistrement sédimentaire épais à une série crayeuse condensée

Les coupes de Cléty et de Souchez ont déjà été décrites de façon précise par Amédro & Robaszynski (2006). C’est la raison pour laquelle seuls les éléments les plus importants sont exposés ci-dessous.

• Carrière de Cléty

Le front de taille, toujours visible, expose 14 m de craie blanche à silex, entrecoupée de 4 hardgrounds, situés respectivement, en allant du bas vers le haut, à 6,60 m, 8,45 m, 10,30 m et 11,30 m. Micraster normanniae est recueilli à 6,00 m, tandis que M. cortestudinarium est présent à 7,10 m et 8,30 m.

Par comparaison avec la coupe de Caffiers, les quatre hardgrounds peuvent être corrélés, en allant du bas vers le haut, respectivement avec les Navigation Hardground, Hope Gap Hardground, Beeding Hardground et Light Point Hardground. Cette interprétation est supportée par la récolte de M. normanniae 0,20 m sous le premier hardground. À Caffiers, la distribution verticale totale de l’espèce coïncide avec l’intervalle compris entre le Lewes Marl et le Navigation Hardground, tandis que M. cortestudinarium est fréquent au-dessus.

• Tranchée de l’A26 à Souchez

Du bas vers le haut, la coupe visible en 1977 était la suivante :

0 à 2,20 m : alternance de niveaux pluridécimétriques de marne verdâtre et de bancs de craie marneuse (faciès « dièves ») ;

2,20 m à 4,10 m : craie blanc-grisâtre, homogène, terminée dans les 0,30 m supérieurs par un hardground ;

4,10 m à 4,30 m : craie marneuse remplie de bioturbations millimétriques de Chondrites ;

4,30 m à 4,35 m : niveau marneux verdâtre ;

4,35 m à 7,20 m : craie blanche, incluant un premier hardground à 5,30 m, un firmground à 6,10 m et un second hardground à 7,20 m. La macrofaune abonde dans cet intervalle, en particulier dans les niveaux durcis, avec des échinides (Sternotaxis plana, Micraster leskei), des fragments d’inocérames et des ammonites (Scaphites geinitzii, Subprionocyclus bravaisianus) ;

7,20 m à 7,24 m : niveau marneux gris-verdâtre ;

7,24 m à 13,70 m (fin de la coupe) : craie blanche contenant de nombreux lits de silex noirs et présentant, à 11,70 m, un hardground. Nombreux Micraster cortestudinarium.

L’intervalle allant de 3,80 m à 7,20 m, caractérisé par la succession sur une hauteur de 3,40 m d’un premier hardground, d’un niveau marneux, d’un second hardground, d’un firmground et d’un troisième hardground, correspond à la « meule » des mineurs du Bassin houiller Nord – Pas-de-Calais. Ce banc de craie durcie, riche en macrofossiles (Sternotaxis plana, Micraster leskei, Scaphites geinitzii et Subprionocyclus bravaisianus), englobe l’intervalle allant des Bantam Hole Hardgrounds à la limite inférieure du Lewes Marl. À la base de la « meule », le niveau marneux inférieur situé à 4,30 m-4,35 m, représente probablement le Bridgewick Marl 2, nommé par Briquet (1920) « Argile à arborisations vertes ». Ce niveau marneux est bien développé dans une configuration identique dans la vallée de la Somme entre Abbeville et Amiens (Godet et al., 2003). Le niveau supérieur est le Lewes Marl. Le hardground situé à 11,70 m correspond quant à lui au Navigation Hardground.

L’examen de la figure 7 montre qu’en partant de Caffiers et en se dirigeant vers Cléty et Souchez le fait le plus marquant est un net amincissement des couches. L’intervalle compris entre les Bantam Hole Hardgrounds et le Light Point Hardground passe ainsi de 44 m dans le Boulonnais à 13 m en Artois. Quelle appellation peut-on donner à cette dernière succession ? Suivant Loutit et al. (1988) « condensed sections are anormally thin, but nominally complete sections embracing large stratigraphic intervals. They are subdivised with regard to sedimentation rate into condensed sections (at sedimentation rate of 0.5-1 cm/ka) and ultracondensed sections (with a sedimentation rate <0,5 cm/ka) ». Dans le cas présent, il convient de calculer le taux de sédimentation dans l’intervalle concerné. Celui-ci englobe les deux dernières zones d’ammonites du Turonien supérieur (la zone à Subprionocyclus bravaisianus surmontée de la zone à Prionocyclus germari – tout au moins son équivalent), la première zone d’ammonite du Coniacien (à Forresteria petrocoriensis) et la moitié inférieure de la zone suivante (à Peroniceras tridorsatum). Dans le cas du Turonien dont la durée est estimée à 4,1 Ma, les dix zones d’ammonites reconnues en Europe correspondent chacune à un intervalle de temps de 400 ka si l’on accorde la même durée à toutes les zones, ce qui n’est certainement pas la réalité. Dans le cas du Coniacien, dont la durée est estimée à 3,5 Ma, les quatre zones d’ammonites représentent chacune 800 kA. Au total, on peut supposer que l’enregistrement sédimentaire allant des Bantam Hole Hardgrounds au Light Point Hardground s’est effectué en environ 2 Ma. En partant de cette hypothèse, le taux de sédimentation peut être estimé à 2,2 cm/ka dans le Boulonnais et à 0,65 cm/ka en Artois. Il s’agit ici clairement d’une série condensée dans laquelle on retrouve tous les niveaux repères, mais sur une épaisseur réduite.

De l’Artois à l’agglomération lilloise (Haubourdin) : une accentuation de la réduction d’épaisseur des dépôts jusqu’à une succession « ultra condensée » (sensu Loutit et al., 1988)

• L’ancienne cimenterie et les carrières souterraines d’Haubourdin

Les fronts de taille de ces anciennes carrières ont aujourd’hui disparu ou sont inaccessibles en ce qui concerne les galeries souterraines. La coupe synthétique décrite par Amédro & Robaszynski (1978, 2006) est, de façon résumée, la suivante, du bas vers le haut :

0 à 2,50 m : marnes verdâtres (faciès « dièves ») ;

2,50 m à 7,80 m : bancs de craie marneuse verdâtre alternant avec des bancs de craie blanc-grisâtre ;

7,80 m à 9,00 m : « Gros Tun », constitué par la superposition de deux hardgrounds demi-métriques. Le « Gros Tun » contient sur toute sa hauteur des Micraster leskei, surtout de petite taille. Le hardground supérieur est quant à lui très fossilifère et livre, outre les Micraster déjà cités, des inocérames et des ammonites avec Sciponoceras bohemicum, Hyphantoceras reussianum (d’Orbigny, 1850), Lewesiceras mantelli, Subprionocyclus bravaisianus et S. hitchinensis ;

9,00 m à 11,20 m : craie blanche contenant quelques silex et limitée au sommet par deux hardgrounds pluridécimétriques superposés (première paire de « petits tuns »). La macrofaune est encore abondante avec Micraster leskei de grande taille, M. cortestudinarium, Conulus albogalerus (Leske, 1778) et de nombreux Echinocorys scutata (Leske, 1778) ;

11,20 m à 14,30 m : craie blanche contenant des lits de silex, terminée au sommet par deux hardgrounds (deuxième paire de « petits tuns »). Les échinides sont toujours fréquents avec Micraster cortestudinarium, Conulus albogalerus et Echinocorys scutata. Une ammonite appartenant à l’espèce Peroniceras subtricarinatum a été recueillie entre les paires inférieure et supérieure de « petits tuns », tandis qu’un exemplaire de P. tridorsatum provient de la seconde paire de « petits tuns » (Amédro & Robaszynski, 2006) ;

14,30 m à 18,00 m : craie blanche à silex avec, à 16,80 m, un niveau de craie légèrement durcie (firmground) contenant l’ammonite Peroniceras tridorsatum, quelques Micraster rapportés à M. cortestudinarium et de nombreuses éponges ;

18,00 m à 18,03 m : niveau marneux grisâtre

18,03 m à 19,00 m : craie blanche à silex ;

19,00 m à 24 m (fin de la coupe) : craie blanche sans silex. Un lit riche en débris d’inocérames (Platyceramus) est présent au sommet à 23,00 m.

La présence de trois paires de hardgrounds répartis sur 6,50 m de hauteur constitue la première particularité de la suite lithologique des carrières d’Haubourdin, la seconde étant la disparition des niveaux marneux. Le hardground supérieur du « Gros Tun » contient l’association d’ammonites et échinides typique de l’intervalle compris entre les Bridgewick Marls et le Lewes Marl. Il peut être ainsi corrélé avec les Lighthouse Down Hardgrounds, tandis que le hardground inférieur du « Gros Tun » correspond aux Bantam Hole Hardgrounds.

Au-dessus du « Gros Tun », l’intervalle allant de 9,00 m à 11,20 m livre la même association que celle connue à Caffiers entre le Lewes Marl et le Navigation Hardground. De ce fait, la paire inférieure de « petits tuns » peut être corrélée avec le Navigation Hardground et le Hope Gap Hardground, tandis que la paire supérieure paraît correspondre aux Beeding et Light Point Hardgrounds. Quelques mètres plus haut, le niveau marneux présent à 18 m est situé dans une position équivalente à celle de l’East Cliff Marl.

Le contenu paléontologique des « tuns » permet en définitive d’interpréter de façon cohérente la succession crayeuse d’Haubourdin, que l’on retrouve de façon identique dans toute la partie ouest de l’agglomération lilloise (Loos, Emmerin) et dans le sous-sol de la plus grande partie de la ville de Lille (Wazemmes, Porte des Postes), à l’exception du quartier de Fives. La limite Turonien-Coniacien peut, quant à elle, être tracée de façon précise entre les deux hardgrounds constituant la paire inférieure de « petits tuns ». Quant aux Bridgewick Marls et au Lewes Marl, ils sont oblitérés et devraient géométriquement être situés aux limites inférieure et supérieure du hardground supérieur du « Gros Tun ». En revanche, il n’est pas possible de repérer la position du Caburn Marl. Notre levé lithologique date des années 1970, à une époque où les niveaux de bentonite n’étaient pas encore identifiés. La coupe n’existant plus, il est impossible d’actualiser nos observations.

Qu’en est-il maintenant de l’enregistrement sédimentaire ? De façon comparable au calcul réalisé en Artois, si l’on prend en compte les trois paires de tuns qui correspondent à Haubourdin à l’intervalle allant des Bantam Hole Hardgrounds au Light Point Hardground, le taux de sédimentation peut être estimé à 0,33 cm/ka. Il ne s’agit plus d’une série condensée, mais ultra condensée sensu Loutit et al. (1988).

Les « tuns » de la région lilloise ont souvent été assimilés à la « meule » de l’Artois dans le passé, par exemple par Sangnier et al. (1968) ou Delattre et al. (1973). La figure 5 montre que cette corrélation est inexacte. La « meule » correspond uniquement au « Gros Tun » de Loos-Haubourdin, c’est-à-dire à la première paire de hardgrounds sur une série qui en compte trois paires. La « meule » est intra-Turonien supérieur (elle est datée précisément de l’avant-dernière zone d’ammonites du Turonien supérieur, à Subprionocyclus bravaisianus), tandis que les « tuns » s’échelonnent du Turonien supérieur au Coniacien et couvrent quatre zones d’ammonites successives (dans le Turonien les zones à S. bravaisianus et à Prionocyclus germari, dans le Coniacien les zones à Forresteria petrocoriensis et à Peroniceras tridorsatum).

La craie glauconieuse de Lezennes : une succession lithologique ultra condensée (F.A.)

Une distance de 10 km sépare les anciennes carrières d’Haubourdin de la Cité Scientifique à Villeneuve d’Ascq. Cette distance est même réduite à 5 km si l’on prend en compte d’une part la Porte des Postes où la succession semble identique à celle des carrières d’Haubourdin et d’autre part les anciennes carrières souterraines de Lezennes qui sont la localité type de la craie du même nom. On pourrait penser retrouver des successions identiques, ou tout au moins très comparables. Or ce n’est pas le cas. La figure 8 présente une tentative de corrélation entre les successions crayeuses d’Haubourdin et de Villeneuve d’Ascq, c’est-à-dire entre les parties ouest et est de la bordure méridionale de l’agglomération lilloise.

Fig. 8

La principale particularité des coupes de Villeneuve d’Ascq, Lezennes et Sainghin-en-Mélantois est la présence d’un banc de 4,25 m d’épaisseur (dans le forage réalisé devant le bâtiment SN5 sur le site de la Cité Scientifique à Villeneuve d’Ascq) de craie glauconieuse (Craie grise de Gosselet, 1870 = « craie verte » de Robaszynski in Colbeaux et al., 1975) intercalé entre les 1^er et 2^e Tuns et qui monte jusqu’à 1,45 m au-dessus du 1^er Tun sous le faciès de Craie piquetée. Dans la mesure où les données paléontologiques sont insuffisantes et en l’absence d’études géochimiques (isotopes du carbone et de l’oxygène) qui pourraient apporter des informations complémentaires, seul le recours à la stratigraphie événementielle permet d’envisager des lignes de corrélation. Suivant les concepts actuels de la stratigraphie séquentielle, les hardgrounds reconnaissables sur de vastes surfaces (plusieurs centaines à milliers de km²) sont interprétés comme les témoins d’événements eustatiques à caractère global. Dans le cas présent, ces hardgrounds coïncident avec une abondance de macrofossiles, en particulier des formes cosmopolites ou issues du domaine boréal. Ils sont communément phosphatisés, associés à de la glauconie et peuvent présenter une structure complexe élaborée lors de périodes intermittentes de sédimentation, de lithification et d’érosion. Pour ces raisons, leur genèse pourrait s’être opérée sur des plateformes à l’occasion d’élévations rapides de hauteur relative du niveau marin. En revanche, certains hardgrounds localisés sur des surfaces moins grandes correspondent à des sédimentations condensées dans des zones hautes dépendant par exemple d’influences tectoniques locales.

En partant d’Haubourdin et en se dirigeant vers la Cité Scientifique de Villeneuve d’Ascq, quelles corrélations peut-on envisager ? Six hardgrounds répartis en trois paires sont présents à Haubourdin. Dans la Craie glauconieuse de Lezennes à Villeneuve d’Ascq, les 1^er et 2^e Tuns sont constitués chacun par la superposition de deux hardgrounds décimétriques noduleux. Juste en dessous, très exactement à 0,22 m (= 3^e Tun) et 1,21 m plus bas, on trouve deux autres hardgrounds moins développés (firmgrounds) séparés par 0,90 m de craie gris-blanc qui semble riche en macrofaune. Enfin, dans les deux localités, une ébauche de firmground est présente 1 à 2 m au-dessus des tuns. En tenant compte de ces observations, l’interprétation la plus plausible consiste à corréler respectivement et du haut vers le bas pour suivre le sens de la description du forage :

• le 1^er Tun de la Craie glauconieuse de Lezennes avec la paire supérieure des « petits tuns » d’Haubourdin, c’est-à-dire avec les Light Point et Beeding Hardgrounds ;
• le 2^e Tun de la Craie glauconieuse de Lezennes avec la paire inférieure des « petits tuns » d’Haubourdin, soit avec les Hope Gap et Navigation Hardgrounds ;
• le 3^e Tun situé immédiatement sous la Craie glauconieuse de Lezennes et le firmground situé 0,90 m en dessous d’une part avec le « Gros Tun » d’Haubourdin et d’autre part avec les Lighthouse Down et Bantam Hole Hardgrounds.

Le niveau plus marneux présent vers 6,10 m à Haubourdin pourrait également correspondre à celui-ci décrit à 13,42 m dans le forage de Villeneuve d’Ascq. Dans une première interprétation, nous avions envisagé de corréler cette marne avec le Caburn Marl. Mais, il ne s’agit pas d’une bentonite. Ce niveau est trop carbonaté et la smectite n’est pas pure. Il y a de l’illite associée et celle-ci est plus abondante que dans la craie encaissante. Dans le cas d’une bentonite, on devrait observer l’inverse.

Si cette tentative de corrélation se révélait exacte, la limite Turonien-Coniacien pourrait être placée à la base de la Craie glauconieuse de Lezennes au sein du 2^e Tun. Le développement de nombreux hardgrounds et l’absence des niveaux de bentonite dans la Craie glauconieuse de Lezennes (Caburn Marl, Bridgewick Marls et Lewes Marl), comme d’ailleurs à Haubourdin, c’est-à-dire sur tout le territoire de l’agglomération lilloise, montre que l’enregistrement sédimentaire est ici particulièrement réduit et incomplet, avec vannage des particules fines sous l’action des courants marins. En considérant l’intervalle allant du 1^er Tun au hardground situé 0,90 m sous le 3^e Tun, c’est-à-dire l’intervalle allant du Light Point Hardground au Bantam Hole Hardground, on obtient un taux de sédimentation de 0,22 cm/ka. Il s’agit encore d’une série ultra condensée.

La genèse de la craie glauconieuse de Lezennes : résultat probable d’une combinaison de facteurs paléogéographiques, eustatiques et structuraux (F.A., F.G.)

Les aspects paléogéographiques et eustatiques

Il est clair qu’au Turonien supérieur-Coniacien inférieur, toute l’aire géographique englobant l’agglomération lilloise (l’actuelle région géologique correspondant au Mélantois) s’est comportée comme une plate-forme marginale ou comme une zone de haut fond bathymétrique, contrôlée potentiellement par la tectonique et sur laquelle le taux de sédimentation a été particulièrement faible. Cette caractéristique a contribué à la genèse d’une succession de hardgrounds limités au sommet par des surfaces d’érosion qui coïncident avec des lacunes de sédimentation. Le caractère ultra condensé de la succession crayeuse est encore plus accentué dans la partie est de l’agglomération lilloise (secteur de Lille-Fives, Hellemmes, Lezennes, Villeneuve d’Ascq et Sainghin-en-Mélantois) qui, géographiquement, est plus proche du Massif du Brabant et de la bordure littorale du Bassin de Paris. Au sein de la Craie glauconieuse de Lezennes, les hardgrounds sont ici franchement noduleux, riches en phosphate et surtout associés à de la glauconie. Ces deux minéraux se forment dans des environnements marins à faible taux de sédimentation, le plus souvent en contexte transgressif et, en ce qui concerne la glauconie, dans un milieu réducteur. À ces minéraux s’ajoute la présence de quartz, en proportion certes faible (jusqu’à 2,7 % dans les échantillons analysés), mais significative. Ce quartz provient probablement en grande partie du décapage de reliefs varisques situés plus à l’est (Brabant et Ardenne). Selon Gale (1996), le sommet du Turonien supérieur et la base du Coniacien coïncident avec l’intervalle transgressif d’un cycle eustatique de 3^e ordre superposé à une phase transgressive de 2^e ordre. Barbarand et al., 2013) ont suggéré que le Morvan a été recouvert à la fin du Mésozoïque par une épaisseur d’environ 400 m de sédiments d’âge Crétacé supérieur qui ont été érodés ultérieurement. Le Brabant et l’Ardenne étant situés dans la zone externe de l’orogène varisque, ces massifs devaient présenter une topographie à plus faible relief que celle du Morvan et, de ce fait, être aussi être immergés aux confins de la limite Turonien-Coniacien, tout en constituant de vastes hauts fonds.

Au-dessus de la Craie glauconieuse de Lezennes, la Craie piquetée présente également un net changement de faciès sur une distance de 2 km entre Lezennes et Villeneuve d’Ascq, celui-ci étant caractérisé par un enrichissement de la teneur en glauconie. Là aussi, il semble que l’on se rapproche de la bordure du bassin en se dirigeant vers l’Est.

La Craie glauconieuse de Lezennes, ultra condensée et phosphatisée, rappelle un peu par son faciès les « Tourtias » cénomaniens du nord du Bassin de Paris et du Bassin de Mons, qui sont des niveaux glauconieux plus ou moins conglomératiques et transgressifs (Amédro & Robaszynski, 2010). Elle peut également être comparée aux faciès glauconieux, conglomératiques, des Formations de Duisbourg et de Salder dans le Bassin de Münster en Rhénanie-Westphalie au NW de l’Allemagne dont l’âge est comparable à celui des « tuns » de la région lilloise (Kaplan, 2015 ; Kennedy & Kaplan, 2019).

Les aspects morphostructuraux

À quelle particularité géologique pourrait correspondre l’aire à sédimentation réduite centrée sur l’agglomération lilloise, en dehors du fait que l’on se situe sur la bordure du Bassin de Paris ? On se trouve géographiquement sur ce que Gosselet (1905) a nommé le « Dôme du Mélantois ». Il s’agit d’un anticlinal faillé crayeux qui sépare actuellement les bassins tertiaires de la Flandre et d’Orchies. Sa partie méridionale inclut une faille à direction varisque : la faille d’Haubourdin, présentant un rejet vertical du toit du socle Paléozoïque d’une dizaine de mètres (Sangnier et al., 1968). La carte du toit du Paléozoïque publiée par Gosselet (1905), affinée par les compagnies pétrolières (C.F.P., COPESEP, R.A.P & S.N.P.A., 1966) et actualisée dernièrement par plusieurs travaux de synthèse géologique utilisant des logiciels de géomodelage (Minguely, 2007 ; Laurent, 2021) montre des ondulations de la surface du socle primaire et en particulier un bombement est-ouest au niveau du Mélantois. L’amplitude du relief du socle paléozoïque par rapport au substratum ante-mésozoïque des Flandres (au Nord) et de la Pévèle (au Sud) atteint une centaine de mètres.

L’analyse des cartes des profondeurs et d’épaisseur des formations marneuses (Dièves cénomano-turoniennes) et crayeuses (correspondant au Turonien supérieur et au Coniacien) suggère que la genèse de la structure du Mélantois est « postérieure aux dépôts du Turonien inférieur et moyen et contemporaine du dépôt de la craie du Turonien supérieur, puis du Coniacien » (Minguely, 2007). Quant à l’enregistrement de l’activité de soulèvement du Mélantois durant le Paléocène-Eocène, potentiellement enregistré par le Landénien et l’Yprésien, la question reste ouverte. En effet, certains auteurs identifient des variations d’épaisseur et d’inclinaison des séries thanétiennes et yprésiennes au nord du Mélantois (Bonte, 1957), tandis que d’autres considèrent que le Landénien ne montre aucune variation d’épaisseur entre le nord et le sud de la métropole de Lille (Desoignies et al., 1965). Dans le premier cas, une augmentation des épaisseurs vers le nord et la diminution des valeurs du pendage du bas vers le haut dans la série pourraient illustrer un modèle de type « strate de croissance » avec un éventail des pendages (fanning of dip suivant la terminologie anglo-saxonne) caractéristique du dépôt de formations syn-soulèvement.

Gosselet (1905) a émis l’hypothèse qu’en plus des déformations tertiaires, « la saillie du dôme primaire du Mélantois doit avoir été en partie façonnée par érosion, avant l’époque crétacée et qu’elle a arrêté l’extension vers le Nord de la mer Cénomanienne ». Selon Bonte (1957), « il est vraisemblable que l’accident du Mélantois corresponde dans le socle à une zone faillée, conclusion à laquelle ont abouti précédemment M. Pruvost (1914) et Delepine & Joly (1954). Ces failles existaient sans doute avant la transgression crétacée, dans un pays partiellement arasé ; rejouant au cours du Secondaire et jusqu’à nos jours… ». Si ces deux interprétations convergentes sont confirmées dans le futur par des études géophysiques ou structurales, l’aire à sédimentation réduite centrée sur la région lilloise au Turonien supérieur-Coniacien pourrait être liée à un contrôle tectonique de la sédimentation, plus qu’à un paléorelief.

Le 1^er Tun : morphologie d’un hardground (F.A., F.G., A.T., N.T.)

Les craies du Turonien supérieur et du Coniacien du nord de la France sont essentiellement des craies blanches, tendres, fines, traçantes, « constituées dans leur majeure partie par l’accumulation, sans ciment, de coccolithes ou de leurs pièces constitutives » (Robaszynski & Amédro, 2003). Cette boue crayeuse s’est déposée à la vitesse de 1 à 3 mm par siècle dans un environnement d’offshore inférieur, à des profondeurs variant entre 50 et 300 m (Kennedy & Garrison, 1975). Cette boue calcaire, d’abord gorgée d’eau et semi-fluide avant d’être progressivement compactée, est affectée par des bioturbations dues à l’action d’animaux fouisseurs (vers, mollusques, crustacés, oursins, etc.).

Mais dans certains cas, un ralentissement de la sédimentation ou des courants sous-marins ont plus ou moins empêché le dépôt de la boue à coccolithes, entraînant le développement d’une surface d’omission, parfois même d’une surface d’érosion (fig. 9). À partir de ce stade, une cimentation par cristallisation de calcite dans la craie peu consolidée provoque des concentrations calcitiques en nodules et un fond durci s’ébauche : il s’agit d’un firmground. Dans la mesure où la cimentation est encore incomplète, la consistance du substrat est ferme, comme une pâte à modeler. Dans les craies, la cimentation s’opère souvent autour de terriers (Juignet & Kennedy, 1974 ; Kennedy & Garrison, 1975). Si cette cimentation se poursuit et devient encore plus importante, le sédiment acquiert une consistance dure et la surface perforée devient alors un véritable fond durci ou hardground. Ces derniers peuvent aussi être érodés sous l’action de courants ou au cours d’événements eustatiques ou tectoniques : le hardground devient alors tronqué. La plupart des hardgrounds et firmgrounds forment des niveaux repères qui peuvent être suivis sur des centaines, voire des milliers de kilomètres carrés, comme dans le cas des « tuns » de la région lilloise. Tous coïncident avec des lacunes de sédimentation plus ou moins longues.

Fig. 9

En prenant comme exemple le 1^er Tun de la Craie glauconieuse de Lezennes, celui-ci mesure 43 cm d’épaisseur dans le forage du Campus de la Cité Scientifique et montre la superposition de deux hardgrounds : au-dessus un important hardground dont la puissance atteint 29 cm (interprété comme correspondant au Light Point Hardground du sud de l’Angleterre), en dessous un hardground plus mince, de 8 cm (corrélé au Beeding Hardground). Le hardground supérieur a été observé au printemps 2022 au fond d’une excavation creusée à Villeneuve d’Ascq, sur le site d’un chantier de construction d’un magasin « Kiabi » (coord. L93 : X = 708 600 ; Y = 7 057 770). Des échantillons prélevés à cette occasion, sciés et polis, permettent de décrire de façon plus précise sa structure (Annexe 2). Les nodules présents au sein du hardground sont constitués d’une craie glauconieuse indurée, phosphatisée, gris-verdâtre. Les nodules ne sont ni roulés, ni usés, mais correspondent à une cimentation précoce et importante du substrat autour de terriers (Thalassinoides principalement) réalisée lors d’un arrêt de la sédimentation durant un temps assez long. Certains nodules sont eux-mêmes bioturbés, percés de fines tubules remplies de craie plus glauconieuse ou d’une seconde génération de phosphate. Les nodules situés à la partie supérieure du hardground sont beaucoup plus riches en phosphate de calcium et présentent une teinte beige à marron. La phosphatisation apparaît souvent diffuse et centripète. La plupart des nodules, dont la taille varie de 1 à 5 cm, sont couverts d’un enduit glauconieux verdâtre qui forme une patine jaunâtre après hydroxydation. Le ciment emballant les nodules est formé d’une craie nettement plus glauconieuse, gris sombre, également indurée.

Analyses minéralogiques (A.T., N.T.)

Bien que constitués essentiellement de calcite, les niveaux échantillonnés contiennent une fraction insoluble à l’acide chlorhydrique. La quantité de CaCO₃ a été évaluée par calcimétrie. La fraction insoluble correspond essentiellement à des argiles, du quartz et de la glauconite.

Calcimétries

La teneur en calcite a été mesurée au calcimètre de Bernard sur 20 échantillons répartis sur l’intervalle crayeux et comprenant un échantillon dans les limons.

Si l’on excepte l’échantillon pris dans les limons et dont la teneur en CaCO₃ est de 38 %, les autres échantillons sont très carbonatés (tableau. 1). La partie crayeuse contient en moyenne 84 % de CaCO₃. Les teneurs suivent les descriptions lithologiques, les niveaux glauconieux étant un peu moins riches en CaCO₃, tandis que les interbancs marneux le sont encore moins.

Minéraux argileux

Le cortège argileux a été étudié par diffraction des rayons X sur la fraction décarbonatée inférieure à 2 microns. C’est la même méthode que celle employée par Vanderaveroet et al. (2000) pour analyser les niveaux de bentonite de la craie du Bassin de Paris. L’interprétation des diffractogrammes se fait à partir de 3 essais : 1) sur la fraction naturelle séchée à température ambiante, 2) une fois l’échantillon saturé à l’éthylène-glycol et 3) une fois l’échantillon porté à des températures supérieures à 490°C pendant deux heures (Holtzapffel, 1985). La lecture des 3 essais permet de caractériser les espèces minérales présentes et l’essai à l’éthylène-glycol de faire une analyse semi-quantitative des teneurs en minéraux argileux. Si les valeurs sont données au pourcent près, les analyses sont considérées comme précises à 5 % (Holtzapffel, 1985).

Tableau 1

Les résultats montrent que deux minéraux argileux dominent largement le cortège : la smectite (entre 60 et 90 %) et l’illite (entre 10 et 40 %). La smectite est probablement une montmorillonite comme le signale un dôme de diffraction centré sur 8,5 angströms et un autre sur 5,5 angströms, tous deux sur l’essai saturé à l’éthylène-glycol (Fig. 10). Ce dôme n’est pas présent dans l’essai réalisé sur la fraction naturelle et disparaît dans l’essai après chauffage. Des traces de kaolinite et/ou de chlorite sont visibles sur de rares échantillons de la Craie blanche et en dessous de 16 m dans les « Bleus ». Ces minéraux sont absents ou en trop faible quantité pour être détectés dans les autres échantillons. Sur certains diffractogrammes (4,8 ; 5,5 ; 6,0 ; 6,9 ; 11 ; 12 ; 13 et 14,8 m) un pic est présent à 9,5 angströms sur les trois essais, même s’il est moins visible sur l’essai après chauffage en raison de l’élargissement du pic centré sur 10 angströms qui concentre tous les autres minéraux argileux. Il pourrait s’agir de zéolites ce qui n’est pas incompatible avec l’observation fréquente de niveaux de cendres volcaniques dans les craies du bassin de Paris (Vanderaveroet et al., 2000). Le quartz, non quantifié par l’analyse de la diffraction des rayons X, est présent en faible quantité comme le révèlent trois prélèvements réalisés à 6,50 m, 8,00 m et 9,50 m (tableau 2).

Fig. 10

Tableau 2

La smectite est le principal minéral argileux de la série. On note cependant une décroissance de ce minéral dans la craie glauconieuse, décroissance d’autant plus marquée que les teneurs en glauconie évaluées sur le forage sont plus élevées. Les fortes teneurs en smectite au cours du Turonien supérieur avaient déjà été observées dans les craies du Boulonnais (Deconinck et al., 1989), de Haute-Normandie (Deconinck et al., 1991) ou dans l’est du bassin de Paris (Debrabant et al., 1992 ; Bougeault & Deconinck, 2018). Cette richesse en smectite a été interprétée comme le résultat du haut niveau marin maximal du Turonien supérieur qui, réduisant les surfaces continentales et les éloignant ne permettait qu’à des argiles de type smectite de se déposer. Il est remarquable que, même dans des conditions ultra condensées, le message argileux soit le même quand bien même la bathymétrie était sans doute nettement inférieure dans la région lilloise que dans le Boulonnais. Dans le forage, la baisse de la smectite coïncide avec l’arrivée de la craie glauconieuse et peut être le témoin d’une nouvelle phase de transgression à la base du Coniacien conduisant progressivement à la Craie blanche à la fois très pure en CaCO₃ et en smectite.

Glauconite et quartz

Les grains de glauconite et de quartz ont été isolés selon le protocole suivant. Les échantillons (pesant environ 100 g chacun) ont été attaqués avec de l’acide chlorhydrique pour dissoudre les phases carbonatées avant d'être rincés. Plusieurs rinçages ont été effectués en laissant le temps nécessaire aux minéraux plus lourds que les argiles de se déposer et aux argiles d'être éliminées avec le surnageant. Cette opération a été répétée au moins 25 fois, jusqu'à ce que le liquide reste limpide. Il ne restait alors dans les béchers que des grains de glauconite et de quartz. La glauconite a ensuite été séparée du quartz à l'aide d'un séparateur magnétique Frantz. Les deux fractions minéralogiques ont enfin été pesées, ce qui a permis de déterminer les proportions pondérales de la glauconite et du quartz. Une fois séparées, ces deux fractions ont pu être analysées pour en déterminer la distribution des fractions granulométriques grâce à un appareil Malvern Mastersizer à faisceau laser, selon le protocole décrit par Trentesaux et al. (2001).

Sans surprise, la glauconite est assez abondante puisqu’elle atteint 9,3 % pondéral de la roche à la profondeur de 8 mètres. C’est dans cet échantillon, prélevé dans une zone où les résultats de calcimétrie montrent une teneur en CaC0₃ faible, que les teneurs en quartz sont également les plus élevées avec 2,7 % pondéral. En ce qui concerne la granulométrie du quartz et de la glauconie, l’examen du tableau 3 montre que, pour les trois échantillons prélevés au sein de la Craie piquetée (à 6,50 m) et de la Craie glauconieuse de Lezennes (à 8,00 m et 9,50 m), la fraction constituée de quartz a un mode sensiblement plus grossier et un tri meilleur que celui de la fraction glauconite. L’interprétation retenue ici est une origine allochtone du quartz et autochtone, c’est-à-dire authigénique, de la glauconie. Cette interprétation est confortée par le fait que la courbe granulométrique des glauconies montre un renflement vers les fractions de petite taille, alors que les particules de cette taille ont été ôtées lors de la préparation des échantillons (fig. 11). En fait, les grains de glauconite ont été usés pendant l’analyse, en raison de la circulation du fluide dans l’instrument de mesure granulométrique qui a arraché des particules de taille micrométrique. Cette fragilité a été remarquée à chaque fois que la glauconie est authigénique, alors que les sédiments dans lesquels la glauconie est remaniée et usée préalablement au dépôt définitif ne montrent pas un tel renflement. Les particules remaniées ont déjà perdu leur « cortex » fragile et ne libèrent plus de particules fines pendant l’analyse.

Fig. 11

Tableau 3

À la loupe binoculaire, les grains de quartz montrent une variété de morphologies et d’états de surface. Certains sont limpides et brillants, d’autres sont mats et usés. Il semble que les grains de quartz aient plusieurs origines. La plupart d’entre eux proviennent certainement de l’érosion des massifs brabançon et ardennais qui étaient immergés au Turonien supérieur-Coniacien inférieur et formaient des hauts-fonds (Barbarand et al., 2013). Toutefois, la fraction la plus fine (<63 μm) pourrait aussi trouver son origine dans la chute de poussières issues de la circulation stratosphérique, suite à des éruptions volcaniques pyroclastiques (Kimbli, 1992). L’existence d’éruptions explosives ultrapliniennes majeures au cours du Turonien supérieur est aujourd’hui bien documentée dans le nord-ouest du Bassin de Paris (Deconinck et al., 1991 ; Vanderaveroet et al., 2000 ; Godet et al., 2003). Ces éruptions sont à l’origine des niveaux de bentonites (niveaux argileux résultant de l’altération sous-marine de verres volcaniques) connus dans le Boulonnais et en Artois (Caburn Marl, Bridgewick Marls et Lewes Marl) et qui constituent autant de lignes-temps utilisées pour les corrélations.

Le forage du campus de Villeneuve d’Ascq et les caractères piézométriques de la craie glauconieuse de Lezennes (A.H.)

Le forage carotté SC1, réalisé sur le campus de la Cité Scientifique de Villeneuve d’Ascq et équipé d’un piézomètre, a révélé la présence d’une nappe aquifère vers 10 m de profondeur. Il s’agit de la nappe de la craie turono-coniacienne qui est une nappe libre dont le mur est constitué par les formations marneuses du Turonien moyen et supérieur basal (« Bleus »). La couche aquifère est peu épaisse et très perméable. Il s’agit d’un aquifère fragile étudié dans un but pédagogique, mais aussi dans le contexte du changement climatique actuel. Les premières mesures, présentées dans la figure 12, montrent une surface piézométrique variable, oscillant entre 8,75 m et 10,73 m de profondeur (30,10 et 28,10 m NGF) sur la période d'observation de mai 2022 à octobre 2023, en relation avec l’évolution des précipitations.

Fig. 12

Les « Bleus » constituent dans la région, de par leur suite répétitive de niveaux marneux, la couche aquitarde, c’est-à-dire imperméable. Cette unité stratigraphique étant identifiée à partir de 13,80 m de profondeur, on peut estimer à 3 à 5 m l’épaisseur de l’aquifère au droit du forage. Cette couche d’eau très mince remplit la Craie à cornus et les 0,40 m inférieurs de la Craie glauconieuse de Lezennes jusqu’au 2^e Tun. La roche constituant la carotte apparaît comme très fracturée au niveau de la Craie à cornus. Cette fracturation se répercute sur la perméabilité de l’aquifère, à son tour élevée. Un essai à charge variable en forage ouvert a permis de déterminer un coefficient de perméabilité de 9,8 x 10^-5 m/s.

L’aquifère de la craie recouvre 90 % du territoire du Nord – Pas-de-Calais, s’étendant du Calaisis au NW jusqu’à Valenciennes – Le Cateau Cambrésis au SE (Caulier, 1974 ; Picot, 2009). Les formations crayeuses hébergent deux nappes phréatiques majeures. La première est la nappe de la Craie du Cénomanien moyen-supérieur, située juste au-dessus de la Craie bleue argileuse du Cénomanien inférieur. La seconde est la nappe du Turonien supérieur – Coniacien, située au-dessus des Dièves, également argileuses, du Turonien inférieur et moyen. Prises ensemble, les deux nappes atteignent une puissance de plus de 100 m à l’ouest. A l’est du territoire cependant, seul le Turonien supérieur-Coniacien est aquifère. L’épaisseur de la nappe se réduit d’ouest en est et celle-ci vient mourir dans la région de Tournai où les terrains paléozoïques affleurent.

Sur le territoire de la commune de Lezennes, le battement inter annuel de la surface piézométrique est au maximum de 4 m et, dans ce secteur, l’écoulement de la nappe de la Craie du Turonien supérieur-Coniacien se fait du sud-est vers le nord-ouest (Ricour & Leplat, 1990). Dans la mesure où la construction de la plateforme de piézométres sur le campus de la Cité Scientifique n'est pas terminée, il n'est pas possible pour l'instant d'affiner la question du sens d'écoulement de la nappe. En revanche, la campagne de mesures piézométriques réalisée depuis le mois de mai 2022, qui a débuté dans une période de sécheresse exceptionnelle, a révélé un niveau particulièrement bas de la nappe au cours de l’été 2022 (fig. 12). Sur les 17 premiers mois de suivi, un battement de la nappe de 2 m est d'ores et déjà observé. Il faut espérer que des précipitations hivernales suffisantes se produisent dans l’avenir afin d’assurer une recharge pérenne de cette nappe qui alimente en grande partie l’agglomération lilloise.

Remerciements. Monsieur Ireneusz Walaszczyk (University of Warszaw, Pologne) a déterminé l’inocérame collecté dans le forage. Messieurs Jean-François Deconinck (Université de Bourgogne – Franche-Comté à Dijon) et Bertrand Matrion (Troyes) ont mis au net plusieurs figures. Monsieur Michel Dubois (Université de Lille) et l’IMT de Douai ont permis le sciage et polissage de plusieurs échantillons de tuns. Messieurs Jean-François Deconinck et Francis Robaszynski (Saintes) ont accepté de relire cet article en y apportant de nombreuses remarques constructives. Madame Marion Delattre (Université de Lille) a effectué les analyses diffractométriques et de teneur en CaCO₃. Monsieur Romain Abraham (Université de Lille) a réalisé l’analyse granulométrique du quartz et de la glauconie. Monsieur Gaëtan Cheppe, responsable du Service Commun des Carrières Souterraines de la Ville de Lille, nous a autorisé l’accès aux carrières souterraines de Lezennes. Madame Léa Devaere et monsieur Jean-Marie Boussin, tous deux techniciens géologues dans ce service, nous ont guidé dans le dédale des galeries, jusqu’au « lac bleu ». Monsieur Francis Meilliez (Université de Lille), nous a accompagné dans notre périple au sein des carrières de Lezennes. Enfin, l’entreprise Geotec Carvin a mis à notre disposition les enregistrements des données mécaniques du forage. Que toutes et tous en soient chaleureusement remerciés.