Les données présentées dans cet article sont issues d’un programme de cartographie des dépôts de surface quaternaires dans la région de Chibougamau entrepris par le Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles du Québec (MERN, contribution n° 8450-2018-2019-03). Les commentaires de Yannick Daoudene (MERN) et de Thomas Clark (MERN et Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue) sur un premier manuscrit sont très appréciés. Nous remercions également Antoine Archambault (Université Laval) et Hugo Dubé-Loubert (MERN) pour leur assistance sur le terrain au cours des étés 2015 et 2016. Finalement, nous remercions sincèrement messieurs Serge Occhietti et Cristian Scapozza pour leurs commentaires et suggestions qui ont permis d’améliorer la version finale de cet article.

1 - Introduction

1Une grande partie de l’Amérique du Nord doit son histoire quaternaire à l’évolution de l’Inlandsis laurentidien (Prest et al., 1968 ; Shilts, 1980 ; Dyke et al., 1982 ; Dyke & Prest, 1987 ; Margold et al., 2015 ; Stokes, 2017). Cinq écoulements liés à cette masse de glace continentale ont été enregistrés à la surface du substrat rocheux et par les dépôts quaternaires dans la région du lac Mistassini au Canada (Warren, 1974 ; Bouchard et al., 1984 ; Cadieux, 1986). Depuis 2015, les formes et les formations du Quaternaire dans cette région ont fait l’objet de travaux de cartographie entrepris par le Ministère de l’Énergie et des Ressources naturelles du Québec (El Amrani, 2017a,b ; El Amrani & Carré, 2017). Lors de ces levés, une attention particulière a été apportée aux clastes exotiques qui ont été transportés et déposés par la glace à la partie supérieure du till (till d’ablation).

2L’inventaire des erratiques d’origine lointaine constitue un outil de valeur pour l’étude des écoulements glaciaires, la dispersion des fragments de roches et l’estimation des distances de transport (Shilts, 1976 ; Strobel & Faure, 1987 ; Veillette, 2004). Lorsque ces erratiques sont minéralisés ou indicateurs d’un environnement propice à la minéralisation, ils sont utilisés comme traceurs des sources en amont glaciaire (Dilabio, 1981 ; Strobel & Faure, 1987).

3La présente étude est consacrée aux erratiques de formation de fer rubanée observés au sud du lac Mistassini. Elle présente leurs caractéristiques, leur distribution et discute leur origine ainsi que leur apport à la compréhension de la dynamique glaciaire de la région.

2 - Zone d’étude

4La région d’étude s’étend sur 11 680 km² et se situe au sud du lac Mistassini (fig. 1). Le socle rocheux fait partie des provinces géologiques de Grenville et du Supérieur du Bouclier canadien (fig. 1). Il comprend principalement des roches d’âge archéen, de nature gneissique et plutonique, ainsi que des lambeaux de roches volcano-sédimentaires peu métamorphisées (Neilson, 1953 ; Bergeron, 1957 ; Caty, 1976). Selon ces auteurs, des roches sédimentaires (dolomie, dolomie à stromatolithes et conglomérat), très peu métamorphisées et d’âge paléoprotérozoïque affleurent par endroit dans la partie occidentale de la région.

5Les avancées et retraits de l’Inlandsis laurentidien au cours du Quaternaire ont mis en place une épaisse couverture de dépôts non consolidés (jusqu’à 30 m) au-dessus du substratum rocheux. Ces dépôts comprennent essentiellement des sédiments glaciaires (environ 73 % de la superficie de la zone étudiée) et des sédiments fluvioglaciaires (El Amrani, 2017a,b ; El Amrani & Carré, 2017). Des dépôts glaciolacustres (moins de 1 %) attribués au lac proglaciaire Ojibway ont été observés par endroits dans la partie sud-ouest de la région (Dilabio, 1981 ; El Amrani, 2017a).

6D’après les marques d’érosion glaciaire et les formes de terrain profilées (drumlins et trainées derrière abri, etc.), cinq phases d’écoulements glaciaires se sont succédées dans la région : 1) un écoulement ancien vers le sud-est, 2) un écoulement vers le sud-sud-est, 3) un écoulement vers le sud, 4) un écoulement vers le sud-sud-ouest et enfin, 5) un écoulement récent vers le sud-ouest (El Amrani, 2017a,b ; El Amrani & Carré, 2017). Dans les secteurs de Chibougamau et du lac Albanel (fig. 1), l’écoulement tardif sud-ouest aurait subi une déflexion vers le sud et le sud-sud-ouest, sous l’influence de la topographie sous-jacente (Bouchard et al., 1984 ; De Corta, 1984 ; Martineau et al., 1984). La séquence d’écoulements a été attribuée aux déplacements, dans le sens horaire, des centres de dispersion ou des lignes de partage des glaces depuis un secteur situé au sud de la baie James, à l’ouest, vers le secteur Québec-Labrador, à l’est (Bouchard et Martineau, 1985 ; Prichonnet et Beaudry, 1990). Selon ces mêmes auteurs, mis à part l’écoulement ancien d’âge incertain, les autres mouvements peuvent être attachés à l’évolution de l’Inlandsis laurentidien au Wisconsinien. Ceci est en accord avec nos observations de terrain, qui ont permis d’identifier une seule nappe de till dans la région.

3 - Matériel et méthodes

7Trois levés géologiques portant sur les dépôts superficiels d’âge quaternaire de la région d’étude ont été effectués au cours des étés 2015, 2016 et 2017. Les travaux de terrain ont été réalisés le long des chemins forestiers carrossables, sans aucun découpage préalable du territoire. L’état dégradé de certains chemins, le grand nombre de lacs et de tourbières ainsi que la forte densité du couvert végétal, ont limité l’accès à certains secteurs, notamment dans la partie sud-ouest de la zone d’étude. Pour chaque site visité (bord de route, site d’excavation, etc.), des observations de nature géomorphologique, lithostratigraphique et sédimentologique ont été systématiquement notées. La distance entre deux arrêts successifs varie de 0,5 à 1 km, en fonction de la densité du couvert végétal et de la disponibilité des affleurements (substrat rocheux et dépôts du Quaternaire). Les erratiques observés au cours de ces levés se trouvent à la surface du till (till d’ablation). Lorsqu’ils sont suffisamment gros (diamètre ≥ 30 cm), et non couverts par la végétation, les erratiques sont généralement visibles à partir du chemin en roulant à faible vitesse.

8La taille et la morphologie (degré de façonnement) des erratiques ont été systématiquement notées. La taille a été mesurée à partir des trois axes a, b et c (grand, moyen et petit axe). Ensuite, les erratiques ont été répartis en différentes catégories selon la classification de Friedman & Sanders (1978) : cailloux (cobbles : 64 à 256 mm), blocs (boulders : 256 à 2048 mm) et gros blocs (very large boulders: > 2048 mm). Le degré de façonnement a été évalué visuellement en fonction de la surface des clastes (anguleux, subanguleux, subarrondi, arrondi).

9Les coordonnées géographiques des sites d’observation ont été mesurées à l’aide d’un GPS de haute précision (GPSMAP^® 62sc). Les données recueillies ont été ensuite intégrées et traitées dans le logiciel ArcGis^® 10. Etant donné la rareté des erratiques observés, aucun comptage systématique n’a été effectué à l’emplacement des sites d’observation.

10La distance de transport (en kilomètre) a été estimée à partir des positions respectives de chaque erratique et de la limite aval de l’affleurement rocheux d’origine, suivant une ligne droite correspondant à l’écoulement glaciaire considéré. Une aire d’affleurement est considérée comme étant une source potentielle d’un erratique lorsqu’elle se trouve sur la trajectoire d’un (ou de plusieurs) écoulement(s) glaciaire(s) possiblement impliqué(s) dans le transport de l’erratique en question.

4 - Résultats et discussion

4.1 - Caractéristiques des erratiques

11La présence d’erratiques de formation de fer dans la région du bassin de Mistassini a été signalée dans certaines études (Bouchard, 1980 ; Veillette, 2004), mais ces erratiques n’ont jamais été étudiés probablement en raison de leur rareté. C’est également le cas dans la région d’étude où les erratiques de formation de fer dépassent rarement cinq éléments par site. Ces erratiques sont denses et fortement magnétiques et présentent dans la plupart des cas un aspect rubané caractéristique (fig. 2A). Ces propriétés les rendent facilement identifiables sur le terrain. Les erratiques observés ne sont pas striés, sont rarement polis (fig. 2B) et sont, dans la plupart des cas, associés à des erratiques de dolomie (fig. 2C). Sur les 2687 sites visités, seuls 445 ont permis d’observer des erratiques de formation de fer rubanée. La mesure sur place des dimensions des 561 erratiques trouvés a permis de montrer que 67,6 % d’entre eux appartiennent à la classe des cailloux. Les blocs représentent 30,3 %, alors que les gros blocs ne dépassent pas 2,1 %. Le plus gros bloc observé mesure 3,0 × 2,4 × 1,2 m. La prédominance des cailloux aux dépens des blocs et des gros blocs indique soit la grande disponibilité des débris de cette taille à l’affleurement source, soit l’action importante des processus de broyage lors du transport, ou la combinaison des deux.

12Environ 90 % d’erratiques sont subanguleux à anguleux (fig. 2D) et 10 % seulement sont subarrondis. Le faible degré de façonnement observé indique que les erratiques ont été transportés essentiellement à la surface ou près de la surface du glacier et donc loin de la zone de transport basal où le processus de broyage est important. Les erratiques ont été déposés, par la suite, sous forme de till d’ablation lors de la fonte finale du glacier.

13Les erratiques sont présents partout dans la zone d’étude, mais ils ne dessinent pas de trainées de dispersion bien définies (fig. 3). Les blocs et les gros blocs sont concentrés dans la moitié nord de la région, tandis que les cailloux sont présents sur de longues distances vers le sud, le sud-est et le sud-ouest (fig. 3). Cette décroissance de la taille des clastes traduit le tri progressif des débris lors du transport glaciaire. Étant donné que la région a connu plusieurs écoulements glaciaires, la présence de blocs et de cailloux, à la fois dans les vallées et sur les hautes terres (fig. 3), indique une mise en place à partir d’une glace à épaisseur variable dans le temps et dans l’espace. Les gros blocs, quant à eux, ont été trouvés à des altitudes inférieures à 579 m, dans la partie nord de la région. Ils témoignent en faveur d’une glace mince, contrôlée par la topographie, et qui n’est pas en mesure de charrier les gros blocs sur de longues distances.

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4.2 - Mode de transport des erratiques

15Compte tenu de l’histoire glaciaire de la région et de la présence d’erratiques à faible degré de façonnement à la surface du till, un mode de transport glaciaire paraît évident. Certains erratiques ont été remobilisés par les eaux de fonte pour former des dépôts fluvioglaciaires d’eskers et des plaines d’épandage au fond des vallées (El Amrani, 2017a,b ; El Amrani & Carré, 2017), mais ces erratiques ne sont pas pris en compte dans cette étude. Dans la partie sud-ouest de la région (fig. 3), le contact de la marge glaciaire avec le lac proglaciaire Ojibway (Dilabio, 1981 ; El Amrani, 2017a) pourrait avoir favorisé le déplacement des erratiques par des icebergs. Si tel est le cas, certains éléments transportés pourraient se retrouver plus loin vers l’ouest, en dehors du territoire étudié.

4.3 - Origine des erratiques

16Les coupes stratigraphiques observées dans la région (El Amrani, 2017a,b ; El Amrani & Carré, 2017) ont montré que le till est principalement composé de fragments de roches métamorphiques (>70 %, estimation visuelle) et reflète la nature du substrat rocheux régional (Neilson, 1953 ; Bergeron 1957 ; Caty, 1976). Les erratiques de formation de fer se distinguent nettement des autres éléments environnants et indiquent une origine lointaine. Leur association étroite avec les erratiques de dolomie pourrait indiquer une origine commune. Ces erratiques de dolomie, qui proviennent du bassin de Mistassini, ont été trouvés jusqu’à 170 km de leur source dans les régions de Chibougamau (Martineau et al., 1984 ; Levasseur & Prichonnet, 1995) et du Réservoir Gouin (Veillette, 2004), ainsi que sur les rives de l’estuaire du Saint-Laurent, jusqu’à 500 km de leur source (Dionne, 1986, 2001 ; Dionne & Bernatchez, 2000). Ceci indique que les roches du bassin de Mistassini ont été dispersées par la glace sur de longues distances vers le sud-ouest, le sud et le sud-est.

17L’analyse macroscopique in situ des erratiques de formation de fer observés n’a révélé aucune trace de sulfures. Ceci indique que ces erratiques, de même que les erratiques de carbonates associés, proviennent de roches sédimentaires de la marge continentale. Dans l’état actuel des connaissances sur la géologie du nord du Québec (Gross, 1996), les formations de fer rubanées de type épicontinental affleurent dans trois bassins sédimentaires d’âge paléoprotérozoïque (fig. 4) : le secteur de la baie d’Hudson, le secteur de la fosse du Labrador et le secteur du bassin de Mistassini.

18Le secteur de la baie d’Hudson se trouve au nord-ouest de la zone d’étude (fig. 4). Des erratiques de formation de fer issus de ce secteur impliqueraient un transport glaciaire vers le sud-sud-est sur au moins 600 km. Dans ce secteur, les surfaces rocheuses striées et la composition des tills révèlent uniquement des écoulements nord-nord-ouest, ouest et sud-ouest (Parent et al., 1995). Les roches de ce secteur ont été dispersées essentiellement vers l’ouest, le sud-ouest et le sud (Shilts, 1980 ; Prest, 1990), et elles n’ont jamais atteint la région du lac Mistassini (Bouchard & Martineau, 1985 ; Bouchard et al., 1989 ; Veillette et al., 1991). En outre, la présence d’une ligne de partage des glaces nord-est - sud-ouest, à l’ouest du bassin de Mistassini (fig. 4), lors du Pléniglaciaire (Veillette, 2004), écarte toute possibilité que le secteur de la baie d’Hudson soit la source pourvoyeuse des erratiques observés (fig. 4).

19Le secteur de la fosse du Labrador se trouve au nord-est de la zone d’étude (fig. 4). D’après les séquences d’écoulements glaciaires connues dans ce secteur, seules les formations de fer affleurant entre Schefferville et le réservoir Manicouagan constitueraient des sources potentielles des erratiques observés dans la zone d’étude (fig. 4). La position géographique de ces formations de fer, dans la région de Schefferville implique un écoulement glaciaire vers le sud-ouest sur au moins 500 km. Bien que les traces de cet écoulement soient reconnues dans les régions situées entre Schefferville et le bassin de Mistassini (Hughes, 1964 ; Paradis & Parent, 2001a,b ; Jansson et al., 2002), son implication dans le transport des erratiques observés est difficile à confirmer, du moins pour l’instant. En effet, à l’ouest de la partie sud de la fosse du Labrador, les éventails de dispersion glaciaire s’ouvrent vers le nord et vers l’ouest (Klassen & Thompson, 1993). En outre, les erratiques de formation de fer provenant de la fosse du Labrador ont été dispersés principalement vers le nord-est, l’est et le sud-est (Klassen & Thompson, 1993). En allant vers l’ouest et le sud-ouest, ces erratiques deviennent rares et ne semblent pas avoir été déplacés sur plus de 125 km à partir de leur source (Klassen & Thompson, 1993 ; Veillette et al., 1999). En se basant sur ces observations et sur la distance importante (au moins 500 km), séparant cette région et le bassin de Mistassini, il paraît peu vraisemblable que la fosse du Labrador soit la source des erratiques trouvés au sud du lac Mistassini.

20Dans la région du réservoir Manicouagan (fig. 4), les écoulements glaciaires connus sont dirigés vers le nord-est, sud-est, sud et le sud-sud-ouest (Rose, 1955 ; Veillette, 2004) et ils ne sont pas favorables au transport des erratiques de formation de fer à partir de cette région vers la région étudiée.

21Dans le secteur du bassin de Mistassini (fig. 4), la limite méridionale connue des formations de fer se situe à moins de cinq kilomètres au nord de la zone d’étude. Dans ce secteur, le socle rocheux correspond à une série sédimentaire paléoprotérozoïque d’environ 2,5 km d’épaisseur et composée d’un assemblage de dolomie, dolomie à stromatolithes, conglomérat, grès et une formation de fer (Formation de Témiscamie) au sommet de la série (Neilson, 1953 ; Bergeron 1957 ; Caty, 1976). La Formation de Témiscamie constitue la source la plus plausible des erratiques de la région d’étude. Elle forme une bande d’orientation nord-ouest-sud-ouest et renferme plusieurs bancs de formation de fer, qui alternent avec des bandes de chert gris, de quartzite et d’argilite (Neilson, 1953 ; Wahl, 1953 ; Quirke, 1961). La distribution éparse des erratiques de formation de fer dans la zone d’étude pourrait être liée soit à 1) l’érosion continue de l’aire d’affleurements de la Formation de Témiscamie au cours des différentes phases glaciaires qui se sont succédées dans la région (sud-est, sud-sud-est, sud, sud-sud-ouest et sud-ouest), soit à 2) la redistribution des erratiques par des écoulements glaciaires ultérieurs, ou encore à 3) une grande surface d’affleurement encore non documentée et potentiellement recouverte par les dépôts quaternaires. Les déplacements en ligne droite à partir de ce secteur peuvent être estimés à 3 km pour les écoulements sud-est et sud-sud-est, 10 km pour l’écoulement S, 12 km pour l’écoulement sud-sud-ouest et environ 30 km pour l’écoulement sud-ouest. La présence d’erratiques à la surface du till implique un transport par le dernier écoulement glaciaire dirigé vers le sud-ouest. Cet écoulement semble être à l’origine des erratiques situés dans la partie occidentale de la région, mais il ne peut pas expliquer à lui seul la distribution spatiale des autres erratiques. Une telle distribution implique plutôt une suite d’événements glaciaires de directions variables (sud-est, sud-sud-est, sud, sud-sud-ouest et sud-ouest), telles que révélées par les surfaces rocheuses striées et par les formes fuselées. Toutefois, le manque de données sur les fabriques et la composition des tills ne permet pas de déterminer la part de chaque écoulement dans le transport glaciaire. Quoi qu’il en soit, il s’agit ici d’un bon exemple de l’influence des phases d’écoulement anciennes sur la forme et la composition des trainées de dispersion (Veillette, 1986 ; Klassen & Thompson, 1994 ; Parent et al., 1996).

22En résumé, il semble que les erratiques présents à la surface du till régional au sud du lac Mistassini proviennent de la Formation de Témiscamie, située immédiatement au nord de la zone d’étude. L’érosion continue de cette formation ferrifère a permis la dispersion et la redistribution des erratiques lors des écoulements successifs sud-est, sud-sud-est, sud, sud-sud-ouest et sud-ouest ayant marqué l’histoire glaciaire de la région.

4.4 - Implication pour la dynamique glaciaire

23L’aire de dispersion d’erratiques, observés au sud du lac Mistassini, n’a pas de forme bien définie. Elle résulte de trainées mixtes associées à plusieurs événements glaciaires : sud-est, sud-sud-est, sud, sud-sud-ouest et sud-ouest. L’implication régionale de ces événements dans la dispersion des roches du bassin de Mistassini est bien documentée (Martineau et al., 1984 ; Levasseur & Prichonnet, 1995 ; Dionne, 1986, 2001 ; Dionne & Bernatchez, 2000 ; Veillette, 2004). L’écoulement ancien vers le SE, enregistré uniquement par les stries (Bouchard & Martineau, 1985), a été d’abord attribué à un centre de dispersion situé au sud de la baie James (Bouchard & Martineau, 1985 ; Prichonnet & Beaudry, 1990). Toutefois, des travaux ultérieurs ont démontré qu’il résulte plutôt d’une ligne de partage glaciaire développée au nord-ouest du bassin de Mistassini (Veillette & Pomares, 1991 ; Paradis & Boisvert, 1995) au Pléniglaciaire (Veillette, 1999 ; Veillette, 2004). La migration de cette ligne de partage vers le NE (Parent et al., 1995), accompagnée probablement d’une rotation horaire, semble être à l’origine des écoulements sud et sud-sud-est identifiés dans la région d’étude, et des écoulements nord et nord-nord-ouest dans la région orientale de la baie d’Hudson (Parent et al., 1995). L’extension spatiale et la durée de cette ligne de partage demeurent inconnues.

24Vers la fin du Wisconsinien et le début de l’Holocène, l’écoulement général s’est fait vers le sud-sud-ouest puis vers le sud-ouest à partir du flanc ouest du dôme Québec-Labrador (Prest et al., 1968 ; Hillaire-Marcel et al., 1980 ; Dyke & Prest, 1987 ; Klassen & Thomson, 1993). Les glaces se sont écoulées de ce dôme dans un contexte de retrait long et dominant entre 9 et 8,4 cal ka BP (Dyke & Prest, 1987). Vers 9,2 cal ka BP, la région étudiée était encore couverte de glace (Dyke et al., 2003 ; Occhietti et al., 2011). Ensuite, le retrait de la marge glaciaire s’est accéléré à partir de 8,2 cal ka BP (Ullman et al., 2016).

5- Conclusion

25Plusieurs centaines d’erratiques de formation de fer rubanée ont été observés à la surface du till (till d’ablation) dans la région située au sud du lac Mistassini. Ces erratiques sont composés de cailloux, de blocs et de gros blocs. La majorité des erratiques sont subanguleux à anguleux. Ils auraient été déplacés à partir de la Formation de Témiscamie, affleurant dans le bassin de Mistassini au cours des phases glaciaires sud-est, sud-sud-est, sud, sud-sud-ouest et sud-ouest. La distribution spatiale des erratiques cartographiés semble indiquer des déplacements minimaux estimés entre 3 km et 30 km à partir de la source.

26Bien que les erratiques de formation de fer soient rares au sud du lac Mistassini, leur étude a permis de :

27– fournir un indice supplémentaire de la complexité des écoulements glaciaires dans la région, et de l’implication de plusieurs phases dans le transport des erratiques ;

28– soulever la question de l’influence de la topographie sur l’écoulement tardif ;

29– montrer qu’il faut tenir compte des écoulements anciens lors de l’établissement de l’origine des sédiments, même si le till analysé est associé à un écoulement récent.