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Sur le plan géologique, la Haute-Normandie appartient au bassin parisien qui a été recouvert par la mer durant des centaines de millions d’années, de l’ère secondaire jusqu’à la fin de l’ère tertiaire (il y a environ deux millions d’années). Cette longue présence de la mer, le flux et le reflux des eaux selon les périodes expliquent la composition du sous-sol sédimentaire de la Haute-Normandie, formé de couches calcaires pouvant dépasser plusieurs centaines de mètres. Ces couches sont recouvertes de formations superficielles d’épaisseur variable d’argile et de limon. Plus ou moins riches en fossiles, ces couches sont principalement constituées, sauf dans le sud de l’Eure et dans le Vexin normand, d’épaisses couches de craie datant du crétacé supérieur (fin de l’ère secondaire) comportant des bancs de silex gris ou noir. Cette couche calcaire, qui varie de la craie la plus tendre à la roche calcaire la plus dure, est recouverte d’une couche d’argile à silex qui peut atteindre 10 mètres d’épaisseur. Cette argile a été formée durant les périodes chaudes de l’ère tertiaire (climat tropical) par l’érosion de la craie à l’air libre. Elle confère au sol une relative imperméabilité. Elle est assez peu fertile mais fixe bien les massifs forestiers.