Au pied de falaises abruptes creusées dans la craie des plateaux par les méandres de la Seine, Villequier est un parcours exceptionnel pour découvrir toutes les formations du Crétacé et le sommet du Jurassique. Par ailleurs la commune se situe juste sur la zone d'un anticlinal faillé.
L'argile de Villequier est la formation la plus ancienne des vallées du pays de Caux et occupe toute la base du versant de la vallée de la Seine et notamment entre l'ancienne cité de la Société des argiles et le Manoir des Roques. Cette argile est rarement visible à l'affleurement, les terrains sus-jacents et les habitations la recouvrent. La roche décrite fut datée grâce à l'exploitation de macrofossiles (ammonites) retrouvés lors de l'exploitation du terrain par la Société des Argiles. Il s'agirait de l'étage du Kimméridgien supérieur (- 140 Ma). Cette datation est confirmée par l'étude de microfossiles, tels que les Foraminifères et les Ostracodes, et de la microflore (spores, pollen, algues planctoniques).
Attardons nous sur les fossiles extraits de l'argile noire de Villequier :| Dimorphoplites sp | (Albien moyen) |
| Anahoplites planus | (Albien moyen) |
| Hoplites cunningtori | (Albien moyen) |
| Goodhallites goodhalli | (Albien supérieur) |
| Hystoceras carinatum | (Albien supérieur) |
L'étude paléontologique et sédimentologique du site de Villequier a permis de mettre en évidence les variations eustatiques et plus précisément deux transgressions datant respectivement du Crétacé (-110 Ma) et de l'Albien.
Curiosités géologiques :
- La pierre qui tourne ou pierre "du pain béni" : il s'agit d'une roche naturelle qui a la forme d'une chaire à prêcher. Elle se trouve en bord de Seine et la légende dit que sous sa base sont cachés des trésors fabuleux mais que ceux-ci sont gardés par monstres et femmes blanches. Il est ajouté que chaque nuit de Noël, cette pierre tourne sept fois sur elle-même.
- La grotte de l'hermite : sur la route des chapelles de Barre-y-va, cette grotte, bien que fermée au public, reste une curiosité creusée dans la falaise.
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