La Little Colorado naît au flanc du mont Baldy, dans les White Mountains, au centre est de l'Arizona. Elle débouche rapidement des montagnes et court sur le Plateau du Colorado. Elle draine un bassin de 68 500 km2, mais ne reçoit que des affluents intermittents alimentés par les rares chutes de pluie, dont le débit peut varier d'un lit à sec à la crue soudaine, violente et incontrôlable.
Après une course d'environ 400 kilomètres dans la large vallée qu'elle a tracé sur le Plateau, elle rejoint le Colorado à l'entrée du Grand Canyon. Son cours est régulé par plusieurs retenues de petite taille. Au nord-ouest de Flagstaff, non loin du Sunset Crater National Monument, une coulée de lave a barré la rivière, qui forme une chute de 56 mètres. En aval, la pente de la rivière augmente et la Little Colorado se précipite vers le fleuve dans un canyon qui fait la joie des « rafteurs ».
Certains géologues pensent qu'il y a 20 millions d'années, le Colorado se jetait dans un lac de l'Utah. Ce seraient alors les cours combinés de la Little Colorado et de la San Juan, beaucoup plus forts qu'aujourd'hui, qui auraient commencé le creusement du Grand Canyon. Cette théorie n'est pas démontrée, et d'autres géologues la contredisent vigoureusement.
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