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La géoarchéologie française au xxie siècle

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Nathalie Carcaud
, 
Gilles Arnaud-Fassetta

Partie II. Les hydrosystèmes fluviaux, entre climat et anthropisation/Section 2. Fluvial hydrosystems, between climate and “anthropogenic processes”

Chapitre VIII. Dynamique fluviale holocène de la Loire moyenne (val d’Orléans, France)

Réponses à la variabilité climatique et aux activités anthropiques

Cyril Castanet, Joëlle Burnouf, Christian Camerlynck, Nathalie Carcaud, Anne-Laure Cyprien-Chouin, Manuel Garcin et Michel Lamothe

Texte intégral

Cette étude a été soutenue financièrement par l’INEE (Institut Écologie et Environnement) du CNRS avec le programme « Zone Atelier Loire », par la région Centre (ARCHEA – programme « Val d’Orléans »), par le Programme Opérationnel Plurirégional Loire Féder, l’Etablissement Public Loire (EPL) et l’Agence de l’Eau Loire Bretagne (AELB). Les auteurs remercient également l’INRAP (Institut National de Recherches Archéologiques Préventives) et l’entreprise Cemex (ex-Morillon Corvol) pour leur collaboration. Les auteurs remercient également les relecteurs anonymes pour leurs conseils.

Introduction

1La gestion du risque fluvial actuel et futur nécessite une bonne compréhension de la complexité de la réponse fluviale aux changements du climat et de l’occupation du bassin-versant par les sociétés. Dans le contexte actuel de changement global, les reconstitutions des dynamiques fluviales, survenues durant le passé en réponse aux changements climatiques et sociaux, constituent des clés pour une meilleure perception des dynamiques actuelles et futures (Gregory et al., 2006). Les travaux réalisés durant ces dernières décennies dans de nombreux bassins versants européens ont montré l’importante variabilité de l’activité fluviale durant l’Holocène (Rotnicki, 1991 ; Starkel, 1991 ; Bravard, 1992 ; Jorda et Provansal, 1996 ; Miramont et al., 1999 ; Benito, 2003 ; Brown, 2003 ; Pastre et al., 2003 ; Starkel, 2003 ; Macklin et al., 2006). Dans la majorité des cas, le changement climatique est perçu comme le principal responsable de la variabilité de l’activité fluviale durant l’Holocène. Au cours des trois à cinq derniers millénaires, le rôle joué par les sociétés sur les transferts solides et liquides à l’échelle des bassins versants est souvent proposé comme un facteur supplémentaire interagissant avec le climat dans le contrôle de la dynamique fluviale et ce, dans des proportions variables. Plus rarement, les dynamiques auto-cycliques sont proposées comme intervenant dans des proportions considérables dans le contrôle des variabilités observées (Erkens, 2008). Le cas d’étude proposé ici s’inscrit dans le cadre des travaux visant à une meilleure compréhension des interactions entre les facteurs climatiques, les facteurs anthropiques et les évolutions auto-cycliques dans le contrôle de la dynamique fluviale (Castanet, 2008). La connaissance de l’histoire holocène de la dynamique fluviale des grands hydro-systèmes français repose essentiellement sur le bassin du Rhône (Bravard, 1987 ; Salvador, 1991 ; Bravard, 1997 ; Arnaud-Fassetta, 1998 ; Provansal et al., 1999 ; Arnaud-Fassetta et al., 2005 ; Salvador, 2005 ; Arnaud-Fassetta, 2007) et sur le bassin de la Seine (Pastre et al., 2003). La dynamique holocène des fleuves tels que la Loire ou la Garonne reste à ce jour encore relativement peu documentée. Récemment, des travaux ont été amorcés dans la plaine alluviale de la Loire amont (Cubizolle et al., 2002 ; Straffin et Blum, 2002), de la Loire moyenne (Garcin et al., 1999) et de la Loire aval (Carcaud et al., 2002 ; Carcaud, 2004). L’étude présentée dans cet article porte sur la dynamique fluviale holocène de la Loire. Elle se focalise sur les trois questions suivantes. Quelle fut l’influence de la variabilité climatique sur la dynamique fluviale durant l’Holocène ? Quelle fut la réponse fluviale aux interactions entre l’évolution du climat et de l’occupation et l’exploitation des sols par les sociétés ? Quels rôles ont joué les processus auto-cycliques dans les dynamiques fluviales ?

Secteur d’étude

2Le secteur d’étude sélectionné se situe dans le sud du Bassin de Paris au niveau de la partie la plus septentrionale de la Loire approximativement à distance égale de la source et de l’estuaire (Fig. 1). Il s’agit du principal élargissement du lit majeur de la Loire moyenne (longueur : 50 km ; largeur maximale : 8 km) situé à une altitude comprise entre 120 et 90 m NGF (pente moyenne : 0,5 ‰ ; Fig. 1). Le Val de Loire résulte d’une incision weichsélienne dans un substratum tertiaire relativement tendre (formation détritique argilo-sableuse de Sologne et formation calcaire karstique de Beauce ; Gigout et Desprez, 1970 ; Gigout et al., 1970). Ce contexte géomorphologique a été favorable au dépôt et à la préservation des archives fluviatiles holocènes. L’activité tectonique (i.e., néotectonique) de ce secteur du Bassin de Paris est considérée comme très faible (Freytet et al., 1989). Les lux hydro-sédimentaires en transit à ce niveau de la plaine alluviale de la Loire moyenne proviennent d’un bassin-versant amont de 37 000 km2. Ce dernier comprend des formations de roches endogènes dans le Massif Central et des formations sédimentaires dans le Bassin de Paris. Le bassin-versant amont couvre un espace de moyenne montagne dont l’altitude maximale avoisine les 1 900 m NGF. Les conditions climatiques actuelles et les propriétés physiques du bassin-versant amont confèrent au régime actuel de la Loire moyenne d’importantes variations saisonnières et interannuelles (Dacharry, 1974). Le style fluvial actuel de la Loire au niveau de ce secteur d’étude est sinueux à méandriforme. Les analyses potamologiques et météorologiques réalisées durant les deux derniers siècles montrent que les plus grandes crues de la Loire moyenne sont sous la double influence atmosphérique atlantique et méditerranéenne (Dacharry, 1974). Les dernières grandes crues remontent au milieu du xixe s. : elles ont provoqué l’inondation de la quasi-intégralité de la plaine alluviale (Dion, 1934).

Fig. 1. Carte de localisation de la Loire et du tronçon de la plaine alluviale étudiée. A : La Loire et les principaux hydrosystèmes fluviaux européens. B : Le bassin-versant de la Loire. C : La plaine alluviale de la Loire moyenne orléanaise et développements méthodologiques.

Matériels et méthodes

3Dans le cadre de cette étude, les éléments descriptifs de la dynamique fluviale holocène de la Loire sont, d’une part, le style fluvial et, d'autre part, la fréquence et la magnitude des inondations de la plaine alluviale (Castanet, 2008). Les méthodes et les matériels mis en œuvre tendent donc à caractériser la paléo-hydrographie des écoulements, la morpho-stratigraphie des dépôts, les modalités et les rythmes d’alluvionnement de la plaine d’inondation. Ils reposent non seulement (et essentiellement) sur les archives sédimentaires mais aussi sur les sources écrites. Les analyses morpho-stratigraphiques reposent sur deux principales coupes transversales reconstituées de la plaine alluviale de la Loire (section amont CS1 « Saint-Benoît-sur-Loire » et section aval CS2 « Sandillon » ; Fig. 1), l’étude de trois gravières d’extraction des alluvions et de quinze opérations archéologiques (Institut National de Recherches Archéologiques Préventives). Cent-vingt carottages ont été réalisés dans le cadre de cette étude. Une base de donnée de 1 200 sondages géologiques compris dans le secteur d’étude a été exploitée (BSS-BRGM ; Giot et Gaultier, 1999). Les reconstitutions paléo-hydrographiques reposent sur les analyses croisées d’un modèle numérique de terrain LIDAR (Ramirez, 2003), de la morpho-stratigraphie et de la chrono-stratigraphie des dépôts. En complément de l’identification des principaux lithofaciès et éléments architecturaux des dépôts holocènes, six séries sédimentaires réparties sur les deux profils transversaux ont été analysées. Ce choix vise 1) à palier la discontinuité spatio-temporelle de l’enregistrement et de la préservation des dépôts, 2) à estimer la variabilité amont-aval et latérale de l’alluvionnement au sein d’un tronçon de plaine alluviale et 3) à s’affranchir des enregistrements liés aux dynamiques propres à chaque milieu de sédimentation (effets de site) pour percevoir l’enregistrement de la dynamique fluviale plus régionale de la Loire moyenne orléanaise. Pour chaque série sédimentaire (séquence de remblaiement de paléochenal de la Loire), une carotte (ou un prélèvement en colonne continue en stratigraphie) a été sélectionnée au niveau du secteur le plus représentatif et le plus dilaté de la série avant d’être analysée. Les marqueurs sédimentaires choisis sont les suivants : 1) les taux de matière organique, de carbonates, de silicates et d’oxyhydroxydes ; 2) les taux d’accumulation de matière minérale et de matière organique (Macaire et al., 2006) ; 3) la texture des dépôts détritiques et 4) la susceptibilité magnétique du sédiment total. Les analyses palynologiques ont porté sur les carottes SB1 et SB2. Le cadre chrono-stratigraphique repose sur la base de 38 datations radiocarbone, d’une datation OSL Optically Stimulated Luminescence (IRSL ; Huntley et Lamothe, 2001) et d’éléments de bio-chronologie (palynologie). Une base de données des inondations de la plaine alluviale de la Loire orléanaise durant les périodes historiques (vie-xxe s. apr. J.-C.) a été élaborée dans le cadre de cette étude (Champion, 1858-1864 ; Dion, 1934 ; Dacharry, 1996).

Résultats

4Trois groupes de résultats révèlent la morphostratigraphie des dépôts, la paléo-hydrographie de la Loire et la variabilité des flux hydro-sédimentaires de la Loire pour l’ensemble de l’Holocène (Castanet et al., 2007 ; Castanet, 2008).

Morpho-stratigraphie des archives sédimentaires fluviatiles holocènes

5Plusieurs unités de dépôts détritiques grossiers (galets, graviers, sables) aux éléments architecturaux dominants de type gravels bars and bedforms (GB de Miall, 1996) constituent la majeure partie du stock alluvial actuel au sein du lit majeur. Elles ont un âge weichsélien (dont Pléniglaciaire et Tardiglaciaire). Les dépôts holocènes sont majoritairement emboîtés dans les dépôts weichséliens (Fig. 2) dus à l’incision et au sapement latéral assurés par les écoulements fluviatiles holocènes. Certains dépôts holocènes recouvrent des dépôts weichséliens au niveau des paléo-chenaux datés du Pléniglaciaire ou du Tardiglaciaire (lithofaciès de plaine d’inondation) ou latéralement aux chenaux holocènes (lithofaciès de levée de berge). Les principaux éléments architecturaux des dépôts holocènes identifiés sont des chenaux (CH de Miall, 1996), des macroformes d’accrétion latérale (LA de Miall, 1996) et des dépôts fins de débordement (FF de Miall, 1996 ; Fig. 2). Les lithofaciès associés aux CH suggèrent des chenaux holocènes à charge de fond sablo-graveleuse à sableuse dont le faciès présente une forte variabilité latérale et longitudinale (mouilles, seuils, grèves). Les chenaux ont une largeur comprise entre 350 et 220 m (Fig. 3). Les scroll bars identifiés à proximité du chenal actuel et holocène de la Loire sont constitués de galets pris dans une matrice sablo-graveleuse à la base et de sable-limoneux au sommet (Fig. 2 et Fig. 3). Les FF, dont la puissance comprise entre 2 et 4 m est la plus importante, sont identifiés notamment au niveau des paléo-chenaux holocènes et weichséliens (soit respectivement les séries SB2, 3, 4 et SAN1, SAN2 puis la série SB1). Les FF sont absents au niveau des secteurs les plus hauts de la plaine alluviale (reliefs constitués de dépôts weichséliens appelés « montilles »). Les lithofaciès des FF sont des dépôts organo-minéraux (limons argilo-tourbeux, tourbe) et des sables limoneux. Les dépôts organiques sont donc très rares dans ce secteur de la vallée.

Paléo-hydrographie holocène de la Loire moyenne

6La très bonne corrélation entre la microtopographie de la plaine et la morpho-stratigraphie des dépôts (adéquation entre le modelé des paléo-chenaux et les lithofaciès des éléments architecturaux CH) a permis d’identifier et de dater les paléo-formes fluviales (Fig. 3). Leur préservation au sein de la plaine résulte essentiellement de plusieurs défluviations et de recoupements de méandre survenus durant l’Holocène, associés à une divagation latérale relativement faible du chenal actif. Le style fluvial de la Loire évolue vers celui d’un chenal unique sinueux à méandriforme dès le Préboréal (chenal SBCH3), durant l’Atlantique ancien (chenal SBCH2B) et l’Atlantique récent (chenal SBCH2A ; Fig. 3). La sinuosité et la pente des chenaux du Préboréal, de l’Atlantique et du Subatlantique sont du même ordre que ceux du chenal actuel. Elles sont respectivement comprises entre 1 et 1,5 puis 0,5 et 0,6 ‰. Durant le Subatlantique (particulièrement durant le Moyen Âge), le style fluvial est à chenal unique sinueux à méandriforme. À la fin du Moyen Âge (xve s. apr. J.-C.) et de l’époque moderne (début du xixe s. apr. J.-C.), un style à chenaux multiples est identifié (archives sédimentaires, sources écrites et cartes anciennes). Durant la première moitié du xixe s., un changement de style fluvial caractérisé par l’individualisation d’un chenal unique est observé (Dacharry et al., 2002). Le chenal actuel de la Loire et les paléo-chenaux datés du Subatlantique possèdent des bourrelets de rive assez bien développés et des brèches. Ceux des paléo-chenaux datés du Préboréal et de l’Atlantique sont très peu développés ou inexistants (Fig. 3). Les premiers endiguements de la Loire moyenne datent du Moyen Âge (Fig. 2). Dans le secteur étudié ici, le fleuve est intégralement endigué dès le xvie s. (Dion, 1934 ; Garcin et al., 2006).

Fig. 2. Modèle d’organisation morpho-sédimentaire de la plaine alluviale de la Loire au niveau du transect CS1 (localisation, Fig. 1) : méthodologie, lithofaciès, éléments architecturaux et interprétation génétique en termes de milieux de sédimentation.

Variabilité holocène de la fréquence et de la magnitude des crues de la Loire : étude des archives sédimentaires et des sources écrites

7L’analyse de la base de données des inondations recensées de la plaine alluviale de la Loire orléanaise durant les périodes historiques (54 inondations recensées dans les sources écrites) suggère la distinction de deux épisodes marqués par des fréquences accrues des grandes crues de la Loire orléanaise (Fig. 4). Le premier épisode se situe entre la seconde moitié du ixe s. et la première moitié du xie s. Le second débute au début du xve s. et s’étend jusqu’au xixe s. Les fréquences sont maximales au niveau du deuxième épisode durant lequel la récurrence moyenne des inondations recensées est comprise entre 10 et 12 ans. Aucune inondation majeure n’est recensée entre ces deux épisodes.

Fig. 3. Paléo-hydrographie des formes fluviales holocènes et weichséliennes dans la plaine alluviale de la Loire moyenne orléanaise.

8La distribution temporelle des zones caractérisées par des fréquences et/ou des magnitudes d’inondation accrues pour chaque série sédimentaire a été analysée (Fig. 4). Pour les périodes historiques, elle a été complétée par les épisodes identifiés sur la base des sources écrites. La simultanéité partielle ou totale de plusieurs zones enregistrées en divers secteurs de la plaine alluviale est observée. Chaque zone identifiée au niveau d’une série sédimentaire est synchrone, au moins partiellement, de zones enregistrées dans une ou plusieurs autres séries sédimentaires (quels que soient l’âge et la durée de la zone considérée). Sur la base de ces observations, nous identifions sept épisodes caractérisés par une activité fluviale accrue durant l’Holocène au sein de la plaine alluviale de la Loire moyenne orléanaise. Leur durée estimée est comprise entre 150 et 1 350 années calendaires. Deux fourchettes d’âge sont proposées pour chaque épisode. La fourchette la plus fine correspond au recoupement du plus grand nombre de zones concernées par l’épisode. La fourchette la plus large correspond au recoupement d’au moins deux séries sédimentaires au niveau desquelles l’épisode est enregistré (Fig. 4). Chacun des épisodes d’activité fluviale accrue a été enregistré au niveau d’au moins trois séries et, parfois, jusqu’à cinq séries sédimentaires sur les six séries étudiées. Cela signifie un enregistrement de chaque épisode d’activité fluviale accrue compris entre 50 % (E5) et 85 % (E3A) des séries sédimentaires. De plus, à l’exception de E6, tous les épisodes ont été identifiés à la fois dans les sections amont (CS1) et aval (CS2) qui sont distantes de 22 km (Fig. 1).

9Pour un épisode donné, certaines zones ont une durée estimée largement supérieure à celle de l’épisode considéré (exemple de Z4 de la série SB2 pour l’épisode E5). La non contemporanéité des zones attribuées au même épisode peut résulter des limites relatives 1) à la délimitation de la zone au sein de la série (résolution de l’enregistrement sédimentaire et/ou résolution de l’analyse), 2) au cadre chrono-stratigraphique (incertitude sur la datation, le modèle âge – profondeur) et/ou 3) à la variabilité spatiotemporelle de l’enregistrement et de la préservation d’un épisode d’activité fluviale accrue (possibilité de la survenue d’un épisode enregistré seulement au niveau d’un site parmi les six étudiés). Compte tenu de la faible dilatation des dépôts et de la résolution choisie des marqueurs sédimentaires, les épisodes les plus longs pourraient regrouper plusieurs épisodes de forte activité fluviale de plus courte durée (exemple de E3 comprenant vraisemblablement E3A et E3B).

Fig. 4. Épisodes de plus forte activité fluviale holocène de la Loire moyenne recensés sur la base des archives sédimentaires (carottes SB1, 2, 3, 4 et SAN1, 2) et des sources écrites. Les bandes grises correspondent aux épisodes d’activité fluviale accrue.

Discussion : interactions entre les facteurs géodynamiques et anthropiques dans le contrôle de la dynamique fluviale et des milieux de sédimentation

10Durant l’Holocène, l’activité fluviale et la dynamique des milieux de sédimentation fluviatiles de la Loire moyenne orléanaise évoluent selon une tendance à long terme (plurimillénaire) sur laquelle se surajoute une variabilité selon des périodes plus courtes (pluriséculaire ; Castanet, 2008 ; Fig. 5).

Une évolution plurimillénaire

11Une tendance à long terme est identifiée à l’échelle de l’interstade holocène (11650 cal. BP - Actuel). Elle débute durant le Préboréal avec l’évolution vers l’individualisation d’un chenal unique et une incision. Elle est une conséquence du réchauffement climatique rapide du Préboréal et de la fermeture du couvert végétal (Reille et Beaulieu, 1988 ; Cyprien et al., 2004). Un premier temps de l’Holocène, compris entre ~ 11500 et ~ 4500 cal. BP, est marqué par une tendance générale à la diminution de l’activité fluviale. Elle est caractérisée par la baisse des taux d’accumulation massique de matière minérale (TAM MM), l’affinement des textures et l’augmentation des taux de matière organique des dépôts de plaine d’inondation. La fermeture du couvert végétal (Reille et Beaulieu, 1988 ; Argant et Cubizolle, 2005) réduit les processus de dégradation spécifique et de production sédimentaire dans le bassin amont. Les flux solides sont les plus bas de l’Holocène durant ce premier temps (Sifeddine et al., 1996 ; Fourmont, 2004). Les conditions climatiques évoluant vers le « Maximum thermique de l’Holocène » (Johnsen et al., 2001 ; Davis et al., 2003 ; Heikkilä et Seppä, 2003) contrôlent la stabilité des couvertures végétales et pédologiques. Elles contrôlent indirectement les débits solides décroissants de la Loire. Durant un second temps de l’Holocène, de ~ 4500 cal. BP jusqu’à l’actuel, l’inversion de cette tendance à long terme se caractérise par une transformation des milieux de sédimentation de la plaine. La généralisation des TAM MM accrus et l’augmentation de la taille des dépôts d’inondation témoignent d’un renforcement de l’activité fluviale amorcé dès l’épisode E4. Cette dernière est à nouveau nettement accrue à partir de l’épisode E3. Ce tournant dans la dynamique fluviale holocène de la Loire est relativement contemporain du changement climatique identifié aux alentours de 4500 cal. BP. Parfois qualifié de « Big Wet Shift » (Hughes et al., 2000) ou encore de Néoglaciation, ce changement climatique est caractérisé par une diminution progressive des températures estivales (Davis et al., 2003) et le changement du régime des précipitations (Barber et al., 2003). Il succède au « Mid Holocene Climate Change » identifié par E. J. Steig (1999) vers ~ 5500/6000 cal. BP. Dans le bassin-versant amont, les premières traces de déforestation et de céréaliculture non permanente et discontinue autour de 5500 cal. BP débutent un millénaire avant le changement de dynamique fluviale observé en Loire moyenne (Fig. 5). Les premières exploitations durables et continues du couvert végétal et pédologique se généralisent seulement durant l’Âge du Fer (-800 à 0 J.-C. ; Reille et Beaulieu, 1988 ; Miras et al., 2004 ; Argant et Cubizolle, 2005). L’impulsion du changement majeur de la dynamique fluviale de la Loire aux alentours de 4500 cal. BP semble donc sous le contrôle du climat. Dans un premier temps, l’augmentation des flux solides est mise en relation avec l’impact du changement climatique (plus froid et plus humide) sur les processus de production sédimentaire. Cependant, les dynamiques d’occupation et d’exploitation des sols par les sociétés, accrues durant les trois derniers millénaires, ont vraisemblablement contribué à intensifier la réponse fluviale au changement climatique (par augmentation du ruissellement et de la production sédimentaire).

Fig. 5. Évolution holocène des fréquences et des magnitudes relatives des inondations et du style fluvial de la Loire moyenne. Corrélation avec le développement de l’agriculture, la déforestation et les modifications d’usage des sols dans le bassin-versant amont (a : Reille et Beaulieu, 1988 ; b : Argant et Cubizolle, 2005). Les bandes noires et grises correspondent aux épisodes d’activité fluviale accrue.

Une variabilité pluriséculaire à millénaire de l’activité fluviale

12Cette tendance à long terme est modulée par une variabilité ponctuée par sept épisodes de durée pluriséculaire à millénaire. Ils se caractérisent par 1) une augmentation des fréquences et des magnitudes des inondations de la plaine alluviale et, 2) parfois, par un changement du style fluvial de la Loire. Par exemple, durant l’épisode E1 (xve-xixe s. apr. J.-C.), les fréquences et les magnitudes accrues des inondations sont synchrones du développement d’un style fluvial à chenaux multiples relativement instables (Fig. 3 et Fig. 5). Ces épisodes résultent de la modification des variables de contrôle [rapport débit solide (Qs)/débit liquide (Ql)] auxquelles répondent les variables d’ajustement (Schumm, 1977). Ces épisodes ont une durée comprise entre 0,15 et 1,35 ka et une récurrence (période de retour) comprise entre 0,6 et 2,4 ka (durée moyenne de 1,34 ka) : E7 (10,25-9,35 ka cal. BP), E6 (8,7-7,7 ka cal. BP), E5 (6,8-5,9 ka cal. BP), E4 (4,45-3,55 ka cal. BP), E3 (3-1,65 ka cal. BP), E3B (2,9-2,7 ka cal. BP), E3A (2,25-1,9 ka cal. BP), E2 (1,1-0,9 ka cal. BP), E1 (0,55-0,1 ka cal. BP). Durant l’Holocène, la dynamique propre au chenal actif de la Loire (migration latérale, défluviation, recoupement de méandre, etc.) ne semble pas contrôler les modifications majeures de la dynamique des milieux de sédimentation identifiées au niveau des deux sections étudiées. Par exemple, si la défluviation survenue durant l’épisode E6 pourrait peut-être avoir modifié localement la dynamique hydro-sédimentaire au niveau de la section amont (CS1), la défluviation survenue entre E5 et E6 n’a pas engendré de telles conséquences. La variabilité de l’activité fluviale de la Loire selon les sept épisodes identifiés ne semble pas résulter d’une évolution auto-cyclique. Chaque période durant laquelle survient un épisode marqué par une activité fluviale accrue de la Loire moyenne est aussi une période durant laquelle un haut niveau lacustre (HNL) est identifié dans les Alpes du Nord et le Jura par M. Magny et al. (2003) à l’exception de E2. La variabilité holocène de la dynamique fluviale de la Loire moyenne semble sous le contrôle de la variabilité climatique. Les conditions plus fraîches et humides survenues durant une partie de ces épisodes (augmentation des précipitations annuelles, baisse des températures estivales ; Magny et al., 2001) ont contribué à augmenter la fréquence et la magnitude des inondations. Par exemple, les modifications hydro-géomorphologiques survenues durant E1 résultent en partie des conditions hydro-climatiques du Petit Âge Glaciaire survenues dans le bassin amont (Stebich et al., 2005). Par ailleurs, à proximité immédiate de la bordure méridionale du bassin-versant de la Loire, deux petits cours d’eau (le Gard et l’Ardèche) ont connu des crues de forte magnitude durant au moins les trois derniers millénaires. Les trois principaux épisodes de très fortes crues identifiés à leur niveau (Sheffer, 2003 ; Sheffer et al., 2007, unités 11, 6 et 4) sont contemporains des épisodes E3B, E3A et E1 enregistrés en Loire moyenne dans le cadre de cette étude. Ces épisodes seraient provoqués par de très fortes précipitations caractéristiques des régimes pluvio-thermiques méditerranéens (Sheffer et al., 2007). Cela suggère d’abondantes précipitations d’origine méditerranéenne dans le bassin amont de la Loire pour ces périodes. L’origine des grandes crues de la Loire moyenne perdure donc vraisemblablement depuis au moins trois millénaires, sous la double influence des circulations atmosphériques atlantique et méditerranéenne.

Conclusions

13Cette étude intégrée (géomorphologie, géoarchéologie, géochronologie, palynologie) des formations superficielles alluviales holocènes permet de proposer des reconstitutions paléo-hydrographiques et paléo-hydrologiques de la Loire moyenne durant les douze derniers millénaires. La bande active holocène de la Loire s’avère relativement réduite (2 à 3 km) par rapport à la largeur de la plaine alluviale (jusqu’à 8 km). L’emboîtement des dépôts holocènes dans les formations weichséliennes résulte de processus d’incision, de migration latérale et de défluviation du chenal de la Loire puis du recoupement de ses méandres. Les faciès sédimentaires holocènes identifiés sont associés aux éléments architecturaux de type chenal (CH), accrétion latérale (LA) et dépôts d’inondation (FF). Les dépôts de la charge de fond des paléo-chenaux sont gravelo-sableux à sablo-graveleux. Les dépôts de la plaine d’inondation sont à dominante minérale. Les seuls sédiments organo-minéraux sont identifiés au niveau des séries de remblaiement des chenaux abandonnés (phase organique comprise entre 0 et 85 % de la masse du sédiment). Le style fluvial de la Loire évolua vers celui d’un chenal unique sinueux à méandriforme dès le Préboréal, style attesté durant l’Atlantique et une partie du Subatlantique. Cependant, la variabilité holocène des flux hydro-sédimentaires a entraîné le changement de ce style fluvial vers celui des chenaux multiples durant certains épisodes, comme par exemple durant le Petit Âge Glaciaire.

14Durant l’Holocène, l’activité fluviale et la dynamique des milieux de sédimentation fluviatiles de la Loire moyenne orléanaise évoluent selon une tendance à long terme modulée par une variabilité ponctuée par des épisodes de plus courte durée. Entre ~ 11500 et ~ 4500 cal. BP, une tendance générale à la diminution de l’activité fluviale est observée. Cette tendance est contrôlée par l’évolution des conditions climatiques vers le maximum thermique de l’Holocène dans un contexte d’influence humaine négligeable, entraînant la stabilité des couvertures végétale (milieu fermé) et pédologique. Entre ~ 4500 cal. BP et aujourd’hui, l’inversion de cette tendance à long terme se caractérise par une transformation des milieux de sédimentation de la plaine en lien avec une augmentation de l’activité fluviale. Ce tournant majeur semble initialement impulsé par le changement des conditions hydro-climatiques proposé sur la base de nombreuses reconstitutions paléo-climatiques (Big Wet Shit ; Mid Holocene Climate Change ; néoglaciations). L’impact des sociétés sur la dégradation spécifique et le ruissellement pourrait avoir augmenté la réponse fluviale au changement hydro-climatique à partir d’environ 800 av. J.-C. Cette tendance à long terme est modulée par une variabilité ponctuée par sept épisodes de durée pluriséculaire à millénaire (i.e., comprise entre 0,15 et 1,35 ka) et une période de retour comprise entre 0,6 et 2,4 ka (durée moyenne de 1,34 ka). Le processus auto-cyclique ne semble pas impliqué dans le contrôle de cette dynamique, plus sous le contrôle de la variabilité climatique. Les conditions plus fraîches et plus humides survenues durant une partie de ces épisodes ont contribué à augmenter la fréquence et la magnitude des inondations. Durant au moins les trois derniers millénaires, les grandes crues de la Loire moyenne semblent sous le double contrôle des circulations atmosphériques d’origine atlantique et méditerranéenne dans un contexte de forte anthropisation du bassin.

15Ce cas d’étude illustre la complexité de la réponse fluviale aux changements du climat et de l’occupation du bassin-versant par les sociétés. À terme, la compréhension des interrelations complexes en jeu au sein de l’hydro-système fluvial, entre les facteurs géodynamiques et anthropiques, vise une meilleure perception des dynamiques actuelles et futures à des fins de gestion du risque fluvial en contexte de changement global. Pour cela, des travaux sont actuellement en cours afin de caractériser l’évolution des milieux fluviatiles et des interactions entre les sociétés de la plaine alluviale de la Loire et la dynamique fluviale durant l’Holocène (Programme AGES – Évolutions géomorphologiques anciennes de l’hydrosystème ligérien, 2012-2016, coordonné par C. Castanet).

Bibliographie

Références

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Table des illustrations

Légende Fig. 1. Carte de localisation de la Loire et du tronçon de la plaine alluviale étudiée. A : La Loire et les principaux hydrosystèmes fluviaux européens. B : Le bassin-versant de la Loire. C : La plaine alluviale de la Loire moyenne orléanaise et développements méthodologiques.
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Légende Fig. 2. Modèle d’organisation morpho-sédimentaire de la plaine alluviale de la Loire au niveau du transect CS1 (localisation, Fig. 1) : méthodologie, lithofaciès, éléments architecturaux et interprétation génétique en termes de milieux de sédimentation.
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Légende Fig. 3. Paléo-hydrographie des formes fluviales holocènes et weichséliennes dans la plaine alluviale de la Loire moyenne orléanaise.
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Légende Fig. 4. Épisodes de plus forte activité fluviale holocène de la Loire moyenne recensés sur la base des archives sédimentaires (carottes SB1, 2, 3, 4 et SAN1, 2) et des sources écrites. Les bandes grises correspondent aux épisodes d’activité fluviale accrue.
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Légende Fig. 5. Évolution holocène des fréquences et des magnitudes relatives des inondations et du style fluvial de la Loire moyenne. Corrélation avec le développement de l’agriculture, la déforestation et les modifications d’usage des sols dans le bassin-versant amont (a : Reille et Beaulieu, 1988 ; b : Argant et Cubizolle, 2005). Les bandes noires et grises correspondent aux épisodes d’activité fluviale accrue.
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Auteurs

Professeur émérite, Université Panthéon-Sorbonne (Paris 1), Unité Mixte de Recherche (UMR 7041) CNRS/universités Paris 1 et Paris 10/Ministère de la Culture et de la Communication (Archéologies et Sciences de l’Antiquité – ARSCAN), Nanterre, France (joelleburnouf@orange.fr).

Maître de conférences, Université Pierre et Marie Curie (Paris 6), Unité Mixte de Recherche (UMR 7619) CNRS/Université Paris 6/EPHE/ENSM Paris (Structure et Fonctionnement des Systèmes Hydriques Continentaux – SISYPHE), Paris, France (christian.camerlynck@upmc.fr).

Palynologue, Université de Nantes, Unité Mixte de Recherche (UMR 6566) CNRS/Université de Nantes (Laboratoire d’Écologie et des Paléoenvironnements Atlantiques – LEPA), Nantes, France (anne.laure.cyprien@free.fr).

© CNRS Éditions, 2015

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