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La séquence sédimentaire des Gravanches / Gerzat : enregistrement d’événements « catastrophiques » à valeur chronologique en Limagne d’Auvergne (Massif Central, France)

Catastrophic events as chronological markers in the sedimentary sequence of les Gravanches / Gerzat (Limagne d’Auvergne, Massif Central, France)
Gérard Vernet
p. 99-107

Résumés

La multiplication des opérations d’archéologie préventive dans la banlieue orientale de Clermont-Ferrand permet de proposer une séquence-type de la sédimentation pour ce secteur du marais de Grande Limagne. Lorsqu’elle est complète, cette succession traduit l’évolution des processus volcano-sédimentaires du Tardiglaciaire au Subatlantique. Elle est rythmée par des événements catastrophiques, brefs et brutaux : sept téphras marqueurs de l’activité de la Chaîne des Puys, des séismites, la trace hypothétique d’un événement cosmique (« Niveau Rouge ») et des dépôts alluviaux marqueurs de crues importantes. Outre les données archéologiques, la datation des téphras (CF1a / CF1b : env. 13 500 ka cal. BP ; CF3 : 12 064 ± 316 ka cal. BP; CF4 : 11 400 ka cal. BP ; CF7 : 8 468 ± 147 ka cal. BP) et du « Niveau Rouge » (7 741 ± 74 ka cal. BP) apporte des repères chronologiques absolus pour la séquence des Gravanches / Gerzat et plus largement, pour les séquences palustres de Grande Limagne. Des dépôts humifères, sombres, polycycliques - les célèbres « terres noires de Limagne » - sont reconnus et parfaitement positionnés entre le Boréal (dépôt du téphra CF7) et le IVe/Ve siècle de notre ère (crise humide reconnue à l’échelle régionale).

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Texte intégral

1- Introduction

1.1- Objectif et historique de l’étude

1L’objectif du travail présenté est de proposer une séquence sédimentaire type étayée par des marqueurs stratigraphiques bien datés afin de déboucher sur une réelle chronoséquence valable sur un vaste secteur de la Limagne d’Auvergne ; secteur qui est l’un des plus riches du point de vue archéologique pour l’Auvergne. Les périodes chronologiques retenues sont le Tardiglaciaire et l’Holocène. A partir d’une séquence sédimentaire de référence (la séquence des Gravanches), nous avons mise en évidence un ensemble de douze marqueurs dus à des événements catastrophiques, brefs et brutaux (téphras, séismites, crues et hypothétique événement cosmique). Depuis une vingtaine d’années, les travaux d’aménagements dans la banlieue orientale de Clermont-Ferrand (fig. 1) ont permis d’observer un nombre important de coupes stratigraphiques pratiquées dans les sédiments quaternaires à la faveur d’opérations de diagnostics et de fouilles d’archéologie préventive. Dès 1973, cette zone, en particulier le secteur des Gravanches, avait été considérée comme remarquable pour l’enregistrement des éruptions de la Chaîne des Puys dans des séquences palustres particulièrement dilatées ; la coupe de Palport regroupait cinq niveaux de cendres (Brousse & Rudel, 1973). La chronoséquence présentée ici utilisera notamment sur la téphrostratigraphie de la Chaîne des puys récemment proposée (Vernet, 2011b). En 2012, une nouvelle opération de diagnostic archéologique, réalisée le long de l’autoroute A71, a permis de vérifier la séquence-type proposée sur un tracé nord-sud de plus de 2,5 km (Vernet et al., 2013).

1.2 - Le contexte géomorphologique

2Le secteur d’étude retenu (fig. 1) se trouve non loin de la bordure occidentale du bassin d’effondrement de la Grande Limagne d’Auvergne. La faille bordière occidentale marquant la limite entre ce bassin sédimentaire tertiaire et le plateau des Dômes (socle plutonique et métamorphique) se situe à 4 km à l’ouest. En effet, au cours de l'Oligocène, les contractions alpines induisent sur le Massif Central une tectonique de distension, engendrant l'affaissement subsident de grands fossés (les Limagnes) ; La Grande Limagne d’Auvergne étant le plus important de ces fossés (graben). Le substratum de cette zone est donc constitué par des marno-calcaires d’âge oligocène qui affleurent sur les buttes ou sont surmontées par des formations dérivées constituées de matériaux fins argilo-calcaires et des clastes cryoclastiques parfois enrichies en sables et galets quartzeux. Dans cette plaine limagnaise, la paléotopographie de ce substratum c’est mise en place au Würm (Derruau, 1949 ; Gachon, 1963 ; Veldkamp & Kroonenberg, 1993). Durant l’Holocène, une grande partie de la Limagne évolue en marais (Ballut, 2000). La plaine marneuse ou Limagne humide ou encore Limagne des marais est dépourvue de reliefs marqués et couverte de sols noirs (les célèbres terres noires de Limagne). Cette Limagne humide présente une succession de zones palustres séparées par des interfluves peu marqués, cependant, des sous-unités géomorphologiques apparaissent :

3- des « hauts » qui dominent les dépressions palustres de plusieurs mètres à quelques décimètres seulement. Ces espaces échappent aux inondations temporaires. Ces points hauts marneux peuvent être invisibles en topographie. - les dépressions ou marais qui correspondent généralement aux secteurs les plus déprimés des marnes oligocènes. Dans ces zones les séquences sédimentaires sont dilatées et permettent un enregistrement des variations climatiques et en particulier le degré d’humidité. De précieux repères chronologiques sont présents dans ces séquences.

4Le volcanisme a largement marqué la région depuis l’Oligocène jusqu’au début de l’Holocène : - volcanisme de l’Oligocène supérieur : il s’agit de pointements pépéritiques. Les pépérites correspondent à des pyroclastites liées à des complexes volcano-sédimentaires sous-lacustres ; - le volcanisme basaltique miocène a laissé plusieurs témoins (plateaux correspondant à des coulées basaltiques, exemples remarquables d’inversion de relief) qui marquent le paysage actuel de la bordure occidentale de la Limagne ; - durant le Quaternaire, plusieurs maars se forment sur la bordure occidentale de la Limagne (par exemple, le vaste diatrème polylobé comblé par des dépôts lacustres (paléo-lac de cratère) du maar de Clermont-Chamalières (daté par thermoluminescence (TL) à 156 ± 17 ka) (Boivin et al., 2009) ; - à l’Ouest, sur le socle plutonique et métamorphique, une chaîne volcanique (la Chaîne des Puys) se forme durant le Pléistocène moyen et supérieur (à partir d’environ 90 000 ans) (Boivin et al., 2009). Ces multiples éruptions ont produit des pyroclastites qui se sont largement dispersées (surtout vers l’est et le sud). De nombreux téphras (témoins distaux de ces éruptions) sont conservés dans des séquences sédimentaires enregistreuses (Juvigné et al., 1992 ; Vernet, 1992 ; Juvigné, 1993 ; Vernet et al., 1998b ; Vernet & Raynal, 2000 ; Vernet, 2011b) et des coulées de lave ont atteint la Limagne. Au cours du Quaternaire, les vallées du Bédat, du ruisseau des Ronzières, du ruisseau des Guelles, de la Tiretaine et de l’Artière se mettent en place. Le secteur considéré se trouve dans la zone avale des cônes alluviaux de ces cours d’eau qui prennent leur source sur le plateau des Dômes et arrivent dans la plaine de Limagne après avoir franchi un dénivelé de près de 500 m avec des pentes de 20 %. Les cônes alluviaux s’étendent alors dans les anciens marais de Limagne où la faiblesse des pentes ne permet pas aux cours d’eau de creuser leurs lits mais provoque des dépôts en nappes.

Fig. 1 : Localisation de la zone des Gravanches / Gerzat et du bassin de Sarliève sur la bordure occidentale de la Limagne d’Auvergne (Massif central, France).

Fig. 1 : Localisation de la zone des Gravanches / Gerzat et du bassin de Sarliève sur la bordure occidentale de la Limagne d’Auvergne (Massif central, France).

gris foncé : socle plutonique et métamorphique ; gris clair : formations sédimentaires oligocènes du bassin de la Limagne ; trait hachuré : faille bordière occidentale de Limagne ; étoiles et astérisques : volcans de la chaîne des Puys.

1.3 – Méthodologie

5Les observations de terrain présentées ici résultent d’un enregistrement systématique de toutes les coupes stratigraphiques observées à l’occasion d’ouverture de sondages mécaniques réalisés dans le cadre d’opérations d’archéologie préventive (Vernet, 1996a, 1996b, 1997 ; Vernet et al., 1998a, 2005a, 2005b, 2010, 2011a, 2012, 2013 ; Mennessier-Jouannet et al., 1999, 2004b ; Thévenin et al., 1999 ; Guichard, 2000 ; Saintot et al., 2001 ; Vermeulen et al., 2001 ; Gauthier et al., 2005, 2008, 2011 ; Pouenat et al., 2005, 2006 ; Pouenat & Tripeau, 2006 ; Parent et al., 2011, 2012). La synthèse stratigraphique proposée résulte donc de la compilation de plusieurs centaines de logs. Les variations latérales de faciès et d’épaisseur sont parfaitement documentées. L’application stricte du principe de superposition (Dercourt & Paquet, 1978) permet de proposer une chronologie relative parfaitement fiable de toutes les formations rencontrées. Pour les formations non téphriques, des analyses de laboratoire (granulométrie, minéralogie, étude en lame mince de grand format) ont été conduites dans les cas ou l’observation de terrain n’étaient pas suffisante. Pour les dépôts alluviaux, nous avons suivi la nomenclature des types de faciès de Miall (1978, 1992). Pour les formations téphriques, nous avons suivi notre protocole d’analyse mis en place depuis une vingtaine d’années (Vernet, 1992 ; Vernet et al., 1999 ; Vernet, 2011b) qui comprend les méthodes classiques utilisées en volcanologie (granulométrie, minéralogie, géochimie, morphologie des pyroclastes) (Fisher & Schmincke, 1984 ; Bourdier et al., 1994). Afin de préciser la microfaciologie des dépôts pyroclastiques, une étude en lame mince de grand format (65 mm x 140 mm) (Guilloré, 1985), technique initialement utilisée en pédologie, a été réalisée sur tous les niveaux téphriques. L’application de cette technique aux dépôts pyroclastiques est nouvelle et apporte une caractérisation plus fine des structures sédimentaires présentes dans le dépôt étudié : microlitages, granoclassement, agrégats, fracturation et orientation des clastes (Vernet, 2011b). Les microfaciès observés permettent de distinguer le mode de dépôt des pyroclastites : écoulements pyroclastiques (flow et surge) et retombées (fall). Elle permet aussi d’apporter des éléments concernant l’évolution post-dépôt (taphonomie) des téphras.

2 - Exemple de la séquence sédimentaire des gravanches

6En 2006, une première approche des séquences sédimentaires relevées lors d’une opération de diagnostic archéologique avait confirmé la présence de plusieurs téphras et permis d’observer et de dater un Niveau Rouge (NR) (Pouenat et al., 2006). NR correspond à un horizon d’aspect limoneux présentant une forte rubéfaction (coloration dans les rouges et les oranges) et qui est particulièrement marquant dans les sédiments sombres de Limagne. En 2010, le relevé systématique de logs stratigraphiques dans 37 tranchées réalisées lors d’une opération de diagnostic archéologique (Vernet et al., 2010) a débouché sur la proposition d’une séquence sédimentaire cohérente pour la zone des Gravanches. La tranchée 5, de plus de 200 m de longueur, nous a permis d’obtenir un profil nord-sud montrant les variations latérales de faciès et d’épaisseur des grands ensembles sédimentaires. Une seconde opération de diagnostic archéologique (Gauthier et al., 2011) a complété ces observations vers le nord et vers l’est. Les unités sédimentaires (US) ont été regroupées en ensembles (de A à G) témoignant de la dynamique sédimentaire principale (alluvionnement, colluvionnement, pédogenèse, dépôts de marais, apports téphriques) de chaque ensemble (fig. 2). Dans la zone des Gravanches, les unités sédimentaires rencontrées ont été numérotées de 1 à 12 (tab. 1). Les US 1 et 2 forment l’« ensemble sédimentaire A » caractérisé par une dynamique colluviale et la formation du sol actuel. Les marais sont asséchés et les débordements des cours d’eau sont réduits. Les US 3, 4 et 5 forment l’« ensemble sédimentaire B » caractérisé par une dynamique globalement alluviale. Il s’agit de dépôts de débordements des cours d’eau. On peut isoler au moins deux (ou trois) épisodes de crue (US 3 et US 5). Ces épisodes de crue sont séparés par des horizons réducteurs témoignant de milieu restant saturé en eau (élévation de la nappe phréatique) (par exemple l’US 4). L’ensemble sédimentaire B correspond à une période d’augmentation de l’humidité marquée d’une part par une élévation générale du niveau de la nappe phréatique, et, d’autre part, par des débordements à répétition des cours d’eau. Les US 6 et 7 forment l’« ensemble sédimentaire C » caractérisé par une dynamique de marais, donc d’un milieu restant saturé en eau (élévation de la nappe phréatique). Ce milieu est marqué par des horizons réductiques (processus de réduction du fer en milieu longuement saturé par l’eau). L’US 8 forme l’« ensemble sédimentaire D » caractérisé par une dynamique globale de colluvionnement dans un milieu restant légèrement humide avec pédogenèse (sol hydromorphe). Cependant, un épisode de plus forte humidité intervient au cours de cette période ; il est marqué par un niveau de marais (horizon réducteur). Un apport téphrique (CF7, éruption du cratère Kilian) est enregistré dans le sous-niveau 8.3 et donne un calage chronologique important (8 468 ± 147 ka cal. BP ; extrême fin du Boréal ; Vernet, 2011b). Un événement, produisant une rubéfaction importante, intervient dans le marais et constitue un niveau repère (le niveau rouge, 8.NR). Ce niveau donne un second calage chronologique important (7 741 ± 74 ka cal. BP) qui permet de situer la dégradation humide, enregistrée dans l’ensemble sédimentaire D, vers le milieu de l’Atlantique. L’US 9 forme l’« ensemble sédimentaire E » caractérisé par une dynamique globale d’alluvionnement bien que les limons sommitaux montrent une tendance à une stabilisation du milieu et une diminution de l’humidité. Les apports répétés d’alluvions mélanocrates trahissent non seulement une humidité notable mais aussi de forts apports de retombées de cendres et lapilli trachyandésitiques. L’observation du niveau 9.3 montre qu’il résulte d’un remaniement limité d’un téphra que l’on peut corréler avec le téphra CF6 attribué à l’éruption du Pariou (datée par TL à 8 200 ± 1 600 ans ; Boréal ; Guérin, 1983). Les passées argileuses correspondent à l’installation d’un marais entre chaque arrivée d’alluvions. Au cours de la première phase palustre, le téphra CF5 est enregistré et procure un calage chronologique important (9 270 ± 280 ans ; Boréal) pour le début de la mise en place de l’ensemble sédimentaire E. L’US 10 forme l’« ensemble sédimentaire F » caractérisé par une dynamique globale palustre avec des apports téphriques répétés (CF4, CF3 et CF1a) qui procurent des calages chronologiques permettant de situer la mise en place de cet ensemble sédimentaire à la charnière Tardiglaciaire/Holocène (de l’Allerød au Préboréal). A la fin de cette période (peut-être le début du Boréal), un épisode de crues (alluvions mélanocrates grossières en chenaux, notées 10.1) a par endroits déblayé l’ensemble de la séquence téphropalustre sous-jacente. L’US 11 forme l’« ensemble sédimentaire G » caractérisé par une dynamique de période froide (cryergie). Cet ensemble (formations constituées de matériaux fins argilo-calcaires et de clastes cryoclastiques parfois enrichies en sables et galets quartzeux) correspond au remaniement des marnes oligocènes durant le Pléniglaciaire würmien. L’US 12 représente le substratum oligocène de la zone étudiée. Le toit de ce substratum n’est pas régulier. Il apparaît à 329,75 m NGF puis on note un approfondissement vers le nord (327,35 m NGF) et vers le sud (328,00 m NGF). Ces observations montrent l’irrégularité de la paléotopographie du substratum des marais de Limagne qui paradoxalement apparaissent aujourd’hui comme des zones parfaitement planes.

Fig. 2 : Schéma synthétique de la séquence-type sédimentaire de la zone des Gravanches / Gerzat avec la sédimentation, la téphrochronologie, le Niveau Rouge (NR), les séismites et les données archéologiques

Fig. 2 : Schéma synthétique de la séquence-type sédimentaire de la zone des Gravanches / Gerzat avec la sédimentation, la téphrochronologie, le Niveau Rouge (NR), les séismites et les données archéologiques

Tab. 1 : Description des unités sédimentaires (US) de la séquence-type des Gravanches.

Tab. 1 : Description des unités sédimentaires (US) de la séquence-type des Gravanches.

3 - Les téphras, marqueurs de l’activité de la chaîne des puys

7Les premiers dépôts à caractère catastrophique que l’on relève dans les séquences sédimentaires du secteur des Gravanches / Gerzat sont des pyroclastites de type retombées (pyroclastic fall). En général, chaque téphra résulte de la dispersion vers l’est, sous forme d’un lobe, d’un panache éruptif lié à l’édification d’un volcan de la Chaîne des Puys (Boivin et al., 2009 ; Gourgaud et al., 2009). Les téphras possèdent deux caractéristiques, l’isochronie et une grande dispersion, qui en font des marqueurs stratigraphiques exceptionnels. Dès 1998, une première téphrochronologie de la Chaîne des Puys est proposée (Vernet et al., 1998b). Récemment, une reprise de l’ensemble des données disponibles et une harmonisation des calibrations des dates radiocarbones (utilisation d’une même courbe de calibration et d’un même programme de calibration ; Fairbanks et al., 2005) nous ont permis de proposer une téphrochronologie regroupant une douzaine de téphras (Vernet, 2011b). Dans le secteur étudié, six téphras sont présents sur les différentes coupes relevées : - le complexe téphrique CF1a / CF1b : il est constitué d’un niveau de base noir plus ou moins développé (CF1a ou retombée de la rue de la Barre), puis d’un niveau sommital gris (CF1b ou retombée des Roches). En général les deux niveaux se superposent directement et il n’existe pas de dépôt entre eux (fig. 3) ; cependant dans une des stratigraphies du secteur de Gerzat (Les Pradeaux) un niveau d’argiles palustres a été observé entre les deux téphras et une datation radiocarbone AMS sur matière organique de 11 270 ± 90 ka 14C BP (ETH-30437) a été obtenue. Dans certaines stratigraphies, un seul des deux niveaux est présent : par exemple, CF1a seul à Gerzat / Chantemerle (fig. 4). Dans les zones de marais de Limagne, CF1a repose toujours sur un paléosol de marais (argiles plastiques organiques grises à noires avec nombreuses traces de racines et d’herbes) formé sur des argiles palustres verdâtres remaniant des marnes oligocènes. Dans le secteur de Saint-Beauzire, une mince lamine (3 à 4 mm) blanche était intercalée entre CF1a et le paléosol de marais. L’analyse a montré qu’il s’agissait de diatomite (71 % de frustules de diatomées, 27 % de kystes de Chrysophycées et 3 % de phytolithes). L’étude de cette diatomite montre que, durant l’Allerød, les cendres du téphra CF1a sont tombées dans une Limagne occupée par un marais plus ou moins saumâtre possédant une faible tranche d’eau mais qui connaissait des épisodes de haut niveau aquatique (peut-être saisonniers). Ce téphra (CF1a) marque aussi la base du remplissage lacustre du paléo-lac de Sarliève (Fourmont et al., 2006). La phase explosive paroxysmale du puy de La Nugère, qui voit l’édification d’un vaste cratère explosif (Nouvelle Nugère), est la source du complexe téphrique CF1a / CF1b. Le lobe de dispersion vers l’est de ce dernier est important. Ce couple de téphras a été mis en évidence dans des sites du Jura et du Plateau Suisse (Walter-Simonnet et al., 2008) faisant de la phase explosive de La Nugère l’une des plus violentes de la Chaîne des Puys. Les deux téphras, qui lui sont associés, deviennent des marqueurs stratigraphiques incontournables de l’Allerød à l’échelle régionale mais aussi extra-régionale avec une position chronologique autour de 13 500 ka cal. BP (Vernet, 2011b). - le téphra CF3 présente un faciès très particulier : à la base, un mince niveau rougeâtre dont les caractéristiques microfaciologiques et la morphologie des pyroclastes permettent de le considérer comme un dépôt dû à un souffle violent (blast, base surge), puis un mélange de produits caractéristiques d’une retombée dû à une éruption mixte (magmatique et phréatomagmatique), enfin des scories très vésiculées caractéristiques d’une retombée (fall) de panache strombolien (Vernet, 1992). Une date radiocarbone de 12 064 ± 316 ka cal. BP le situe dans le Dryas récent (Vernet, 2011b). - le téphra CF4 apparaît comme le témoin distal d’une éruption à caractère phréatomagmatique affirmé. Le faciès de dépôt est nettement un faciès de retombée (fall). La présence d’une lamine sommitale de cendres noires (appelée CF4b et uniquement présente dans le secteur de Gerzat / Chantemerle) indique une évolution du magma vers une composition plus basique (trachyandésite basaltique, SiO2 = 52,90 %, analyse faite sur les pyroclastes issus de la fraction supérieure à 1 mm). Son faciès (absence de xénoclaste, de xénominéral et d’élément anguleux trempé) montre que l’éruption adopte un régime plus magmatique (Vernet, 2011b). L’origine possible de ce recouvrement téphrique est, peut-être, à rechercher dans les phases initiales du Pariou (Malterre, 2005) et plus précisément les phases de constitution du lac de lave trachyandésitique, à la coulée de l’Atrio et à la coulée Orientale (El Arabi, 1987). Si l’on attribue CF4 à la phase trachyandésitique du Pariou, alors la lamine sommitale (CF4b), de nature trachyandésitique basaltique, marquerait le début de la phase éruptive suivante de constitution du cône du Pariou (Nouveau Pariou). Le téphra CF4 est situé vers 11 400 ans dans le début du Préboréal (Vernet, 2011b). - le téphra CF5 a été le premier téphra trachytique identifié en Limagne (Vernet, 1992 ; Vernet et al., 1996) (fig. 5). Dans un premier temps, le cratère Kilian a été proposé comme volcan source. Aujourd’hui, sa position stratigraphique par rapport à CF6 et CF7 implique plutôt une attribution au Puy Vasset (Vernet & Raynal, 2008). Nous proposons de situer sa mise en place durant la seconde partie du Boréal (vers 9 000 ans) ; l’âge moyen retenu pour l’éruption du puy Vasset étant de 9 270 ± 280 ans (Miallier et al., 2004). Dans le secteur de Gerzat, il se présente sous la forme d’une lamine blanche, de 3 cm d’épaisseur, particulièrement reconnaissable et présentant des déformations ductiles plus ou moins développées. - la retombée CF6 n’est pas datée directement, mais sa chimie (trachybasalte) la rapporte indiscutablement au Puy Pariou, et plus particulièrement à l’épisode d’émission de sa coulée principale (Nouveau Pariou) (Vernet, 2011b) qui est datée par TL à 8 200 ± 1 600 ans (Guérin, 1983). C’est, il faut le remarquer, la seule retombée de la cuvette de Clermont qui soit attribuable avec certitude à ce volcan. Dans le secteur des Gravanches / Gerzat, elle recouvre CF5 (Juvigné et al., 1992), cependant il faut noter qu’elle est souvent remaniée par reprise alluviale. - CF7 : depuis 1997, plusieurs coupes stratigraphiques au nord-est, à l’est et au sud de Clermont-Ferrand ont montré la présence d’un niveau limoneux contenant de nombreux fragments anguleux centimétriques de trachyte ; ce dépôt, dénommé Téphra CF7, apparaît comme le dépôt pyroclastique le plus récent de la téphrostratigraphie de la Limagne (Vernet & Raynal, 2008). Dans deux sites, cette retombée affecte un niveau archéologique mésolithique (Sauveterrien). Ce sont les artefacts archéologiques (noisettes carbonisées et charbons de bois) provenant du site des Patureaux à Clermont-Ferrand qui ont donné la date 14C retenue de 8 468 ± 147 ka cal. BP, soit l’extrême fin du Boréal (ou la limite Boréal/Atlantique), pour l’âge de ce recouvrement pyroclastique (Vernet, 2011b). Le téphra CF7 (Téphra de la Rodde) est attribué à l’éruption du cratère Kilian qui est située vers 9 400 ans (moyenne de cinq datations 14C sur charbons récoltés sous les produits proximaux du Kilian ; D. Miallier, com. pers.). La présence de ces six téphras dans les séquences du secteur des Gravanches / Gerzat apporte un calage chronologique précis et cohérent. Ils permettent de placer dans la chronologie climatique des dépôts caractéristiques de dynamismes sédimentaires et pédologiques. On retiendra que : - le complexe téphrique CF1a / CF1b fossilise un paléosol de marais développé au sommet de l’US 11 et attribué à l’amélioration climatique de l’Allerød ; - le téphra CF4 est toujours surmonté par un paléosol peu épais (US 10.4 de l’ensemble sédimentaire F). La datation autour de 11 400 ans de CF4 placerait ce paléosol dans le Préboréal ; - l’US 9.3 (ensemble sédimentaire E), constituée d’alluvions mélanocrates, trahit une dynamique d’alluvionnement due à une augmentation de l’humidité du milieu mais aussi à de forts apports répétés de retombées de cendres et lapilli. On note que ce niveau résulte en partie du remaniement limité du téphra CF6 attribué à l’éruption du Pariou (datée par TL à 8 200 ± 1 600 ans), ce qui placerait cette dégradation humide durant la fin du Boréal ; - en Limagne, le téphra CF7, situé à l’extrême fin du Boréal (limite Boréal/Atlantique), est toujours positionné à la base des « Terres Noires de Limagne » qui correspondent dans les séquences des Gravanches / Gerzat à l’US 8. La position de CF7 permet donc de faire coïncider le début de la mise en place des « Terres Noires de Limagne » avec la limite Boréal/Atlantique située à 8 332 ka cal. BP.

Fig. 3 : Coupe stratigraphique du site du Brézet avec les différents marqueurs de la téphrostratigraphie régionale (Téphras CF1a, CF1b, CF3 et CF4) et le paléosol de l’Allerød

Fig. 3 : Coupe stratigraphique du site du Brézet avec les différents marqueurs de la téphrostratigraphie régionale (Téphras CF1a, CF1b, CF3 et CF4) et le paléosol de l’Allerød

Fig. 4 : Coupes stratigraphiques de différents sondages du site de Chantemerle / Gerzat.

Fig. 4 : Coupes stratigraphiques de différents sondages du site de Chantemerle / Gerzat.

1/ Colluvions argileuses brunes ; 2/ Colluvions grises avec, à sa base, des nodules rouges (Niveau Rouge) et des fragments de trachyte (Téphra CF7) ; 3/ Alluvions mélanocrates ; 4/ Argiles palustres ; 5/ cendres volcaniques blanches (Téphra CF5) ; 6/ Argiles palustres ; 7/ Alluvions mélanocrates ; 8/ Argiles palustres ; 9/ Cendres volcaniques noires (Téphra CF4) ; 10/ Argiles palustres ; 11/ Scories volcaniques noires (Téphra CF3) ; 12/ Argiles palustres ; 13/ Cendres volcaniques noires (Téphra CF1a) ; 14/ Argiles noires organiques (paléosol de l’Allerød) ; 15/ Argiles verdâtres plus ou moins sableuses. Ensembles sédimentaires : A, B (alluvions claires), D, E, F et G.

Fig. 5 : Détail de la sédimentation entre les Téphras CF6 (US 9.3) et CF4 (US 10.6) sur le site des Gravanches / Gerzat et lame mince du Téphra CF5

Fig. 5 : Détail de la sédimentation entre les Téphras CF6 (US 9.3) et CF4 (US 10.6) sur le site des Gravanches / Gerzat et lame mince du Téphra CF5

triangles gris : granoclassement vertical.

4 - Le niveau rouge et les séismites

4.1 - Le niveau rouge (NR)

8Un niveau de couleur rouge soutenue a été observé dans plusieurs stratigraphies du secteur des Gravanches / Gerzat (US 8.NR de l’ensemble sédimentaire D). Plus largement, des niveaux rubéfiés similaires sont signalés sur plusieurs centaines d’hectares en Limagne méridionale, sur les communes d’Aulnat, Gerzat, Malintrat, Saint-Beauzire, Lussat et Ménétrol. Dans les années 1960, ils ont été interprétés comme les témoins de brûlis néolithiques (Gachon, 1963). Généralement, ce niveau est caractérisé par un sédiment limoneux rouge vif à rouge orangé, largement déstructuré par la bioturbation (fig. 6 & 7). Localement, il peut apparaître dédoublé et le niveau supérieur est interprété comme un apport colluvial dérivant de l’érosion du niveau inférieur. Dans toutes les stratigraphies étudiées, il est précédé d’une couche noire argileuse (pédogenèse en milieu humide) contenant des fragments anguleux de trachyte (Téphra CF7) (fig. 6). Souvent, le contact entre NR et le niveau sous-jacent apparaît comme un contact « ravinant ou rabotant ». L’observation en lame mince de grand format montre une microstructure granulaire très nette (fig. 7). Les agrégats, à coloration orange à rouge soutenu, sont riches en frustules de diatomées. Leur analyse montre que les espèces dominantes (Ellerbeckia arenaria [Moore] Crawford, Epithemia adnata [Kützing] Brebisson et Epithemia turgita [Ehrenberg] var. turgita) caractérisent un milieu d’eau douce à légèrement saumâtre où l’eau est fortement oxygénée, peu enrichie en matières organiques fermentescibles et en nutriments. L’épaisseur de la tranche d’eau doit être assez faible ; des espèces (Amphora ovalis [Kützing] Kützing, Cocconeis pseudolineata [Geitler] Lange-Bertalot, Cocconeis placentula Ehrenberg var. placentula, Diploneis elliptica [Kützing] Cleve, Meridion circulare [Greville] C.A. Agardh var. circulare) peuvent supporter des assecs plus ou moins longs ce qui révèle des changements de hauteur d’eau dans ce marais limagnais (A. Beauger, inédit). Dans la matrice entre les agrégats, on note la présence de rares micro-ponces trahissant un possible nouvel apport téphrique ou un héritage du niveau sous-jacent (Téphra CF7). Des micro-charbons de bois sont également présents et ils ont permis d’obtenir une datation 14C : 6 930 ± 60 ka 14C BP (ETH-31344). Son intégration dans la téphrochronologie régionale nous conduit à proposer la date calibrée de 7 741 ± 74 ka cal. BP (Vernet, 2011b). La mise en place du NR se produit durant la première partie de l’épisode bioclimatique de l’Atlantique. L’hypothèse d’un incendie déclenché par une retombée volcanique est peut vraisemblable étant donné que les pyroclastes arrivent froids au sol dans le cas d’un faciès de retombée (fall). La vaste extension dans un milieu alors humide et impropre à l’agriculture naissante sont des raisons pour écarter l’hypothèse de brûlis anthropiques. L’hypothèse la plus vraisemblable est donc d’un lien avec un événement cosmique ; la rubéfaction résulterait du flash thermique produit par l’explosion d’un météore en altitude (Courty et al., 2006 ; Courty & Vaillant, 2012). Récemment, un niveau très comparable a été observé au sommet du Puy de Dôme et l’hypothèse d’un événement cosmique a été retenue (Courty & Miallier, 2012). Une datation 14C de 2 447 ± 45 ka 14C BP a été faite sur un niveau rouge échantillonné à la base du Puy de Dôme ; ce n’est pas forcément le même que celui du sommet (D. Miallier, com. pers.). Nous retiendrons donc une possible corrélation entre le niveau rouge du sommet du Puy de Dôme et celui de Limagne. Dans l’attente d’analyses complémentaires (en particulier recherche d’agglutinats de fins débris exogènes, de polymères, de métaux - Fe-Cr-Ni et platine -, de fly ash,...) l’origine cosmique reste une hypothèse, même si c’est actuellement la principale.

Fig. 6 : Coupe stratigraphique du site de Gerzat / A71 avec le Téphra CF7 et le Niveau Rouge (NR).

Fig. 6 : Coupe stratigraphique du site de Gerzat / A71 avec le Téphra CF7 et le Niveau Rouge (NR).

Fig. 7 : Position du Niveau Rouge (NR) et du Téphra CF7 dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat et lame mince (LN).

Fig. 7 : Position du Niveau Rouge (NR) et du Téphra CF7 dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat et lame mince (LN).

4.2 -Les séismites

9Les séismites s.s. sont des structures de déformations in situ (soft-sediment deformation), induites par un choc sismique dans les sédiments (Chapron, 1999 ; Rodríguez-Pascua et al., 2000, 2003 ; Becker et al., 2002). Elles sont fonction des contraintes sismiques (magnitude, durée et direction), des propriétés physiques et du comportement des sédiments (rhéologie, viscosités relatives, densité). Ce dernier dépend de la granulométrie, du degré de lithification, de l’épaisseur des différentes couches de matériaux, et des discontinuités préexistantes (Davenport et al., 1994). Malgré des études récentes (Van Vliet-Lanoët et al., 2004), la distinction entre déformations dues au gel et séismites reste souvent difficile surtout si le dépôt étudié est susceptible d’avoir subi les deux phénomènes. Dans le cas qui nous intéresse ici, les sédiments déformés sont situés chronologiquement dans l’Holocène et la zone d’observation possède une altitude moyenne de 330 m. Ces deux constatations nous permettent d’exclure de façon quasi certaine une origine périglaciaire aux déformations observées.

4.2.1 - Une crise sismique à la fin du boréal

10Les figures de déformations ductiles les plus anciennes, repérées dans la série téphrosédimentaire des Gravanches, peuvent être datées de façon précise grâce aux téphras affectés. En effet, ces séismites affectent les téphras CF5 et CF6 (ensemble sédimentaire E) ; en revanche, les téphras sous-jacents (CF4, CF3 et CF1) et le téphra sus-jacent (CF7) restent non déformés (fig. 8). Il semble donc que la crise sismique responsable de ces déformations se situe à la fin de la période bioclimatique du Boréal, soit entre 9 500 ans (âge retenu pour CF6) et 8 850 ans (âge moyen proposé pour CF7). L’existence d’une crise sismique régionale à la fin du Boréal est confirmée par : - la mise en évidence de phénomènes tectoniques sur un versant de la bordure occidentale de la Limagne (site des Quatre Routes à Clermont-Ferrand ; Vernet, 2011b) où l’on observe un important glissement de terrain qui affecte la séquence téphrique de CF1 à CF6 et des déformations ductiles et cassantes (fig. 9). CF7 (ici dans son faciès de coulée pyroclastique ; Vernet & Raynal, 2008) vient colmater les dépressions postérieurement à cet événement tectonique (fig. 9, coupe B). - l’occurrence d’un événement tectonique a été suggérée récemment à la suite de l’observation d’une large faille qui affecte les produits du puy de Pariou dans la Chaîne des Puys. Les auteurs concluent que cet événement significatif s’est produit dans le centre de la Chaîne des Puys il y a moins de 9 500 ans (Miallier et al., 2008).

4.2.2 - La crise sismique du Vème siècle ap. J-C (haut Moyen Age)

11Des déformations ductiles, plus ou moins importantes, affectent le contact entre la base de l’ensemble sédimentaire B (US 5) et le sommet de l’ensemble sédimentaire C (US 6) (fig. 10). Elles trahissent une crise sismique intervenue immédiatement après la première grande crue historique (cf. infra ; alluvions sablo-graveleuses de l’US 5). Plusieurs éléments archéologiques permettent de situer cette crise sismique. En effet, lors du diagnostic archéologique Les Gravanches / zone Coliposte (Vernet, 2010), un fossé en V, creusé dans la base de l’US 7 et l’US 8, a été observé. Il présentait un premier comblement de colluvions argileuses grises (équivalentes au sommet de l’US 7) contenant du mobilier céramique de La Tène D1 (entre 150 et 100 ans av. J.-C.). Ensuite, un nouveau creusement plus large est réalisé, puis colmaté par des alluvions grossières (US 5) qui correspondent au premier niveau d’inondation post-antique. Latéralement, les formations de marais de l’ensemble sédimentaire C (US 6) livrent des artefacts (céramiques, tegulae) remontant à la période gallo-romaine. Ces constatations montrent clairement que les séismites sont postérieures à un fossé créé au IIe siècle av. J.-C. et abandonné à la fin de la période antique. En résumé, les données stratigraphiques et archéologiques issues de la zone des Gravanches situent donc cette crise sismique entre la période gallo-romaine et le haut Moyen Âge. Lors d’un diagnostic archéologique réalisé dans le bassin de Sarliève (Vernet, 2011a), le sommet de la séquence lacustre du paléo-lac de Sarliève a montré la présence de déformations ductiles (séismites) parfaitement positionnées par rapport aux unités sédimentaires antérieurement définies (en particulier la Couche Noire - CN ; Vernet et al., 2005b) et à des vestiges archéologiques (fig. 11). La CN est datée du Subatlantique autour de 2 000 ans. Elle s’est mise en place après une phase d’assèchement (ou de très bas niveau lacustre). La présence de pyrofusinites témoigne de l’érosion des sols où le brûlis était pratiqué. La présence de mollusques et de diatomées montre que son dépôt serait synchrone d’une augmentation de la tranche d’eau (Fleury, 2001 ; Vernet, 2005b ; Fourmont, 2005 ; Trément et al., 2007). Son dépôt peut s’échelonner entre la fin du Ier siècle av. J.-C. et la première moitié du IIe siècle ap. J.-C. La Couche Noire (et en particulier sa limite supérieure) est affectée par des déformations ductiles de type « figures de charges », interprétées comme des séismites (Vernet, 2011a). Les sédiments lacustres sus-jacents correspondent à la transgression (vers le IVe siècle de notre ère) du paléo-lac qui va atteindre son haut niveau durant la période médiévale (Trément et al., 2007), ce qui implique que le séisme responsable des déformations est forcément postérieur au IVe siècle ap. J.-C. Cette position chronologique est confortée par la découverte dans le centre du bassin de Sarliève et sous le niveau déformé d’un parcellaire dont la mise en place remonte assurément à La Tène D1a et qui perdure au moins jusqu’au début du IIe siècle de notre ère. Des pratiques funéraires (rejets de crémations dans les fossés au niveau des angles des enclos) ont été mises en évidence et un petit bâtiment carré (mausolée ou petite cella) pourrait en marquer le centre durant le haut Empire (Vernet, 2011a). Il semble bien que les séismites de la zone des Gravanches positionnées à la limite des ensembles sédimentaires B et C et celles qui affectent la Couche Noire (CN) dans le bassin de Sarliève sont les marqueurs d’une même crise sismique intervenue entre la période gallo-romaine et le haut Moyen Âge, postérieurement au IVe siècle de notre ère. Deux textes mentionnent des séismes en Auvergne à cette période : Sidoine Apollinaire fait part « de tremblements de terre effrayants et paraissant avoir été destructeurs » au Ve siècle de notre ère (Pelletier, 1969) ; Grégoire de Tours signale également qu’un tremblement de terre a ébranlé la ville de Bordeaux (de Tours, 1990, page 97).

Fig. 8 : Déformations ductiles (séismites) du Téphra CF5 (US 9.5) sur le site des Gravanches / Gerzat

Fig. 8 : Déformations ductiles (séismites) du Téphra CF5 (US 9.5) sur le site des Gravanches / Gerzat

Fig. 9 : Glissement de terrain, déformations ductiles et cassantes affectant la série téphrique de CF1 à CF6 sur le site des 4 routes à Chamalières.

Fig. 9 : Glissement de terrain, déformations ductiles et cassantes affectant la série téphrique de CF1 à CF6 sur le site des 4 routes à Chamalières.

Fig. 10 : Déformations ductiles (séismites) affectant la limite entre l’ensemble sédimentaire C (US 6) et l’ensemble sédimentaire B (US 5) dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat (logs 7 et 9 du sondage 5).

Fig. 10 : Déformations ductiles (séismites) affectant la limite entre l’ensemble sédimentaire C (US 6) et l’ensemble sédimentaire B (US 5) dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat (logs 7 et 9 du sondage 5).

Fig. 11 : Déformations ductiles (séismites) de la Couche Noire (CN) dans la séquence palustre du paléo-lac de Sarliève

Fig. 11 : Déformations ductiles (séismites) de la Couche Noire (CN) dans la séquence palustre du paléo-lac de Sarliève

5 - Les dépôts alluviaux marqueurs de crues importantes

5.1 - les alluvions du début de l’holocène

12Les ensembles sédimentaires E et F comprennent systématiquement des alluvions mélanocrates litées (US 10.1 et 9.3) formant des chenaux décamétriques, d’orientation ouest-est, qui localement peuvent déblayer totalement les formations téphropalustres sous-jacentes (fig. 12). Le téphra CF6 est très largement remanié par cet épisode alluvial ; US 9.3 (ensemble sédimentaire E) résulte de ce remaniement. La position de cet épisode de crues par rapport aux apports téphriques permet de le placer dans le Boréal, soit après le dépôt du téphra CF6 et avant celui de CF7. La découverte de restes osseux de Cervus elaphus (cerf européen) dans ces alluvions (Vernet et al., 2010) conforte cette position chronologique, étant donné que le cerf est présent dans la faune chassée au cours du Mésolithique moyen (Boréal) en Limagne (Fontana, 2003 ; Saintot et al., 2004), et dans les sites hors Limagne, cet animal domine les cortèges fauniques. Si le déclenchement de cette crise alluviale durant le Boréal, peut avoir une origine climatique, il ne faut pas négliger le contexte environnemental particulier à cette période en Limagne. En effet, l’activité volcanique de la fin du Tardiglaciaire et du début de l’Holocène de la Chaîne des puys a eu une influence importante sur la genèse et le développement des marais de Limagne. Ce dernier paroxysme d’activité a provoqué la destruction du couvert végétal des versants sur la bordure occidentale de la Limagne et sur le plateau des Dômes. Les drains naturels ont été engorgés par des colluvions et des alluvions résultant de la remobilisation des produits pyroclastiques mais aussi par des téphras en place (Raynal et al., 2003). Le seul dépôt du téphra CF1a a recouvert la quasi-totalité de la plaine d’au moins 15 cm de cendres, soit 1 500 m3 de cendres à l’hectare ! Cet « engorgement » des zones basses a favorisé l’extension des zones palustres du fait d’un drainage médiocre et la réorganisation, plus ou moins brutale, des drains naturels s’est traduite par le dépôt d’alluvions mélanocrates suivant des chenaux qui traversent d’ouest en est la zone des Gravanches / Gerzat.

Fig. 12 : Position des deux formations alluviales (ensembles sédimentaires B et F), marqueurs de crues dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat.

Fig. 12 : Position des deux formations alluviales (ensembles sédimentaires B et F), marqueurs de crues dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat.

5.2 - Des niveaux d’inondation post-antiques

13L’ensemble sédimentaire B est caractérisé par au moins deux (ou trois) épisodes de crues marqués par des nappes, épaisses et largement étendues, d’alluvions (sables et graviers largement cristallins et pauvres en éléments d’origine volcanique) caractéristiques de débordements à répétitions des cours d’eau (fig. 12). Ces alluvions sont rarement chenalisées. Ces épisodes de crues sont séparés par des horizons réducteurs témoignant d’un milieu restant saturé en eau du fait de l’élévation de la nappe phréatique. Ces nappes alluviales ont été rattachées à une phase historique d’humidification du milieu (Ballut, 2000) caractérisée par : - une élévation générale du niveau des nappes phréatiques dont témoignent les horizons réducteurs de l’ensemble sédimentaire C (US 6 et 7) et de l’US 4 de l’ensemble sédimentaire B ; - des débordements des cours d’eau dont témoignent les nappes d’alluvions sablo-graveleuses à litages plans et à granoclassement globalement normal de l’ensemble sédimentaire B (US 3 et 5). Il faut noter que l’élévation des nappes phréatiques précède les débordements des cours d’eau. Cette élévation précoce des nappes transforme le secteur Les Gravanches / Gerzat en marais riches en roselières retrouvées fossilisées au sommet de l’US 6 (Vernet et al., 2010). La phase d’aggravation des débordements des cours d’eau a été placée dans le haut Moyen Âge par les observations réalisées sur le tracé de l’A710 (Guichard, 2000). Plusieurs indices provenant de la zone Les Gravanches / Gerzat nous procurent de nouveaux éléments de datation : - la base du premier dépôt de crue est affectée par les déformations ductiles de la crise sismique du Ve siècle de notre ère (cf. supra chapitre 3.2.2), ce qui prouve que ces alluvions étaient déjà en place à cette époque. La première crue enregistrée dans le secteur des Gravanches serait donc postérieure au Ve siècle. - lors du diagnostic archéologique réalisé en 2011 (Gauthier et al., 2011), un site du haut Moyen Âge a été découvert sur la bordure nord-ouest du marais des Gravanches. Le mobilier céramique récolté montre une occupation continue entre le haut Empire et le milieu du IXe siècle de notre ère. Localement, ce site est recouvert par une formation sablo-graveleuse que l’on peut corréler, sur des critères faciologiques, avec le second niveau de débordement (c’est-à-dire l’US 3). La seconde crue enregistrée dans le secteur des Gravanches serait donc postérieure au IXe siècle. Les études réalisées dans le bassin de Sarliève montrent qu’après une période d’assèchement quasi-complet du lac qui perdure jusqu’à la conquête romaine (vers 52 av. J.-C.), une remise en eau progressive du centre du bassin s’effectue entre la fin du Ier siècle av. J.-C. et la première moitié du IIe siècle ap. J.-C. (période de la mise en place de la Couche Noire), puis une importante transgression affecte le lac de Sarliève. Cette forte augmentation de la tranche d’eau aboutit au dépôt d’argiles lacustres au centre du bassin et à la mise en place d’un important cône sableux deltaïque sur sa bordure orientale. La transgression du paléo-lac débute vers le IVe siècle de notre ère et va atteindre son haut niveau durant la période médiévale (Trément et al., 2007). Lors de la fouille archéologique du Carré du Bois Joli sur la bordure orientale du bassin de Sarliève (Mennessier-Jouannet et al., 2004a), la position stratigraphique des vestiges archéologiques permet de distinguer deux phases dans la constitution du cône deltaïque oriental : - une première phase globalement postérieure au IVe siècle de notre ère ; - une seconde phase caractérisée par des sables lités qui recouvrent un habitat du haut Moyen Âge (IXe au XIe siècle) implanté dans un paléosol peu développé. Les données issues du bassin de Sarliève et celles de la zone des Gravanches / Gerzat permettent de proposer l’existence d’une crise « humide » dont le début peut être situé postérieurement au IVe siècle de notre ère. Une première crue catastrophique est enregistrée en Limagne, parallèlement une forte transgression affecte le paléo-lac de Sarliève où l’on enregistre un très important apport détritique (cône sableux deltaïque de plus de quatre mètres de puissance sur la bordure orientale du bassin). Cette crise semble avoir une valeur régionale et elle a forcément affecté les occupations humaines autour de la capitale du territoire des Arvernes. En effet, Grégoire de Tours (1990) signale des crues catastrophiques : « La cinquième année du règne de Childebert II (en 580), il y eut en Auvergne une inondation qui causa de grands ravages. La pluie avait duré douze jours consécutifs, et la Limagne fut tellement couverte d’eau, qu’un grand nombre de cultivateurs ne purent ensemencer leurs terres. La Loire, l’Allier et les autres affluents de ces rivières s’enflèrent tellement qu’ils franchirent les bornes que jusque-là ils n’avaient jamais dépassées. Il y eut une perte énorme de bétail et de moissons, et un grand nombre d’édifices furent renversés. ».

6 - Chronoséquence

14La mise en vis-à-vis des datations (essentiellement 14C exprimées en cal. BP) des marqueurs des événements catastrophiques définis ci-dessus avec les limites des chronozones (également exprimées en cal. BP) permet de proposer une chronoséquence de référence (entre le Tardiglaciaire et le milieu de l’Holocène) pour la Limagne d’Auvergne (fig. 13). Les limites des chronozones utilisées ici sont celles de la stratigraphie classique du Tardiglaciaire et de l’Holocène en Europe (Lézine, 2009) basée sur, d’une part la variation du volume des glaces au pôle d’après l’enregistrement de la composition isotopique de l’oxygène dans les carottes du Groenland (Broecker, 2000 ; Broecker & Hemming, 2001 ; Johnsen et al., 2001 ; Andersen et al., 2004 ; Rasmussen et al., 2006) et, d’autre part sur la succession classique de la végétation en Europe tempérée (stratigraphie de Blytt et Sernander) (de Beaulieu et al., 1985, 2005 ; Miras et al., 2011). La position du téphra CF1a / CF1b dans l’Allerød est maintenant parfaitement établie. Le téphra CF3 est positionné dans le Dryas récent alors que CF4 marquerait le début de l’Holocène du fait de sa position dans la première partie du Préboréal. Le Boréal est marqué par quatre événements catastrophiques : les téphras CF5 et CF7, une crise sismique et un alluvionnement important marqueur de crues. Il faut remarquer que le téphra CF7 (8 468 ka cal. BP) est très proche de la limite Boréal/Atlantique (8 332 ka cal. BP). Cette limite est également pratiquement contemporaine d’un « coup de froid brutal » (perte de 6°C en moins d’un siècle) vers 8 200 ans (Alley & Agústsdóttir, 2005). Le Niveau Rouge (NR) est positionné juste au-dessus de la limite Boréal/Atlantique, vers 7 800 ans. Il nous parait intéressant de souligner la contemporanéité de deux marqueurs stratigraphiques importants (le téphra CF7 et le Niveau Rouge) de la chronoséquence des Gravanches / Gerzat avec la limite Boréal/Atlantique et avec l’événement de 8,2 ka, repéré dans les carottes du Groenland. Enfin, cette même limite de chronozones est marquée par un événement sédimentaire important pour la Limagne d’Auvergne : le début de la mise en place des fameuses Terres Noires.

Fig. 13 : Schéma synthétique de la chronoséquence des Gravanches / Gerzat.

Fig. 13 : Schéma synthétique de la chronoséquence des Gravanches / Gerzat.

7 – Conclusion

15La zone des Gravanches / Gerzat nous fournit donc un ensemble de repères stratigraphiques, parfaitement lisibles et datés, mis en place à la suite d’événements catastrophiques d’origine variée : volcanisme, tectonique, crues exceptionnelles, et même probablement cosmique. Tous ces événements ont la particularité d’être extrêmement brefs à l’échelle des temps géologiques et donc d’être de parfaits marqueurs stratigraphiques spatialement isochrones. Plusieurs de ces dépôts deviennent caractéristiques, régionalement, d’une période bioclimatique et s’insèrent aussi dans la chronologie archéologique (fig. 2 & 13). Pour les marqueurs du volcanisme régional (Chaîne des Puys) on retiendra trois téphras particulièrement importants : - le complexe téphrique CF1a / CF1b qui est le marqueur de l’Allerød pour les séquences sédimentaires régionales et même extra-régionales. Ces pyroclastites sont les témoins distaux de l’éruption trachyandésitique la plus violente de la Chaîne des Puys, la phase explosive paroxysmale du puy de La Nugère, qui voit l’édification d’un vaste cratère explosif (Nouvelle Nugère). Au niveau régional, nous avons démontré que cette éruption avait eu des répercussions non négligeables sur les paléoenvironnements (Vivent & Vernet, 2001 ; Raynal et al., 2003), ne serait ce que par le dépôt d’au moins 1 500 m3 de cendres à l’hectare en Limagne. Ces éruptions, intervenues à la charnière Tardiglaciaire/Holocène, ont sans doute agi sur la composition des cortèges de grands mammifères (Fontana, 2003). Enfin, ce téphra recouvre les dernières occupations des chasseurs-cueilleurs en Limagne, par exemple dans l’abri sous roche d’Enval. Récemment, au lieu-dit « Les Gargailles » à Lempdes (Puy-de-Dôme), où un téphra (Téphra des Gargailles), qui peut être corrélé en première analyse au complexe téphrique CF1a/CF1b (étude en cours), recouvre un site de plein air structuré où l’homme de l’extrême fin du Paléolithique supérieur ou du début de l’Epipaléolithique a chassé Cervus elaphus et Bos (Vernet et al., 2012). Deux squelettes complets (un adulte et jeune individu) d'Arvicola terrestris, avaient été découverts à la base du téphra et reposant sur la surface du paléosol ; ces deux individus n’étaient pas dans un terrier mais vraiment dans les deux premiers centimètres de cendres en place. Il s’agit donc des deux premières victimes avérées de l’éruption du puy de La Nugère. L’âge 14C AMS conventionnel obtenu sur leurs ossements est de 11 190 ± 39 ans BP (ETH-49316) (date 14C calibrée : 11 242 - 11  024 ans cal. BC, courbe de calibration «  IntCat04 »). Afin d’intégrer cette nouvelle datation dans notre téphrochronologie, nous avons procédé à sa calibration par la même courbe de calibration (Fairbanks0107) et le même programme de calibration (Fairbanks et al., 2005) utilisés sur les autres dates (cf. supra) ce qui nous donne un âge de 13 031 ± 44 ans cal. BP, confirmant la position de ce téphra dans l'Alleröd (entre 14 137 et 12 896 ans cal. BP) et donnant une précision remarquable pour la survenue de la phase explosive paroxysmale du puy de La Nugère.

16- le téphra CF5 est une cendre trachytique qui forme un repère stratigraphique particulièrement reconnaissable dans le secteur du marais de Gerzat. Les dernières données stratigraphiques obtenues en Limagne nous permettent de proposer une mise en place durant la seconde partie du Boréal (vers 9 000 ans) ; l’âge moyen retenu pour l’éruption du puy Vasset, son probable volcan-source, étant de 9 270 ± 280 ans (Miallier et al., 2004). De plus, cette lamine blanche présente des déformations ductiles (séismites) qui marqueraient une crise sismique régionale intervenue à la fin du Boréal ; - le téphra CF7 est actuellement le téphra trachytique le plus récent reconnu en Limagne où il marque la limite Boréal/Atlantique vers 8 500 ans. Cette retombée est associée à une coulée pyroclastique qui atteint la Limagne au niveau de Nohanent et Chamalières (Vernet & Raynal, 2008). Ces produits pyroclastiques (retombée aérienne et écoulement pyroclastique) sont attribués à la plus violente des éruptions trachytiques de la Chaîne des Puys, le cratère Kilian (Vernet, 2011b). Aussi bien sur le plateau des Dômes qu’en Limagne, les pyroclastes de CF7 recouvrent directement des sites de plein air mésolithiques du Sauveterrien moyen (Saintot et al., 2004 ; Colonge, 2005). En Grande Limagne, CF7 est toujours positionné à la base des « terres Noires de Limagne », ce qui place le début de leur formation à l’extrême fin du Boréal ou à la charnière Boréal/Atlantique. Le Niveau Rouge (trace probable d’un événement cosmique) est situé juste au-dessus du téphra CF7 (marqueur distal de l’éruption paroxysmale du cratère Kilian) dans les stratigraphies où ils sont tous les deux présents. Ce « couple repère » marque la limite entre le Boréal et l’Atlantique et sont contemporains de l’événement de 8,2 ka. Du point de vue archéologique, il faut signaler que les vestiges situés sous ce repère, sont toujours attribués au Mésolithique (Sauveterrien moyen), alors que ceux découverts au-dessus appartiennent au Néolithique ancien ou au Néolithique moyen ancien (Vernet, 2004). Deux événements catastrophiques historiques (séisme et crue exceptionnelle), très proches dans le temps, fournissent un niveau repère remarquable, aussi bien dans les séquences sédimentaires des marais de Limagne que dans les dépôts lacustres du bassin de Sarliève. Des documents écrits de deux chroniqueurs auvergnats (Sidoine Apollinaire et Grégoire de Tours) relatent de tels événements au cours des Ve et VIe siècles de notre ère. Une inondation majeure est précisément datée de l’an 580 (5éme année du règne de Childebert II) ; nous proposons de la corréler au premier dépôt de crue repéré dans les séquences des Gravanches / Gerzat (US 5 de l’ensemble sédimentaire B) et au début de la transgression majeure du paléo-lac de Sarliève.

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Bibliographie

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Localisation de la zone des Gravanches / Gerzat et du bassin de Sarliève sur la bordure occidentale de la Limagne d’Auvergne (Massif central, France).
Légende gris foncé : socle plutonique et métamorphique ; gris clair : formations sédimentaires oligocènes du bassin de la Limagne ; trait hachuré : faille bordière occidentale de Limagne ; étoiles et astérisques : volcans de la chaîne des Puys.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-1.png
Fichier image/png, 264k
Titre Fig. 2 : Schéma synthétique de la séquence-type sédimentaire de la zone des Gravanches / Gerzat avec la sédimentation, la téphrochronologie, le Niveau Rouge (NR), les séismites et les données archéologiques
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-2.png
Fichier image/png, 123k
Titre Tab. 1 : Description des unités sédimentaires (US) de la séquence-type des Gravanches.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-3.png
Fichier image/png, 424k
Titre Fig. 3 : Coupe stratigraphique du site du Brézet avec les différents marqueurs de la téphrostratigraphie régionale (Téphras CF1a, CF1b, CF3 et CF4) et le paléosol de l’Allerød
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-4.png
Fichier image/png, 49k
Titre Fig. 4 : Coupes stratigraphiques de différents sondages du site de Chantemerle / Gerzat.
Légende 1/ Colluvions argileuses brunes ; 2/ Colluvions grises avec, à sa base, des nodules rouges (Niveau Rouge) et des fragments de trachyte (Téphra CF7) ; 3/ Alluvions mélanocrates ; 4/ Argiles palustres ; 5/ cendres volcaniques blanches (Téphra CF5) ; 6/ Argiles palustres ; 7/ Alluvions mélanocrates ; 8/ Argiles palustres ; 9/ Cendres volcaniques noires (Téphra CF4) ; 10/ Argiles palustres ; 11/ Scories volcaniques noires (Téphra CF3) ; 12/ Argiles palustres ; 13/ Cendres volcaniques noires (Téphra CF1a) ; 14/ Argiles noires organiques (paléosol de l’Allerød) ; 15/ Argiles verdâtres plus ou moins sableuses. Ensembles sédimentaires : A, B (alluvions claires), D, E, F et G.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-5.png
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Titre Fig. 5 : Détail de la sédimentation entre les Téphras CF6 (US 9.3) et CF4 (US 10.6) sur le site des Gravanches / Gerzat et lame mince du Téphra CF5
Légende triangles gris : granoclassement vertical.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-6.png
Fichier image/png, 400k
Titre Fig. 6 : Coupe stratigraphique du site de Gerzat / A71 avec le Téphra CF7 et le Niveau Rouge (NR).
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-7.png
Fichier image/png, 214k
Titre Fig. 7 : Position du Niveau Rouge (NR) et du Téphra CF7 dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat et lame mince (LN).
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-8.png
Fichier image/png, 309k
Titre Fig. 8 : Déformations ductiles (séismites) du Téphra CF5 (US 9.5) sur le site des Gravanches / Gerzat
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-9.png
Fichier image/png, 349k
Titre Fig. 9 : Glissement de terrain, déformations ductiles et cassantes affectant la série téphrique de CF1 à CF6 sur le site des 4 routes à Chamalières.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-10.png
Fichier image/png, 191k
Titre Fig. 10 : Déformations ductiles (séismites) affectant la limite entre l’ensemble sédimentaire C (US 6) et l’ensemble sédimentaire B (US 5) dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat (logs 7 et 9 du sondage 5).
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-11.png
Fichier image/png, 350k
Titre Fig. 11 : Déformations ductiles (séismites) de la Couche Noire (CN) dans la séquence palustre du paléo-lac de Sarliève
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-12.png
Fichier image/png, 267k
Titre Fig. 12 : Position des deux formations alluviales (ensembles sédimentaires B et F), marqueurs de crues dans la séquence-type des Gravanches / Gerzat.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-13.png
Fichier image/png, 327k
Titre Fig. 13 : Schéma synthétique de la chronoséquence des Gravanches / Gerzat.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/6519/img-14.png
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Pour citer cet article

Référence papier

Gérard Vernet, « La séquence sédimentaire des Gravanches / Gerzat : enregistrement d’événements « catastrophiques » à valeur chronologique en Limagne d’Auvergne (Massif Central, France)  », Quaternaire, vol. 24/2 | 2013, 99-107.

Référence électronique

Gérard Vernet, « La séquence sédimentaire des Gravanches / Gerzat : enregistrement d’événements « catastrophiques » à valeur chronologique en Limagne d’Auvergne (Massif Central, France)  », Quaternaire [En ligne], vol. 24/2 | 2013, mis en ligne le 01 juin 2016, consulté le 24 novembre 2017. URL : http://quaternaire.revues.org/6519 ; DOI : 10.4000/quaternaire.6519

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Auteur

Gérard Vernet

INRAP, Centre de recherches archéologiques de Clermont-Ferrand, 13 bis rue Pierre Boulanger, F-63017 CLERMONT-FERRAND cedex 2. Courriel : gerard.vernet@inrap.fr ; GEOLAB, UMR 6042 CNRS-UBP, Laboratoire de Géographie Physique et Environnementale, Maison des Sciences de l’Homme, 4 rue Ledru, F-63057 CLERMONT-FERRAND cedex 1

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