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Apport des datations ESR à la connaissance des dépôts sableux plio-pléistocènes en Sologne, premiers résultats

ESR dating contribution to the knowledge of plio-pleistocene sandy deposits in sologne, first results
Hélène Tissoux, François Prognon, Pierre Voinchet, Frédéric Lacquement, Bruno Tourliere et Jean-Jacques Bahain
p. 141-153

Résumés

La datation par Résonance de Spin Electronique (ESR) a été appliquée de manière prospective sur différentes formations sableuses de Sologne dont les âges supposés étaient compris entre le Pliocène et le Pléistocène moyen. L’échantillonnage, localisé dans la partie est de la Sologne, a concerné la partie supérieure des Sables et Argiles de Sologne qui se seraient déposés au Pliocène. Les âges ESR préliminaires obtenus, centrés aux alentours de 700 ka, sont beaucoup plus récents que ceux attendus. Ils suggèrent soit une reprise des sédiments du sommet de cette formation aux alentours de la limite Pléistocène inférieur-Pléistocène moyen, soit que le dépôt s’est poursuivi bien après le Pliocène. Des formations alluviales recouvrant ces Sables et Argiles de Sologne ont également été étudiées d’un point de vue chronologique. Des alluvions de la Loire et des alluvions issues du remaniement des Sables du Sancerrois ont ainsi été analysées. Les âges de ces formations s’échelonnent entre environ 600 et 150 ka et sont cohérents avec leur position stratigraphique. Bien que les incisions dans un substrat sableux soient difficile à observer, les âges ESR obtenus semblent en accord avec un fonctionnement en étagement et/ou en emboîtement pour le dépôt de ces terrasses au Pléistocène moyen, à la fois pour la Loire et pour la Sauldre, son affluent.

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Texte intégral

Les auteurs remercient l’Institut Carnot pour le financement de cette étude ; Christophe Falguères pour son accueil au laboratoire de géochronologie du Département de Préhistoire du Muséum national d’Histoire naturelle, Régis Fleury pour ses précieux conseils et son accompagnement sur le terrain, Jackie Despriée pour avoir partagé son immense connaissance de la région et les relecteurs (Jean-Pierre Larue et un relecteur anonyme) pour leurs remarques constructives sur ce manuscrit.

1 - Introduction

1Une grande partie du bassin de la Loire moyenne est couverte par des dépôts sédimentaires variés et dont l’âge de mise en place est encore mal connu. Ces dépôts détritiques couvrent près du tiers de la surface de la région Centre, avec la présence de puissants cortèges sablo-argileux, notamment en Sologne et en forêt d’Orléans. La Sologne est drainée par des réseaux hydrographiques très denses qui sont à l’origine du dépôt ou de la mobilisation de sédiments fluviatiles ou fluvio-deltaïques d’épaisseur parfois importante (jusqu’à 90 m). Ces sédiments comprennent les « Sables et Argiles de Sologne » qui constituent le remplissage principal de la cuvette de Sologne, mais également des alluvions de la Loire et de ses différents affluents qui drainent ou ont drainé cette cuvette postérieurement au dépôt des Sables et Argiles de Sologne. La chronologie et les modalités de mise en place de ces formations déposées par les rivières actuelles ou les paléo-rivières sont toutefois débattues depuis de nombreuses années (Denizot, 1927 ; Megnien, 1980 ; Rasplus, 1982 ; Fleury 1991, 1992 ; Debrand-Passard, 1995 ; Tourenq & Pomerol, 1995 ; Debrand-Passard et al., 1998 ; Larue & Etienne, 2001 ; Larue 2003 ; Etienne & Larue, 2011). En effet, l’absence de faune, qui ne s’est pas conservée dans ce milieu acide, et de celle de minéraux volcaniques datables n’ont pas permis jusqu’à présent d’établir une chronologie des phases de dépôt dans cette région et la similarité entre les différentes formations rend parfois difficile la compréhension de leur relations verticales et horizontales.

2Depuis une vingtaine d’années, la méthode de datation par Résonance de Spin Electronique (ESR) appliquée aux quartz d’origine fluviatile a été développée dans le but d’établir la chronologie de dépôts alluviaux du Pléistocène (Aarab, 1994 ; Falguères et al., 2002 ; Laurent et al., 1994, 1998 ; Voinchet et al., 2003, 2004 ; Tissoux et al., 2007, 2008). Elle a notamment été appliquée avec succès sur les systèmes de terrasses alluviales étagées ou emboitées de plusieurs affluents de la Loire tels que le Loir, le Cher ou la Creuse (Voinchet et al., 2010 ; Tissoux et al., 2011). Dans ce travail, cette même méthode a été appliquée de manière expérimentale sur différentes formations sableuses de la Sologne d’âges supposés compris entre le Pliocène et le Pléistocène moyen. Ce travail de datation avait pour but d’apporter les premiers points de repères chronologiques pour des formations sableuses dont l’âge n’avait pu jusqu’à présent qu’être estimé dans cette région, afin de tenter de replacer chronologiquement ces formations les unes par rapport aux autres.

2 - Matériel et méthode

3Les travaux de repérage sur le terrain, puis les prélèvements, ont été effectués dans la partie orientale du bassin de la Sologne (en rive gauche de la Loire) et en forêt d’Orléans (en rive droite de la Loire). L’objectif de ce travail était d’apporter des points de repère chronologiques pour la fin du remplissage de la cuvette de Sologne par les Sables et Argile de Sologne et pour l’installation du réseau fluviatile supposé quaternaire sur ces Sables et Argiles de Sologne. Dans ce but, ont été échantillonnés : la partie supérieure des Sables et Argiles de Sologne ; les Sables de Châtillon qui constitueraient la continuité latérale de ces derniers (Gigout, 1977 ; Fleury, 1991) ou leur expression terminale (Louat, 1969) ; les terrasses anciennes de la Loire (Fu et Fv selon la carte géologique harmonisée du Loiret au 1/50 000e), choisies dans la partie solognote de la Loire afin de mieux maitriser leur relation avec les Sables et Argiles de Sologne sous-jacents ; et les nappes Fw, Fx et Fy (selon la terminologie de la carte au 1/50 000; Fleury 1990) de la Sauldre, affluent de la Loire dans sa partie solognote pour lequel le système de terrasse est bien décrit (Fleury, 1990).

4Les échantillons ont tous été prélevés à la faveur d’affleurements de surface (voir partie ) et leur nombre a été limité par la rareté de ces affleurement, tant dans les Sables et Argiles de Sologne que dans les formations alluviales.

2.1 - Les formations prélevées

2.1.1 - Sables et Argiles de Sologne

5La formation des Sables et Argiles de Sologne (Denizot, 1927) se caractérise par une sédimentation détritique qui fait immédiatement suite à la sédimentation lacustre des calcaires de Beauce. Le caractère fluviatile à subfluviatile des dépôts sableux est suggéré par des stratifications entrecroisées, la présence d’ensembles lenticulaires et la morphologie des grains de quartz, mais les interprétations plus précises diffèrent sensiblement selon les auteurs. Ainsi Denizot (1927) évoque une sédimentation subfluviatile sous forme de masses boueuses et sans roulage, Rasplus (1982) une sorte de delta intracontinental vers la mer des faluns et Fleury (1991), en se basant sur l’abondance des argiles, un régime fluvio-lacustre. En l’absence de minéraux volcaniques et dans un milieu acide sableux qui n’a pas permis la conservation de faune ou de flore, l’âge de la formation n’a pu être jusqu’à présent qu’estimé. Sa position stratigraphique au-dessus des Sables et argiles du Blésois et de l’Orléanais suggère un début de sédimentation au plus tôt de la fin du Langhien (Fleury, 1991). Elle a pu se poursuivre jusqu’à la fin du Miocène (Mégnien, 1980) voire jusqu’au Pliocène après un détournement des écoulements vers le nord au Miocène terminal lié au relèvement de la partie sud du bloc armoricain (Debrand-Passard, 1995 ; Dewolf & Pelven, 2007). L’absence de minéraux lourds du volcanisme mondorien indiquerait que les Sables et Argiles de Sologne seraient stratigraphiquement antérieurs aux Sables et Argiles du Bourbonnais, datés du Pliocène supérieur (Tourenq, 1989 ; Fleury, 1992).

2.1.2 - Sables de Châtillon

6Localisés à l’est de la zone d’étude en rive gauche de la Loire, de part et d’autre de la ville de Châtillon-sur-Loire, les sables de Châtillon sont caractérisés par des dépôts de type alluvial avec présence de stratifications caractéristiques et de lits de galets. Les sables sont en continuité latérale à l’ouest et au nord avec la formation de Sologne (Gigout, 1977 ; Fleury, 1991), mais contrairement à ces derniers, ils sont chargés en galets, tout comme les cailloutis culminants de l'Orléanais. Pour Louat (1969), ces sables sont assimilés aux cailloutis «pré-ligériens» et s'intercalent entre les Sables de Sologne qu'ils ravinent et les alluvions anciennes de la Loire.

2.1.3 - Les terrasses de la Loire et de ses affluents en Sologne

7La formation de séries de terrasses sur les flancs de certaines vallées est la conséquence à la fois d'un soulèvement tectonique régional et d’une succession de phases érosives liées aux différents cycles glaciaires-interglaciaires du Quaternaire (Bridgland, 2000). Dans la région Centre, les phénomènes climatiques et tectoniques ont coexisté pendant le Quaternaire, avec la surrection du Bassin de Paris lié à l'orogenèse alpine, provoquant l’enfoncement des cours d’eau du bassin de la Loire moyenne dans le substratum. Une dizaine de terrasses alluviales ont alors été déposées par les affluents de la Loire au cours du Quaternaire avec une bonne corrélation avec les cycles climatiques pour le Loir et le Cher (Voinchet et al., 2010). Les terrasses attribuées à la Loire dans sa partie solognote, tout comme celles attribuées aux cours d’eaux drainant la Sologne, sont toutefois difficiles à observer et à individualiser, à cause des faibles différences altimétriques et du couvert végétal important. Ces formations sont cependant décrites dans les notices géologiques et les appellations d’alluvions quaternaires (Ft à Fz) leur sont classiquement attribuées, sans que celles-ci n’aient été pour l’instant étudiées d’un point de vue géochronologique. La cartographie de ces formations a été établie à partir de photographies aériennes uniquement en fonction de leur morphologie et de leur altimétrie. En Sologne, on distingue ainsi les alluvions de la Loire, dont les matériaux sont similaires à ceux des Sables et Argiles de Sologne, des alluvions du Sancerrois, localisées au sud de la Grande Sauldre et dont les matériaux seraient originaires du plateau sancerrois. Selon Fleury (1990), le système alluvial sancerrois consisterait en un épandage alluvial initial (Fw) sur lequel un appareil alluvial emboîté classique se serait ensuite développé (Fx à Fz). Concernant les alluvions de la Loire, Larue & Etienne (2001) décrivent pour la partie de la Loire située en aval de Gien un étagement de six nappes alluviales (Fu à Fz) qui se serait mis en place après un premier épandage alluvial plus ancien (Ft).

2.2 - Echantillonnage

8Les formations à prélever ont été mises au jour sur le terrain de différentes manières : au gré de travaux de construction, lors de l'exploitation actuelle ou ancienne de sables en carrière ou par la présence d’affleurements, par exemple sous chablis. Toutefois le couvert forestier intense de la région et la faible extension des formations alluviales anciennes n’a pas toujours permis de multiplier les prélèvements, comme cela aurait été souhaitable pour vérifier la reproductibilité des résultats. Néanmoins, un total de 20 échantillons a été prélevé et analysé. La localisation et la nature des prélèvements sont indiquées sur la figure 1. Les affleurements ont été soigneusement nettoyés préalablement à l’échantillonnage et le ou les niveaux à prélever pour datation clairement identifiés. Ils ont été choisis de sorte que le sédiment soit le plus homogène possible, qu’ils comprennent des sables d'une fraction granulométrique satisfaisante, qu’ils ne soient pas affectés par des phénomènes pédologiques ou des bioturbations. Les zones d’illuviation, d'accumulation, ou de lessivage ont été évitées car elles font suspecter des circulations hydriques importantes et des modifications probables des teneurs en radioéléments au cours du temps.

9Afin d’échantillonner les formations choisies, les critères de reconnaissance visuel et la cartographie proposés par Fleury (1990 ; 1991) ont été utilisés. En effet, si les alluvions du Sancerrois sont facilement identifiables (sédiments très différent de celui des alluvions de la Loire), la distinction entre sables de Sologne et alluvions de la Loire, issues de leur remaniement, n’est pas aisée. Les Sables de Sologne que nous avons prélevés sont constitués de sables rouges grossiers à moyens ne contenant pas d’éléments supérieurs à un centimètre, à l’exception de petits galets centimétriques de silex noirs luisants. Ils sont intercalés avec d’épais niveaux d’argile, généralement verte. Les sables de Châtillon ne présentent pas de différence notable avec les sables de Sologne, à l’exception de lits de galets de silex. Les alluvions de la Loire présentent une matrice identique aux sables de Châtillon et de Sologne, mais contiennent également dans certains niveaux des galets de silex roulés. Les alluvions du Sancerrois sont constituées de dépôts de sables très blancs alternant avec des lits de silex esquillés émoussés, quadrangulaires plats. Un échantillon a également été prélevé dans une butte qui a été cartographiée en tant que « cailloutis culminant » sur la commune de Montereau, au carrefour de « la Croix aux Tourtes » (carte géologique de Chateauneuf-sur-Loire). Toutefois les conditions de prélèvement n’ont pas permis d’observer les niveaux et le sédiment pris sur tarière ne montrait aucune différence avec les Sables de Sologne.

2.3 - La datation par ESR

2.3.1 - Principe de la méthode

10La Résonance de Spin Electronique (ESR) peut être utilisée pour dater des grains de quartz d’un âge compris entre 100 ka et plusieurs millions d’années. Le principe de la datation est le suivant : des éléments radioactifs comme l'uranium, le thorium et le potassium, présents en petite quantité dans les sédiments, émettent des radiations qui mettent en mouvement des électrons au sein des grains de quartz (radiations ionisantes). Ces grains de quartz sont essentiellement formés par un assemblage d’atomes de silicium et d'oxygène, mais la présence d'impuretés, telles que de l'aluminium ou le titane, et de défauts dans le cristal, entraîne la création de centres paramagnétiques qui capturent et emmagasinent ces électrons mis en mouvement dans le réseau cristallin. La quantité d’électrons piégés dépend alors directement de l’intensité des radiations reçues par les grains de quartz et de la durée d’exposition à la radioactivité naturelle.

11Les grains de quartz présents dans les sédiments se sont formés bien longtemps avant leur dépôt dans les terrasses fluviatiles, mais l'exposition à la lumière du soleil lors du transport par un cours d’eau libère les électrons piégés depuis la genèse de ces quartz et remet ainsi le "chronomètre" à zéro (voir figure 2 de Voinchet et al., 2004). Une fois ces quartz déposés au sein des formations sédimentaires, ils sont à l'abri de la lumière et des électrons vont alors à nouveau être capturés et s'accumuler au cours du temps. Le nombre d'électrons capturés en un an dépend directement de la quantité de radiations reçue par le grain (dose annuelle) qui, dans ce travail, a été déterminée par spectrométrie gamma en laboratoire et sur le terrain. La spectrométrie ESR permet quant à elle de quantifier le nombre d’électrons piégés et ainsi de déterminer la quantité totale de radiations reçue par l'échantillon depuis que celui-ci a été remis à zéro (dose totale ou paléodose). Le rapport de la dose totale à la dose annuelle permet de connaître l'âge du dépôt. Dans ce travail, le signal ESR du centre aluminium a été utilisé pour déterminer la paléodose, car il est à priori particulièrement bien adapté à la période de temps couverte. Sa particularité est de ne pas être totalement remis à zéro lors de l’exposition à la lumière (Voinchet et al., 2003). Afin de ne pas surestimer artificiellement l’âge des sédiments, l’intensité résiduelle correspondant aux centres n’ayant pas été remis à zéro par l’exposition à la lumière (Deep Aluminium Traps ou DAT), est mesurée systématiquement pour chaque échantillon et soustraite à l’intensité ESR des aliquotes naturelles et irradiées préalablement à la détermination de la paléodose (Tissoux et al., 2012). Le rapport entre l’intensité des DAT et l’intensité totale de l’aliquote non irradiée permet de calculer un « taux de blanchiment » propre à chaque échantillon.

Fig. 1 : Carte géologique harmonisée des formations alluviales et des «Sables et Argiles de Sologne » de la région étudiée avec la localisation des échantillons prélevés.

Fig. 1 : Carte géologique harmonisée des formations alluviales et des «Sables et Argiles de Sologne » de la région étudiée avec la localisation des échantillons prélevés.

Les numéros d'échantillon se rapportent aux tableaux 1 et 2. Les alluvions du Sancerrois attribués à Fw, Fx et Fy par Fleury (1991) ont été cartographiées ici en Fu, Fw et Fx suite à l’harmonisation de la carte. Les attributions de la carte géologique imprimée au 50 000e sont néanmoins conservées dans le texte.

2.3.2 - Protocole expérimental

12Les sédiments ont été prélevés dans les niveaux sableux. La fraction granulométrique 100-200 µm a été sélectionnée par tamisage à l’eau et le quartz a été isolé des autres minéraux par traitement physico-chimique, puis par séparation densimétrique et magnétique (Voinchet, 2002 ; Tissoux et al., 2007). La fraction ainsi obtenue a été divisée en onze d’aliquote. L’une d’elles a été soumise à un rayonnement ultra-violet pour «vider» les pièges ESR sensibles à la lumière et ainsi déterminer l’intensité ESR résiduelle de chaque échantillon et donc son coefficient de blanchiment (Voinchet et al., 2003). Neuf autres ont été irradiées à des doses croissantes (260, 400, 630, 1 000, 1 600, 2 500, 4 300, 6 800, 10 000 Gy) au CEA (Saclay) afin d’appliquer la méthode de détermination de la paléodose dite de « de l’addition » (Yokoyama et al., 1985). L’intensité du signal aluminium a été mesurée entre le sommet du premier pic (g = 2,018) et la base du seizième pic (g = 2,002) du spectre ESR (Toyoda & Falguères, 2003). Les mesures ESR sont réalisées à 107 K avec un spectromètre EMX Brucker en utilisant les conditions expérimentales proposées par Voinchet et al. (2004). Les mesures ont été effectuée 3 fois pour chaque dose en faisant tourner l’échantillon de 120° entre chaque mesure afin de prendre en compte les éventuelles variations de réponse angulaire du signal ESR. La paléodose, ou dose équivalente, a été obtenue en utilisant le logiciel Microcal Origin Pro 8©, par extrapolation de la courbe de croissance du signal ESR en fonction de la dose jusqu’à l’intensité ESR résiduelle. Les fonctions d’ajustement « exponentielle simple » (SSE), « exponentielle + linéaire » (EXPOLIN) ou « double exponentielle » (S2E) (Duval et al., 2009) ont été utilisées en fonction des courbes de croissance obtenues, afin de décrire au mieux ces dernières (meilleur coefficient de corrélation). Dans le cas des échantillons présentant les doses équivalentes les plus basses (inférieures à 2000 Gy environ), ce sont les fonctions « expolin » et S2E qui prédominent. Pour les échantillons présentant les paléodoses les plus élevées, ces fonctions ne permettent pas de décrire une courbe correspondant aux points mesurés (par exemple pour Sol1010-03 ou sol1010-05) car la partie « visible » de la courbe est au-delà (en termes de gray) du premier terme de l’exponentielle. Dans ce cas, c’est la fonction « simple exponentielle » qui a été appliquée.

13La dose annuelle externe a été calculée à partir des activités en uranium, thorium et potassium du sédiment, mesurées par spectrométrie gamma en laboratoire pour les doses alpha et beta grâce à un spectromètre au germanium à haute sensibilité et bas bruit de fond (Yokoyama & Nguyen, 1980), et par spectrométrie gamma in-situ (spectromètre NaI) pour la dose gamma (Mercier & Falguères, 2007), à l’exception de l’échantillon Sol1010-05 pour lequel la mesure in-situ n’a pas été possible. La dose annuelle interne a été négligée du fait des teneurs très faibles en radioéléments dans le quartz (Vandenberghe et al., 2008). Les facteurs de conversion utilisés sont ceux proposés par Adamiec & Aitken (1998) et les tables de calculs d’atténuation de la dose beta de Mejdahl (1979) ont été utilisées. La dose cosmique a été calculée à partir de la profondeur des échantillons (Prescott & Hutton, 1994). La teneur en eau a été déterminée à partir du poids du sédiment avant et après séchage à l’étuve pendant 7 jours à 40°C.

3 - Résultats

14L’ensemble des données nécessaires aux calculs d’âge sont présentées dans les tableaux 1 et 2. Les courbes de croissance représentatives des Sables et Argiles de Sologne, des alluvions de la Loire et des alluvions du Sancerrois sont présentées dans la figure 2. De manière générale, des âges obtenus présentent des marges d’erreurs comprises entre 15 et 20 % mais certaines erreurs sont plus importantes, jusqu’à 40 %. Ces valeurs élevées sont directement liées à une mauvaise réponse des aliquotes à l’irradiation. La dispersion parfois importante des points sur la courbe de croissance induit une erreur importante sur la courbe extrapolée et donc sur la paléodose (tab. 1 & 2). Il apparait donc important pour de tels échantillons d’améliorer cette précision, en augmentant par exemple le nombre de mesures afin d’obtenir des courbes qui s’ajustent mieux aux point expérimentaux (Duval, 2012 ; Duval & Guilarte Moreno, 2012).

3.1 - Les sables et Argiles de Sologne et les sables de Châtillon

15Des sables issus de la formation des Sables et Argiles de Sologne ont été prélevés en deux localités, Tigy et Coullons, et les Sables de Châtillon sur un affleurement au sud de la commune de Châtillon-sur-Loire, tous trois en rive gauche de la Loire. Les données de calcul d’âges et les dates obtenues sont présentées dans le tableau 1.

16Les âges de 738 ± 109 ka et 653 ± 96 ka obtenus pour les sables de Châtillon (Sol1010-09 et 10) et ceux de 664 ± 81 ka, 859 ± 225 ka et 749 ± 167 ka obtenus pour les trois échantillons des Sables de Sologne (Sol1010-06, 07 et 08) prélevés sur la commune de Coullons sont similaires et cohérents entre eux. Au contraire, les trois prélèvements effectués sur la commune de Tigy, plus à l’ouest (Sol1010-02, 03 et 04) ont donné des âges de 357 ± 67 ka, 1 282 ± 226 ka et 762 ± 171 ka qui ne sont pas reproductibles et ne sont pas cohérents avec leur position stratigraphique relative (fig. 3). La coupe prélevée à Tigy montrait des traces de bioturbation (racines) et de cryoturbation, notamment une fente en coin remarquable (fig. 3). On peut noter également dans la partie supérieure la présence de glosses caractéristiques d’une pédogénèse de ce dépôt sur les deux premiers mètres. Malgré le soin porté aux prélèvements, localisés en dehors des zones affectées, il est possible qu’il y ait eu un mélange de grains dans les niveaux prélevés ou qu’une modification de l’environnement radioactif des grains de quartz se soit produite postérieurement au dépôt, causant ainsi respectivement une mauvaise estimation des âges ESR.

17Les âges obtenus sur les formations de Sologne et de Châtillon sont statistiquement reproductibles (test du Chi-2 positif) et l’âge moyen pondéré obtenu pour les prélèvements est de 699 ± 99 ka en excluant les âges ESR des échantillons prélevés à Tigy. Cet âge est sensiblement plus jeune que les estimations minimales d’âge pour le Sologne terminal, soit pliocène (Tourenq & Pomerol, 1995). Cela suggère soit une reprise des sédiments du sommet de cette formation aux alentours de la limite Pléistocène inférieur - Pléistocène moyen par des cours d’eau secondaires, soit que la phase de dépôt ait perduré bien au-delà du Pliocène. Il faut également signaler que l’ensemble des échantillons a été prélevé à la faveur d’affleurements de surface, l’échantillon le plus profond (Sol1010-08) ayant été prélevé à 3,60 m de profondeur par rapport à la surface actuelle (tab. 1). Des phénomènes de remaniements de surface ayant été décrits dans la littérature (Denizot, 1927), la première hypothèse semble la plus probable.

Fig. 2 : Courbe de croissance de l’intensité du signal ESR en fonction de la dose d’irradiation reçue par l’aliquote après soustraction de l’intensité résiduelle.

Fig. 2 : Courbe de croissance de l’intensité du signal ESR en fonction de la dose d’irradiation reçue par l’aliquote après soustraction de l’intensité résiduelle.

a/ alluvion de la Loire Sol1010-01 : courbe de type SSE ; b/ Sables et Argiles de Sologne Sol1010-08 : courbe de type S2E ; c/ alluvion du Sancerrois Sol1010-11 : courbe de type S2E.

3.2 - Les alluvions quaternaires

18Les données de calcul d’âges et les dates obtenues sur les formations alluviales quaternaires sont présentées dans le tableau 2.

3.2.1 - Les alluvions du Sancerrois

19Dans les alluvions du Sancerrois, les prélèvements ont été multipliés sur les trois formations alluviales cartographiées en Fx, Fy et Fz (Fleury, 1991).

20Trois échantillons (Sol 1010-11, 12 et 13), prélevés dans la formation cartographiée en Fx à des profondeurs de 5 m ; 3,15 m et 1,65 m par rapport au sol actuel, ont donné des âges respectivement de 411 ± 83 ka ; 402 ± 70 ka et 1,04 ± 0,10 Ma. Les deux premières dates sont reproductibles et cohérentes entre elles, par contre, l’âge d’environ 1 Ma est vraisemblablement surestimé. Les trois échantillons présentent des doses équivalentes et des teneurs en U, Th et K très différentes les uns par rapport aux autres. Ceci suggère une grande variabilité de l’environnement radioactif de l’échantillon, qui ne peut être prise en compte que par une mesure gamma in-situ. Ainsi, la mesure gamma in-situ de l’échantillon Sol1010-06 a donné une dose deux fois plus élevée que celle calculée en laboratoire (tab. 2). Malheureusement la perte de la donnée gamma de terrain pour le prélèvement Sol 1010-13 a empêché tout calcul d’âge utilisable et les données de laboratoire seules, vraisemblablement non représentatives de l’environnement radioactif de l’échantillon, ont sans doute conduit à une dose annuelle sous-estimée et donc à une surestimation de l’âge. Par conséquent, en considérant les échantillons Sol 1010-11 et 12, l’âge ESR moyen pondéré de cette formation serait de 406 ± 107 ka.

21Trois échantillons (Sol1010-14, 15 et 16) ont été prélevés dans la formation cartographiée en Fy à des profondeurs de 1,2 m ; 1 m et 50 cm. Les âges obtenus sont respectivement de 300 ± 121 ka ; 266 ± 83 ka et 154 ± 32 ka. Tout comme dans Fx, les deux premières dates sont reproductibles et cohérentes entre elles, par contre l’âge de 154 ka semble légèrement trop récent. Les données de spectrométrie gamma sont très proches pour les trois échantillons (respectivement 328, 278 et 340 Gy/an) mais l’âge de 154 ka n’est statistiquement pas compatible avec les deux autres. L’âge ESR moyen pondéré de la formation Fy prenant en compte les deux autres dates serait donc de 276 ± 140 ka.

22Deux échantillons, prélevés dans la formation cartographiée en Fw, ont donné des âges très différents. L’âge de 903 ± 232 ka semble en accord avec la position stratigraphique de la formation dans laquelle l’échantillon a été prélevé (Fwa à +30 / +40 m par rapport au cours d’eau actuel ; Debrand-Passard et al., 1998) ceci malgré des marges d’erreur importantes. L’âge de 140 ± 22 ka est lui beaucoup trop jeune pour correspondre à un dépôt de Fw. Toutefois, il a été obtenu sur un échantillon prélevé à plusieurs mètres du précédent et il n’est pas incohérent avec l’altitude relative du dépôt par rapport au petit court d’eau, « la Rère », qui passe actuellement à proximité (+2,7 m). Cet âge pourrait indiquer un fonctionnement récent de ce cours d’eau, avec une reprise d’alluvions plus anciennes.

Tab. 1 : Sables et Argiles de Sologne et Sables de Châtillon : données utilisées dans le calcul d’âges ESR.

Tab. 1 : Sables et Argiles de Sologne et Sables de Châtillon : données utilisées dans le calcul d’âges ESR.

U, Th et K : teneurs en uranium, thorium et potassium mesurées par spectrométrie gamma de laboratoire ; W : teneur en eau mesurée en laboratoire. La dose cosmique a été calculée à partir de la profondeur des échantillons, la dose gamma a été mesurée in-situ. Bl : taux de blanchiment obtenus sur les échantillons naturels. Les doses équivalentes ont été déterminées par spectrométrie ESR et les âges calculés en faisant le rapport de la dose équivalente sur la dose annuelle.

Tab. 2 : Alluvions de la Loire et du Sancerrois : données utilisées dans le calcul d’âges ESR.

Tab. 2 : Alluvions de la Loire et du Sancerrois : données utilisées dans le calcul d’âges ESR.

SaSo : Sables et Argiles de Sologne ; voir tableau 1 pour la légende détaillée

Fig. 3 : Trace de cryoturbation (fente en coin) visible sur l’affleurement des Sables et Argiles de Sologne prélevés à Tigy

Fig. 3 : Trace de cryoturbation (fente en coin) visible sur l’affleurement des Sables et Argiles de Sologne prélevés à Tigy

3.3.2 - Les alluvions de la Loire

23Deux échantillons prélevés dans la nappe du système Loire cartographiée en Fu ont donné des âges de 542 ± 164 ka et 396 ± 79 ka. Un autre échantillon cartographié en Fu et prélevé à proximité de ce dernier, mais présentant l’aspect des Sables et Argiles de Sologne a donné un âge de 403 ± 131 ka. Compte tenu des données de cartographie, de l’altitude de ces deux échantillons, de leur âge, de la similitude entre les Sables et Argiles de Sologne et des alluvions issues de leur remaniement, il est probable que ce dernier échantillon soit également de nature alluvionnaire et déposé en même temps que le précédent. La validité des dates sur les alluvions de la Loire est difficile à établir car il n’existe pas localement de datation effectuée par une méthode indépendante et la rareté des affleurements n’a pas permis de multiplier les prélèvements. L’âge ESR moyen pondéré de la formation Fu serait de 419 ± 125 ka, ce qui semble sous–estimé compte-tenu de son altitude relative par rapport à la Loire (+40 / +50 m). Divers phénomènes ont pu contribuer au rajeunissement de ces échantillons. Tout d’abord les prélèvements n’ont pas été effectués dans les zones de plateau mais en bordure d’incisions plus récentes causées par le Beuvron et ses affluents dans cette unité Fu (fig. 1). De plus, les conditions des affleurements n’ont ont pas permis de prélever en profondeur comme il est souhaitable, et les échantillons ont pu être plus ou moins affectés par la pédogénèse. Debrand-Passard et al. (1998) indiquent, dans le cadre de l’étude pédogénétique des sols sur les alluvions, que " le degré d’altération des alluvions les plus anciennes (niveaux Fu et Ft) est maintenu aux stades Fv ou Fw par l’érosion mécanique qui a rajeuni les profils en surface ". Une étude minéralogique des alluvions prélevées pourrait indiquer si les prélèvements datés proviennent effectivement de la terrasse Fu et sont fortement rajeunis ou s’ils proviennent de dépôts du Beuvron. En effet, les résultats sur ces trois échantillons montrent un accord entre les âges obtenus et l’altitude relative des échantillons par rapport au niveau actuel du Beuvron (+15 m), et également un bon accord avec les âges obtenus sur les alluvions du Sancerrois à une altitude relative équivalente (fig. 4).

24Un échantillon prélevé dans la nappe cartographiée en Fv a donné un âge de 579 ± 97 ka. Cet âge n’est pas incohérent avec la position stratigraphique de l’échantillon, mais il doit être considéré avec précaution car là non plus il n’a pas été possible de multiplier les prélèvements au vu du faible nombre d’affleurements existants.

25Enfin, une seule date a été obtenue sur le cailloutis culminant en rive droite de la Loire. Le prélèvement effectué à la tarière n’a pas permis d’observer la formation dont il était issu. De plus, ce type de prélèvement rend impossible les mesures gamma in-situ et il doit donc être considéré avec beaucoup de précaution. Néanmoins, il faut souligner que la date de 1 096 ± 382 ka est compatible avec l’âge de 1 Ma proposé par Tourenq et Pomerol en 1995 pour le « fleuve à Augite » qui passerait par un autre témoin du cailloutis culminant, situé au lieu-dit « la Montagne » à quelques kilomètres au sud-est de l’affleurement échantillonné dans ce travail. Cet âge pléistocène est conforté par les analyses palynologiques effectuées par G. Farjanel du BRGM (Gigot, 1984) qui n’ont pas permis de déceler de grains de pollen caractéristiques du Miocène ou du Pliocène au sein de l’assemblage pollinique correspondant à ces dépôts.

4 - Discussion et conclusions

26La datation ESR de sédiments prélevés dans divers corps sableux observés en Sologne permet de proposer ici une première chronologie « absolue » des événements fluviatiles dans cette région.

27Les âges obtenus sur les Sables de Sologne et les Sables de Châtillon, du tout début du Pléistocène moyen, sont plus récents que les âges mio-pliocènes communément admis pour cette formation. Deux hypothèses peuvent alors être avancées ; la première étant que le remplissage de la cuvette de Sologne s’est poursuivi jusqu’à la limite Pléistocène inférieur - Pléistocène moyen et que l’encaissement des différentes vallées n’aurait commencé qu’ensuite. La seconde hypothèse suppose que l’on n’ait pas daté, dans cette étude, la phase de dépôt des sables, mais un épisode de reprise de ces sédiments par des cours d’eau secondaires, épisode assez important pour être enregistré en différents points de la région. Cette seconde hypothèse est soutenue par le fait que les prélèvements ont tous été effectués près de la surface, à une profondeur inférieure à 4 m, dans une « tranche » de sédiment aisément mobilisable.

28Afin d’appréhender la chronologie des dépôts des Sables et Argiles de Sologne dans son intégralité et de conforter l’hypothèse émise ci-dessus, deux sondages ont été effectués en 2012 sur les communes de la Ferté-Saint-Aubin et de Brinon-sur-Sauldre. Ces sondages recoupent les formations alluviales cartographiées puis les Sables et Argiles de Sologne jusqu’à leur substratum. Des prélèvements ont été effectués dans les niveaux sableux traversés et des datations ESR sont en cours.

29Pour les alluvions de la Loire, un âge moyen de 419 ± 125 ka a été obtenu sur la nappe Fu échantillonnée en rive gauche. Cet âge, trop récent pour dater le dépôt réel de Fu, pourrait correspondre à une phase de dépôt ou de remobilisation de ces sédiments par le Beuvron. L’âge de 579 ± 97 ka obtenu pour Fv est par contre en accord avec la position stratigraphique de la nappe mais doit être conforté par de nouvelles datations. De même l’âge de 1,1 ± 0,4 Ma pour le cailloutis culminant prélevé en rive droite devra être confirmé et précisé par d’autres datations ESR. C’est pourquoi de nouveaux échantillons ont été prélevés dans la nappe Fu et dans d’autres témoins du cailloutis culminant en rive droite, et dans les nappes Fx et Fv en rive gauche.

30Les alluvions des formations Fw, Fx, Fy et Fz du Sancerrois ont été datées de 140 ± 26 ka, 276 ± 140 ka, 419 ± 125 ka et 902 ± 232 ka. Ces âges sont en accord avec la position stratigraphique des nappes alluviales prélevées dans le cas d’un dépôt en étagement et/ou en emboîtement.

31L’obtention des dates ESR sur les nappes alluviales des systèmes du Sancerrois et de la Loire nous a permis de vérifier et de valider les équivalences entre les deux systèmes qui ont été proposées par Debrand-Passard et al. (1998) (tab. 3). Les âges des alluvions du Sancerrois et des alluvions de la Loire sont cohérents entre eux et les âges moyens pondérés des différentes nappes sont corrélables avec les cycles climatiques de 100 000 ans qui prédominent au Pléistocène moyen.

32- La nappe Fv de la Loire datée d’environ 580 ka, pourrait s’être déposé au cours des cycles climatiques 16/15 ou 14/13, les marges d’erreurs importantes sur l’âge ne permettent actuellement pas d’être plus précis. Elle pourrait s’être déposé au cours du même cycle climatique que la nappe datée de 600 ± 47 ka dans la vallée de la Creuse (Despriée et al., 2011) ou de 617 ± 62 ka dans la vallée du Loir (Tissoux et al., 2011).

33- La nappe Fx des alluvions du Sancerrois, datée d’environ 400 ka s’est vraisemblablement déposée au cours du stade isotopique marin 11, après l’incision du stade 12. Elle serait contemporaine de la reprise probable de la nappe Fu de la Loire par le Beuvron à +15 m, elle serait également contemporaine de la nappe datée de 464 ± 29 ka dans la vallée de la Creuse, de celle datée de 403 ± 36 ka dans la vallée du Loir et de celles datées de 478 ± 29 ka ou de 374 ± 29ka dans la vallée du Cher (Despriée et al., 2011). Ce cycle climatique, très marqué, est particulièrement bien enregistré dans les formations alluviales du bassin de la Loire moyenne.

34- La nappe Fy des alluvions du Sancerrois, datée de 276 ± 140 ka, pourrait s’être déposée au cours du stade isotopique 9 après l’incision du stade 10, bien que les marges d’erreurs recouvrent également les stades isotopiques 8 et 7. Elle serait contemporaine d’une des nappes datées de 335 ± 16 ka ou de 271 ± 21 ka dans la vallée de la Creuse et de celle datée de 296 ± 21 ka dans la vallée du Loir (Despriée et al., 2011).

35- L’âge de 140 ka pour « Fw » a mis en évidence le fonctionnement récent d’un petit cours d’eau remaniant des dépôts plus anciens. Ce fonctionnement de la Rère il y a environ 140 ka correspondant au cycle climatique 6/5, également enregistré dans une basse terrasse de la Creuse datée de 130 ± 20 ka (Despriée et al., 2011).

36Enfin, l’absence de date plus ancienne que 600 ka en rive gauche pour les alluvions du système Loire pourrait être un argument en faveur d’un écoulement vers la Manche de la Loire jusqu’à une période récente du Pléistocène moyen, comme cela avait été suggéré par Tourenq et Pomerol en 1995. Cela pourrait également témoigner d’une absence d’enregistrement sous forme de séquences assez épaisses pour être conservées en rive gauche dans un contexte qui serait alors plutôt érosif que dépositionnel.

Fig. 4 : Âges des alluvions de la Loire (en noir) et des alluvions du Sancerrois (en blanc) en fonction de leur dénivelé.

Fig. 4 : Âges des alluvions de la Loire (en noir) et des alluvions du Sancerrois (en blanc) en fonction de leur dénivelé.

Tab. 3 : Tableau modifié des équivalences proposées par Debrand-Passard et al. (1998) pour les systèmes fluviatiles ligériens et Solognot.

Tab. 3 : Tableau modifié des équivalences proposées par Debrand-Passard et al. (1998) pour les systèmes fluviatiles ligériens et Solognot.

Les âges moyens pondérés calculés grâce aux datations ESR dans ce travail ont été ajoutés ainsi que les âges ESR moyens pondérés des terrasses alluviales d’âge équivalent pour les vallées de la Creuse, du Cher et du Loir proposés par Despriée et al. (2011) (*) et Tissoux et al. (2011) (**). Cr : Creuse ; Ch : Cher et L : Loir.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Carte géologique harmonisée des formations alluviales et des «Sables et Argiles de Sologne » de la région étudiée avec la localisation des échantillons prélevés.
Légende Les numéros d'échantillon se rapportent aux tableaux 1 et 2. Les alluvions du Sancerrois attribués à Fw, Fx et Fy par Fleury (1991) ont été cartographiées ici en Fu, Fw et Fx suite à l’harmonisation de la carte. Les attributions de la carte géologique imprimée au 50 000e sont néanmoins conservées dans le texte.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/8226/img-1.png
Fichier image/png, 291k
Titre Fig. 2 : Courbe de croissance de l’intensité du signal ESR en fonction de la dose d’irradiation reçue par l’aliquote après soustraction de l’intensité résiduelle.
Légende a/ alluvion de la Loire Sol1010-01 : courbe de type SSE ; b/ Sables et Argiles de Sologne Sol1010-08 : courbe de type S2E ; c/ alluvion du Sancerrois Sol1010-11 : courbe de type S2E.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/8226/img-2.png
Fichier image/png, 54k
Titre Tab. 1 : Sables et Argiles de Sologne et Sables de Châtillon : données utilisées dans le calcul d’âges ESR.
Légende U, Th et K : teneurs en uranium, thorium et potassium mesurées par spectrométrie gamma de laboratoire ; W : teneur en eau mesurée en laboratoire. La dose cosmique a été calculée à partir de la profondeur des échantillons, la dose gamma a été mesurée in-situ. Bl : taux de blanchiment obtenus sur les échantillons naturels. Les doses équivalentes ont été déterminées par spectrométrie ESR et les âges calculés en faisant le rapport de la dose équivalente sur la dose annuelle.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/8226/img-3.png
Fichier image/png, 200k
Titre Tab. 2 : Alluvions de la Loire et du Sancerrois : données utilisées dans le calcul d’âges ESR.
Légende SaSo : Sables et Argiles de Sologne ; voir tableau 1 pour la légende détaillée
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/8226/img-4.png
Fichier image/png, 133k
Titre Fig. 3 : Trace de cryoturbation (fente en coin) visible sur l’affleurement des Sables et Argiles de Sologne prélevés à Tigy
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/8226/img-5.png
Fichier image/png, 227k
Titre Fig. 4 : Âges des alluvions de la Loire (en noir) et des alluvions du Sancerrois (en blanc) en fonction de leur dénivelé.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/8226/img-6.png
Fichier image/png, 10k
Titre Tab. 3 : Tableau modifié des équivalences proposées par Debrand-Passard et al. (1998) pour les systèmes fluviatiles ligériens et Solognot.
Crédits Les âges moyens pondérés calculés grâce aux datations ESR dans ce travail ont été ajoutés ainsi que les âges ESR moyens pondérés des terrasses alluviales d’âge équivalent pour les vallées de la Creuse, du Cher et du Loir proposés par Despriée et al. (2011) (*) et Tissoux et al. (2011) (**). Cr : Creuse ; Ch : Cher et L : Loir.
URL http://quaternaire.revues.org/docannexe/image/8226/img-7.png
Fichier image/png, 68k
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Pour citer cet article

Référence papier

Hélène Tissoux, François Prognon, Pierre Voinchet, Frédéric Lacquement, Bruno Tourliere et Jean-Jacques Bahain, « Apport des datations ESR à la connaissance des dépôts sableux plio-pléistocènes en Sologne, premiers résultats », Quaternaire, vol. 24/2 | 2013, 141-153.

Référence électronique

Hélène Tissoux, François Prognon, Pierre Voinchet, Frédéric Lacquement, Bruno Tourliere et Jean-Jacques Bahain, « Apport des datations ESR à la connaissance des dépôts sableux plio-pléistocènes en Sologne, premiers résultats », Quaternaire [En ligne], vol. 24/2 | 2013, mis en ligne le 01 juin 2016, consulté le 23 novembre 2017. URL : http://quaternaire.revues.org/8226 ; DOI : 10.4000/quaternaire.8226

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Auteurs

Hélène Tissoux

 Bureau de Recherches Géologiques et Minières, GEO/G2R, BP 36009, F-45060 ORLEANS cedex 2. Courriel : h.tissoux@brgm.fr

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 Bureau de Recherches Géologiques et Minières, GEO/G2R, BP 36009, F-45060 ORLEANS cedex 2. Courriel : f.prognon@brgm.fr

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Pierre Voinchet

 Département de Préhistoire, Muséum national d'Histoire naturelle, UMR CNRS 7194, 1 rue René Panhard, F-75013 PARIS. Courriel : p.voinch@mnhn.fr,

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 Bureau de Recherches Géologiques et Minières, GEO/G2R, BP 36009, F-45060 ORLEANS cedex 2. Courriel : f.lacquement@brgm.fr

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Bruno Tourliere

Bureau de Recherches Géologiques et Minières, GEO/G2R, BP 36009, F-45060 ORLEANS cedex 2. Courriel : b.tourliere@brgm.fr

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Jean-Jacques Bahain

Département de Préhistoire, Muséum national d'Histoire naturelle, UMR CNRS 7194, 1 rue René Panhard, F-75013 PARIS. Courriel  bahain@brgm.fr

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