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Travertins de la bordure nord du Sahara marocain : dispositifs morphologiques, datations U/Th et indications paléoclimatiques

Travertines of the Moroccan Sahara northern border: morphological settings, U-series datings and palaeoclimatic indications
André Weisrock, Louis Rousseau, Jean-Louis Reyss, Christophe Falguères, Bassam Ghaleb, Jean-Jacques Bahain, Jacques Beauchamp, Larbi Boudad, Norbert Mercier, Geoffroy Mahieux, Jean-Pierre Pozzi, Nouha Janati-Idrissi et Abderrahmane Ouammou
p. 153-167

Résumés

Dans les régions arides, la datation des travertins conduit à établir une chronologie de périodes humides. Des travertins de cascade, fluviatiles et hydrothermaux ont été échantillonnés à la bordure nord du Sahara marocain et datés par la méthode des isotopes de l’Uranium, à la fois par spectrométrie alpha et spectrométrie de masse (TIMS). Les résultats indiquent que les constructions de travertins se produisent avant le stade isotopique marin (SIM) 11, pendant le SIM 9-8, secondairement durant le SIM 5 et principalement durant le SIM 3 et le SIM 2. La relation entre les travertins et les phases humides se vérifie à l’échelle du Quaternaire. À l’échelle plus détaillée des périodes récentes, les constructions s’effectuent autour de 50, 30 et 15 ka BP, apparemment en relation avec des refroidissements de l’Atlantique subtropical oriental. Mais le dispositif géomorphologique induit dans chaque cas des différences dans la construction travertineuse : réponse plus tardive des tertres hydrothermaux à l’accroissement pluviométrique, aridification plus précoce des travertins fluviatiles. Les travertins des régions arides continentales sont ainsi des dépôts discontinus incluant des réponses climatiques à la fois planétaires et régionales.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 15 avril 2008, accepté le 6 septembre 2008

Texte intégral

Les auteurs remercient Ph. Grandcolas, responsable du plan pluriannuel de formation « Évolution et structure des peuplements » ainsi que le département de Préhistoire du Muséum National d’Histoire Naturelle pour la mission à Imouzzer en 2007 et les frais des analyses géochimiques. Ils remercient les universités Ibn Zohr d’Agadir et Moulay Ismaïl de Meknès et Errachidia qui ont facilité les recherches sur le terrain, L. Wengler et A. Humbert, respectivement responsables d’un programme ECLIPSE du CNRS et d’une action intégrée franco-marocaine entre les universités de Nancy et d’Agadir, qui ont permis d’effectuer le programme « oued Noun ». Ils remercient enfin M. Thorp, Y. Battiau-Queney et A. Héquette pour la correction de l’anglais, ainsi que les relecteurs anonymes et les rédacteurs de la Revue, qui ont grandement contribué à l’amélioration de l’article.

Introduction

1Les travertins sont des dépôts de carbonate de calcium et de magnésium d'un grand intérêt pour la connaissance des paléo-environnements climatiques, hydrologiques et végétaux, comme pour celle de l’évolution morphodynamique, structurale et même néotectonique. Dans les régions arides, en fonction de leurs modes de formation (Freytet et Verrechia, 1989), ils sont considérés comme des témoins de phases humides (Butzer et al., 1978 ; Nicod, 2000). Bien que leur datation par les isotopes de l’uranium fasse l’objet de certaines réserves (Besançon et al., 1997), de nombreuses études ont démontré le lien génétique entre travertins et périodes humides dans les régions arides d’Israël (Schwarcz et al., 1979 ; Kronfeld et al., 1988), des États-Unis (Szabo, 1990), du Maroc (Akdim et al., 1994) et du Sahara (Petit-Maire et al., 1994 ; Osmond et Dabous, 2004). Cependant, les conclusions relatives aux conditions paléoclimatiques correspondant aux dépôts de travertins sont plus nuancées dans les régions semi-arides, comme le Grand Canyon de l’Arizona (O’Brien et al., 2006), la Turquie (Altunel et Hancock, 1993), le nord du Maroc (Mezrhab et al., 1998), le sud de l’Espagne et de la France (Cruz-Sanjulian, 1981 ; Burjachs et Julia, 1994 ; Delannoy et al., 1999 ; Falguères et al., 2004 ; Ordoñez et al., 2005 ; Luque et Julia, 2007), ou la Tunisie et la Chine (Genty et al., 2006), avec des observations et des résultats divers et parfois contradictoires.

2Au Maroc méridional, sur la plupart des sites, on peut distinguer morphologiquement de grandes tables travertineuses du Quaternaire ancien ou moyen et des travertins de vallée plus récents, séparés par une série d’incisions plus ou moins profondes. Les travertins d'Imouzzer Ida Ou Tanane (fig. 1) avaient été ainsi rapportés à deux phases principales de croissance (Weisrock, 1980).

Fig. 1 – Localisation des montagnes et sites étudiés.
Fig. 1 Location of mountains and studied sites.

Fig. 1 – Localisation des montagnes et sites étudiés. Fig. 1 – Location of mountains and studied sites.

1 : montagnes ; 2 : sites étudiés ; 3 : villes principales.
1: mountains; 2: studied sites; 3:main towns.

3Différentes formations de ce site ont été échantillonnées en 2007 pour établir une chronologie plus précise de leur genèse. Dans le cadre d’autres programmes, des travertins interstratifiés au sein d’un remplissage alluvial et palustre ont été datés sur deux sites de la vallée de l’oued Noun (Weisrock et al., 2006), ainsi que des travertins hydrothermaux formant des amas étendus à Irdi, près d’Erfoud (Rousseau et al., 2006). Les résultats du premier site de l’oued Noun sont repris ici et complétés par ceux du second site (Sidi Messaoud), tandis que les travertins d’Irdi ont fait l’objet d’une nouvelle série de datations en 2007. Le premier objectif de l’article est d’insérer les différents types de constructions travertineuses au sein de l’évolution morphologique régionale. Le second objectif est de réunir les mesures des âges des phases de croissance éventuellement comparables à l’échelle de la bordure septentrionale du Sahara marocain, dans le but d’établir une chronologie des phases humides continentales pléistocènes. Enfin cette chronologie est comparée à celle des enregistrements marins atlantiques, ce qui devrait permettre, à titre d’hypothèse, soit de constater l’influence possible des changements climatiques de l’hémisphère nord, liés aux événements planétaires, sur la formation des travertins nord sahariens, soit de mettre en évidence le rôle des facteurs morphologiques locaux sur leur genèse.

Méthode d’étude et datation des formations travertineuses

4Les travertins des trois sites ayant des origines et des modes de gisement différents, les nouveaux échantillons récoltés devaient être représentatifs des différentes phases de construction identifiées par leurs relations géométriques à l’intérieur des dépôts. À Imouzzer et à Irdi, on a ainsi choisi de dater prioritairement des échantillons correspondant aux différentes formations repérées sur le terrain. Le détail de l’échantillonnage est donné dans l’étude de chaque site. À l’oued Noun, l’échelle d’observation est différente, puisque l’ensemble des échantillons provient d’un remplissage de vallée daté du Pléistocène supérieur (Weisrock et al., 2006). La récolte s’est effectuée dans deux coupes distantes de 5 km et tous les échantillons ont été datés.

5Les échantillons ont été choisis en fonction de leur cristallisation la plus parfaite possible, afin d’avoir affaire à des systèmes chimiquement clos et contenant le moins possible d’impuretés. Dans les trois sites, on n’a pratiquement échantillonné que des faciès rubanés. À Imouzzer et à Irdi, les échantillons consistent en cylindres de 1,5 cm de diamètre et de 5 à 10 cm de long prélevés par un carottier portatif, soit au sein d’une seule lamine, soit perpendiculairement à la surface des lamines d’accroissement, donc à contresens de leur progradation.

6Les datations U/Th ont été effectuées par spectrométrie alpha classique, sauf pour les nouveaux échantillons, ceux d’Imouzzer et de la seconde série d’Irdi, qui ont été traités par spectrométrie de masse à ionisation thermique (TIMS), ce qui apporte une plus grande précision. La spectrométrie alpha a été appliquée aux échantillons de l’oued Noun au laboratoire des Sciences du climat et de l’environnement de Gif-sur-Yvette, et pour les échantillons d’Irdi au département de Préhistoire du Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris (IPH). Les analyses TIMS ont été réalisées au GEOTOP de l’université du Québec à Montréal. La première étape de l’analyse U/Th consiste à isoler chimiquement 234U et 230Th. Les échantillons sont dissous dans l’acide nitrique. On introduit ensuite un traceur constitué d’isotopes artificiels, 236U et 229Th. Cette précaution permet d’évaluer les rendements chimiques au cours de l’extraction. Les fractions de l’uranium et du thorium sont séparées par des techniques standard (Edwards et al., 1987). Ces deux éléments sont d’abord co-précipités avec du fer de manière à les séparer des autres éléments majeurs. Les précipités sont ensuite dissous et la solution obtenue est purifiée par une série de passages dans des colonnes d’échange d’anions grâce à des résines de polymères organiques synthétiques. Les résidus d’uranium et de thorium sont enfin déposés sur des plaquettes métalliques pour le comptage alpha, ou sur des filaments de rhénium (Re) recouverts de graphite pour les analyses TIMS. Les analyses TIMS sont effectuées avec un spectromètre de masse de type VG sector.

Travertins des cascades d’Imouzzer

Cadre environnemental, dispositif morphologique et échantillonnage

7Les travertins d’Imouzzer Ida Ou Tanane se situent dans l’Atlas atlantique marocain, à 40 km au NE d’Agadir (fig. 1). Ils se construisent sur les cascades d’un affluent de l’assif n’Aït Oualla, haute branche de l’oued Tamri. Ces cascades sont dues à la traversée en cluse d’une combe anticlinale formée dans les calcaires et dolomies du Jurassique supérieur (Ambroggi, 1963). Quatre cascades successives donnent naissance à autant de massifs travertineux, mais seuls les deux premiers sites ont été échantillonnés, respectivement à Imouzzer-école et Imouzzer-cascade (fig. 2).

Fig. 2 – Cadre géologique des travertins d’Imouzzer et profil du cours d’eau.
Fig. 2 Geological frame of the Imouzzer travertines and river profile.

Fig. 2 – Cadre géologique des travertins d’Imouzzer et profil du cours d’eau.Fig. 2 – Geological frame of the Imouzzer travertines and river profile.

A : cadre géologique ; 1 : anticlinal ; 2 : synclinal ; 3 : crêt majeur ; 4 : gorges ; 5 : limite orientale du bassin versant ; 6 : massif travertineux ; 7 : oued. B : profil du cours d’eau principal ; 1 : travertin ; 2 : source.
A: geological frame; 1: anticline; 2: syncline; 3: main scarp; 4: gorges; 5: eastern border of the drainage basin; 6: travertine deposit; 7: wadi. B: profile of the main river; 1: travertine; 2: water spring.

8Les conditions climatiques actuelles sont celles de la moyenne montagne semi-aride. À 1100 m d’altitude, Imouzzer a reçu en moyenne 422 mm/an entre 1968 et 1978, années relativement humides, mais avec une grande variabilité : 930 mm en 1970-1971 contre 156 mm en 1974-1975. La végétation actuelle est une forêt de genévriers et d’arganiers qui passe, au-dessus de 1100 m, à une forêt claire de chênes-verts. Ces conditions se sont détériorées depuis les années 1980 avec une sécheresse accentuée comme dans le reste du Maroc méridional et surtout avec une forte pression anthropique, grande consommatrice d’eau pour les cultures et les vergers irrigués. Les eaux des cascades ne s’écoulent plus que lors d’épisodes pluvieux significatifs. Elles proviennent d’un bassin versant constitué par le vaste synclinal perché des Aït Mansour, dont le karst développé dans les calcaires, dolomies et marnes gypseuses du Tithonien, est encore peu connu.

9À Imouzzer-école, l’ensemble de l’édifice de travertins, étendu sur un hectare, n’est plus fonctionnel. Il forme une table isolée, déconnectée à la fois de l’oued, encaissé de 50 m, et de la nappe phréatique (fig. 3A).

Fig. 3 – Travertins d’Imouzzer–école : cadre morphologique et localisation des échantillons.
Fig. 3 Travertines of Imouzzer-school: morphological setting and location of the samples.

Fig. 3 – Travertins d’Imouzzer–école : cadre morphologique et localisation des échantillons. Fig. 3 – Travertines of Imouzzer-school: morphological setting and location of the samples.

A : cadre morphologique ; 1 : calcaires dolomitiques ; 2 : marnes calcaires ; 3 : argiles et marnes ; 4 : conglomérat ; 5 : travertins lités. B : localisation des échantillons ; 1 : échantillons ; 2 : position GPS.
A: morphological setting; 1: dolomitic limestones; 2: calcareous marls; 3: clays and marls; 4: conglomerate; 5: banded travertines. B: samples location; 1: samples; 2: GPS location.

10Morphologiquement, cet édifice est comparable aux « tables de travertins » du piémont du Moyen Atlas (Martin, 1981). Il a été soumis à une érosion multiforme par le ruissellement et le démantèlement mécanique des structures superficielles, l’altération et la dissolution karstique avec genèse de sols rouges et la recristallisation de planchers stalagmitiques. La table d’Imouzzer-école présente plusieurs édifices accolés, qui attestent la longue durée de sa construction. L’édifice médian se compose de structures progradantes de cascade reposant sur un conglomérat. La partie supérieure de ces structures est arasée en surface, où l’on observe des dispositifs arqués de travertins rubanés, correspondant à d’anciens barrages, avec des restes de stalagmites. Pour évaluer l’âge minimal de l’édifice, un  échantillon (21 IMZ 07) d’une de ces stalagmites a été choisi en raison de sa bonne cristallisation et de sa bonne conservation.

11Dans son ensemble, la table d’Imouzzer-école est plus ancienne que les formations de la cascade, puisque celles-ci sont emboîtées dans l’entaille de l’oued, à plus de 50 m en contrebas. Elles sont disposées en trois paliers principaux sur une hauteur totale de près de 100 m, et se composent de la juxtaposition ou de l’emboîtement de travertins construits en forme de moulages, barrages et dômes progradants. Chaque formation élémentaire résulte de barrages biodétritiques dans le lit de l’oued provoquant son étalement en largeur et le dépôt de moulages étendus le long du ressaut structural initial. Le sommet de ces moulages s’accroît en barrages de forme arquée (Casanova, 1982 ; Geurts, 1992), où un exutoire guide vers l’aval une construction principale concentrée, en forme de dôme progradant (fig. 4A).

Fig. 4 – Travertins d’ Imouzzer-cascade.
Fig. 4 Imouzzer-waterfall travertines.

Fig. 4 – Travertins d’ Imouzzer-cascade. Fig. 4 – Imouzzer-waterfall travertines.

A : édifice élémentaire ; 1 : moulage initial ; 2 : dépôt progradant maximal ; 3 : dépôt progradant secondaire emboîté, a) grotte sous cascade ; b) rainure d’incision ; c) vasque d’érosion ; d) niveau d’eau maximal. B : principales formations des cascades d’Imouzzer ; 1 : première formation ; 2 : deuxième formation ; 3 : troisième formation ; 4 : quatrième formation ; 5 : végétation ; 6 : écoulement de crue ; 7 : écoulement laminaire ; 8 : échantillons datés.
A: waterfall elementary construction; 1: first coating deposit; 2: main prograding deposit; 3: secondary fitted deposit, a) cave under waterfall, b) incision rill, c) erosion basin, d) maximal level of water. B: main formations of travertines at Imouzzer waterfall; 1: first formation; 2: second formation; 3: third formation; 4: fourth formation; 5: vegetation; 6: flood flow; 7: laminar flow; 8: dated samples.

12Le sommet du barrage et le dôme sont formés de travertins rubanés liés à des écoulements abondants et réguliers d’eaux chargées de bicarbonate de calcium et de magnésium sur des tapis d’algues ou de mousses incrustantes. Ils correspondent à un état d’équilibre du système et à son apogée (Casanova, 1981). Lors de la rupture d’équilibre par excès de torrentialité, le dôme est incisé linéairement à son sommet et creusé en vasques d’érosion à sa base, ce qui accentue la dénivellation. Lorsque la construction reprend, l’entaille sommitale guide la formation d’un nouveau dôme emboîté. Le cours d’eau peut aussi se déplacer latéralement au sommet du barrage et construire un dôme adjacent. Ces mécanismes de genèse et l’architecture des édifices permettent ainsi d’identifier, à la grande cascade, au minimum quatre phases de construction donnant naissance à quatre formations distinctes (fig. 4B). Dans le détail, ces formations comportent plusieurs unités aux faciès différents. Le faciès détritique et poreux sur support minéral ou biodétritique constitue la base des barrages et le remplissage des vasques. Le faciès rubané de cascade constitue le sommet des barrages et les dômes. C’est ce faciès qui a été échantillonné à cause de sa très bonne cristallisation. Ainsi, à Imouzzer-cascade, quatre échantillons correspondant aux quatre formations successives ont été choisis pour les datations : les trois premiers, 11CAS07, 06CAS07 et 14CAS072, proviennent de trois dômes distincts (fig. 4B), tandis que le quatrième, 16CAS07, provient d’un dépôt emboîté dans le dôme 14CAS07.

Datations et analyse des résultats

13Les résultats portent sur cinq échantillons, l’un d’Imouzzer-école et les quatre autres de la grande cascade (tab. 1).

Tableau 1 – Résultats radiochronologiques obtenus par uranium-thorium (TIMS) sur les formations travertineuses d’Imouzzer Ida Ou Tanane.
Table 1 – Uranium-thorium (TIMS) radiochronological results of the travertine formations from Imouzzer Ida Ou Tanane.

Tableau 1 – Résultats radiochronologiques obtenus par uranium-thorium (TIMS) sur les formations travertineuses d’Imouzzer Ida Ou Tanane.Table 1 – Uranium-thorium (TIMS) radiochronological results of the travertine formations from Imouzzer Ida Ou Tanane.

14Les rapports 230Th/232Th étant tous supérieurs à 18, aucune correction d’âge n’est nécessaire (Bischoff et Fitzpatrick, 1991). À Imouzzer-école, l’échantillon 21IMZ07 donne un âge de 434 ± 97/52 ka BP. Les marges d’erreur élevées sont dues au fait que l’on se trouve aux limites de la méthode. L’âge minimal des travertins sur lesquels a grandi la stalagmite excède 400 ka BP. À la grande cascade d’Imouzzer, l’échantillon 11CAS07 provient du sommet de la formation 2 de « Dou l’hôtel » dans sa partie externe (fig. 4B). L’âge de 296 ± 16/14 ka BP correspond à une phase finale de la construction de cette formation. L’échantillon 06CAS07, prélevé sur l’enveloppe externe de la base du dôme adjacent d’« Iggui la Voile », donne un âge de 48,4 ± 0,7 ka BP proche de la fin de la construction. L’échantillon 14CAS07 provient du milieu de l’affleurement sommital érodé de la formation 3 de « Dou l’hôtel » et fournit un âge de 36,1 ± 1 ka qui est celui de la partie moyenne de cette formation. En première approximation, la formation d’Iggui La Voile et la formation 3 de Dou l’hôtel peuvent être considérées comme contemporaines, formées entre environ 50 et 30 ka. L’échantillon 16CAS07, dépôt rubané provenant d’un petit dôme emboîté de 12 m dans l’entaille de la formation 3 de Dou l’hôtel, fournit un âge de 15,4 ± 0,3 ka BP.

15Ces premiers résultats utilisant la spectrométrie de masse livrent quatre groupes d’âges conformes à l’analyse morphologique : l’âge des travertins les plus anciens est de plus de 400 ka à Imouzzer-école et d’environ 300 ka à la grande cascade ; les travertins récents sont constitués de deux générations, l’une formée au minimum entre 50 et 30 ka, et l’autre, d’extension beaucoup plus faible, vers 15 ka. Il ne s’agit toutefois que de premiers tests isolés ne donnant que des âges ponctuels de certaines parties des formations. Les durées d’édification de ces dernières, comme celles des phases d’érosion intermédiaires, restent à établir. Ces premiers résultats peuvent indiquer l’existence de phases de stabilité biostasique favorables à la travertinisation se développant ici lors de stades isotopiques plus anciens que le stade 11, puis aux stades 9 ou 8, et plus certainement aux stades 3 et 2. Un autre intérêt de ces travertins de cascade est de mettre en lumière le rôle de la néotectonique régionale dans leur genèse, puisque les formations sont à la fois étagées et emboîtées. Avec une différence d’âge de plus de 100 ka, les deux premières formations sont séparées par une incision linéaire de plus de 50 m. Entre les formations 2 et 3, pour une durée de plus de 200 ka, l’incision est de 20 m. Enfin le creusement apparent entre 30 et 15 ka est de l’ordre de 12 m.

Travertins hydrothermaux d’Irdi

Environnement morphoclimatique, mode de gisement et échantillonnage

16Ces travertins se situent dans la région d’Errachidia, à près de 600 km à l’est des précédents (fig. 1), dans un contexte beaucoup plus continental et plus aride, bien que légèrement plus septentrional. Dans le sillon sud-atlasique qui sépare Haut et Anti-Atlas, ils constituent un tertre surbaissé de plusieurs hectares et de plus de 10 mètres d’épaisseur. Ce sont des travertins d’origine hydrothermale liés à des remontées d’eaux de nappes profondes à la faveur de la fracturation. La formation de travertin se poursuit actuellement dans le lit de l’oued Ziz à Irdi, ce qui n’implique cependant pas que ces constructions puissent refléter les conditions climatiques actuelles du piémont atlasique, où les précipitations moyennes annuelles sont seulement de 130 mm à Errachidia, ni celles d’un couvert végétal de steppe aride fort dégradé par l’action anthropique (Akdim et Julia, 2005). Les sources fonctionnent grâce à la remontée sous pression d’eaux, emmagasinées depuis longtemps, qui proviennent du Haut Atlas (El Ouali et al., 1992). Les travertins formés actuellement traduisent donc, avec un décalage dont la durée n’est pas évaluée, l’existence de précipitations antérieures.

17Le site étudié à Irdi se situe dans la tranchée de la route principale n° 21 au lieu-dit Radier du Ziz, 10 km au nord d’Erfoud. La route traverse un dispositif de cônes et terrasses de l’oued Ziz (fig. 5A) où le tertre de travertins se trouve en position de haute terrasse encroûtée.

Fig. 5 – Coupe d’Irdi.
Fig. 5 – Irdi section.

Fig. 5 – Coupe d’Irdi. Fig. 5 – Irdi section.

A : dispositif géomorphologique ; 1 : conglomérats ; 2 : sables ; 3 : travertins. B : détail de la coupe ; 1 : formation inférieure ; 2 : formation supérieure ; D : discontinuité majeure. Les points noirs localisent les échantillons ; les encadrés indiquent les dates correspondantes, en caractères standard pour la spectrométrie alpha et en italique pour le TIMS.
A: morphological setting; 1: conglomerates; 2: sands; 3: travertines. B: detail of the cross-section; 1: lower formation; 2: upper formation; D: main discontinuity. The dark points indicate the samples location; the framed figures show the correspondant datings in standard characters for the alpha spectrometry and italic for the TIMS.

18La coupe du tertre montre la superposition de deux formations distinctes nettement séparées par une discontinuité majeure (fig. 5B). Les deux formations sont constituées de bancs de travertins décimétriques affectés de pendages différents ; à peu près nulle l’inclinaison dans la formation inférieure elle est de l’ordre de 10° vers le sud, dans la formation supérieure qui constitue l’essentiel du bombement visible. Dans le détail, les bancs sont formés de travertins lamellaires construits, très bien cristallisés. De nombreuses discontinuités secondaires apparaissent, ainsi que des poches de dissolution karstique et des recristallisations, qui peuvent s’insérer le long des joints de stratification. Vers l’oued, le sommet de la coupe est seul visible : des travertins lamellaires brunâtres ondulés plus friables recouvrent les conglomérats d’une moyenne terrasse. Un forage carotté en continu a été opéré en 2005 dans le tertre de la haute terrasse un peu en retrait de la coupe de la route. Il a traversé 12,5 m de travertins présentant de nombreuses discontinuités et reposant sur 4 m de conglomérat fluviatile à ciment calcitique. De la même manière qu’aujourd’hui, les travertins anciens se sont édifiés à partir d’évents situés dans le paléo-lit de l’oued Ziz, recouvrant des nappes alluviales. Les récoltes et les mesures ont été effectuées en deux temps. Cinq échantillons de la coupe de la route, numérotés Irdi 1S à Irdi 5S, ont d’abord été prélevés et datés par la méthode classique (Boudad et al., 2003). Dans une seconde phase, cinq nouveaux échantillons notés Irdi 1T à Irdi 5T ont été récoltés à des endroits très proches des premiers. Ils ont été datés par TIMS, sauf Irdi 2T. De plus, deux échantillons de la carotte ont été datés également par TIMS. Les résultats portent au total sur onze mesures, dont six nouvelles par TIMS. Le choix des échantillons pour la datation a été opéré en fonction de la grande discontinuité bien visible sur la coupe (fig. 5B) : deux échantillons, Irdi 1T et Irdi 1S représentent la première génération et tous les autres échantillons la seconde, dans laquelle on a distingué Irdi 4T et Irdi 4S, récoltés sur la moyenne terrasse. Deux datations ont aussi été pratiquées sur le carottage, respectivement à 2,50 m et 3,60 m de profondeur.

Datations et analyse des résultats

19L’échantillon Irdi 1S, situé à 1 m au-dessous de la grande discontinuité (fig. 5B), a livré un âge de 262 ± 22/19 ka BP par la méthode classique (tab. 2).

Tableau 2 – Résultats radiochronologiques obtenus par uranium-thorium (TIMS et  spectrométrie alpha) sur les formations d’Irdi.
Table 2 – Uranium-thorium (TIMS and alpha spectrometry) radiochronological results of the Irdi formations.

Tableau 2 – Résultats radiochronologiques obtenus par uranium-thorium (TIMS et  spectrométrie alpha) sur les formations d’Irdi.Table 2 – Uranium-thorium (TIMS and alpha spectrometry) radiochronological results of the Irdi formations.

20L’échantillon Irdi 1T, bien que prélevé dans un banc situé au-dessus du précédent, à 40 cm sous la discontinuité, a fourni un âge de 514 ± 35/28 ka BP par TIMS. Les mesures ne comportant pas de marges d’erreurs très élevées, cette inversion des résultats par rapport à la stratigraphie ne peut s’expliquer que par le mode de formation des travertins hydrothermaux ; en effet, lorsqu’une couche a été déposée, la suivante, située au-dessus de la première, est en fait alimentée de bas en haut. La circulation ascendante de l’eau à travers la première couche rajeunit l’âge de celle-ci dans une proportion très variable. L’âge probable le plus conforme est donc l’âge le plus ancien obtenu.

21Les échantillons Irdi 3S, Irdi 5S et Irdi 2S, situés au-dessus de la grande discontinuité, ont donné des âges respectifs de 29,9 ± 1,3 ka, 20,3 ± 1,4 ka et 16,8 ± 0,5 ka BP par la méthode classique ; Irdi 5T et Irdi 3T ont fourni 26,8 ± 0,1 ka et 25,3 ± 0,1 ka BP par TIMS. Ces âges sont assez groupés, mais également en ordre inverse de la stratigraphie, tout comme les deux mesures d’âges effectuées par TIMS sur le carottage : 18,0 ± 0,1 ka à 2,5 m de profondeur, 16,6 ± 0,2 ka BP à 3,6 m, juste au-dessus de la grande discontinuité. Ces résultats confirment le rajeunissement des couches inférieures par les nouvelles circulations d’eaux ascendantes à l’intérieur d’une même formation, avec des marges d’erreur ici proportionnellement bien moindres. Enfin les échantillons Irdi 4S et Irdi 4T, prélevés en surface de la terrasse emboîtée dans l’édifice principal, ont fourni deux âges très comparables, de 11,5 ± 0,4 ka BP par spectrométrie alpha, et de 11,62 ± 0,06 ka BP par TIMS.

22Les inversions d’âges constatées induisent une marge d’erreur difficile à évaluer, mais ne se produisent qu’à l’intérieur de trois groupes d’âges principaux, ce qui ne remet pas en cause la chronologie des trois grandes périodes de construction . Sous la grande discontinuité, les travertins les plus anciens ont un âge de plus de 500 ka BP. Au-dessus de la grande discontinuité, les travertins ont entre 30 et 16 ka BP. Les travertins de la terrasse moyenne datent de 11,5 ka BP. Les phases d’émergence abondante des eaux souterraines, favorables à la construction des travertins, apparaissent ici à des stades isotopiques plus anciens que 9, peut-être au stade 8, et plus certainement aux stades 3 et 2.

Travertins de l’oued Noun

Cadre morphoclimatique et échantillonnage

23L’oued Noun est situé à 250 km au sud d’Agadir (fig. 1) et traverse en gorges un relief appalachien côtier développé dans la couverture cambrienne en partie calcaire de la boutonnière d’Ifni (Oliva, 1975). Le climat actuel est aride, avec des précipitations moyennes annuelles de l’ordre de 110 mm, réparties de façon extrêmement irrégulière. Le couvert végétal est celui de la steppe à Euphorbes, forme très dégradée de l’arganeraie qui a presque totalement disparu. Un apport d’humidité supplémentaire existe bien dans le domaine littoral grâce aux brouillards matinaux, mais il est insuffisant pour engendrer la formation de concrétionnements carbonatés. Ces derniers sont donc entièrement hérités de périodes à écoulements suffisamment réguliers et pondérés. Les travertins se trouvent au sein du remplissage qui forme la terrasse majeure de l’oued Noun, accumulé sur vingt à quarante mètres d’épaisseur entre les stades isotopiques 5 et 2 (Weisrock et al., 2006).

24Ils consistent d’abord en vasques coalescentes de stromatolithes ancrées sur divers supports formant des barrages de fond de vallée bien conservés, ayant probablement initié le remplissage des gorges. Au sein du remplissage alluvial et palustre, les séquences travertineuses débutent par des faciès détritiques à oncolithes associés à des petits galets, puis passent à des faciès stromatolithiques construits, souvent sur des supports à charophytes. Ce cycle se reproduit au moins à six reprises dans le remplissage principal étudié dans deux coupes différentes distantes de 5 km, respectivement à Fort Oued Noun et Sidi Messaoud (fig. 6 et fig. 7). Sur les versants des gorges se trouvent des témoins de faciès rubanés de cascade. Tous les travertins présents dans les deux coupes ont été échantillonnés et datés. Les mesures ont été doublées, voire plus, pour certains échantillons. Enfin, une datation a été effectuée sur un exemplaire de Thaïs (stramonita) haemastoma L. pour évaluer l’âge du dépôt de plage situé à l’embouchure de l’oued Noun.

Fig. 6 – Coupe de Fort Oued Noun (d’après Weisrock et al., 2006) : situation stratigraphique des échantillons datés.
Fig. 6 – Section of Fort Oued Noun (after Weisrock et al., 2006): stratigraphic location of dated samples.

Fig. 6 – Coupe de Fort Oued Noun (d’après Weisrock et al., 2006) : situation stratigraphique des échantillons datés. Fig. 6 – Section of Fort Oued Noun (after Weisrock et al., 2006): stratigraphic location of dated samples.

1 : galets ; 2 : colluvions ; 3 : travertins ; 4 : sables ; 5 : limons ; 6 : croûte calcaire ; 7 : échantillon daté ; 8 : numérotage des couches.
1: pebbles; 2: colluviums; 3: travertines; 4: sands; 5: silts; 6: calcrete; 7: dated sample; 8: layers numbering.

Fig. 7 – Coupes de Sidi Messaoud et situation stratigraphique des échantillons datés.
Fig. 7 Sections of Sidi Messaoud and stratigraphic location of dated samples.

Fig. 7 – Coupes de Sidi Messaoud et situation stratigraphique des échantillons datés. Fig. 7 – Sections of Sidi Messaoud and stratigraphic location of dated samples.

A : remplissage à Sidi Messaoud ; A–A’ : coupe du versant ; B–B’ : coupe sud-est ; B’’–B’’’ : coupe principale et de la colline ; C–C’ : coupe de la piste ; C’’–C’’’ : coupe du marabout ; 1 : substratum ; 2 : colluvions ; 3 : galets ; 4 : travertins ; 5 : limons ; 6 : sables. B : détail des coupes et résultats des datations. 1 à 34 : numérotage des couches.
A: valley-fill at Sidi Messaoud; A–A’: slope section; B–B’: south-eastern section; B’’–B’’’: main section and hill section; C–C’: track section; C’’-C’’’: marabou section; 1: substrate; 2: colluviums; 3: pebbles; 4: travertines; 5: silts; 6: sands. B: detail of the sections and dating results. 1 to 34: numbering of the layers.

Datations et analyse des résultats

25Les résultats portent sur vingt-six mesures : six à Fort Oued Noun (tab. 3 et fig. 6) dix-neuf à Sidi Messaoud (tab. 4 et fig. 7) et un à Foum Assaka, embouchure de l’oued.

Tableau 3 – Résultats radiochronologiques obtenus par spectrométrie alpha sur les formations de Fort Oued Noun.
Table 3 – Uranium-thorium alpha spectrometry radiochronological  results of the Fort Oued Noun formations.

Tableau 3 – Résultats radiochronologiques obtenus par spectrométrie alpha sur les formations de Fort Oued Noun.Table 3 – Uranium-thorium alpha spectrometry radiochronological  results of the Fort Oued Noun formations.

Table 4 – Résultats radiochronologiques obtenus par spectrométrie alpha sur les formations de Sidi Messaoud, Oued Noun.
Table 4 – Uranium-thorium alpha spectrometry radiochronological results of the Sidi Messaoud, Wadi Noun formations.

Table 4 – Résultats radiochronologiques obtenus par spectrométrie alpha sur les formations de Sidi Messaoud, Oued Noun.Table 4 – Uranium-thorium alpha spectrometry radiochronological results of the Sidi Messaoud, Wadi Noun formations.

26Deux mesures sur un échantillon de travertin conservé sur un versant de la vallée fournissent des âges de l’ordre de 120 ka BP à Sidi Messaoud. Quatre échantillons, deux à Fort Oued Noun et deux à Sidi Messaoud, livrent des âges situés autour de 90 ka. Ils appartiennent à des dépôts de barrage en fond de vallée, passant latéralement à des dépôts de pente encroûtés, et sont contemporains de la plage ouljienne de l’embouchure. Cinq autres échantillons, deux à Fort Oued Noun, trois à Sidi Messaoud, sont datés entre 70 et 50 ka BP. Ils se rapportent encore à des barrages de fond de vallée, avec des passages latéraux à des dépôts de pente encroûtés, sauf l’échantillon SM3 de la couche 22d de Sidi Messaoud, qui correspond à un faciès construit en bordure de chenal situé dans la moitié supérieure du remplissage (fig. 7B). Cependant, trois autres mesures effectuées sur le travertin de cette couche 22d donnent des âges nettement plus récents, compris entre 42 et 38 ka BP, ce qui est plus conforme au dispositif stratigraphique. Dans la moitié supérieure du remplissage, les âges de douze échantillons, dont dix à Sidi Messaoud, se situent entre 40 et 20 ka BP. Ils proviennent soit de dépôts stromatolithiques construits sur des chenaux fluviatiles, soit de dépôts de cascade sur les versants.

27En résumé, les âges des travertins inclus dans ce remplissage se rangent en quatre groupes de dates : autour de 120 ka,  autour de 90 ka, de 70 à 50 ka et de 40 à 20 ka BP. Des phases de stabilité biostasiques apparaissent avoir eu lieu ici aux stades 5e-5d, 5b-5a, 3 et 2.

Discussion

Évolution des travertins nord-sahariens au Quaternaire

28Les premiers résultats exposés ici montrent que les travertins les plus anciens ont des âges égaux ou supérieurs à 400 ka BP à Imouzzer, et même à 500 ka BP à Irdi, datations qui ne peuvent être davantage précisées puisqu’elles se trouvent à la limite de la méthode par les séries de l’uranium. Toutefois, des analyses du paléomagnétisme des grains d’hématite et magnétite contenus dans les travertins ont permis de repérer l’inversion Brunhes-Matuyama (780 ka) à une profondeur de 8,84 m au sein du forage d’Irdi (Rousseau et al., 2006). Il apparaît donc que des périodes de croissance des travertins ont existé avant 500 ka, mais les méthodes actuelles de datation ne permettent pas de les situer chronologiquement avec certitude.

29Les autres travertins se répartissent en trois grands groupes d’âges correspondant aux stades 9 ou 8, 5 et 3-2. À Irdi, les travertins des stades 9-8 ne peuvent être distingués des plus anciens à cause de l’incertitude des mesures, tandis qu’à Imouzzer, ces travertins sont séparés des précédents par une incision de plus de 50 m. Jusqu’à présent, les travertins du stade 5 sont repérés seulement à l’oued Noun, où ils n’existent qu’en fond de vallée et à l’état de témoins discontinus à mi-pente des versants. Les travertins très abondants des stades 3 et 2 sont en revanche présents sur tous les sites.

30La comparaison des résultats conduit à deux remarques essentielles : il existe d’abord un parallélisme assez net des périodes de construction de travertins mises en évidence sur ces sites diversifiés de la bordure nord-saharienne, ce qui tend à accréditer l’hypothèse d’une réponse générale aux variations climatiques planétaires. Ensuite, cette réponse générale met en évidence un hiatus très important entre le stade 8 et le stade 3 pour les constructions des deux sites atlasiques d’Irdi et Imouzzer. Les travertins des stades 9-8 et des stades 3-2 y sont séparés respectivement par une discontinuité majeure et par une incision d’une vingtaine de mètres, qui attestent l’existence de phases d’érosion intermédiaires.

Âge et caractéristiques de la phase d’érosion linéaire majeure

31On n’a repéré des travertins du stade 5 qu’à l’oued Noun, qui est le site le plus méridional, à 29° N. Dans les autres cas, aucun travertin n’a encore été daté de cette période, ce qui signifie soit qu’il ne s’en serait alors pas formé, soit que les dépôts ont subi une érosion complète à l’endroit de l’échantillonnage, ou encore que ce dernier reste très incomplet ; en effet, des travertins du stade 5 ont été signalés dans un contexte semblable à celui d’Irdi près de Ouarzazate (Akdim et al., 1994). L’érosion est cependant démontrée à Irdi par la grande discontinuité repérée dans la coupe du radier du Ziz (fig. 5). Elle est certainement liée à une incision de cet oued dans les travertins déjà construits, ce qui suppose des écoulements abondants à forte puissance érosive, impossibles à placer ici sur l’échelle chronologique. Il en est de même à Imouzzer (fig. 4), où les conditions locales favorisent l’érosion verticale ; les grands édifices construits au stade 3 (formations 3) sont emboîtés dans ceux des stades 9-8 (formations 2) et leur hauteur relative a augmenté à cause d’un approfondissement au pied des cascades. La présence de travertins datant du stade 5 à l’oued Noun permet d’avancer un âge minimal pour l’incision majeure des gorges et d’y distinguer trois étapes : la plus ancienne est datée de 120 ka environ par un lambeau de travertin rubané conservé à mi-pente du versant (fig. 7B, coupe A-A’, échantillon 1d), qui montre que la gorge était alors déjà nettement incisée. La deuxième se situe avant 90 ka, âge des travertins de barrage de fond de vallée (fig. 6, couche 3 et fig. 7B, barrage). Les barrages se sont construits alors que la vallée était creusée à un niveau au moins aussi profond qu’aujourd’hui, démontrant l’existence d’une phase d’approfondissement des gorges durant le stade 5. Ceci confirme les observations faites à l’embouchure de l’oued à Foum Assaka, où la plage ouljienne, datée à 92 ka, se trouve à deux mètres seulement au-dessus du niveau du talweg actuel. La troisième phase d’érosion est datée entre 70 et 50 ka, âges de barrages un peu plus élevés au sein du remplissage, correspondant aux couches 5 à Fort Oued Noun (fig. 6) et aux couches 3 à Sidi Messaoud, en relation avec un dépôt résiduel de versant (fig. 7B, coupe A–A’). Ces travertins coiffent le début du remplissage, mais sont recouverts par des apports colluviaux grossiers, témoins d’une phase de forte torrentialité sur les versants. Les sables de ces colluvions sont datés de 45 ka environ par OSL (fig. 6, couches 7-8, et fig. 7B, couche 8b). Le cas de l’oued Noun montre ainsi une première phase d’incision linéaire majeure, débutant avant le stade 5, puis une deuxième phase approfondissant les gorges à un niveau sensiblement équivalent à l’actuel avant 90 ka BP, ce qui était déjà connu régionalement (Weisrock et Rognon, 1977). La troisième phase d’érosion n’est plus linéaire, mais latérale ; elle affecte la partie supérieure des versants jusqu’au substratum et fait presque entièrement disparaître les dépôts latéraux vers 50 ka BP. Cette chronologie de l’incision des gorges de l’oued Noun avant et durant le début de leur remplissage n’est cependant pas transposable sur les deux autres sites où les repères ne sont pas aussi précis.

La formation des travertins au cours des stades isotopiques 3 et 2

32Les stades isotopiques 3 et 2 représentent la période de construction travertineuse la mieux documentée sur la marge nord du désert, avec respectivement plus de quinze datation entre 50 et 30 ka et une dizaine entre 24 et 11 ka BP.

33Un premier groupe de dates situé autour de 50 ka BP montre l’accroissement simultané des travertins dans les cascades d’Imouzzer et dans la vallée de l’oued Noun. À Imouzzer, c’est un énorme dôme progradant de travertins rubanés qui a été daté de 48,4 ± 0,7 ka BP (fig. 5). L’échantillon 06CAS07 correspondant a été prélevé en surface du dôme, sur une de ses enveloppes les plus externes. Il date donc plutôt la fin de la formation de ce dôme dont il sera sans doute difficile de dater le début étant donnée sa grande épaisseur. À l’oued Noun, les travertins datés à 55,9 ± 9,3/8,6 et 50,9 ± 10,8/9,8 ka BP sont des barrages de fond de vallée au Fort Oued Noun (fig. 6), contemporains ou légèrement plus anciens que des travertins surmontant des chenaux fluviatiles, à peu près à mi-épaisseur de l’accumulation totale à Sidi Messaoud (fig. 7), datés à 58,6 ± 8,6/7,9 et 42,5 ± 6,1/5,8 ka BP. Dans les deux cas les constructions requièrent des eaux assez abondantes et régulières.

34Le second groupe de dates est situé autour de 36–30 ka BP et intéresse tous les sites. À Imouzzer, l’échantillon 14CAS07, daté de 36,1 ± 1,0 ka BP, est situé au sommet du massif travertineux 3B (fig. 4B). Ce massif est lui-même emboîté dans le grand ensemble 2A–2B, à la partie apicale du système des grandes cascades. La position de l’échantillon au sein du massif 3B indique que ce dernier avait déjà acquis environ la moitié de sa taille, c’est-à-dire qu’il avait commencé à se former avant cette date, qui n’est pas non plus celle de la fin de sa croissance. Il sera important de dater d’autres échantillons du massif 3B, à l’amont et à l’aval, pour avoir une idée du temps de genèse de l’édifice qui mesure environ 50 mètres dans le sens de sa progradation. Ces dimensions, comme le faciès rubané à lamines centimétriques qui le constitue, donnent la mesure de l’importance de cette période de croissance. À Irdi, la base de l’édifice récent donne un résultat, sans doute très rajeuni, à 29,9 ± 1,3 ka BP, âge minimal de la reprise du fonctionnement des dépôts de source hydrothermale. À l’oued Noun, trois résultats situés à 38 ka BP montrent aussi l’abondance des eaux donnant naissance à des accumulations de travertins au sommet de chenaux. Il est remarquable toutefois que la croissance soit plus nette sur les piémonts atlasiques qu’à l’oued Noun à ce moment-là.

35Une période majeure de croissance des travertins débute donc avant 48 ka et se poursuit jusqu’à 30 ka BP, avec probablement deux maxima de développement autour de 50 ka et de 35 ka BP. À cause des marges d’erreur assez élevées de la spectrométrie alpha, il est difficile de mettre en relation ces deux épisodes précis de construction avec les événements de Heinrich 5 et 4 et les refroidissements corrélatifs des eaux de surface de l’Atlantique oriental aux latitudes du Maroc. Il est probable toutefois que des pluies plus régulières et plus abondantes qu’aujourd’hui se soient produites alors. Leur origine, soit liée aux dépressions atlantiques d’ouest ou ouest-nord-ouest comme indiquées pour le stade 2 (Rognon et Coudé-Gaussen, 1996), soit aux coulées méridiennes d’air polaire ou aux pluies subtropicales de sud-ouest, n’est pas connue. L’effet de cette pluviosité accrue apparaît toutefois plus tardivement dans les sources hydrothermales, ce qui correspond à un temps de réaction plus lent des nappes hydrokarstiques.

36Le stade isotopique 2 est illustré par un groupe de dates situé entre 24 et 11 ka BP. Les travertins sont présents sur les trois sites, avec une représentation plus nette à Irdi. La pondération karstique semble encore jouer à Irdi, avec des dates de croissance en moyenne plus tardives. À l’inverse, les deux résultats de l’oued Noun sont les plus anciens, indiquant un assèchement plus précoce de ce secteur le plus méridional. Dans le détail, l’impact du dernier maximum glaciaire européen marquerait déjà un arrêt de la travertinisation à l’oued Noun, une phase érosive à Imouzzer, et un fonctionnement à plein régime des sources hydrothermales d’Irdi. Les échantillons Irdi 2S daté à 16,8 ± 0,5 ka, Irdi car. 3,6 m daté à 16,6 ± 0,2 et Imouzzer 16CAS07, daté à 15,4 ± 0,3 ka BP sont intéressants dans la mesure où cette période du Pléistocène terminal est fort mal connue régionalement. Les premiers montrent la poursuite de la travertinisation hydrothermale. Le troisième, récolté dans le chenal d’écoulement actuel de l’oued, entaillé dans le travertin du stade 3, tapisse de manière discontinue les bordures du chenal et le substrat rocheux affleurant. Ce travertin rubané se caractérise par une faible épaisseur de quelques décimètres, mais une excellente cristallisation et une faible teneur en argiles. Ses conditions de dépôt suggèrent, après une incision linéaire torrentielle lors du dernier maximum glaciaire ou peu après, l’installation d’écoulements plus réguliers. Cette occurrence semble très courte, les faciès formés ensuite étant détritiques, comme à Irdi. Dans le Sud marocain, ces observations montrent pour la première fois l’existence d’une brève récurrence humide durant la période sèche pendant laquelle a eu lieu le creusement majeur anté-Holocène, entre 17 et 10 ka BP.

Conclusion

37Au Maroc nord-oriental (Mezrhab et al., 1998) trois phases de travertinisation datées respectivement à plus de 350 ka, à 72,9 ± 3,5/3,4 ka, et de 35,1 ± 0,7 à 15,9 ± 2,9 ka BP, sont séparées par des incisions majeures. D’autres datations de travertins au Maroc oriental et méditerranéen (Akdim et al., 1994 ; Akdim et Julia, 2005 ; Boudad et al., 2003 ; Rousseau et al., 2006) fournissent des âges répartis sur trois périodes du Quaternaire : les plus anciens, situés au-delà de la limite de la méthode, sont supérieurs à 400 000 ans ; les âges moyens sont proches de 260 000 ans et les derniers, beaucoup plus récents, se situent entre 30 000 et 10 000 ans. Bien que ces régions fassent partie d’un domaine climatique méditerranéen moins sec que la bordure nord-saharienne, on remarque que les périodes de croissance sont relativement bien corrélées sur l’ensemble des sites étudiés. Ces périodes de croissance correspondent à des stades froids de la courbe isotopique planétaire, c’est-à-dire, en première approximation, à des périodes pluviales au Maroc, ce que des analyses radiochronologiques et palynologiques plus nombreuses pourraient confirmer. Le très long hiatus observé entre les constructions majeures du stade 8 et celles du stade 3, entre 300  et 50 ka, –peut-être amplifié par un échantillonnage encore très incomplet– résulte d’une phase complexe d’érosion linéaire dont les trois derniers épisodes sont précisés à l’oued Noun, entre 120 et 50 ka.

38Sur la bordure nord-saharienne, aux stades 3 et 2, les résultats obtenus sont plus nombreux et relativement plus précis (fig. 8).

Fig. 8 – Synthèse des résultats pour les derniers 120 ka.
Fig. 8 – Results synthesis for the last 120 kyr.

Fig. 8 – Synthèse des résultats pour les derniers 120 ka. Fig. 8 – Results synthesis for the last 120 kyr.

A : résultats des datations pour les derniers 120 ka ; 1 : travertins liés à des écoulements ; 2 : travertins hydrothermaux ; 3 : barrages travertineux. B : évolution morphodynamique des derniers 120 ka. 1 : édification de travertins ; 2 : édification probable de travertins ; 3 : dépôt de silt ; 4 : forte incision ; 5 : incision mineure.
A: results of the datings for the last 120 kyr; 1: river travertines; 2: hydrothermal travertines; 3: travertine dams. B: morphodynamical evolution of the last 120 kyr; 1: travertine edification; 2: probable travertine edification; 3: silt deposit; 4: deep  incision; 5: minor incision.

39Les phases de travertinisation les mieux marquées se situent autour de 50 et de 30 ka BP. Elles se traduisent par la construction de grands édifices rubanés à Imouzzer et de barrages de travertins à l’oued Noun, qui devaient requérir des écoulements pérennes assez abondants. Leur contexte paléoclimatique correspond à celui de deux phases de sédimentation fluviale bien représentées sur le pourtour méditerranéen, en Espagne, en Grèce et en Libye (Macklin et al., 2002), qu’il est tentant de corréler respectivement aux événements Heinrich 5 et 4, ce qui serait en faveur d’une origine polaire des précipitations correspondantes. Le degré d’imprécision des mesures interdit toutefois d’affirmer une telle coïncidence. Seule la seconde phase est détectée pour le moment à Irdi, ce qui semble confirmer le décalage de la réponse des travertins hydrothermaux.

40Une corrélation identique est plausible pour les travertins d’Imouzzer et d’Irdi datés de 15 et 16 ka BP avec une faible marge d’erreur. En effet, un brusque refroidissement des températures des eaux de surface de l’Atlantique sub-tropical est mis en évidence lors de l’événement Heinrich 1 (Bard et al., 2000 ; Schulte et al., 2000). Il faut remarquer toutefois que ces travertins ne sont pas reconnus sur le site le plus méridional, où l’on observe les signes d’une aridification progressive dès 17 ka BP (Weisrock et al., 2006). Il apparaît donc que si dans l’ensemble la signification humide des travertins ne peut être niée en milieu aride, leur occurrence obéit à des facteurs géomorphologiques locaux qui peuvent se révéler déterminants ; les résultats montrent que l’assimilation  d’une période de construction travertineuse à un stade humide donné est trop schématique et que les processus géomorphologiques sont sensibles à des variations plus subtiles, nécessitant un plus grand nombre d’observations et d’analyses. Celles-ci sont nécessaires pour intégrer les signaux délivrés par les travertins dans les reconstitutions paléoclimatiques à haute résolution.

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Annexe

English Abridged Version

Travertines of the arid zone are generally regarded as remnants of Quaternary humid phases. At the northern border of the Moroccan Sahara, Quaternary travertines were sampled in order to establish the chronology of wet periods. Relationships between this continental chronology and the global Quaternary climatic trends were expected.  Three main locations were choosen, in a fluvial filling at Wadi Noun (two sites), in a great waterfall deposit at Imouzzer and in a hydrothermal mound at Irdi. Wadi Noun lies at 29° N near the Atlantic coast at a very low altitude, Imouzzer and Irdi at 31° N, respectively in the Atlantic Atlas at an altitude of 1100 m and on the Tafilalet arid piedmont at ca. 750 m, in a more continental area (fig. 1). The sediments of Wadi Noun contain different varieties of travertine: stromatolitic dams at their bottom, bioclast-supported concretions (reed and charophyts) and oncolits in the channel beds, and remnants of waterfall laminated deposits near the slopes. They were deposited during and after the Ouljian (= Eemian) Atlantic transgression, from ca. 120 ka to the Holocene (fig. 6 and fig. 7) (Weisrock et al., 2006). At the great waterfall of Imouzzer (fig. 4B), previous geomorphological and palynological studies have shown at least four great series of laminated  travertine formations, which were thought to develop from the Middle Quaternary at least to the Holocene (Weisrock, 1980). Previously, the hydrothermal accretion of Irdi was dated at more than 260 ka at its base and from the Holocene at its top (fig. 5) (Rousseau et al., 2006).

The samples studied here consist of very well crystallised laminated facies. They were dated by two U-series methods: classic alpha spectrometry for the Wadi Noun sites, by the Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement de Gif-sur-Yvette (France), and TIMS technique for the new Imouzzer and Irdi samples, by the GEOTOP Laboratory of Montreal-UQAM (Canada). Some samples of these latter sites were also dated by alpha spectrometry at the Laboratoire de l’Institut de Paléontologie Humaine de Paris (France). The results are drawn in the table 1 (Imouzzer), table 2 (Irdi), table 3 (Wadi Noun, at the Fort) and table 4 (Wadi Noun, at Sidi Messaoud).

At Imouzzer, the four generations of travertines occurred before MIS 11, at MIS 9-8, MIS 3 and MIS 2. The largest recent accretion occurred during MIS 3. At Irdi, they grew before MIS 9 and during MIS 8, MIS 3 and MIS 2. The most important part of the visible accretion corresponds here also to MIS 3 and MIS 2. At Wadi Noun, the travertines are thinner and more discontinuous. They developed during MIS 5, MIS 3 (mainly) and MIS 2. Globally, the periods of travertine growth at this northwestern Saharan border are older than MIS 11, the MIS 9-8, the MIS 5 (only at Wadi Noun), the MIS 3 and 2, which are here thought to be “pluvial” epochs, except for MIS 5 (fig. 8). In the mountainous sites (Irdi and Imouzzer), a great hiatus appears between MIS 9-8 and MIS 3. Although more sampling would be needed, this hiatus may correspond to strong erosional events. Discontinuous travertines of remnant dams and waterfall deposits along the slopes were found at Wadi Noun and allowed to better define the chronology of the incision, before and during MIS 5. This stage is regionally well known for the deep incision of the valleys (Weisrock and Rognon, 1977), but with very few climatic data along the Moroccan Atlantic coast, despite a tropical trend of the marine fauna at 120 and 90 ka (Weisrock et al., 1999).

The best correlation in the morphological evolution between the three locations and different kinds of travertines is reached at MIS 3. There is evidence of abundant and regular flows along the southern borders of the Atlas Mountains, especially about 50 ka and 30 ka BP, but the origins of the rainfall increas– more polar, or more tropical fluxes– are still unknown.

During MIS 2, the travertines grew in the three locations, but with clear differences: the southernmost site was early dryed, probably since 20–18 ka; at the opposite, a period of accretion occurred later at Irdi, where the hydrothermal water originates from the High Atlas. At about 16 ka, high water supply resulted in erosion at Imouzzer waterfall and conversely in travertine construction at Irdi, as a result of a high groundwater level. At 15 ka, new travertines appeared at Imouzzer. At this time, a cooling phase is known at the surface of the eastern tropical Atlantic (Bard et al., 2000; Schulte et al., 2000). The results of this study show that travertines should not be regarded only as global rainfall indicators, but also (and more?) as local and regional morphodynamical dependant proxies.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Localisation des montagnes et sites étudiés. Fig. 1 Location of mountains and studied sites.
Légende 1 : montagnes ; 2 : sites étudiés ; 3 : villes principales.1: mountains; 2: studied sites; 3:main towns.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-1.png
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Titre Fig. 2 – Cadre géologique des travertins d’Imouzzer et profil du cours d’eau.Fig. 2 Geological frame of the Imouzzer travertines and river profile.
Légende A : cadre géologique ; 1 : anticlinal ; 2 : synclinal ; 3 : crêt majeur ; 4 : gorges ; 5 : limite orientale du bassin versant ; 6 : massif travertineux ; 7 : oued. B : profil du cours d’eau principal ; 1 : travertin ; 2 : source.A: geological frame; 1: anticline; 2: syncline; 3: main scarp; 4: gorges; 5: eastern border of the drainage basin; 6: travertine deposit; 7: wadi. B: profile of the main river; 1: travertine; 2: water spring.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-2.png
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Titre Fig. 3 – Travertins d’Imouzzer–école : cadre morphologique et localisation des échantillons. Fig. 3 Travertines of Imouzzer-school: morphological setting and location of the samples.
Légende A : cadre morphologique ; 1 : calcaires dolomitiques ; 2 : marnes calcaires ; 3 : argiles et marnes ; 4 : conglomérat ; 5 : travertins lités. B : localisation des échantillons ; 1 : échantillons ; 2 : position GPS.A: morphological setting; 1: dolomitic limestones; 2: calcareous marls; 3: clays and marls; 4: conglomerate; 5: banded travertines. B: samples location; 1: samples; 2: GPS location.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-3.png
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Titre Fig. 4 – Travertins d’ Imouzzer-cascade. Fig. 4 Imouzzer-waterfall travertines.
Légende A : édifice élémentaire ; 1 : moulage initial ; 2 : dépôt progradant maximal ; 3 : dépôt progradant secondaire emboîté, a) grotte sous cascade ; b) rainure d’incision ; c) vasque d’érosion ; d) niveau d’eau maximal. B : principales formations des cascades d’Imouzzer ; 1 : première formation ; 2 : deuxième formation ; 3 : troisième formation ; 4 : quatrième formation ; 5 : végétation ; 6 : écoulement de crue ; 7 : écoulement laminaire ; 8 : échantillons datés.A: waterfall elementary construction; 1: first coating deposit; 2: main prograding deposit; 3: secondary fitted deposit, a) cave under waterfall, b) incision rill, c) erosion basin, d) maximal level of water. B: main formations of travertines at Imouzzer waterfall; 1: first formation; 2: second formation; 3: third formation; 4: fourth formation; 5: vegetation; 6: flood flow; 7: laminar flow; 8: dated samples.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-4.png
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Titre Tableau 1 – Résultats radiochronologiques obtenus par uranium-thorium (TIMS) sur les formations travertineuses d’Imouzzer Ida Ou Tanane.Table 1 – Uranium-thorium (TIMS) radiochronological results of the travertine formations from Imouzzer Ida Ou Tanane.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-5.png
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Titre Fig. 5 – Coupe d’Irdi. Fig. 5 – Irdi section.
Légende A : dispositif géomorphologique ; 1 : conglomérats ; 2 : sables ; 3 : travertins. B : détail de la coupe ; 1 : formation inférieure ; 2 : formation supérieure ; D : discontinuité majeure. Les points noirs localisent les échantillons ; les encadrés indiquent les dates correspondantes, en caractères standard pour la spectrométrie alpha et en italique pour le TIMS.A: morphological setting; 1: conglomerates; 2: sands; 3: travertines. B: detail of the cross-section; 1: lower formation; 2: upper formation; D: main discontinuity. The dark points indicate the samples location; the framed figures show the correspondant datings in standard characters for the alpha spectrometry and italic for the TIMS.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-6.png
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Titre Tableau 2 – Résultats radiochronologiques obtenus par uranium-thorium (TIMS et  spectrométrie alpha) sur les formations d’Irdi.Table 2 – Uranium-thorium (TIMS and alpha spectrometry) radiochronological results of the Irdi formations.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-7.png
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Titre Fig. 6 – Coupe de Fort Oued Noun (d’après Weisrock et al., 2006) : situation stratigraphique des échantillons datés. Fig. 6 – Section of Fort Oued Noun (after Weisrock et al., 2006): stratigraphic location of dated samples.
Légende 1 : galets ; 2 : colluvions ; 3 : travertins ; 4 : sables ; 5 : limons ; 6 : croûte calcaire ; 7 : échantillon daté ; 8 : numérotage des couches.1: pebbles; 2: colluviums; 3: travertines; 4: sands; 5: silts; 6: calcrete; 7: dated sample; 8: layers numbering.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-8.png
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Titre Fig. 7 – Coupes de Sidi Messaoud et situation stratigraphique des échantillons datés. Fig. 7 Sections of Sidi Messaoud and stratigraphic location of dated samples.
Légende A : remplissage à Sidi Messaoud ; A–A’ : coupe du versant ; B–B’ : coupe sud-est ; B’’–B’’’ : coupe principale et de la colline ; C–C’ : coupe de la piste ; C’’–C’’’ : coupe du marabout ; 1 : substratum ; 2 : colluvions ; 3 : galets ; 4 : travertins ; 5 : limons ; 6 : sables. B : détail des coupes et résultats des datations. 1 à 34 : numérotage des couches.A: valley-fill at Sidi Messaoud; A–A’: slope section; B–B’: south-eastern section; B’’–B’’’: main section and hill section; C–C’: track section; C’’-C’’’: marabou section; 1: substrate; 2: colluviums; 3: pebbles; 4: travertines; 5: silts; 6: sands. B: detail of the sections and dating results. 1 to 34: numbering of the layers.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-9.png
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Titre Tableau 3 – Résultats radiochronologiques obtenus par spectrométrie alpha sur les formations de Fort Oued Noun.Table 3 – Uranium-thorium alpha spectrometry radiochronological  results of the Fort Oued Noun formations.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-10.png
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Titre Table 4 – Résultats radiochronologiques obtenus par spectrométrie alpha sur les formations de Sidi Messaoud, Oued Noun.Table 4 – Uranium-thorium alpha spectrometry radiochronological results of the Sidi Messaoud, Wadi Noun formations.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-11.png
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Titre Fig. 8 – Synthèse des résultats pour les derniers 120 ka. Fig. 8 – Results synthesis for the last 120 kyr.
Légende A : résultats des datations pour les derniers 120 ka ; 1 : travertins liés à des écoulements ; 2 : travertins hydrothermaux ; 3 : barrages travertineux. B : évolution morphodynamique des derniers 120 ka. 1 : édification de travertins ; 2 : édification probable de travertins ; 3 : dépôt de silt ; 4 : forte incision ; 5 : incision mineure.A: results of the datings for the last 120 kyr; 1: river travertines; 2: hydrothermal travertines; 3: travertine dams. B: morphodynamical evolution of the last 120 kyr; 1: travertine edification; 2: probable travertine edification; 3: silt deposit; 4: deep  incision; 5: minor incision.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/6793/img-12.png
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Pour citer cet article

Référence papier

André Weisrock, Louis Rousseau, Jean-Louis Reyss, Christophe Falguères, Bassam Ghaleb, Jean-Jacques Bahain, Jacques Beauchamp, Larbi Boudad, Norbert Mercier, Geoffroy Mahieux, Jean-Pierre Pozzi, Nouha Janati-Idrissi et Abderrahmane Ouammou, « Travertins de la bordure nord du Sahara marocain : dispositifs morphologiques, datations U/Th et indications paléoclimatiques », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 14 - n° 3 | 2008, 153-167.

Référence électronique

André Weisrock, Louis Rousseau, Jean-Louis Reyss, Christophe Falguères, Bassam Ghaleb, Jean-Jacques Bahain, Jacques Beauchamp, Larbi Boudad, Norbert Mercier, Geoffroy Mahieux, Jean-Pierre Pozzi, Nouha Janati-Idrissi et Abderrahmane Ouammou, « Travertins de la bordure nord du Sahara marocain : dispositifs morphologiques, datations U/Th et indications paléoclimatiques », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 14 - n° 3 | 2008, mis en ligne le 01 octobre 2010, consulté le 18 décembre 2017. URL : http://journals.openedition.org/geomorphologie/6793 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.6793

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Auteurs

André Weisrock

Université Nancy 2, CERPA, BP 33-97, 54015 Nancy Cedex. Courriel : andre.weisrock@univ-nancy2.fr

Articles du même auteur

Louis Rousseau

Muséum National d’Histoire Naturelle, département de Préhistoire, 1 rue René-Panhard, 75013 Paris. Courriel : lrousseau@mnhn.fr ; laboratoire de Sédimentologie et de Géochimie, UMR 5198, université de Picardie Jules Verne, 33 rue Saint-Leu, 80039 Amiens

Jean-Louis Reyss

Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, avenue de la Terrasse, 91110 Gif-sur-Yvette Cedex. Courriel : jean-louis.reyss@lsce.cnrs-gif.fr

Christophe Falguères

Muséum National d’Histoire Naturelle, département de Préhistoire, 1 rue René-Panhard, 75013 Paris.

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Bassam Ghaleb

GEOTOP, université du Québec à Montréal, Case postale 8888, succursale A, Montréal, Québec, H3C 3P8, Canada

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Jean-Jacques Bahain

Muséum National d’Histoire Naturelle, département de Préhistoire, 1 rue René-Panhard, 75013 Paris.

Jacques Beauchamp

Muséum National d’Histoire Naturelle, département de Préhistoire, 1 rue René-Panhard, 75013 Paris. ; laboratoire de Sédimentologie et de Géochimie, UMR 5198, université de Picardie Jules Verne, 33 rue Saint-Leu, 80039 Amiens

Larbi Boudad

Université Moulay-Ismaïl, faculté des Sciences et Techniques, Boutalamine, BP 141, Errachidia, Maroc

Articles du même auteur

Norbert Mercier

Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, avenue de la Terrasse, 91110 Gif-sur-Yvette Cedex

Geoffroy Mahieux

Laboratoire de Sédimentologie et de Géochimie, UMR 5198, université de Picardie Jules Verne, 33 rue Saint-Leu, 80039 Amiens ; laboratoire Géosystèmes, UMR 8157, université de Lille1, 59655, Villeneuve d’Ascq

Jean-Pierre Pozzi

École Normale Supérieure, Géologie, 24 rue Lhomond, 75231 Paris

Nouha Janati-Idrissi

Muséum National d’Histoire Naturelle, département de Préhistoire, 1 rue René-Panhard, 75013 Paris.

Abderrahmane Ouammou

Université Ibn Zohr, Géographie, BP 29 S, Agadir Principal, Maroc

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