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La mise en place et l’extension latérale des tourbières au tardiglaciaire et à l’holocène sur la bordure orientale du Massif Central (France) : l’exemple de la tourbière de Molhiac dans les monts du Forez

Peat initiation and lateral expansion of mires during the lateglacial and the holocene on the eastern region of French Massif Central: the case of Molhiac mire in les monts du Forez mountain range
Hervé Cubizolle, Jordan Tholly, Christine Oberlin et Arnaud Tourman
p. 293-306

Résumés

L’étude de la mise en place puis du rythme de l’extension latérale de la tourbière de Molhiac dans les Monts du Forez s’appuie sur une série de datations par le radiocarbone réalisées en 34 points de la tourbière, dans la zone de contact entre la couche basale de tourbe et les faciès organo-minéraux sous-jacents. 34 de ces dates, soit une à la base de chaque point de carottage, ont été retenues pour caler chronologiquement le démarrage de la turfigenèse. Ces dates ont ensuite été utilisées pour réaliser une interpolation ce qui a permis de quantifier l’extension latérale exprimée en m²/an. L’évolution des vitesses de progression de la tourbière depuis l’Allerød a été confrontée aux chronologies bioclimatiques et culturelles locales et régionales. On a pu ainsi démontrer l’imbrication des facteurs climatiques, hydro-géomorphologiques et anthropiques dans l’histoire de l’extension latérale de la tourbière. Sur la base de ces résultats cette dynamique turfigène en Europe Occidentale se distinguerait de celle des plus hautes latitudes par des gains de surface et des vitesses d’extension latérale maximales à l’Atlantique ancien, par un ralentissement très marqué au Subboréal qui semble d’origine climatique et enfin par un blocage au Subatlantique à mettre sur le compte de l’impact de la pression agro-pastorale.

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Texte intégral

Nous tenons à remercier Arnaud Duranel, Pierre-Olivier Mazagol et Thierry Joliveau pour leurs éclairages forts utiles concernant les méthodes d’interpolation avec ArcGis et spécialement Arnaud Duranel pour sa relecture du manuscrit et sa correction du résumé en anglais. Pierre Mille, dendrologue à l’INRAP et membre associé de l’UMR 560 CNRS EVS, a identifié les bois prélevés dans les séquences tourbeuses. Ces recherches s’inscrivent dans les activités de la Zone Atelier CNRS Loire et sont co-financées, d’une part, par l’Union Européenne (FEDER) et l’Agence de l’Eau Loire-Bretagne, dans le cadre du programme AGES et, d’autre part, par le conseil régional de Rhône-Alpes et le conseil général de la Loire. Merci beaucoup à Philippe Galet du CDRC de l’université de Lyon 1 pour son aide à l’homogénéisation des calibrations et Jean-Claude Lefèvre pour les discussions autour du 14C. Nous n’oublions pas l’aide très précieuse des étudiants de l’université Jean Monnet de Saint-Etienne qui ont participé aux campagnes de carottages. Nous remercions enfin les deux relecteurs, Olivier Manneville et Martin Lavoie pour leurs critiques très constructives.

1 - Introduction

1L’intérêt porté à la dynamique holocène des accumulations de tourbe depuis la publication de Gorham (1991) consacrée aux relations entre cycle du carbone, mise en place puis extension des tourbières des zones boréales et arctiques et changements climatiques postglaciaires n’a fait que s’amplifier au cours des 20 dernières années, le nombre de publications passant de moins de 1 000 en 1990-1991 à près de 4 500 en 2012-2013 (Yu et al., 2014). Tout ou partie de ces travaux concerne les chronologies du démarrage des accumulations de tourbe, de leur extension latérale, de leur développement vertical. L’immense majorité des recherches sur ces thèmes s’intéresse aux tourbières des hautes latitudes de l’hémisphère nord, de l’Alaska au Japon en passant par la Fenno-Scandinavie et la Sibérie (Payette, 1984 ; Solem, 1984, 1989, 1991 ; Takahashi, 1990 ; Korhola, 1995 ; Halsey et al., 1998 ; Peteet et al., 1998 ; Kremenetski et al., 2003 ; Smith et al., 2004 ; MacDonald et al., 2006 ; Gohram et al., 2007 ; Mäkilä & Moisanen, 2007 ; Peregon et al., 2009 ; Jones & Yu, 2010 ; Korhola et al., 2010 ; Weckström et al., 2010). Les travaux abordant plus spécialement l’extension latérale des tourbières sont concentrés sur la Fenno-Scandinavie (par ex. Weckström et al., 2010).

2Rares sont en revanche les études traitant des latitudes moyennes. Par ailleurs, pour ces régions, seule la question du démarrage de la turfigenèse a jusqu’à présent été abordée (Moore, 1975, 1988, 1993 ; Caseldine & Hatton, 1993 ; Ponteverda-Pombal et al., 2006 ; Cubizolle et al., 2012). Cette moindre attention aux tourbières du domaine tempéré s’explique vraisemblablement par la relative modestie des volumes de tourbe stockés et donc une influence plus limitée sur les bilans carbone et méthane.

3Il n’en demeure pas moins que l’apparition puis le développement des tourbières des moyennes latitudes sont tout aussi étroitement liés aux changements climatiques survenus depuis la fin du Pléniglaciaire würmien. En conséquence, leur étude approfondie, couplée à l’apport des données paléoécologiques et géomorphologiques, constitue un apport fondamental à la connaissance des évolutions bioclimatiques et hydrologiques du Tardiglaciaire et de l’Holocène (Cubizolle et al., 2012). Mais aux latitudes moyenne en général et en Europe Occidentale en particulier les dynamiques turfigènes sont également influencées depuis plusieurs millénaires par l’accentuation de l’emprise des sociétés agro-pastorales sur les milieux (Frenzel, 1979 ; Moore, 1975, 1988, 1993 ; O’Connell, 1990 ; Caseldine & Hatton, 1993). C’est en particulier le cas dans le Massif Central oriental français (Cubizolle et al., 2004, 2012, 2013a). Les tourbières des régions de vieilles civilisations agraires ne sont donc pas seulement en interactions avec le climat ; elles participent d’un système écologique plus complexe qui s’organise autour de trois pôles : la tourbière, le climat et les influences humaines. Ceci complique singulièrement la compréhension du développement de ces écosystèmes humides mais fait aussi l’originalité de ces recherches par rapport à celles conduites aux hautes latitudes.

Fig. 1 : Localisation de la tourbière de Molhiac dans les Monts du Forez (Massif central oriental).

Fig. 1 : Localisation de la tourbière de Molhiac dans les Monts du Forez (Massif central oriental).

2 - Cadre géographique de l’étude

4La tourbière de Molhiac (N 45°30’07’’ ; E 3°51’21’’) est située en tête de réseau hydrographique à 1 130 m d’altitude dans le sud des Monts du Forez, un massif granito-gneissique du Massif Central oriental (fig. 1) (Etlicher, 1986, 2005). Elle couvre un peu plus de 3 hectares dans le fond de la vallée de la Ligonne, un cours d’eau du haut bassin de la Loire (fig. 2). Plus précisément la tourbière s’étale à partir de la base du versant oriental de la vallée en direction du ruisseau qu’elle n’atteint pas (fig. 2). Au pied du versant on voit sourdre de nombreuses sources qui alimentent la tourbière et les zones humides qui la bordent.

5D’un point de vue géomorphologique, elle se localise au cœur de l’étage périglaciaire würmien, 11 km au sud des zones englacées les plus méridionales (Etlicher, 1986). La tourbe repose sur quelques décimètres de sédiments sablo-graveleux d’origine essentiellement colluviale qui recouvrent des arènes remaniées à blocs visibles dans le ruisseau de la Ligonne. La vallée est largement ouverte sur le sud si bien que le caractère montagnard du climat océanique est ici quelque peu atténué, avec notamment un manteau neigeux très intermittent. Les précipitations sont de l’ordre de 1 100 mm et les températures moyennes annuelles de 6°C (Suchel, 1990).

6D’un point de vue écologique et floristique, la tourbière de Molhiac se compose de deux grandes entités :

7- un noyau central est de nature ombrotrophe mais son couvert végétal a été fortement affecté par l’activité pastorale dans un secteur marqué par une forte emprise agricole jusqu’aux années 1960. Pâturage, creusement de rigoles de drainage plus ou moins profondes et feux, sont autant d’interventions qui ont mis à mal l’équilibre de l’écosystème aujourd’hui peu caractéristique. Ainsi, un noyau central se compose de buttes turfigènes ombrominérotrophes occupées par des taxons mésophiles tels que, d’une part, Sphagnum capillifolium, Sphagnum rubellum, Polytrichum commune, Calluna vulgaris et, d’autre part, Deschampsia flexuosa qui domine entre les buttes dans les couloirs correspondant au passage du bétail (Pouvaret & Thébaud, 2007) ;

8- en bordure de ce noyau ombrotrophe, le caractère minérotrophe est partout très affirmé avec vers l’est, le long du versant, une juxtaposition de plages associant Juncus effusus, Juncus acutiflorus et Deschampsia cespitosa, cette dernière espèce se retrouvant largement au sud-ouest où elle cède toutefois la place à Molinia caerulea dans les secteurs moins humides. Enfin on observe un couloir très hydromorphe à Carex rostrata et sphaignes (Sphagnum fallax en particulier) qui s’étire à partir du bombement vers le sud-sud-ouest.

Fig. 2 : Position de la tourbière de Molhiac (Monts du Forez) dans la configuration hydrologique et géomorphologique locale.

Fig. 2 : Position de la tourbière de Molhiac (Monts du Forez) dans la configuration hydrologique et géomorphologique locale.

 1/ tourbiere de Molhiac, 2/ secteur boise, 3/ base des versant, 4/ versant.

9Des études précédentes ont montré que cette tourbière était une des plus anciennes du Massif Central oriental avec un démarrage de la turfigenèse au tout début de l’Holocène (Ly-9929, 11 205-10 775 ans cal. BP, Cubizolle et al., 2012).

3 - Méthodologie

10La tourbière de Molhiac a été considérée comme un site expérimental pour l’étude de l’extension latérale des tourbières car les méthodologies proposées par la bibliographie restent assez sommaires, tant pour ce qui est du dispositif de carottage que pour ce qui relève du protocole d’échantillonnage des couches basales de tourbe.

11A Molhiac la démonstration repose sur la datation par le radiocarbone de la couche basale de la tourbe en 34 points de la tourbière. Les limites de celle-ci sont fixées par une épaisseur de tourbe égale ou supérieure à 50 cm ce qui donne une superficie de 31 609 m² arrondi à 3,16 ha (Manneville, 1999 ; Cubizolle, 2005 ; Cubizolle & Sacca, 2011). On a ainsi, en moyenne, un point de datation à la base pour environ 930 m² soit une densité incomparablement supérieure à celles relevées dans la bibliographie, notamment lorsque les études concernent les vastes tourbières des latitudes boréales et arctiques. Ainsi par exemple Zhao et al. (2014) ne disposent que de 59 dates pour 4 500 km² de tourbières ! Et Peregon et al. (2009) abordent sans trembler la plus grande tourbière du monde, la Great Vasyugan mire en Sibérie et ses 55 000 km² avec 7 dates seulement ! En Finlande enfin, Korhola (1994) travaille avec 16 dates pour les 5,8 km² de la tourbière de Reksuo et 14 dates pour les 8,57 km² de la tourbière de Kontolanrahka. A l’instar de Ruppel et al. (2013) nous insistons donc sur la nécessité absolue de disposer de nombreuses datations pour chaque site étudié.

12Un travail préalable de restitution de la topographie et des stratigraphies a été mené au moyen d’une station totale Leica 403L couplée à un DGPS Trimble GeoExplorer 3000 à précision infra-métrique et à des sondages à la barre métallique permettant d’estimer les épaisseurs de tourbe. Au total 23 profils topo-stratigraphiques, plusieurs centaines de sondages à la barre et une quarantaine de carottages ont été réalisés. Ces carottages au carottier manuel russe ont été effectués tout d’abord selon deux transects, l’un longitudinal soit nord-sud ici, l’autre transversal, soit est-ouest, une méthode généralement suffisante pour aborder la question de l’extension latérale (Korhola, 1994 ; Mäkilä, 1997). Cependant, si ce protocole semble assez bien adapté au bombement circulaire ou ovoïde de forme régulière, il n’est absolument pas suffisant pour une tourbière à la géométrie plus complexe comme celle de Molhiac. Aussi, après avoir obtenu les résultats d’une première série de datations par le radiocarbone, nous avons complété le plan de carottage par de nombreux points disposés autour des deux zones qui se sont révélées les plus anciennes.

13Sur chacune des 34 séquences tourbeuses, les prélèvements en vue des datations par le radiocarbone ont été réalisés en s’appuyant sur la méthodologie mise au point par Cubizolle et al., 2007, 2012). En résumé nous avons procédé de la façon suivante :

14- un seul échantillon pris à la base de la tourbe lorsque le contact avec les faciès organo-minéraux sous-jacents est franc ;

15- 2 ou 3 échantillons prélevés entre le sommet du faciès organo-minéral et la couche de tourbe basale lorsque le passage de l’un à l’autre est progressif et plus difficile à positionner.

16Nous avons considéré comme tourbe le sédiment comportant plus de 30 % de matière organique, un pourcentage estimé au moyen de la méthode de la perte au feu (Heiri et al., 2001 ; Cubizolle, 2009 ; Cubizolle et al., 2007) et qui correspond à la limite entre la tourbe altérée et l’anmoor pour les pédologues (Duchaufour, 1983 ; Mathieu & Lozet, 2011). Le matériel daté est, soit un sédiment riche en matière organique pour les faciès organo-minéraux, soit de la tourbe indifférenciée, généralement saprique, si bien que les macro-restes végétaux la composant sont très difficiles à identifier. Dans tous les cas les fragments de bois ont été systématiquement enlevés pour éviter les problèmes posés par la présence d’éventuelles racines. Le volume des échantillons est en moyenne de 1 cm3 ce qui implique le plus souvent des datations AMS. L’examen de la bibliographie montre que la qualité et la quantité de sédiments prélevés varie considérablement d’un auteur à l’autre, certains ne donnant même aucune précision sur la méthode d’échantillonnage. Ainsi par exemple, avec le même outil que le nôtre pour l’extraction des carottes, Korhola (1992) a prélevé des échantillons de tourbe longs de 6 à 10 cm et comportant au moins 70 % de matière organique. Zhao et al. (2014) quant à eux ont sélectionné des échantillons de 1 cm d’épaisseur mais choisi une teneur en matière organique de 50 %. Ces différences notables de protocole peuvent rendre délicate les comparaisons entre les études.

17Les âges calibrés BC/AD et BP sont fournis avec une probabilité de 95,4 % soit 2 sigma. Toutes les analyses ont été effectuées par le Centre de Datation par le Radiocarbone de l’Université Claude Bernard (Lyon I, France) en collaboration avec le Centre for Isotope Research de Groninguen (Pays-Bas) et le Laboratoire de Mesure du Carbone 14 (LMC14) de Saclay (France). Les dates par le radiocarbone ont été calibrées au moyen du programme OxCal 2013 v. 4.1.7 lequel utilise la courbe de calibration IntCal 2013 (Reimer et al., 2013).

18Tous les résultats des datations discutés dans cet article figurent dans le tableau 1. Il s’agit des âges les plus anciens obtenus à la base de chacune des 34 séquences. A noter que seuls 31 âges ont finalement été utilisés pour la modélisation de l’extension latérale. En effet l’échantillon Molhiac B1 à -260 cm provient de la première carotte réalisée à titre exploratoire sur le site en 2000 et sa localisation n’est pas suffisamment précise pour être intégrée au modèle. L’échantillon Molhiac C3A2 provient d’une carotte réservée à l’étude des téphras et l’âge obtenu se situe 20 cm au dessus de la base de la tourbe. Il montre toutefois une excellente cohérence avec les dates basales du secteur qui se placent autour de 12 600 ans cal. BP. Enfin l’échantillon Molhiac 7213 a été exclu car l’âge qu’il a fourni est très jeune par rapport aux âges alentour qui se placent entre 13 400 et 12 500 ans cal. BP. Il y a eu vraisemblablement pollution à l’échantillonnage ou lors des manipulations en laboratoire.

Tab. 1 : Âges radiocarbone obtenus sur des sédiments organiques et tourbeux des 34 séquences datées sur la tourbière de Molhiac (monts du Forez).

Tab. 1 : Âges radiocarbone obtenus sur des sédiments organiques et tourbeux des 34 séquences datées sur la tourbière de Molhiac (monts du Forez).

19Afin d’obtenir des tendances sur les rythmes d’extension latérale des systèmes tourbeux, ces 31 datations de la couche basale de tourbe ont été utilisées pour réaliser une interpolation, sur la superficie totale de la tourbière, grâce au logiciel ArcGis 10.2. L’outil «Spatial Analyst » propose plusieurs méthodes d’interpolation déterministes ou géostatistiques. Après de très nombreux essais, la méthode «Spline» s’est révélée la plus adaptée à notre base de données. Elle constitue une technique d’interpolation déterministe se basant sur une fonction mathématique pour déterminer les valeurs de chaque pixel et produisant une surface lisse. Le type de spline « tension » (au lieu du type « régularisé » plus contraignant) a été employé sans modifier le paramètre « Poids » utilisé par défaut. Cette méthode d’interpolation présente l’avantage de respecter précisément la valeur des points de références - les datations dans notre cas - ce qui n’est par exemple pas le cas de la méthode du « krigeage ». Cette interpolation génère donc une représentation surfacique de l’extension latérale et, par conséquent, permet une appréciation visuelle et statistique de cette évolution de la tourbière au cours du temps. Les chronozones en âge calibré « Before Present » ont servi de limites de classes d’interpolation dans le but de confronter les rythmes d’extension latérale avec les chronologies des fluctuations climatiques. A noter que les limites des chronozones sont celles de l’Europe de l’Ouest habituellement utilisées pour le Massif Central oriental inspirées de Beaulieu (1988) et adaptées par Cubizolle et al. (2013b, 2014 ; tab. 2). L’histoire du développement de la tourbière a également été rapprochée de la chronologie culturelle reprise de plusieurs auteurs et régulièrement sollicitée dans les publications récentes sur ce secteur géographique (Cubizolle et al., 2013b, 2014) (tab. 3). De toute évidence c’est pour le Néolithique qu’il est le plus difficile de synthétiser les différentes chronologies proposées par les archéologues.

Tab.2 : Limites admises pour les chronozones du Tardiglaciaire et de l’Holocène d’après Richard in Bourquin-Mignot et al. (1999).

Tab.2 : Limites admises pour les chronozones du Tardiglaciaire et de l’Holocène d’après Richard in Bourquin-Mignot et al. (1999).

Calibration IntCal13 (Reimer et al., 2013).

Tab. 3 : Chronologie culturelle utilisée pour le Massif central oriental.

Tab. 3 : Chronologie culturelle utilisée pour le Massif central oriental.

4 - Résultats

20L’étude du contexte hydro-géomorphologique, l’analyse des stratigraphies et l’appréciation des épaisseurs et des volumes à partir des profils topo-stratigraphiques amènent les observations suivantes (fig. 3) :

21- La masse de tourbe a une forme grossièrement triangulaire avec la base au nord-est et la pointe au sud-ouest.

22- La pente moyenne de la tourbière est comprise entre 1 % (0,57°) et 2,3 % (1,32°) tandis que la pente moyenne du terrain sous la tourbe est comprise entre 1 % (0,57°) et 2,5 % (1,43°). Tant en surface que sous l’histosol, les irrégularités de la topographie de détail sont modestes, quelques décimètres au maximum.

23- Les épaisseurs et les volumes de tourbe les plus importants se trouvent au nord-est, au pied du versant, un secteur où sourdent de nombreuses sources ; à partir de ce noyau la tourbière forme deux langues de tourbe au sein desquelles les épaisseurs décroissent en s’étirant l’une vers le sud-ouest en direction du ruisseau de la Ligonne et l’autre vers l’est, le long de la base du versant. Cette organisation des volumes de tourbe apparaît clairement sur le profil topo-stratigraphique de la figure 4 : l’essentiel de la masse tourbeuse est plaqué au pied du versant, loin de l’axe de la vallée et du ruisseau de la Ligonne.

24- Les épaisseurs n’atteignent pas 3 mètres et l’échantillon de tourbe basale le plus profond qui ait été prélevé et daté sur cette tourbière se place à -260 cm (Molhiac B1, tab. 1).

25- L’observation des stratigraphies montre que les faciès de la base sont partout assez similaires avec, de haut en bas (fig. 4) : un faciès de tourbe minéralisée qui peut atteindre 30 cm ; de la tourbe mésique riche en fragments de bois identifiés comme étant du Betula sp. ; un faciès saprique le plus souvent riche en sable et en graviers, quelquefois plus limoneux et enfin une succession de faciès organo-minéraux plus ou moins riches en matière organique. Dans quelques cas le carottier butte rapidement sur des blocs ou sur du matériel arénacé compact impossible à pénétrer sur plus de quelques centimètres.

26- La tourbière était minérogène à son origine et plus spécialement soligène, c’est-à-dire que la saturation en eau du sol était le fait des eaux de ruissellement et de sources. La tourbière s’est donc mise en place par paludification.

27Les dates médianes de démarrage de la turfigenèse s’échelonnent entre 13 191 ans cal. BP et 2 049 ans cal. BP soit du cœur de l’Allerød au Subatlantique (tab. 1). A noter qu’il n’y a pas de relation significative entre épaisseur de tourbe et âge de la tourbe, une observation déjà mise en avant (Cubizolle et al., 2003) mais qui va à l’encontre de celle de Zhao et al. (2014). L’explication réside principalement dans le nombre de dates sur lesquelles s’appuient ces différentes études : en effet l’expérience montre qu’en densifiant le maillage des datations la relation entre les deux variables s’étiole. Néanmoins on constate qu’en carottant dans les zones les plus profondes on est assuré d’obtenir les âges les plus anciens. Mais des âges aussi anciens peuvent être retrouvés dans certains secteurs nettement moins profonds.

Fig. 3 : Vue en plan de la tourbière de Molhiac sur laquelle sont tracées les isopaques de tourbe estimées à partir des sondages à la barre.

Fig. 3 : Vue en plan de la tourbière de Molhiac sur laquelle sont tracées les isopaques de tourbe estimées à partir des sondages à la barre.

Fig. 4 : Exemple de profil topo-stratigraphique à travers la tourbière de Molhiac dans les monts du Forez.

Fig. 4 : Exemple de profil topo-stratigraphique à travers la tourbière de Molhiac dans les monts du Forez.

1/ anthroposol de versant, 2/ réductisol très humifère, 3/ histosol, 4/ faciès de transition organo-minéral sous-jacent à la tourbe, 5/ arène remaniée à bloc, 6/ arène en place, 7/ granite hétérogène a biotite et sillimanite (granite du Forez, anatexite vellave).

28La répartition de ces dates et leur traitement par interpolation font apparaître deux secteurs où la tourbe a commencé à s’accumuler dès l’Allerød : le plus ancien, vers 13 191 ans cal. BP en âge médian (tab. 1 & fig. 5), se place dans la partie centre nord et le second, vers 12 874 ans cal. BP, est localisé dans la partie orientale de la tourbière (fig. 5). Ces deux secteurs sont positionnés dans l’axe des principales sources qui sourdent actuellement à la base du versant. A noter que le modèle d’interpolation fait apparaître dans la partie centrale une classe plus ancienne, datée du Dryas moyen. Il s’agit là d’une erreur inhérente à la méthode d’interpolation. Nous ferons abstraction de cette plage dans la discussion des résultats.

29A partir de ces deux noyaux originels l’extension latérale de la tourbière se fait par plages concentriques jusqu’au Préboréal. La zone alors couverte correspond assez bien à la partie la plus profonde de la tourbière puisque les épaisseurs dépassent presque partout les 2 m. Ensuite, c’est au Boréal que les deux entités deviennent coalescentes pour donner à la tourbière sa configuration actuelle. On constate encore que les surfaces gagnées au Subatlantique sont extrêmement modestes.

30Le calcul des surfaces couvertes par l’accumulation de tourbe au cours des différentes chronozones et l’analyse de la courbe des surfaces cumulées montre une extension latérale en 4 phases (fig. 6) :

31- De l’Allerød à la fin du Boréal la progression latérale de la tourbière est très régulière et, vers 8 835 ans cal. BP, c’est presque la moitié du site actuel, soit 46.6 %, qui est couvert par la tourbe.

32- A l’Atlantique ancien la courbe est fortement redressée ce qui indique une accélération significative de la progression de l’accumulation de tourbe qui affecte déjà 87,5 % du site à la fin de l’Atlantique. Cette seule période à elle seule compte pour 28 % dans la progression en surface de la tourbière.

33- Au cours de l’Atlantique récent et du Subboréal la progression continue mais se ralentit sensiblement, davantage encore au Subboréal qu’à l’Atlantique récent. Toutefois à la fin du Subboréal vers 2 835 ans cal. BP la tourbière occupe la quasi-totalité du site, soit 98,1 % de la superficie.

34- Enfin, tout au long du Subatlantique, le processus d’accumulation est très fortement ralenti.

35L’extension surfacique exprimée en m²/an estimée pour chaque chronozone montre une progression maximale des histosols à l’Allerød avec 5,9 m²/an tandis que le minimum se place au Subatlantique avec seulement 0,2 m²/an soit une vitesse presque 30 fois inférieure (fig. 7). Pour le reste, et sachant que la médiane se situe à 2,9 m²/an, on note, d’une part, un maximum secondaire à l’Atlantique ancien avec 4,5 m²/an et, d’autre part, une seule valeur située nettement en dessous de la médiane, les 1,3 m²/an du Subboréal.

36Finalement, en combinant la progression des gains de surface (fig. 6) et l’évolution des vitesses d’extension latérale (fig. 7), on constate que l’essentiel de l’accumulation de tourbe s’effectue entre l’Allerød et la fin de l’Atlantique. Et depuis environ 5 500 ans les gains de surface sont minimes et les vitesses d’extension latérale fortement réduites. Par ailleurs ce ralentissement de l’activité turfigène est nettement plus important au Subatlantique qu’au Subboréal.

Fig. 5 : Positionnement des points de carottage et des âges médians calibrés BP les plus anciens obtenus à la base de chacune des 31 séquences tourbeuses sur la tourbière de Molhiac (monts du Forez).

Fig. 5 : Positionnement des points de carottage et des âges médians calibrés BP les plus anciens obtenus à la base de chacune des 31 séquences tourbeuses sur la tourbière de Molhiac (monts du Forez).

Fig. 6 : Courbe cumulative des superficies gagnées par la tourbière de Molhiac (monts du Forez) depuis sa mise en place au cours de l’Allerød.

Fig. 6 : Courbe cumulative des superficies gagnées par la tourbière de Molhiac (monts du Forez) depuis sa mise en place au cours de l’Allerød.

Fig. 7 : Extension latérale de l’accumulation de tourbe en m²/an sur le site de la tourbière de Molhiac (monts du Forez) depuis l’Allerød.

Fig. 7 : Extension latérale de l’accumulation de tourbe en m²/an sur le site de la tourbière de Molhiac (monts du Forez) depuis l’Allerød.

5 - Discussion

5.1 - Le démarrage de la turfigenèse à l’Allerød

37Le premier apport de ce travail a été de révéler l’ancienneté de la tourbière de Molhiac : le démarrage de la turfigenèse à l’Allerød est en effet un cas unique dans le Massif Central oriental. Sur le plan méthodologique on voit là l’importance de disposer d’un nombre suffisant de datations car les premiers âges radiocarbone obtenus à Molhiac avaient placé l’apparition de la tourbière au Préboréal (Ly-9929, 11 205-10 775 ans cal. BP), un cas de figure un peu moins rare (Cubizolle, 2005 ; Cubizolle et al., 2012). Comment expliquer une mise en place aussi précoce ? Nous ne disposons malheureusement que d’un seul diagramme pollinique pour cette région soit celui du Gourd des Aillères, une tourbière située à 1 335 m d’altitude et 17 km au nord de Molhiac (Janssen, 1990). L’Allerød est bien positionné dans la séquence grâce à la couche de cendres volcaniques du Pic de la Nugère encadrée par deux dates : 13 400 ± 100 BP (soit 13 080-13 430 ans cal. BP) et 11 490 ± 30 BP (soit 13 270-13 420 ans cal. BP). Les données polliniques fournies par Janssen (1990) montrent une domination du pin, associé au bouleau, au genévrier et à une relative abondance de l’armoise. Janssen qualifie ainsi le climat de « relativement doux ». Mais l’analyse est peu détaillée et elle ne permet pas d’apprécier la place des précipitations dans ce contexte climatique de l’Allerød, un facteur pourtant déterminant pour les écosystèmes tourbeux du Massif Central localisés à la limite sud de l’aire optimale de distribution des tourbières dans l’hémisphère nord (Lappalaïnen, 1996). La connaissance que l’on a par ailleurs de l’Allerød décrit une période marquée par « une dégradation progressive du climat depuis l’optimum du Bølling » (Richard, 1999, p. 31). D’un point de vue pollinique celle-ci se matérialise par la mise en place d’une forêt boréale dominée par le pin qui se substitue ainsi à la forêt de bouleaux du Bølling. Ce contexte climatique continental à hypercontinental n’est pas a priori très favorable à la turfigenèse. L’abondance des tourbières dans le domaine boréal actuel est en effet bien davantage le fait des modelés et des formations superficielles périglaciaires et glaciaires qui gênent l’évacuation des eaux que du climat, insuffisamment humide malgré des précipitations estivales qui permettent une production conséquente de biomasse. Enfin, la date la plus ancienne obtenue dans la couche de tourbe basale de la tourbière de Molhiac est 13 391-13 091 ans cal. BP ce qui place le démarrage de la turfigenèse au cœur de l’Intra-Allerød Cold Period (IACP ou Gerzensee-Killarney) (Richard et al., 2000 ; p. 33-34).

38En sus, les 7 dates qui suivent dans la chronologie de l’apparition de la tourbière se placent au Dryas récent (tab. 1), une période de refroidissement notoire repérée au Gourd des Aillères (Janssen, 1990) et assez bien caractérisée dans l’étude de la séquence de Gourgon-Brûlé, une tourbière située également à 1 367 m d’altitude dans les Monts du Forez mais 12 km au nord de Molhiac et 5 km au sud-sud-est du Gourd des Aillères (fig. 1) (Cubizolle et al., 2014). A Gourgon-Brûlé, au Dryas récent, le paysage est très ouvert avec une grande abondance d’herbacées steppiques - Poacées, Astéracées (dont Asteroideae, Cichorioideae, Artemisia), Chenopodiaceae, Rumex et Plantago - associé à un Chlamydosperme, Ephedra (Cubizolle et al., 2014). Ce cortège floristique indique un climat rigoureux tant d’un point de vue thermique que pluviométrique, des conditions peu favorables à la production de tourbe car elles ne garantissent ni la saturation en eau des sols toute l’année ni une production de biomasse suffisante pour générer une accumulation de tourbe significative. C’est ce qui nous paraît expliquer la chute de la vitesse moyenne d’extension latérale à Molhiac qui passe de 5,9 m²/an à l’Allerød à 2,8 m²/s au Dryas récent.

39Plus généralement les conditions climatiques du Tardiglaciaire ne semblent guère favorables à la production de tourbe puisque, dans l’état actuel des travaux, les cas de démarrage de la turfigenèse à l’Allerød et au Dryas récent sont très rares et qu’aucune tourbière du Massif Central n’est datée du Bølling, la période bioclimatique a priori la plus favorable. Aussi la présence d’une tourbière dès l’Allerød à Molhiac ne peut-elle s’expliquer que par des conditions hydro-géomorphologiques locales. Il est toutefois difficile dans l’état actuel des connaissances de mettre en évidence une spécificité du site susceptible d’avoir favorisé la turfigenèse ici plus qu’ailleurs. On peut cependant avancer quelques arguments :

40- Le nombre de sources qui sourdent à la base des versants et participent à l’hydromorphie du fond de la vallée est certes remarquable mais pas exceptionnel dans cette région ; par ailleurs on ne sait rien de la configuration hydro-géomorphologique à l’Allerød.

41- La tourbière s’est développée dans un secteur où la vallée de la Ligonne est très large puisqu’elle atteint jusqu’à 200 m pour un ruisseau dont la largeur excède rarement 0,80 m.

42- C’est par ailleurs une zone de convergence des écoulements fluviaux provenant soit de la Ligonne soit des sources qui alimentent ses petits affluents : ainsi la Ligonne conflue avec un petit affluent, le ru 1 (fig. 3), qui lui-même reçoit les eaux d’un autre ru.

43- Les profils longitudinaux montrent une réduction des pentes dans l’axe de la vallée de la Ligonne de 0,8 % à 1,5 % dans ce secteur contre 2,7 % plus à l’amont.

44- Enfin d’un point de vue climatique la vallée connaît des conditions plus clémentes que sur les hautes terres des Monts du Forez plus au nord : cela est dû à son altitude, 1 130 m soit 237 m plus bas que Gourgon-Brûlé, et à l’ouverture de la vallée au sud. Mais cela suffit-il pour générer des différences bioclimatiques notables ?

45La question de l’élément déclencheur de la turfigenèse à l’Allerød n’est donc pas réglée.

5.2 - Les rythmes de l’extension latérale

46Il est malheureusement impossible de confronter nos données sur les vitesses de l’extension latérale de Molhiac avec celles de la bibliographie. En effet nos résultats sont fort logiquement exprimés en m²/an alors que, tant Korhola (1992, 1995) que Peregon et al. (2009) et Zhao et al. (2014) les expriment en m/an. On en comprend toutefois la raison : les tourbières étudiées couvrant de très vastes superficies les chercheurs se sont contentés de datations le long de quelques profils transversaux ou longitudinaux. Mais ce type de résultats est biaisé du fait de l’influence de nombreux facteurs locaux sur l’extension latérale, en particulier la topographie de détail. L’expression en m²/an du développement latéral des tourbières permet de gommer l’effet de ces facteurs locaux.

47Concernant la chronologie de l’extension latérale les informations disponibles comparables aux nôtres proviennent essentiellement des tourbières de la zone subarctique de Fenno-Scandinavie. Weckström et al. (2010), synthétisant de nombreuses données, montrent que la progression des accumulations de tourbe connait deux temps forts mais qui ne sont pas les mêmes qu’à Molhiac. Ils se placent en effet, d’une part, dans les premiers temps de la vie des tourbières, au Boréal et au début de l’Atlantique ancien, soit entre 10 000 et 8 000 ans cal. BP et, d’autre part, au Subboréal entre 4 000 et 3 000 ans cal. BP. Weckström et al. (2010) tout comme Korhola (1996) attribuent aux grands changements climatiques régionaux ce rythme de la turfigenèse à l’Holocène. Les conditions plus humides du Boréal et du Subboréal à ces latitudes leur apparaissent beaucoup plus favorables que celles plus chaudes mais plus sèches du Maximum Thermique Holocène. Ruppel et al. (2013) aboutissent aux mêmes conclusions pour l’Europe du Nord et insistent notamment sur le caractère très favorable des conditions climatiques de la période néoglaciaire qui couvre les dernières 5000 années et pour laquelle une augmentation significative de l’humidité est attestée (Seppä et al., 2009). En revanche, toujours selon Ruppel et al. (2013), la corrélation est beaucoup moins nette avec l’Amérique du Nord, vraisemblablement parce que l’histoire climatique n’est pas la même d’un bout à l’autre de ce vaste continent.

48Pour la Sibérie occidentale, Peregon et al. (2009) observent également une extension rapide des tourbières dans la période qui suit leur mise en place. En quelques siècles en effet l’essentiel du secteur étudié de la Great Vasuygan mire est couvert par la tourbe. Par ailleurs l’extension latérale se ralentit très fortement voire cesse après 2 000 ans cal. BP. Les auteurs interprètent ce scénario de la façon suivante : la tourbière initiale, minérogène, se développe rapidement jusqu’à ce qu’elle soit bloquée par des contraintes topographiques. Ensuite l’accumulation se poursuit seulement verticalement avec le déclenchement du processus d’ombrotrophisation. Aucun lien avec les changements climatiques n’est cependant avancé.

49Le schéma de Molhiac apparaît donc différent avec ses deux pics de développement turfigène à l’Allerød et à l’Atlantique ancien. Le pic de l’Allerød nous semble autant lié aux conditions géographiques locales qu’au contexte climatique régional sans qu’il soit néanmoins possible de mettre en avant tel facteur plutôt que tel autre. Le rôle de la pente, souvent mis en avant par les chercheurs qui ont observé des corrélations négatives entre expansion latérale et pente, a certainement été important (Graniero & Price, 1999 ; Zhao et al., 2014). Toutefois les valeurs mesurées à Molhiac, comprises entre 0,57° et 1,42°, sont supérieures aux seuils de 0,5° et 0,4° proposés respectivement par Loisel et al. (2013) pour l’Alaska et Zhao et al. (2014) pour le Tibet, seuils au-delà desquels la dynamique latérale des accumulations est sensiblement ralentie.

50Concernant le pic de l’Atlantique ancien, les choses sont plus simples : il est étroitement corrélé aux conditions climatiques, douces et humides en Europe occidentale à cette époque et donc très favorables à la turfigenèse. Cette période comprise entre 8 835 et 6 850 ans cal. BP est d’ailleurs celle au cours de laquelle apparaissent la plupart des grandes tourbières actuellement ombrotrophes du Massif Central oriental (Cubizolle et al., 2012).

51Le ralentissement très marqué de l’extension de l’accumulation de tourbe à Molhiac qui s’amorce à l’Atlantique récent puis s’accentue au Subboréal est quant à lui plus difficile à expliquer. Il semble en contradiction avec les données paléoclimatiques récentes qui vont dans le sens d’un Néoglaciaire plus frais et plus humide, une évolution ainsi assez similaire à celle observée aux latitudes boréales (Seppä et al., 2009 ; Magny et al., 2012). Pourtant cette faible activité turfigène du Néoglaciaire ne semble ni limitée à Molhiac puisque des indices de réduction de l’hydromorphie apparaissent aussi dans certaines analyses polliniques des tourbières des Monts du Forez (Cubizolle et al., 2014) ni au Massif Central oriental car pour les Alpes du Sud Sivan et Miramont (2012) rappellent l’assèchement des tourbières subalpines à partir de 5 350 ans cal. BP. L’explication résiderait alors dans une accentuation de l’emprise humaine sur les évolutions bioclimatiques naturelles aux latitudes moyennes à partir de 5 500 ans cal. BP. La dernière synthèse sur l’anthropisation des milieux montagnards du Massif Central oriental de Cubizolle et al. (2014) permet en effet de montrer la concomitance entre le ralentissement de l’extension latérale de la tourbière de Molhiac et le développement des activités agro-pastorales. Cette pression humaine s’accentue fortement à partir de la charnière Subboréal-Subatlantique avec la généralisation de la céréaliculture. Or c’est bien au Subatlantique que les vitesses d’extension latérale s’effondrent à Molhiac avec seulement 0,2 m²/an et ce alors qu’aucun obstacle topographique ne s’oppose à la progression de la tourbière. Par ailleurs c’est aussi au Subatlantique qu’apparaissent la majorité des tourbières anthropiques du Massif Central oriental en lien avec des aménagements hydrauliques ou les processus de déforestation, les uns et les autres bouleversant les bilans hydriques (Cubizolle et al., 2004 ; Cubizolle et al., 2012 ; Cubizolle et al., 2013a ; Woodward et al., 2014). La réduction de l’activité turfigène des grandes tourbières ombrotrophes apparues à la fin du Tardiglaciaire et dans la première partie de l’Holocène d’une part et le démarrage des petites tourbières minérotrophes au cours des 5 000 dernières années d’autre part ne sont pas des dynamiques contradictoires. En effet ces deux types de tourbières ne se développent pas dans les mêmes contextes géographiques (altitude, topographie, modalité d’exploitation de ces milieux par les sociétés). Ainsi selon les configurations géographiques l’intervention humaine peut aboutir soit au ralentissement du processus turfigène soit au démarrage de la turfigènèse. En conséquence on posera donc comme hypothèse de travail l’existence d’une relation de cause à effet entre l’intervention des sociétés humaines sur les milieux de la vallée de la Ligonne et le ralentissement de l’extension latérale de la tourbière de Molhiac.

52Quels mécanismes peuvent alors être impliqués dans ce changement de dynamique turfigène initié au Subboréal et amplifié au Subatlantique ? L’activité agro-pastorale se matérialise par le piétinement des zones tourbeuses qui aboutit à la destruction partielle du tapis végétal et à la déstructuration de la couche de tourbe en surface ce qui amène une augmentation de l’évapotranspiration. C’est ainsi que l’on assiste à une minéralisation qui progresse en profondeur depuis la surface de l’histosol puis à l’apparition d’un horizon superficiel enrichi en argile, limon et sable, épais de 5 à 20 cm et qualifié de Kultureller Trockenhorizont (KTH) (Sjögren et al., 2007). Cet horizon est parfaitement visible à Molhiac comme sur de très nombreuses tourbières du Massif Central oriental. Par ailleurs l’utilisation fréquente voire systématique du feu et le recours au drainage ont participé à la fragilisation du couvert végétal et à la minéralisation de la partie supérieure de l’histosol. Si l’on ajoute à tout cela la localisation géographique des tourbières du Massif Central oriental à la limite sud de l’aire de répartition optimale des tourbières de l’hémisphère nord on comprend qu’un certain type de pression humaine ait pu aboutir au blocage de la turfigènese (Lappalaïnen, 1996).

Conclusion

53L’étude des rythmes du développement de la tourbière de Molhiac sur la base d’une importante série de datations par le radiocarbone des couches basales de tourbe amène plusieurs observations :

54- Elle laisse supposer l’importance des facteurs hydro-géomorphologiques locaux dans le processus de démarrage de l’accumulation de tourbe et au cours de la première phase d’extension latérale à l’Allerød.

55- Elle met en évidence le rôle primordial du climat, très favorable à l’Atlantique ancien, période de la plus forte extension latérale de l’accumulation de tourbe.

56- Elle permet de discuter l’influence des activités agro-pastorales dans le ralentissement de l’extension latérale à partir du Subboréal et elle amène à poser l’hypothèse d’un forçage anthropique déterminant dans le blocage de l’extension latérale au Subatlantique.

57Il s’agit désormais d’étendre ce type d’étude à d’autres tourbières du même secteur géographique afin de vérifier si ces résultats ont une signification locale ou régionale. L’enjeu est notamment important en termes de gestion conservatoire et de restauration des tourbières. En effet si le processus d’extension des accumulations de tourbe est simplement bloqué par l’impact des activités agro-pastorales historiques, qui plus est souvent en recul voire disparues, on peut envisager des opérations de restauration efficaces. En revanche si des données paléoclimatiques régionales nouvelles redonnaient la première place à l’hypothèse d’une responsabilité majeure du forçage climatique il paraîtrait alors très difficile, sauf situation locale particulière, de compenser les déficits hydriques pour relancer l’extension des tourbières. Enfin, il reste à voir quelles seront les conséquences du changement climatique en cours sur la dynamique turfigène en Europe Occidentale.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Localisation de la tourbière de Molhiac dans les Monts du Forez (Massif central oriental).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-1.png
Fichier image/png, 97k
Titre Fig. 2 : Position de la tourbière de Molhiac (Monts du Forez) dans la configuration hydrologique et géomorphologique locale.
Légende  1/ tourbiere de Molhiac, 2/ secteur boise, 3/ base des versant, 4/ versant.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-2.png
Fichier image/png, 46k
Titre Tab. 1 : Âges radiocarbone obtenus sur des sédiments organiques et tourbeux des 34 séquences datées sur la tourbière de Molhiac (monts du Forez).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-3.png
Fichier image/png, 248k
Titre Tab.2 : Limites admises pour les chronozones du Tardiglaciaire et de l’Holocène d’après Richard in Bourquin-Mignot et al. (1999).
Légende Calibration IntCal13 (Reimer et al., 2013).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-4.png
Fichier image/png, 38k
Titre Tab. 3 : Chronologie culturelle utilisée pour le Massif central oriental.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-5.png
Fichier image/png, 53k
Titre Fig. 3 : Vue en plan de la tourbière de Molhiac sur laquelle sont tracées les isopaques de tourbe estimées à partir des sondages à la barre.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-6.png
Fichier image/png, 1,2M
Titre Fig. 4 : Exemple de profil topo-stratigraphique à travers la tourbière de Molhiac dans les monts du Forez.
Légende 1/ anthroposol de versant, 2/ réductisol très humifère, 3/ histosol, 4/ faciès de transition organo-minéral sous-jacent à la tourbe, 5/ arène remaniée à bloc, 6/ arène en place, 7/ granite hétérogène a biotite et sillimanite (granite du Forez, anatexite vellave).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-7.png
Fichier image/png, 53k
Titre Fig. 5 : Positionnement des points de carottage et des âges médians calibrés BP les plus anciens obtenus à la base de chacune des 31 séquences tourbeuses sur la tourbière de Molhiac (monts du Forez).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-8.png
Fichier image/png, 129k
Titre Fig. 6 : Courbe cumulative des superficies gagnées par la tourbière de Molhiac (monts du Forez) depuis sa mise en place au cours de l’Allerød.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-9.png
Fichier image/png, 27k
Titre Fig. 7 : Extension latérale de l’accumulation de tourbe en m²/an sur le site de la tourbière de Molhiac (monts du Forez) depuis l’Allerød.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7460/img-10.png
Fichier image/png, 19k
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Pour citer cet article

Référence papier

Hervé Cubizolle, Jordan Tholly, Christine Oberlin et Arnaud Tourman, « La mise en place et l’extension latérale des tourbières au tardiglaciaire et à l’holocène sur la bordure orientale du Massif Central (France) : l’exemple de la tourbière de Molhiac dans les monts du Forez », Quaternaire, vol. 26/4 | 2015, 293-306.

Référence électronique

Hervé Cubizolle, Jordan Tholly, Christine Oberlin et Arnaud Tourman, « La mise en place et l’extension latérale des tourbières au tardiglaciaire et à l’holocène sur la bordure orientale du Massif Central (France) : l’exemple de la tourbière de Molhiac dans les monts du Forez », Quaternaire [En ligne], vol. 26/4 | 2015, mis en ligne le 01 décembre 2017, consulté le 15 décembre 2017. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/7460 ; DOI : 10.4000/quaternaire.7460

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Auteurs

Hervé Cubizolle

Université de Lyon, EVS UMR 5600 CNRS, 6 rue Basse des Rives, FR-42023 SAINT-ETIENNE cedex 2. Courriel : herve.cubizolle@univ-st-etienne.fr

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Jordan Tholly

Université de Lyon, EVS UMR 5600 CNRS, 6 rue Basse des Rives, FR-42023 SAINT-ETIENNE cedex 2. Courriel : jordan.tholly@outlook.fr

Christine Oberlin

Centre de Datation par le Radiocarbone, Université Claude Bernard Lyon 1, 40 boulevard Niels Bohr, FR-69622 VILLEURBANNE cedex. Courriel : oberlin@univ-lyon1.fr

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Arnaud Tourman

 Géo Sol’Eau, FR-42000 SAINT-ETIENNE. Courriel : arnaud.tourman@geo-soleau.fr

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