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L’Érosion agricole d’un petit bassin versant lorrain depuis 2000 ans : Géoarchéologie de la LGV-Est européenne

The agricultural erosion in a small catchment in Lorraine since 2,000 years: Geoarchaeology along the TGV-Est line
Vincent Ollive, Thomas Ernst, Justine Franck, Nicolas Meyer, Laurent Thomashausen et Sébastien Viller
p. 27-37

Résumés

Le long du tracé LGV-Est, pendant les opérations de diagnostics et de fouilles INRAP, un grand nombre de données archéologiques et géoarchéologiques a été acquis dans un petit bassin versant lorrain. Une approche spatiale a été engagée afin d’intégrer à la fois les données de terrain, les données topographiques Lidar ainsi que les changements des surfaces agricoles et forestières entre le XVIIIe et le XXe siècle. Une telle approche pluridisciplinaire, appliquée à l’étude du bassin versant d’Outremont (11 km2), met en évidence l’impact anthropique sur l’érosion des sols ainsi que la dynamique du paysage au cours des derniers millénaires. Parmi les quatre phases morpho-sédimentaires reconnues, l’influence du remembrement et de la mécanisation de l’agriculture au XXe siècle conduit à un taux d’érosion supérieur (7-15 mm.an-1) aux taux documentés pour la fin de l’Antiquité principalement causés par la déforestation et la mise en culture (0,5-5 mm.an-1). L’époque médiévale correspond à une période de stabilité géomorphologique.

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Texte intégral

Les auteurs remercient M. Georges-Leroy (SRA-Lorraine), Réseau Ferré de France (RFF), I. Ferraresso, P. Klag et A. Moreau (INRAP), ainsi que D. et E. Dutel, B. Forel, C. Petit. Les auteurs remercient également les deux rapporteurs pour leurs remarques utiles à l’amélioration de l’article.

- Introduction

1Dans le cadre des travaux de la LGV-Est Européenne, plusieurs opérations de recherche archéologique (diagnostics et fouilles) ont été réalisées par l’INRAP sur l’ensemble du tracé linéaire et des zones de dépôt périphériques. Leur objectif était de documenter l’évolution de l’occupation humaine et de son environnement à toutes les périodes et d’identifier les origines de ces changements. Elles ont permis de traverser plusieurs petits bassins versants localisés autour de buttes témoins caractéristiques du Plateau lorrain (nord-est du Bassin parisien) où la succession de terrains géologiques, plus ou moins cultivables et sensibles à l’érosion, influence l’occupation humaine et l’utilisation du sol.

2En fonction des contraintes environnementales (climat) ou sociétales (démographie et économie), les sociétés anciennes ont pu adapter et modifier leur implantation, l’utilisation du sol et leurs pratiques agricoles à la nature des terrains (lithologie, pente, exposition). Or, les changements de pratiques associées à l’agriculture (déforestation, labours) constituent d’importants facteurs d’érosion et de changement du paysage (Bork, 1989 ; Neboit-Guilhot, 1991 ; Deviller & Provensal, 2003 ; Dotterweich et al., 2003 ; Schmitt et al., 2003 ; Dotterweich, 2008 ; Houben, 2008 ; Houben et al., 2009).

3Pour quantifier ces changements aux périodes récentes, les petits bassins versants sont intéressants car ils permettent de concilier une documentation archéo-logique fiable et un cadre géomorphologique bien contraint (Ertlen et al., 2012). L’extension spatiale et le caractère systématique des opérations archéologiques offrent la possibilité de documenter ces changements par la mise en œuvre d’une approche spatiale pluridisciplinaire associant données de terrain géoarchéologiques et archéologiques, données cartographiques historiques et un relevé topographique Lidar.

4Le présent article s’appuie sur les résultats obtenus au sein du petit bassin versant lorrain d’Outremont ayant fait l’objet de plusieurs opérations archéologiques (Viller et al., 2009 ; Franck & Ollive, 2010 ; Goepp et al., 2010 ; Thomashausen & Ollive, 2010 ; Meyer et al., 2014). Il a pour objectif de présenter les éléments qui ont servi à retracer une partie de l’histoire de l’anthropisation du bassin versant, et de quantifier l’évolution de l’érosion associée.

2 - Contexte environnemental et archéologique

2.1 - Contexte physique

5La région naturelle du Plateau lorrain située au nord-est du Bassin parisien est constituée de terrains mésozoïques à dominante argileuse (structure monoclinale à faible pendage vers le sud-ouest) qui sont traversés d’ouest en est par la future LGV-Est reliant Metz à Strasbourg. Le bassin versant d’Outremont (48°56’30” N, 6°29’00” E), situé à quarante kilomètres au sud-est de Metz, a une superficie d’environ 11 km2, une orientation générale est-ouest (fig. 1) et appartient au bassin versant de la Nied (affluent de la Sarre). Les lignes de crêtes délimitent un paysage faiblement contrasté aux altitudes comprises entre 231 et 358 m NGF et aux pentes modestes qui n’excèdent pas 29 %. Les variations topographiques répondent aux changements lithologiques des terrains attribués au Trias supérieur et au Jurassique inférieur (Guillaume et al., 2001). Ces critères définissent quatre zones géomorphologiques qui peuvent influencer la dynamique d’occupation humaine et l’enregistrement sédimentaire (fig. 1 et 2) telles que de la base au sommet on trouve :

6– la petite plaine alluviale du ruisseau d’Outremont (zone 4) et les pentes (zone 3) sur les terrains tendres des argiles de Chanville (35 à 40 m) ;

7– un petit plateau intermédiaire (zone 2) correspondant aux marnes irisées avec intercalations de bancs dolomitiques décimétriques (20 m) ;

8– le sommet formé de lignes de crêtes (zone 1) correspondant aux formations des grès infraliasiques, des marnes de Levallois et des calcaires à Gryphées (55 m environ) plus résistants que les terrains sous-jacents marquent l’existence d’une butte témoin.

9Du point de vue climatique, ce secteur connaît un climat semi-continental à influence océanique dégradé (Godard, 1951), caractérisé par une température moyenne de 9,7°C, une forte amplitude thermique annuelle moyenne (16,9°C juillet/janvier) et une pluviométrie moyenne annuelle comprise entre 800 et 880 mm sur la période 1971-2000 (Joly et al., 2010).

Fig. 1 : Le bassin versant d’Outremont et l’occupation archéologique connue

Fig. 1 : Le bassin versant d’Outremont et l’occupation archéologique connue

Système de projection Lambert I

Fig. 2 : Vue 3D du relevé Lidar (RFF, 2008) et limites forestières à l’actuel et au XVIIIe siècle.

Fig. 2 : Vue 3D du relevé Lidar (RFF, 2008) et limites forestières à l’actuel et au XVIIIe siècle.

Les dépressions circulaires de dimensions plurimétriques (a) et métriques (b) sont détectées sur le plateau (zone 2).

2.2 - Contexte archéologique

10L’archéologie préventive a conduit à doubler le nombre de sites connus dans le secteur (fig. 1). L’occupation humaine attestée depuis le Néolithique semble continue jusqu’à nos jours et correspond souvent à des établissements ruraux dédiés à l’agriculture. La découverte la plus spectaculaire correspond à une enceinte fossoyée protohistorique dominant le bassin versant au nord (zone 1). D’autres vestiges protohistoriques attestent d’une occupation étendue à toutes les zones mais pour l’instant essentiellement documentée dans la partie occidentale du bassin versant. Ils correspondent à des bâtiments sur poteaux, silos et fossés qui ont fourni en général peu de mobilier. L’occupation de ces secteurs persiste jusqu’à l’époque romaine (Haut-Empire et Bas-Empire), notamment dans les zones basses. Au Bas-Empire, elle s’accompagne de l’implantation brève d’une zone funéraire et de l’aménagement d’un chemin au sein d’un petit vallon situé au nord du village actuel. Enfin, certaines implantations médiévales ont persisté jusqu’à nos jours comme le village de Lucy fondé à l’époque carolingienne vers 893 après J.-C. (Lette, 1989) ou la ferme d’Outremont mentionnée dès 1217 (Lafitte, 2004).

3 - Matériel et méthodes

3.1 - Les données cartographiques

3.1.1 - La topographie

11Un relevé Lidar (LIght Detection And Ranging) acquis par Réseau Ferré de France (RFF) couvre une bande large d’un kilomètre centrée sur le tracé LGV (Georges-Leroy, 2011). La résolution planimétrique d’un pixel par 25 cm autorise un inventaire des éléments naturels et anthropiques structurant le paysage actuel (Sittler, 2004 ; Sittler & Heinzel, 2010) (fig. 1 et 2). À l’échelle du bassin versant, un modèle numérique de terrain a été créé à partir de la carte topographique à 1/25 000 de l’IGN (fig. 1). Le traitement des données a été réalisé à l’aide des logiciels Didger®, Global MapperTM et Surfer®.

3.1.2 - Le couvert végétal

12La modification des surfaces agricoles et forestières entre le XVIIIe et le XXe siècle constitue une aide pour l’interprétation des données sédimentologiques. La carte topographique à 1/25 000 qui renseigne sur l’état actuel peut être comparée aux photographies aériennes anciennes (www.geoportail.fr), au cadastre napoléonien de 1824 et à la carte des Naudin (1728-1739) à l’échelle 1/28 800 (Koerner et al., 2003 ; Wagner, 2003 ; Dupouey et al., 2007) qui présente une qualité informative comparable (www.chr-lorraine.fr/naudin).

3.2 - Les données de terrain

13Sur une surface aménagée totale (tracé et zones de dépôt périphériques) de 102,3 ha, environ 7 % a été sondée. Ainsi, près de 2 000 sondages de 15 à 20 m de longueur ont été réalisés à la pelle mécanique de 150 CV munie de godet lisse de curage d’une largeur de 2,20 m suivant un maillage en quinconce. Ces sondages, ainsi qu’une fouille archéologique de 6 000 m2 située en zones 3 et 4, ont permis le relevé des vestiges et la description des formations superficielles. L’ensemble des vestiges archéologiques a été relevé à l’aide d’un GPS différentiel.

14Les relevés ont permis la caractérisation de la nature sédimentaire et/ou pédologique des unités ainsi que leurs épaisseurs respectives (fig. 3). Les critères descriptifs tels que la granulométrie, la nature pétrographique des éléments grossiers, la présence d’éléments figurés organiques et la couleur ont été pris en compte. La présence de carbonate de calcium (calcite) a été testée à l’aide d’acide chlorhydrique (HCl) dilué. Des tamisages ont permis la caractérisation des principaux faciès définis sur le terrain.

15Les variations de nature et d’épaisseur des formations superficielles ont pu être mises en parallèle avec les découvertes archéologiques et les changements d’utilisation du sol connus. L’ensemble des informations offre une documentation fiable de l’évolution de la dynamique sédimentaire de la plaine alluviale et des versants en relation avec l’occupation humaine à l’échelle du bassin versant.

3.3 - Les datations

16Un large spectre de méthodes de datation (dendrochronologie, radiocarbone, structures et mobilier archéologiques) apporte un cadre chronologique relativement précis aux phases d’occupation et morphogénétiques reconnues. Les datations dendrochronologiques des bois trouvés au cours du diagnostic et de la fouille ont été réalisées par W. Tegel (Dendronet). À partir des 127 bois échantillonnés, 54 courbes dendrochronologiques synchronisées et calées sur les référentiels régionaux montrent que les arbres ont été abattus entre 4 avant J.-C. et après 84 après J.-C. (terminus post quem) (Meyer et al., 2014).

17Deux datations radiocarbone AMS (Accelerator Mass Spectrometry) ont été effectuées à partir de macro-restes issus des dépôts des fonds organiques de deux grandes dépressions circulaires (mardelles) observées en zone 2 (Goepp et al., 2010 ; Etienne, 2011). Elles ont été réalisées par le Poznan Radiocarbon laboratoratory (Pologne) et calibrées à l’aide du logiciel Calib 7.0.2 à un intervalle de confiance de 2σ suivant la courbe de calibration Intcal13 (Reimer et al., 2013).

18Enfin, en zones 2, 3 et 4, plusieurs ensembles chronologiques ont été fournis par les structures archéologiques (bâtiments, silos, fossés, foyers, voies, nécropole) et par le mobilier associé ou présent dans des dépôts sédimentaires.

Fig. 3 : Épaisseur des formations superficielles sur le relevé Lidar (RFF, 2008)

Fig. 3 : Épaisseur des formations superficielles sur le relevé Lidar (RFF, 2008)

Projection Lambert I

4 - Résultats

4.1 - Zone 1

19La zone 1 correspond aux sommets du bassin versant dont les pentes boisées n’excèdent pas 15° (29 %). Elles correspondent aux terrains géologiques du Rhétien et du Jurassique c.à.d. les grès infraliasiques, les marnes de Levallois et les calcaires à Gryphées (Guillaume et al., 2001). Le relevé Lidar révèle dans cette zone la présence de l’enceinte protohistorique située en dehors de la surface diagnostiquée (fig. 2 et 3). Les documents cartographiques historiques attestent de la stabilité du couvert forestier pendant les trois derniers siècles (fig. 2). Cette pérennité dans l’utilisation du sol a probablement favorisé la préservation des vestiges archéologiques dans cette zone aux pentes fortes.

4.2 - Zone 2

4.2.1 - Mise en culture moderne

20La zone 2 correspond à un plateau aux pentes inférieures à 8° dont la morphologie plane est due à la présence de bancs dolomitiques décimétriques résistants au sein de la formation des marnes irisées supérieures (Guillaume et al., 2001). L’occupation de cette zone haute semble stable entre le Second Âge du Fer et le IIe siècle après J.-C. Elle est documentée dans la partie ouest du bassin versant par des vestiges archéologiques excavés liés à des structures d’habitats sur poteaux et des fosses. Du IIIe au Ve siècle après J.-C., l’occupation, moins bien documentée, persiste.

21Au XVIIIe siècle ces terrains pauvres et difficilement cultivables étaient largement couverts de forêts (fig. 2). Après la Révolution Française, des défrichements importants ont été réalisés de part et d’autre du ruisseau d’Outremont (Mathis, 2009). Au XIXe siècle et plus encore depuis le XXe siècle leur mise en culture entraîne une érosion importante, telle que les labours actuels affectent directement le substratum géologique. D’une manière générale, le substratum apparaît à l’affleurement ou directement sous la semelle de labour. Les éléments de drains en céramique datant de la fin du XIXe où du début du XXe siècle, retrouvés dans les labours et initialement enfouis à une profondeur comprise entre 70 et 150 cm de profondeur (Sagnier, 1920), permettent d’estimer l’érosion du sol sur près d’un siècle dans cette zone à des valeurs comprises entre 7 et 15 mm.an-1.

4.2.2 - Les dépressions circulaires

22La surface de la zone 2 est affectée par de nombreuses anomalies topographiques correspondant à des dépressions circulaires (mardelles) de dimensions variables (1-100 m). Plus d’une vingtaine d’entre elles ont été recoupées dans le bassin versant. Elles présentent un comblement fin (limono-argileux à limono-sableux) parfois organique pouvant atteindre quatre à cinq mètres d’épaisseur (fig. 2 et 3). Deux d’entre elles (Lucy 11 et Lucy 18) présentent des dimensions importantes respectivement 8 800 m2 et 5 300 m2 pour 390 cm et 470 cm de profondeur. Des niveaux organiques profonds de leurs comblements respectivement à 340-390 cm (argile organique et tourbe) et à 250-290 cm (bois) de profondeur ont fait l’objet de datations au radiocarbone. Ces datations attestent de leur formation ancienne, antérieure à 4 500 ± 35 BP [3 354-3 090 ans cal. BC] (Lucy 11 ; Poz-34251) et 4 480 ± 40 BP [3 348-3 082 ans cal. BC (90 %), 3 068-3 026 ans cal. BC (10 %)] (Lucy 18 ; Poz-34250).

23Dans la région, ces dépressions dont l’origine naturelle ou anthropique est discutée depuis la première moitié du XIXe siècle se forment jusqu’à l’époque actuelle (Delafosse, 1948 ; Ruffaldi et al., 2007 ; Etienne et al., 2010 ; Goepp et al., 2010 ; Etienne, 2011). Les fouilles réalisées à l’occasion des travaux de la LGV-Est ont permis d’en comprendre l’origine et le processus de formation naturels ainsi que l’évolution sédimentaire influencée par l’occupation du sol jusqu’à leur comblement quasi-complet (Klag & Ollive, 2011 ; Klag et al., 2015).

4.2.3 - Les traces agricoles anciennes

Plusieurs vallons étroits d’orientation nord / sud à nord-est / sud-ouest rejoignent la plaine alluviale depuis le plateau. Certains d’entre eux se développent jusqu’au niveau des mardelles de grandes dimensions. Le comblement sédimentaire des vallons d’environ 1 à 2 m permet la préservation de traces agricoles anciennes médiévales à modernes de type « sillon-billon ». Ces vestiges agricoles attestent de la mise en culture ancienne de ces vallons peut-être antérieurement à la déforestation du plateau au XIXe siècle. Ils se développent sur des niveaux fins limono-argileux à limono-sableux (faciès 1) interprétés comme des niveaux colluviaux remaniant les marnes. Les sillon-billons reconnus présentent des séquences discontinues à la topographie ondulée. Ils résultent de l’accumulation de plusieurs unités pédo-sédimentaires de couleur brun foncé à noir formant des horizons organo-minéraux successifs. Ils sont scellés par des dépôts de faciès grossier, composés de graviers et petits galets anguleux dolomitiques parfois jointifs ou supportés par une matrice limono-argileuse à limono-sableuse caractérisant le faciès 2 (argiles et limons : 40 % ; sables : 5 % ; granules et galets : 55 %). Ces dépôts sont directement hérités du démantèlement des niveaux dolomitiques présents dans les marnes irisées du plateau (fig. 4).

24Le démantèlement des niveaux dolomitiques à l’origine des dépôts de faciès 2 survient donc tardivement dans l’histoire du bassin versant. Ces terrains étaient probablement jusqu’alors protégés de l’érosion par des marnes ou plus probablement par un sol. La présence de drains en céramique en surface et le changement de l’utilisation du sol documenté par les cartes anciennes suggèrent que ce démantèlement est postérieur à la fin du XIXe siècle. La mise en place de dépôts appartenant au faciès 2 marque donc d’abord l’effet du remembrement accentué par le développement de la mécanisation agricole initiée dans les années 1950-1960. Enfin, sur l’ensemble de la surface de la zone 2, les labours actuels forment un horizon superficiel d’environ 30 cm.

Fig. 4 : Relevé d’une structure agricole médiévale à moderne (sillonbillon) scellée par un dépôt colluvial grossier (faciès 2).

Fig. 4 : Relevé d’une structure agricole médiévale à moderne (sillonbillon) scellée par un dépôt colluvial grossier (faciès 2).

4.3 - Zone 3

25La zone 3 correspond aux versants argileux (argiles de Chanville) dont les pentes atteignent souvent 10°. Ces terrains meubles ont favorisé le développement de l’agriculture comme l’attestent les sillon-billons fossiles visibles sur le relevé Lidar (fig. 2 et 3). Les seuls vestiges archéologiques préservés correspondent à des structures excavées (fosses, silos, trous de poteaux) attribuables à la période du Ier au IIIe siècle. Dans l’emprise de la fouille, deux des onze silos présents contenaient des fragments de poteries laténiennes et aucun indice d’aménagements postérieurs aux premières décennies du IIe siècle après J.-C. n’a été repéré. En référence aux autres silos connus et datant de la même époque en Moselle, il est possible d’estimer qu’ils sont affectés par une ablation de près d’un mètre d’épaisseur. Ainsi, à partir de la préservation des vestiges archéologiques la valeur minimale de cette ablation peut être estimée entre 0,5 et 0,6 mm.an-1.

4.4 - Zone 4

4.4.1 - La plaine alluviale antique

26La zone 4 correspond à la plaine alluviale du ruisseau d’Outremont où aboutissent les cônes alluviaux issus des vallons (fig. 2 et 5). Elle accueille aujourd’hui une partie des cultures ainsi que des champs pâturés. Plusieurs parcelles actuellement en prairie correspondent à d’anciens champs cultivés en sillon-billons dont elles ont préservé les formes caractéristiques. Ces formes fossiles essentiellement situées à proximité du village témoignent de la stabilité du paysage. Un chemin orienté est-ouest relie le village de Lucy à la ferme d’Outremont et sépare la zone étudiée de l’actuelle plaine alluviale du ruisseau d’Outremont.

Fig. 5 : Cône graveleux actuel en bordure de la plaine alluviale

Fig. 5 : Cône graveleux actuel en bordure de la plaine alluviale

27La fouille d’un site situé en bordure de la plaine et sur la partie latérale d’un cône alluvial a permis de documenter à la fois la dynamique alluviale antérieure à son implantation et la dynamique de versant postérieure à son abandon (fig. 6 et 7). Avant l’implantation du site, cette partie de la plaine est occupée par ancien chenal latéral large d’au moins 20 m dont la mise en place n’est pas datée (chenal 1). La base de son comblement correspond à des dépôts grossiers essentiellement siliceux. Le comblement est ensuite composé de dépôts de texture fine argilo-limoneuse où les nombreux éléments figurés organiques (branches et brindilles) et artefacts laténiens attestent d’une occupation humaine à proximité (notamment La Tène D de 150 à 30 avant J.-C.). Ils sont suivis par des dépôts massifs, argilo-limoneux de couleur grisâtre d’environ un mètre d’épaisseur. Ces dépôts sont ensuite incisés par deux chenaux étroits (chenaux 2 et 3) comblés à leur tour par des dépôts fins argilo-limoneux et organiques traduisant une phase d’atterrissement et leur déconnexion de la plaine alluviale.

28Trois aménagements de captage de sources successifs s’inscrivent au sein de ce comblement et sont datés à partir de 4 avant J.-C. jusqu’au second quart du IIe siècle après J.-C. Le premier est constitué de piquets et de planches issus de bois abattus entre 4 avant J.-C. et 15 après J.-C. Le deuxième, quadrangulaire (3,5x 2,9 m) est constitué de planches et d’un sol en madrier de chêne et aménagé dans la seconde moitié du Ier siècle après J.-C. (bois abattus en 54, 62 et 80 après J.-C.). Le troisième soutenu par une claie en noisetier avec piquets en chêne est implanté à partir de la fin du Ier siècle après J.-C. ou au début du IIe siècle après J.-C. (après 84 après J.-C.). D’après le mobilier céramique, l’abandon du site intervient au plus tard dans le second quart du IIe siècle après J.-C. Au sein de la séquence, un mince lit de sables fins et moyens dolomitiques traduit probablement l’occurrence d’une crue. Après l’abandon du site, les dépôts limono-argileux indiquent le retour d’un environnement plus humide et soumis aux inondations.

Fig. 6 : Enregistrement pédo-sédimentaire dans la plaine alluviale.

Fig. 6 : Enregistrement pédo-sédimentaire dans la plaine alluviale.

Fig. 7 : Coupe stratigraphique du versant et de la plaine observée au niveau de la fouille.

Fig. 7 : Coupe stratigraphique du versant et de la plaine observée au niveau de la fouille.

4.4.2 - Les dynamiques de versant tardi-antique et moderne

L’ensemble du secteur est ensuite scellé par un épais dépôt limono-sableux (faciès 1) comprenant plusieurs éléments de mobilier datés des IVe et Ve siècles de notre ère (entre 333 et 475 après J.-C.). Il traduit la mise en place d’une dynamique d’érosion du versant d’origine probablement agriculturale autour des IVe et Ve siècles et n’ayant affecté que les terrains marneux et les sols s’y développant. Au sommet de cette couche, un niveau de couleur plus sombre, d’environ 20 cm d’épaisseur, et continu sur plusieurs dizaines de mètres peut être interprété comme l’horizon organo-minéral d’un sol fossile qui traduit la stabilisation temporaire du paysage. Plusieurs chablis suggèrent la présence d’une haie et témoignent de ce changement d’utilisation du sol attribuable à la période s’étendant entre la fin de l’Antiquité jusqu’à l’époque moderne.

Un second dépôt scelle ce niveau sur une épaisseur de plus d’un mètre. Il présente une texture plus grossière (graviers et petits galets dolomitiques épars (6 %) flottant dans une matrice limono-sableuse (argiles et limons : 85 % ; sables : 9 %) correspondant au faciès 2. Il est interprété comme issu de l’érosion des formations marneuses et dolomitiques. Par analogie avec les autres zones, son origine peut être associée au changement de l’utilisation du sol récent où l’activité agricole affecte indifféremment les marnes et les bancs dolomitiques dépourvus de sols.

Plus à l’ouest, au niveau d’un autre cône alluvial (fig. 2), des observations similaires ont été réalisées. Les vestiges de l’époque antique d’une durée d’utilisation courte (voie romaine, fossés et nécropole à incinération) sont datés à partir de mobilier céramique entre le milieu et le troisième quart du IIIe siècle après J.-C. (environ 250 à 275). Ils sont implantés sur des dépôts colluviaux attestant de l’érosion de sites protohistoriques à proximité puis sont scellés par deux dépôts colluviaux séparés par un petit horizon de sol fossile. Le premier, correspond au faciès 1 tandis que le second présente un faciès plus grossier comprenant des graviers dolomitiques épars (2 à 5 %) correspond au faciès 2.

Ces données permettent de fixer la durée de la phase 2 à environ deux siècles et le taux maximal d’ablation tardi-antique à 5 mm.an-1.

5 - Discussion

29Les données acquises permettent de dresser une première synthèse de la dynamique géomorphologique sur le temps long au sein du bassin versant d’Outremont. Depuis le début de l’Antiquité, la dynamique d’occupation humaine montre quatre grandes phases pouvant être associées avec des phases géomorphologiques de stabilité ou d’instabilité des versants. Cette évolution géo-archéologique peut être discutée avec les paramètres de contrôle probables climatiques et anthropiques.

5.1 - Phases géoarchéologiques

5.1.1 - Phase 1 : IIe siècle avant J.-C.- 275 après J.-C.

30A partir du Second Âge du Fer jusqu’au milieu du IIIe siècle après J.-C., l’occupation humaine est implantée dans toutes les zones du bassin versant y compris au sein de la petite plaine alluviale du ruisseau d’Outremont. L’une de ces occupations se développe autour d’un aménagement de captage de source en bois (chêne) entre 4 avant J.-C. et 150 après J.-C. d’après les datations dendrochronologiques et archéologiques. Elle accompagne le développement d’une sédimentation fine argilo-limoneuse et organique qui traduit le colmatage des chenaux périphériques. Après son abandon, des indices d’occupation observés plus à l’ouest (voie et nécropole) persistent en zone basse entre 250 et 275 après J.-C. d’après le mobilier archéologique.

31A l’échelle régionale, la période comprise entre le Ier siècle avant J.-C. jusqu’autour de 250 après J.-C. connaît des conditions climatiques équilibrées notamment marquées par une relative stabilité des précipitations estivales (McCormick et al., 2012) mais ponctuée par plusieurs années de sécheresse extrême ou de forte humidité (Tegel et al., 2010, 2013). Les études palynologiques réalisées dans des secteurs voisins attestent de l’existence d’un milieu essentiellement ouvert souvent dominé par le pâturage (par exemple : Riddiford et al., 2012 ; Etienne et al., 2013).

5.1.2 - Phase 2 : 275-475 après J.-C.

32Les vestiges antiques situés en zones basses sont ensuite scellés et préservés par d’épais dépôts colluviaux limono-sableux (faciès 1) issus de l’érosion des versants marneux (fig. 7 et 8). Ceux-ci remanient du mobilier archéologique attribué aux IVe et Ve siècle de notre ère (entre 333 et 475 après J.-C.). Un taux d’ablation compris entre 0,5 et 5 mm.an-1 peut être envisagé.

33A l’échelle régionale, l’occurrence d’un épisode froid survenant vers 260 après J.-C., marque le début d’une période de plusieurs siècles où les conditions climatiques deviennent moins stables que précédemment (Holzhauser et al., 2005). Le nord-est de la France, notamment la Lorraine, connaît une sécheresse sévère centrée autour de 300 après J.-C. suivi par une période plus humide à partir de 350 jusqu’autour de 450 après J.-C. (Tegel et al., 2010, 2013 ; McCormick et al., 2012).

34Dans le même temps, le milieu reste largement ouvert mais voit une diminution du pâturage tandis que l’agriculture se développe (Etienne et al., 2013). Certains secteurs du Plateau lorrain connaissent une déprise agricole probablement liée à une baisse de la densité de population.

35Ainsi, à la fin de l’Antiquité, de discrets changements de pratiques agricoles associées à des conditions climatiques essentiellement humides semblent conduire (1) à l’érosion des sols et (2) au développement de cônes alluviaux.

5.1.3 - Phase 3 : 475-1800 après J.-C.

36Du début du Moyen-Âge jusqu’à l’époque moderne, une réduction de l’érosion et le développement d’une pédogenèse active dans la plaine et dans les vallons traduisent une stabilisation générale du paysage (fig. 7 et 8). Le début de cette période de stabilité géomorphologique coïncide avec un changement environnemental reconnu pour le nord-est de la France se produisant à partir de 450 après J.-C. et pour les deux siècles suivants où les conditions évoluent vers un climat extrêmement sec (Tegel et al., 2010). Après 650 jusqu’aux alentours de 800 après J.-C., les conditions climatiques deviennent plus humides (précipitations estivales) semblables aux conditions du début de l’époque gallo-romaine. Ces conditions climatiques s’accompagnent, à l’échelle du Plateau lorrain, d’un retour généralisé de la forêt documenté pour la fin de l’Antiquité et le Haut Moyen-Âge (Etienne et al., 2013).

37Au sein du bassin versant d’Outremont, la préservation des sols sur le temps long semble donc plus influencée par un retour de la forêt sur le plateau (zone 2) et par l’adoption d’un modèle d’agriculture en sillon-billons que par les variations climatiques successives de la fin de l’Antiquité, du Moyen-Âge (Optimum Climatique Médiéval du XXe au XIVe siècle) et de l’époque moderne (Petit Âge Glaciaire du XIVe au XIXe siècle) (Lamb, 1977 ; Holzhauser et al., 2005).

38Le début de période de stabilité géomorphologique permettant la formation de sols est également documenté dans des régions voisines (sud de l’Allemagne) en association avec une déprise agricole et une baisse de la densité de population (Mäckel et al., 2003). En revanche, sur le long terme, le bassin versant d’Outremont présente une certaine originalité par rapport à plusieurs bassins versants voisins sensibles aux événements climatiques (Lang, 2003 ; Lang et al., 2003 ; Schmitt et al., 2003 ; Ertlen et al., 2012).

Fig. 8 : Enregistrement sédimentaire, occupation humaine et pratiques agricoles dans le bassin versant d’Outremont depuis 2 000 ans.

Fig. 8 : Enregistrement sédimentaire, occupation humaine et pratiques agricoles dans le bassin versant d’Outremont depuis 2 000 ans.

5.1.4 - Phase 4 : 1800-2012

39La possibilité de connaître les changements d’utilisation du sol aux périodes récentes à partir de la documentation historique constitue un point majeur de l’étude géoarchéologique du bassin versant d’Outremont. Grâce à la documentation cartographique historique, une interprétation fiable des dépôts de versant datés par le mobilier archéologique des XIXe et XXe siècle peut être réalisée.

40En effet, au cours des deux derniers siècles, le remembrement et le changement de pratique agricole avec l’introduction du labour mécanisé conduit à une reprise de l’érosion des sols ainsi que du substratum dolomitique, jusqu’alors non affecté par celle-ci (zone 2). Cette ablation, sur un temps relativement court, atteint alors des taux très élevés (7 à 15 mm.an-1) par rapport à ceux reconnus à la fin de l’Antiquité (0,5 à 5 mm.an-1). Cette différence entre les taux d’ablation antique et moderne doit cependant être modérée puisqu’elle est en partie influencée par les incertitudes de datation pour les périodes anciennes.

41Le début de cette période coïncide avec la fin du Petit Âge Glaciaire qui correspond dans le nord-est de la France à un refroidissement suivi d’une augmentation des précipitations (Lamb, 1977 ; Holzhauser et al., 2005 ; Tegel et al., 2010). Les conditions climatiques sont donc favorables à la mise en place de cette phase d’instabilité géomorphologique reconnue dans le bassin versant d’Outremont.

5.2. Le changement de faciès des dépôts colluviaux

42Ainsi, des différences de faciès sont observées entre les dépôts colluviaux d’époque tardi-antique ou d’époque moderne. Ce changement correspond au passage d’un premier faciès dominé par les fines (faciès 1) à un faciès dominé par des particules grossières issues des terrains dolomitiques du plateau (faciès 2).

43Pour les dépôts les plus récents (phase 4), la documentation historique permet d’attribuer l’origine de ce changement de faciès aux changements d’utilisation du sol aux XIXe et XXe siècles. L’absence de particules grossières dolomitiques au sein des dépôts antiques (faciès 1) suggère que les terrains dolomitiques du plateau étaient, au cours de l’Antiquité, préservés de l’érosion. Cette préservation peut être attribuée soit à la présence d’un sol, soit à l’absence d’agriculture sur le plateau à l’époque antique. Ces terrains dolomitiques difficiles à cultiver étaient probablement délaissés au profit des versants argileux comme ils l’ont été à l’époque médiévale. Ainsi le changement de faciès des dépôts colluviaux met probablement en évidence un changement de l’utilisation du sol sans doute lié à la nature des terrains sur une longue période de temps.

44L’exemple fournit par le bassin versant d’Outremont grâce à une documentation archéologique et historique fiable depuis La Tène jusqu’à l’actuel, nous pouvons envisager que les changements géomorphologiques sont probablement plus influencés par l’utilisation du sol que par les variations climatiques.

6 - Conclusion

45Les résultats issus de plusieurs opérations archéologiques (diagnostics et fouille) au sein du bassin versant d’Outremont permettent d’aborder de façon intégrée la question de l’anthropisation. La mise en œuvre d’une étude géoarchéologique d’un petit bassin versant lorrain a conduit à la caractérisation de quatre phases morpho-sédimentaires (phases de stabilités et d’instabilités géomorphologiques) depuis l’Antiquité probablement principalement liées aux changements d’utilisation du sol sur le temps long plutôt qu’aux seules variations climatiques (fig. 8).

46L’époque romaine (phase 1) et l’époque médiévale (phase 3) correspondent aux phases principales de stabilité du paysage tandis que l’Antiquité tardive (phase 2) et l’époque actuelle (phase 4) correspondent à des phases d’augmentation de l’érosion des versants ou les taux d’ablation mesurés atteignent des valeurs élevées respectivement 0,5-5 mm.an-1 et 7-15 mm.an-1.

47Le bassin versant d’Outremont, où les variations lithologiques ont pu fortement influencer l’agriculture ancienne, constitue un modèle simple pour lequel les changements de faciès sédimentaire ou la pédogenèse traduisent directement les modifications majeures d’occupation et d’utilisation du sol. Cet exemple montre l’intérêt de la spatialisation des données élémentaires (nature et épaisseur des formations superficielles) ainsi que la pertinence des vestiges archéologiques permettant l’établissement d’approches quantitatives pour l’étude de l’anthropisation de l’environnement. Le caractère extensif des sondages permettant l’observation directe des formations superficielles favorise les corrélations et permet d’envisager des estimations de bilans sédimentaires plus précis. Ces caractéristiques propres à la Géoarchéologie en contexte préventif couplées à l’étude de documents cartographiques historiques offrent des perspectives pour documenter les interactions Homme/Environnement de cette région encore trop peu étudiée (Riddiford et al., 2012).

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Le bassin versant d’Outremont et l’occupation archéologique connue
Crédits Système de projection Lambert I
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Titre Fig. 2 : Vue 3D du relevé Lidar (RFF, 2008) et limites forestières à l’actuel et au XVIIIe siècle.
Légende Les dépressions circulaires de dimensions plurimétriques (a) et métriques (b) sont détectées sur le plateau (zone 2).
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Fichier image/png, 118k
Titre Fig. 3 : Épaisseur des formations superficielles sur le relevé Lidar (RFF, 2008)
Crédits Projection Lambert I
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7518/img-3.png
Fichier image/png, 3,4M
Titre Fig. 4 : Relevé d’une structure agricole médiévale à moderne (sillonbillon) scellée par un dépôt colluvial grossier (faciès 2).
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Fichier image/png, 22k
Titre Fig. 5 : Cône graveleux actuel en bordure de la plaine alluviale
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Fichier image/png, 462k
Titre Fig. 6 : Enregistrement pédo-sédimentaire dans la plaine alluviale.
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Fichier image/png, 731k
Titre Fig. 7 : Coupe stratigraphique du versant et de la plaine observée au niveau de la fouille.
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Fichier image/png, 44k
Titre Fig. 8 : Enregistrement sédimentaire, occupation humaine et pratiques agricoles dans le bassin versant d’Outremont depuis 2 000 ans.
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Pour citer cet article

Référence papier

Vincent Ollive, Thomas Ernst, Justine Franck, Nicolas Meyer, Laurent Thomashausen et Sébastien Viller, « L’Érosion agricole d’un petit bassin versant lorrain depuis 2000 ans : Géoarchéologie de la LGV-Est européenne »Quaternaire, vol. 27/1 | 2016, 27-37.

Référence électronique

Vincent Ollive, Thomas Ernst, Justine Franck, Nicolas Meyer, Laurent Thomashausen et Sébastien Viller, « L’Érosion agricole d’un petit bassin versant lorrain depuis 2000 ans : Géoarchéologie de la LGV-Est européenne »Quaternaire [En ligne], vol. 27/1 | 2016, mis en ligne le 01 mars 2018, consulté le 19 mars 2024. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/7518 ; DOI : https://doi.org/10.4000/quaternaire.7518

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Auteurs

Vincent Ollive

INRAP, Centre Archeologique de Metz, Direction interregionale Grand-Est nord, 12 rue de Meric, CS 80005, FR-57063 METZ cedex 2. Courriel : vincent.ollive@gmail.com; Université de Lorraine, EA 7304 ≪ LOTerr ≫, Campus Lettres et Sciences Humaines, 23 Boulevard Albert Ier, BP 13397, FR-54015 NANCY

Thomas Ernst

INRAP, Centre Archeologique de Metz, Direction interregionale Grand-Est nord, 12 rue de Meric, CS 80005, FR-57063 METZ cedex 2.  Courriel: thomas.ernst@inrap.fr

Justine Franck

INRAP, Centre Archeologique de Metz, Direction interregionale Grand-Est nord, 12 rue de Meric, CS 80005, FR-57063 METZ cedex 2. Courriel: justine.franck@inrap.fr

Nicolas Meyer

INRAP, Centre Archeologique de Metz, Direction interregionale Grand-Est nord, 12 rue de Meric, CS 80005, FR-57063 METZ cedex 2.Courriel: nicolas.meyer@inrap.fr

Laurent Thomashausen

INRAP, Centre Archeologique de Metz, Direction interregionale Grand-Est nord, 12 rue de Meric, CS 80005, FR-57063 METZ cedex 2.Courriel: laurent.thomashausen@inrap.fr

Sébastien Viller

INRAP, Centre Archeologique de Metz, Direction interregionale Grand-Est nord, 12 rue de Meric, CS 80005, FR-57063 METZ cedex 2.Courriel: sebastien.viller@inrap.fr

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