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La dépression glacio-karstique du Mariet (Bauges occidentales, France) : un marqueur de l’englacement würmien des Alpes françaises du Nord

The glacio-karstic depression of Mariet (Bauges occidentales, France): a marker of the würmian glaciation in the Northern French Alps
Stéphane Jaillet, Edwige Pons-Branchu, Fabien Hobléa, Johan Berthet, Philip Deline, Pierre-Allain Duvillard et Kim Génuite
p. 107-120

Résumés

La dépression glacio-karstique du Mariet est, dans les Bauges occidentales calcaires (Alpes du Nord, France), un ombilic perché à 1 000 m NGF. Sa position en fait un marqueur clé pour fixer la chronologie de l’englacement würmien. Selon le niveau altitudinal du glacier isérois, celui-ci envahit les Bauges et laisse des dépôts erratiques, reconnus jusqu’à 1 250 m NGF. Le WGM (Würm Glacial Maximum) a été défini par Coutterand (2010) comme l’extension spatiale maximale des glaces au cours du Würm. L’englacement de la cuvette du Mariet est considéré ici comme synchrone du WGM (Coutterand, 2010). Des cavités karstiques, bordant le fond de la dépression contiennent des éléments détritiques allochtones identifiés comme des cônes fluvio-glaciaires intra-karstiques (CFGI). Ceux-ci scellent ou sont scellés par des coulées stalagmitiques. Une cartographie géomorphologique détaillée, une série de profils de tomographie électrique et des datations U‑Th ont été réalisées. Ces résultats permettent de mieux contraindre la géométrie de la cuvette et d’analyser en détail les relations entre dépôt glaciaire et karst sous-jacent. L’épaisseur de ces dépôts n’est pas reconnue mais la puissance de l’ensemble atteint 50 à 60 m au cœur de l’ombilic. Par ailleurs, il est démontré qu’entre 62,5 et 66,1 ka et probablement jusque 44,4 ka (âge maximal), la cuvette du Mariet est libre de glace avec un environnement autorisant la croissance stalagmitique. De même, il est certain qu’après cette date, se produit une invasion de galets très probablement d’origine glaciaire ou d’abandon glaciaire. Il n’est pas nécessaire que cette seconde phase (possiblement MIS 2) signe un retour du glacier isérois. Il peut s’agir de remobilisation locale.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 17 mars 2018, reçu sous sa forme révisée le 13 juin 2018 et définitivement accepté le 20 juin 2018.

Texte intégral

Laurent Astrade pour ses contacts avec la Fédération Française de Course d’Orientation et son aide à l’accès aux données cartographiques détaillées en format vectoriel de l’ensemble oriental de la cuvette du Mariet (carte n° 2010-D73). Pertti et Seppo Korhonen ont réalisé la photogrammétrie sur la base des photographies aériennes IGN 1982, Rauno Asikainen et Jussi Silvennoinen ont réalisé les relevés et le dessin de la carte de Course d’Orientation.

Le Spéléo-Club de Savoie (en particulier Denys Bourgeois) et le Comité Départemental de Spéléologie de la Savoie pour l’accès aux données de localisation des cavités du Mariet et aux topographies spéléologiques de ce secteur. Patrick Lesaulnier, Stéphane Lips et Emmanuel Tessanne pour les données topographiques inédites du Gouffre des Invalides ; Christophe Gauchon, Élise Kazmierczak, Patrick Le Saulnier et José Mulot pour leur accompagnement sur le terrain et l’aide aux prélèvements sous terre ; André Revil pour l’aide aux traitements des données issues des acquisitions par tomographie électrique ; Lorna Foliot pour l’aide à la préparation et analyse des échantillons au LSCE ; Jean-Jacques Delannoy pour son accompagnement sur le terrain dans le cadre du module B5 Cartographie du Master Geosphères (université de Savoie) ; Sylvain Coutterand et Gilles Ménard pour la richesse des échanges et des discussions.

1. Introduction

1Depuis la reconnaissance, au cours du XIXe siècle, de blocs erratiques éloignés des appareils glaciaires, on sait proposer une extension maximale aux glaciers de la fin du Pléistocène. Dans les Alpes françaises du Nord comme en Suisse, un siècle de cartographie et d’identification de blocs et de moraines, a permis de proposer des cartes d’extension orientées essentiellement sur les maxima rissien et würmien (Coutterand, 2010). Plus récemment, les datations entreprises sur ces dépôts, par différentes méthodes (14C, Nucléides cosmogéniques terrestres ou 10Be in situ) ont permis de proposer une chronologie des avancées et des retraits glaciaires sur ces deux dernières grandes glaciations alpines (Schlüchter, 2004). Cependant, les modèles chronologiques proposés en Suisse et en France ne convergent pas (Ivy-Ochs et al., 2008 ; Heiri et al., 2014). Au nord, les datations réalisées par luminescence ou 14C indiquent une extension maximal würmienne au cours du MIS 2 qui est le dernier maximum de froid enregistré à l’échelle globale par les chronologies isotopiques (Würm récent, 22-25 ka) (Schlüchter, 2004). Dans les Alpes françaises du Nord (Alpes occidentales), l’extension maximale würmienne est attribuée à un Würm plus ancien (supérieur à 40 ka) par Monjuvent et Nicoud (1988). Le problème d’une extension non synchrone a depuis été débattu. Schoeneich (1998) et Schoeneich et al. (2012) proposent une revue des arguments et formalisent le problème de cette synthèse WGM (Ehlers et al., 2011). Coutterand (2010) en propose une synthèse cartographique détaillée (fig. 1) et discute largement le problème des retraits et avancées glaciaires sur les bassins du Rhône, de l’Arve, de l’Isère au cours du Würm.

2L’absence de nouvelles campagnes de datations, la difficulté à identifier de nouvelles cibles et les limites des datations 14C à 40 ka incitent à rechercher de nouvelles approches pour éclairer cette problématique. Dans cette perspective, le karst constitue un objet à très fort potentiel. Connu pour être un enregistreur exceptionnel des variations environnementales (Palmer, 2007), il est sollicité aujourd’hui pour des approches variées, depuis des reconstitutions paléogéographiques sur du temps long comme pour des analyses paléoenvironnementales sur du temps plus court. Tantôt analysé pour ses formes souterraines (Slabe, 1995), tantôt pour ses dépôts qu’ils soient détritiques ou chimiques (Klimchouk et al., 2000), il constitue une archive précieuse, souvent complémentaire, parfois unique. Les relations entre karstification et influence glaciaire ont d’ailleurs déjà été analysées avec succès (Audra et al., 2007 ; Spötl et Mangini, 2007) comme en Italie (Bini et al., 1998), en Suisse (Häuselmann, 2002), dans le Jura (Lignier et Desmet, 2002), en Patagonie chilienne (Jaillet et al., 2008), dans les Pyrénées (Sorriaux et al., sous presse) ou plus récemment en Espagne (Ballesteros et al., 2017) pour ne citer que quelques cas. Dans les Préalpes calcaires, le karst a enregistré les invasions glaciaires, notamment dans le Vercors et en Chartreuse (Delannoy, 1997). À la grotte Vallier, les dépôts datés par paléomagnétisme ont permis d’identifier une très ancienne phase glaciaire (Audra et Rochette, 1993).

3Nous nous proposons ici d’étudier un objet karstique des Bauges occidentales (Préalpes du Nord) : la cuvette du Mariet (fig. 1). À 1 000 m NGF, appartenant à l’important réseau spéléologique de Prérouge, elle enregistre les invasions glaciaires du Pléistocène.

Fig. 1 – Carte de localisation de la dépression glacio-karstique du Mariet (bordure occidentale des Bauges) dans son contexte glaciaire et karstique.
Fig. 1 – Location map of the Mariet glacio-karst depression (western edge of the Bauges) in its glacial and karstic context.

Fig. 1 – Carte de localisation de la dépression glacio-karstique du Mariet (bordure occidentale des Bauges) dans son contexte glaciaire et karstique.   Fig. 1 – Location map of the Mariet glacio-karst depression (western edge of the Bauges) in its glacial and karstic context.

A : Extension maximale würmienne des glaciers alpins (d’après Coutterand, 2010). B : Cuvette du Mariet et les réseaux spéléologiques du système karstique de Prérouge (d’après Spéléo-Club de Savoie). 1. Cavité / source ; 2. Karst calcaires urgoniens ; 3. Karst calcaires valanginiens ; 4. Réseau hydrographique ; 5. Limite englacement WGM ; 6. Limite de la cuvette du Mariet.
A: Maximum extension of alpine glaciers during Würm (according to Coutterand, 2010). B: Mariet depression and the speleological networks of Prerouge karst system (after Speleo-Club de Savoie). 1. Cave / exurgence; 2. Urgonian limestone karst; 3. Valangian limestone karst; 4. Hydrographic network; 5. Glacial extent limit WGM; 6. Limit of the Mariet basin.

2. Méthodologie mise en œuvre sur la dépression du Mariet (Bauges occidentales)

2.1. La dépression du Mariet et le karst des Bauges occidentales

4Au sud de la cluse du Chéran, vers 1 000 m NGF, s’étend la dépression du Mariet (fig. 1). Il s’agit d’une des plus vastes dépressions topographiques en contexte calcaire des Préalpes françaises. D’une largeur de moins d’un kilomètre d’est en ouest, elle s’étend sur une longueur d’environ deux kilomètres du nord au sud. D’un point de vue strictement topographique, la surface du bassin versant endoréique est évaluée à 6,5 km², c’est-à-dire que l’intégralité des précipitations s’infiltre dans cette surface et rejoint plus en profondeur les écoulements karstiques souterrains du système de Prérouge sur 54 km de développement spéléologique (Tessanne, 2014 (fig. 1). À ce titre, elle constitue environ un quart de la surface du bassin d’alimentation de ce karst, c’est-à-dire la quasi-totalité du compartiment structural de Bange, au nord de la faille de Montagny. D’un point de vue tectonique, elle s’inscrit dans une structure synclinale d’axe nord-sud qui complexifie localement le vaste anticlinal Bange / Semnoz. Cette structure synclinale du Mariet n’est pas retrouvée au sud de la faille de Montagny (fig. 1). Cette dernière étant un décrochement dextre, le compartiment méridional, déplacé vers l’ouest, n’a pas conservé le synclinal.

5Le vaste anticlinal Bange / Semnoz constitue le mont qui structure, sur 30 km, la bordure occidentale des Bauges. Il chevauche la dépression molassique de l’Albanais (chevauchement frontal des Bauges) qu’il domine de plus de 1 000 m de dénivellation. Ce mont n’a pas été recouvert par l’englacement würmien allochtone, mais des appareils glaciaires locaux et la calotte du Semnoz (vers 1 500 m NGF) y sont reconnus. Seule la cluse du Chéran le traverse d’est en ouest. Or il est démontré que la totalité de l’invasion glaciaire würmienne des Bauges est rattachée à l’Isère (Coutterand et al., 2009). C’est donc par cette cluse unique, d’une longueur de 6 km et de 1,4 km de large dans sa zone étroite, que le flux glaciaire isérois quitte les Bauges (Jaillet, 2013).

6L’intérêt essentiel de cette dépression du Mariet est qu’elle conserve les formes et les formations associées autant aux phases glaciaires qu’à la dynamique karstique qui les encadre durant les interglaciaires. Des études karstologiques locales (Mugnier, 1965, 1979) avaient déjà mis en évidence la présence de sédiments détritiques (galets allochtones) dans le karst et les avaient rapportées aux influences glaciaires, avec datation d’un échantillon de calcite à 39,8 ka ± 3,3 (Hobléa, 1999). L’analyse détaillée de cette cuvette et des dépôts qu’elle recèle constitue le cœur du travail proposé ici.

2.2. Trois méthodes mises en œuvre sur la cuvette

7Pour apporter de nouvelles données sur le site, il convenait de mettre en œuvre des approches adaptées. La stratégie retenue ici a été de proposer trois méthodes : géomorphologique, géophysique et radiométrique.

2.2.1. Analyse géomorphologique

8Une analyse géomorphologique détaillée du site a pu être conduite. Elle repose à la fois sur la synthèse des données cartographiques connues et sur des campagnes de terrain. Un fond cartographique détaillé a été réalisé à partir du MNT 25 m IGN (interpolé pour la partie occidentale de la cuvette) et à partir des courbes de niveau établies pour la carte détaillée de la course d’orientation. Cette carte avec équidistance à 5 m a servi de support cartographique à l’établissement de la carte géomorphologique du Mariet présentée ici (fig. 2). Cette dernière, relevée sur le terrain est établie selon une légende proche de la RCP77 (Joly, 1997), adaptée à l’échelle et aux spécificités du secteur étudié. Les formes du karst et les formes et formations glaciaires constituent, au côté des formes structurales, les éléments essentiels du relief. Plusieurs formes mixtes (glaciaires et karstiques) constituent l’originalité essentielle du secteur. L’endokarst est reconnu à travers des explorations spéléologiques importantes. Depuis les années 1960, ces explorations n’ont eu de cesse de progresser et chaque année apporte son lot de nouveaux conduits souterrains. La synthèse cartographique du Spéléo-Club de Savoie a été ici complétée et replacée sur le document avec la totalité des cavités inventoriées sur le secteur (CDS 73, 1993). Au final, il est possible de proposer un document géomorphologique de synthèse (fig. 2) dont la production et le commentaire associé constituent en soi un résultat nouveau.

Fig. 2 – Carte géomorphologique à 1/10 000 de la dépression du Mariet.
Fig. 2 – Geomorphological map at 1/10,000 of the Mariet depression.

Fig. 2 – Carte géomorphologique à 1/10 000 de la dépression du Mariet.   Fig. 2 – Geomorphological map at 1/10,000 of the Mariet depression.

Le fond topographique est repris de la carte de course d’orientation (FFCO) et du MNT IGN 25 m, les contours géologiques de la carte géologique n° 701. Les réseaux karstiques et les entrées de cavités sont repris de la synthèse spéléologique du Comité départemental de spéléologie de la Savoie (CDS73). La légende est inspirée de la RCP77. 1. Courbes de niveau (eq. 5 m) ; 2. Points cotés (surface / sous terre) ; 3. Toponyme de surface / souterrain ; 4. Réseau hydrographique ; 5. Zone humide ; 6. Signe de pendage ; 7. Escarpement majeur ; 8. Replats étagés (supérieur ; médian ; inférieur) ; 9. Dolines et pertes ; 10. Gouffres inventoriés ; 11. Endokarst (conduits spéléologiques) ; 12. Surface lapiazée nue ; 13. Surface lapiazée à remplissage glaciaire ; 14. Karst à banquette avec dépôts associés ; 15. Cirque glacio-karstique ; 16. Canyon post-glaciaire ; 17. Sillon sous glaciaire dans ruelle karstique ; 18. Remplissage glaciaire indifférencié ; 19. Replat karstique (paléo-poljé ?) ; 20. Calcaires à faciès urgonien ; 21. Marnes de l’Hauterivien ; 22. Calcaires Fontanil / marnes du Valanginien.
The topographical background is taken from the Orienteering Map (FFCO) and the DTM IGN 25 m, the geological contours of the geological map n° 701. The karstic networks and the entrances of cavities are taken from the speleological synthesis of the CDS73. The legend is inspired by the RCP77. 1. Contour line (5 m); 2. Height spot (surface / underground); 3. Surface / subterranean toponym; 4. Hydrographic network; 5. Wetland; 6. Dip; 7. Major escarpment; 8. Staged bench (superior; median; inferior); 9. Dolines and sinkholes; 10. Inventorized cave; 11. Endokarst (speleological gallery); 12. Karren surface; 13. Karren surface with glacial filling; 14. Karst escarpment with deposits; 15. Glacial karstic cirque; 16. Post-glacial canyon; 17. Glacial and karstic furrow; 18. Undifferentiated glacial filling; 19. Karstic planation surface (paleo-polje ?); 20. Limestones with urgonian facies; 21. Marls of the Hauterivien; 22. Fontanil limestones / valanginien marls.

2.2.2. Campagne de prospection électrique

9Le cœur de la dépression du Mariet est constitué d’un remplissage attribué aux invasions glaciaires (Gidon et al., 1970) et qu’il convenait de caractériser dans ses aspects géométriques notamment. Pour ce faire, une campagne de prospection électrique a été réalisée. La Tomographie de la Résistivité Electrique (ERT – Electrical Resistivity Tomography) est une méthode « classique » pour imager l’interface entre la surface et le substratum rocheux dans les zones karstiques (Carrière et al., 2013 ; Chalikakis et al., 2011 ; Valois et al., 2010). Les mesures de la résistivité électrique ont été développées à la fin des années 1970 (Edwards, 1977 ; Barker, 1981). Basée sur l’étude de la capacité des matériaux à s’opposer au passage d’un courant électrique (appelé résistivité), cette technique d’observation indirecte et non invasive permet de mettre en évidence les hétérogénéités du milieu en deux dimensions (Marescot, 2006 ; Scapozza et Laigle, 2014). Les résistivités obtenues sur le terrain sont des résistivités apparentes mesurées, non interprétables directement, car influencées par les différentes couches traversées et par le dispositif d’acquisition, et doivent faire l’objet d’une inversion (Loke et Barker, 1996). Le dispositif Wenner a été utilisé ici, car il permet une bonne résolution horizontale des structures du sous-sol tout en minimisant la sensibilité aux bruits électriques ambiants (Dahlin et Loke, 1998 ; Dahlin, 2001). L’acquisition en ERT a été effectuée avec un système multi-électrodes ABEM Terrameter SAS 4000 composé de 4 canaux pour un dispositif de 64 électrodes. Un premier profil a été réalisé en septembre 2016 puis deux profils en juin 2017, chaque fois avec un écart entre les électrodes de 5 m. L’altitude des électrodes a été levée par nivellement en 2016 et par GPS différentiel (DGPS) en 2017 afin d’assurer une précision centimétrique. Pour chaque mesure, le temps d’acquisition était de 0,3 s avec une temporisation de 0,5 s. L’intensité de l’injection variait entre 100 et 200 mA selon la résistance du sous-sol. Pendant l’acquisition, si un point mesuré avait une erreur Root Mean Square (RMS) > 1 %, la mesure pouvait être répétée 4 fois. Les données ont été inversées avec le logiciel Res2Dinv avec la version 3.54.44 (Loke et Barker, 1996) qui utilise la méthode des moindres carrées pour produire un modèle 2D du sous-sol depuis les résistivités apparentes mesurées. Les inversions ont été stoppées à l’itération n° 4, car la RMS était satisfaisante pour chaque section (inférieure à 8 %). Ainsi du nord au sud, ce sont trois profils d’une longueur respective de 470, 460 et 300 m, orientés est/ouest qui ont été implantés dans la cuvette, en cherchant à couvrir chaque fois les contacts calcaires/remplissage glaciaire, en particulier à l’est. Chacun d’entre eux est positionné au plus proche d’une cavité connue afin de bénéficier de contraintes géométriques sur les calcaires (fig. 2-3).

2.2.3. Datations U‑Th

10Pour compléter ces approches géométriques, il convenait de réaliser une campagne de datations radiométriques. La cible retenue a été les concrétions et ensembles stalagmitiques scellant ou scellés par des dépôts détritiques fluvio-glaciaires. Pour ce faire, deux cavités en bordure orientale de la cuvette et au droit des profils tomographiques, ont été retenues (Trou des Casses et Gouffre des Invalides) et ont fait l’objet d’une analyse morphologique détaillée. Des prélèvements pour datations U‑Th ont été réalisés sur des planchers et coulées stalagmitiques, lorsque ceux-ci recouvraient ou avaient été recouvert par les dépôts fluvio-glaciaires recherchés.

11Des échantillons de 150 à 400 mg ont été dissous à l’HCl dilué. Pour certains d’entre eux (échantillons du Gouffre des Invalides), un résidu argileux insoluble par cette procédure est observé. Celui-ci a été attaqué séparément par un mélange de HF et HNO3, mis à sec, puis re-dissous à l’HCl dilué pour être mélangé à la première fraction. La séparation des fractions uranium et thorium, effectuée sur résine échangeuse d’ions ainsi que la méthode d’analyse par MC-ICPMS sont décrites dans Pons-Branchu et al. (2014). Les résultats des analyses sont présentés dans le Tableau 1.

12Les échantillons du Gouffre des Invalides présentent des quantités de thorium détritique très importantes (²³²Th élevé et rapports ²³0Th/²³²Th très faibles). Ainsi, les âges proposés ne sont ici que des âges maximums, une partie importante du ²³0Th mesuré ayant très probablement été amenée par la fraction détritique. Une correction d’âge serait ici très dépendante de la valeur choisie, qui sans contrainte est très incertaine. Au contraire les échantillons du Trou des Casses présentent de très faibles quantités de matériel détritique (teneurs en ²³²Th faibles et rapports ²³0Th/²³²Th élevés) rendant quasi négligeable la correction d’âge apportée
(ici en supposant une valeur ²³0Th/²³²Th = 1,25 ± 50 %).

3. Résultats : étagement et contrôle chronologique des objets glacio-karstiques

13Les résultats sont présentés en intégrant l’ensemble des méthodes sur les différents objets étudiés. Ainsi, nous ne séparons pas l’approche géomorphologique de l’approche par tomographie électrique ou de l’apport des datations, mais préférons présenter la totalité des objets enrichis de la connaissance obtenue par les différentes méthodes. Nous proposons ici de présenter ces objets selon une grille altitudinale, des éléments les plus hauts aux éléments les plus bas. Cette lecture peut être considérée comme le commentaire de la carte géomorphologique proposée (fig. 2).

3.1. Les cirques glaciaires perchés

14Entre 1 200 et 1 300 m NGF, au sommet du versant occidental de la cuvette, on identifie une série de dépressions perchées, semi-circulaires, de quelques centaines de mètres d’extension et qui constituent d’anciens cirques glaciaires (fig. 2, 4). Bien que les indices de terrain restent indigents (rabotage glaciaire inexistant du fait de la lithologie, moraine frontale non identifiée), la géométrie des formes et leur raccordement à l’altitude maximale du dernier maximum würmien (WGM, 1 250 m NGF) (Coutterand, 2010) milite en ce sens. Ces dépressions perchées se développent dans les marno-calcaires de l’Hauterivien, sous les calcaires urgoniens, la série présentant ici un pendage de l’ordre de 30°. Le drainage actuel de ces dépressions est assuré, vers l’est, par des écoulements sporadiques sur ces marno-calcaires. Au contact des calcaires sus-jacents, ces écoulements se perdent généralement pour rejoindre le système karstique de Prérouge, 1 000 m plus bas ; l’un d’eux s’écoule également en surface, dans une gorge de profondeur métrique à plurimétrique qui incise la surface structurale urgonienne constituée par le flanc ouest du synclinal. Dans un cas uniquement, une cavité a pu être explorée : le Creux du Loret. D’un développement de 2 410 m et d’une profondeur de 434 m (Yoccoz et Yoccoz, 1988), le gouffre s’organise à l’aval de la perte selon la direction du pendage. Il est possible, mais non démontré pour l’heure, que cette cavité ait pu être active lors de la phase glaciaire et qu’elle draine, pour partie, les écoulements s’organisant sous le (ou au front du) glacier perché.

3.2. Les versants structuraux et la périphérie de la cuvette du Mariet

15Les deux versants est et ouest de la cuvette présentent des surfaces structurales dégradées, en partie démantelées par le rabotage glaciaire et la dissolution des calcaires en surface. Sur une dénivellation de l’ordre de 300 m, ces deux versants raccordent les points haut aux points bas de la dépression avec un cortège de morphologies karstiques de surface caractéristiques : lapiaz nu, lapiaz sous couvert forestier, karst à banquettes, banquettes karstiques avec blocs déplacés, ruelles karstiques démantelées (fig. 2). Ces dernières peuvent parfois être rattachées à des conduits spéléologiques rabotés dont il ne subsisterait que la semelle des tronçons déconnectés. C’est le cas par exemple du conduit principal du Creux de la Pierre du Frère, sous la montagne de Bange. Dans d’autres cas plus spectaculaires, ce sont de véritables sillons sous-glaciaires aujourd’hui remodelés en ruelles karstiques qui sont identifiés, ici dans la partie nord et la partie sud de la cuvette (fig. 2). Ces ruelles comblées d’un till de placage à matériel allochtone témoignent de l’invasion glaciaire iséroise dans la cuvette.

16Vers 1 000 m NGF, dans la partie orientale de la cuvette, s’étend un replat karstique très démantelé. Sur le terrain, il ne s’agit que d’un ensemble de lapiés sous forêt, plus ou moins empâtés par des dépôts détritiques. Ceux-ci peuvent être d’origine glaciaire (allochtone) ou le produit d’altération des calcaires urgoniens. Cette surface mal conservée n’en constitue pas moins un replat plus ou moins continu, difficile à suivre sur le terrain, mais qui est reconnaissable sur MNT ou carte détaillée. Cette surface est très karstifiée et plusieurs cavités ont pu y être explorées. Sans preuve formelle, il pourrait être possible de rattacher cette géométrie à un paléo-poljé. Il correspondrait alors à un paléo-fonctionnement de la dépression, à une époque ancienne, possiblement préglaciaire.

3.3. Le cœur de la cuvette : l’ombilic glaciaire et les pertes orientales

17Le cœur de la cuvette est, entre 985 et 1 050 m NGF, un espace où se concentrent les dépôts imperméables et où de fait, s’organisent les écoulements de surface (fig. 2). C’est dans ce secteur que se concentrent les activités agricoles et les chalets d’alpage. Une cartographie détaillée permet de montrer l’existence de replats étagés au sein de cette cuvette. Ils s’organisent en 3 ensembles principaux : (i) un ensemble supérieur, dans la partie occidentale et se développant vers 1 030 m NGF, (ii) un ensemble médian, dans la partie centrale vers 1 015 m NGF et enfin un ensemble inférieur, vers 1 000 m NGF. Enfin, vers 985 m NGF, dans la partie orientale du cœur de la dépression, le fond de la cuvette constitue une zone humide. L’ensemble de cet espace constitue un ombilic glaciaire d’environ 400 à 500 m de large et d’un kilomètre de long. Les dépôts identifiés en surface vont des argiles aux blocs, ces derniers pouvant être métriques, et se concentrent dans les points bas de la cuvette. Il pourrait s’agir d’une remobilisation d’un till d’ablation. Le réseau hydrographique est orienté d’ouest en est. En partie anthropisé sur certains tronçons, il rejoint une vingtaine de pertes et dolines alignées sur un axe nord-sud sur une distance de 650 m.

18Les trois profils tomographiques (fig. 3) ont permis de mieux contraindre la géométrie du corps sédimentaire qui occupe la dépression. On envisage le toit des calcaires à une résistivité > 1 000 Ωm. Sur chacun des profils, on identifie clairement, à l’est, la surface structurale des calcaires plongeant vers l’ouest donc vers le cœur du synclinal. À l’ouest, la surface des calcaires est plus délicate à identifier. Sur le profil septentrional, elle est identifiable, mais sur les profils central et méridional, elle n’apparaît pas suggérant dans la partie sud-ouest de la cuvette une épaisseur conséquente du remplissage. Nous proposons en Figure 4 une interprétation de ces profils. Le cœur de la dépression constitue une accumulation importante plus épaisse au nord qu’au sud. Ainsi au nord, elle doit atteindre une soixantaine de mètres et au sud, dépasser une trentaine de mètres.

Fig. 3 – Synthèse des trois profils de tomographies de résistivités électriques réalisés dans la cuvette du Mariet (orientée ouest-est.)
Fig. 3 – Synthesis of the three profiles ERT (Electrical Resistivity Tomography) in the Mariet depression.

Fig. 3 – Synthèse des trois profils de tomographies de résistivités électriques réalisés dans la cuvette du Mariet (orientée ouest-est.)   Fig. 3 – Synthesis of the three profiles ERT (Electrical Resistivity Tomography) in the Mariet depression.

Voir localisation sur la Figure 2. Les échelles topographiques et de résistivités sont équivalentes pour les trois profils.
See location on Figure 2. The topographic and resistivity scales are equivalent for the three profiles.

19Différentes générations et types de matériaux de remplissage sont également visibles (résistivité < 1 000 Ωm) En l’absence de forage, il est difficile d’identifier les types de matériaux constituant ce remplissage. Cependant, eu égard à la cartographie réalisée en surface, aux connaissances géologiques du site (Gidon et al., 1963) et à la chronologie attendue du retrait glaciaire, il pourrait se composer de quatre unités. Ce découpage n’est proposé ici qu’à titre hypothétique pour orienter les futures recherches : (i) au fond, un dépôt oligocène (noté sannoisien sur la carte géologique ancienne ; Gidon et al., 1963), non reconnu ici et d’épaisseur inconnu. Cet ensemble géologique formant le prolongement des poudingues carbonatés de la Doria (Gidon et al., 1970) est reconnu dans la partie sud de la cuvette (Gidon et al., 1963), mais n’a pas été recherché dans le cadre de la présente étude. Il est possible que les dépôts rougeâtres identifiés dans le Trou des Casses (infra) soient associés à cet héritage tertiaire. Ce dépôt n’est pas représenté dans les coupes interprétées (fig. 4) ; (ii) un till de placage pourrait constituer une part importante du remplissage. On peut raisonnablement supposer qu’il est composé d’un mélange d’éléments glaciaires allochtones (flux isérois) et autochtones (apports baujus) ; (iii) un ensemble peu résistif constituant, dans la partie orientale et centrale, le top de la série sédimentaire. Cet ensemble pourrait, sans certitude, être un till d’ablation, éventuellement colmaté de silt. La partie supérieure est probablement riche en éléments fins et matière organique (tourbe ?). Le tout se serait mis en place pendant la phase de fusion et de retrait glaciaire et pourrait expliquer l’étagement des replats identifiées dans la cuvette (fig. 2, 4). Enfin (iv), des nappes de gélifracts ou d’éboulis sont reconnus dans la partie occidentale de la dépression et se caractérise par des crachées localement plus résistives. Trop minces, elles n’ont pas été représentées sur les coupes interprétées (fig. 4).

Fig. 4 – Trois coupes est-ouest dans la cuvette du Mariet avec interprétation de la géométrie du till glaciaire par les profils de tomographie de résistivités électriques.
Fig. 4 – Three east-west sections in the Mariet depression with interpretation of glacial till geometry by electrical resistivity tomography profiles.

Fig. 4 – Trois coupes est-ouest dans la cuvette du Mariet avec interprétation de la géométrie du till glaciaire par les profils de tomographie de résistivités électriques.   Fig. 4 – Three east-west sections in the Mariet depression with interpretation of glacial till geometry by electrical resistivity tomography profiles.

Les relevés topographiques souterrains des trois cavités sont projetés sur chaque plan est-ouest : Casses (au nord), Invalides (médian) et Moines (au sud).
Underground topographic surveys of the three cavities are projected on each east-west plane: Casses (in the north), Invalides (median) and Moines (in the south).

3.4. L’endokarst actuel et le drainage souterrain

20Des cavités se développent à partir des pertes décrites précédemment. Si d’un point de vue spéléologique, il ne s’agit que de deux cavités connues (Trou des Casses et gouffre des Invalides), d’un point de vue karstique, à chaque doline ou perte, correspond bel et bien un drain qui rejoint un collecteur plus important (fig. 2). D’ailleurs, l’exploration spéléologique du gouffre des Invalides permet de remonter les affluents depuis le drain collecteur et ceux-ci buttent sous les dolines, ou à proximité immédiate. Plus au sud, le Trou des Moines est un puit effondré (tronqué), recoupant un méandre. Il est, pour l’heure, non connecté à ce système de dolines. Ces cavités présentent tout un dispositif de drainage original. Elles se développent d’abord vers le nord puis les écoulements obliquent et repartent en direction du sud vers la faille de Montagny et ensuite le système de Prérouge (fig. 1-2). Dans la partie méridionale de la dépression du Mariet, ce sont des méandres spéléologiques, c’est-à-dire des galeries généralement étroites et hautes avec écoulements à surface libre et incision fluviatile linéaire dans la masse calcaire. Ces méandres se développent entre 950 et 800 m d’altitude environ. Deux cavités principales ont été explorées et ont permis de reconnaitre plusieurs kilomètres de conduits souterrains : le Creux de la Litorne et le Creux du Pic Noir (CDS73, 1993). Enfin, les écoulements rejoignent le système épinoyé de Prérouge et l’exutoire du système à 580 m NGF (Hobléa, 2013).

3.5. Le Trou des Casses et ses concrétions scellées

21À 983 m NGF, au nord du lac du Mariet, s’ouvre le Trou des Casses (fig. 2, 4, 5). L’entrée est un effondrement de quelques mètres de diamètre recoupant un méandre spéléologique s’écoulant d’est en ouest. Le conduit s’enfonce sous la dépression du Mariet en suivant le pendage (ici de l’ordre 30°) vers l’ouest. Des nappes de galets injectés dans le karst sont reconnues dans le conduit. Ces nappes sont elles-mêmes recouvertes par une séquence argilo-limoneuse possiblement varvée. En deux endroits du réseau (fig. 5), ces dépôts détritiques, scellent des dépôts chimiques (concrétions ou coulées stalagmitiques) mais proviennent très certainement de deux origines différentes (fig. 5). Ils sont attribués à des phases glaciaires (Mugnier, 1965 ; Hobléa, 1999), et pour nous plus précisément à des phases de retrait et de fusion glaciaire, associées à l’englacement de la cuvette du Mariet dont l’altitude (1 000 m NGF) implique un glacier à base tempérée. La coupe 1 est identifiée au droit du carrefour principal de la cavité. Le conduit (à 30 m de profondeur), provient possiblement d’une paléo-perte aujourd’hui scellée par le remplissage qui occupe la cuvette du Mariet. Cette coupe avait fait l’objet d’une datation par la méthode U‑Th (alpha, CERAK, Mons) et avait donné un âge ante quem à ces dépôts détritiques de 39,8 ka ± 3,3 (Hobléa, 1999). Dans le contexte général des synthèses sur l’englacement alpin, cette unique date U‑Th sur coulée stalagmitique revêtait un enjeu important et bien que jugée correcte, il paraissait nécessaire de la reprendre pour l’intégrer dans le flux de dates présentées ici. Il s’agit d’une coulée stalagmitique, blanche, compacte et finement laminée, scellant un dépôt détritique et scellée par une seconde nappe de galets. La première nappe est composée de galets centimétriques dans une matrice argilo-limoneuse. Le cortège des galets est clairement allochtone. La seconde nappe est composée de galets plus grossiers (décimétriques) avec un cortège paraissant plus autochtone (calcaires dominants). L’ensemble de cette coupe est incisé par les écoulements actuels. Deux échantillons de calcite ont été prélevés pour datations par la méthode U‑Th (tab. 1) : l’un (CASS-2015-A) au droit du prélèvement des années 1990, en rive droite, qui a donné la date de 65,1 ka (± 0,4 ka), le second (CASS-2015-B) en rive gauche qui a donné deux âges de 63,6 ka (± 0,5 ka) et 63,3 ka (± 0,8 ka). En fond de méandre, une calcite corrodée et très détritique n’a pas pu faire l’objet d’une datation. La qualité de la calcite, les résultats d’analyses corrects et les barres d’erreurs faibles, donnent à ces âges un excellent niveau de fiabilité que nous commenterons ensuite.

Fig. 5 – Coupe est-ouest du Trou des Casses et présentation des prélèvements de calcite et des datations U‑Th associées.
Fig. 5 – East-West section of Trou des Casses and presentation of calcite samples and U‑Th dating.

Fig. 5 – Coupe est-ouest du Trou des Casses et présentation des prélèvements de calcite et des datations U‑Th associées.   Fig. 5 – East-West section of Trou des Casses and presentation of calcite samples and U‑Th dating.

La géométrie de la base du till d’ablation glaciaire est interprétée à partir du profil ERT Mariet01 et des données de terrain.
The geometry of the glacial ablation till base is interpreted from the Mariet01 ERT profile and field data.

Tab. 1 – Rapports isotopiques et âges U‑Th des prélèvements réalisés au Trou des Casses et au gouffre des Invalides.
Tab. 1 – Isotopic ratios and U/Th ages of samples from Trou des Casses and Invalides cave.

Tab. 1 – Rapports isotopiques et âges U‑Th des prélèvements réalisés au Trou des Casses et au gouffre des Invalides.   Tab. 1 – Isotopic ratios and U/Th ages of samples from Trou des Casses and Invalides cave.

Les rapports isotopiques de l’uranium sont exprimés sous la forme δ234U, avec δ234U = (234U/238U-1)*1000. δ234Ui représente la composition initiale en uranium. Les corrections d’âge (échantillons CASS) sont effectuées avec une valeur du rapport 230Th/232Th = 1,25 ± 50%. Les âges sont exprimés en milliers d’années (ka) avant mesure, ici l’année 2016.
Isotopic ratios are expressed as δ234U, with δ 234U = (234U/238U-1)*1000. δ 234Ui represents the initial composition of uranium. For age corrections (CASS samples), value of 230Th/232Th = 1.25 ± 50%. Ages are expressed as ky before analysis (here the year 2016).

3.6. Le Gouffre des Invalides et ses concrétions scellées

22Découvert récemment, à 984 m NGF, le Gouffre des Invalides (fig. 2, 4, 6) est une cavité majeure de la cuvette du Mariet. À la faveur d’une désobstruction conduite dans une des dolines de l’alignement des dolines orientales, une série de puits, dont le principal d’une trentaine de mètres de hauteur, permet de prendre pied à -50 m dans un drain collecteur (fig. 6). Celui-ci, orienté vers le nord, reçoit des affluents correspondant aux différentes dolines et pertes et ceci jusqu’au Trou des Casses 250 m plus au nord. Depuis la base des puits jusqu’au premier siphon, plusieurs dépôts détritiques, scellant ou scellés par des concrétions sont identifiés. Six prélèvements ont été réalisés sur les dépôts calcitiques (fig. 6). Tous ont donnés des âges peu fiables, la calcite étant jugée trop détritique (tab. 1). Cependant, en prenant les âges non corrigés, il est possible de considérer ces résultats comme des âges maximaux. Nous présentons donc ces dates en considérant leur faible niveau de fiabilité. À la base du puits de 30 m, un plancher stalagmitique (INV-2016-A), scellant une nappe de galets (fig. 7), a livré deux dates de 126,6 et 214,4 ka maxi. Au bout du drain collecteur, une coulée de matériaux externes scelle un dépôt stalagmitique (INV-2016-F) ayant livré deux dates de 30,3 et 94,8 ka maxi. Enfin, le drain collecteur est le siège d’un spectaculaire dépôt détritique actuellement en cours de démantèlement (fig. 6). La séquence des dépôts est la suivante : (i) mise en place d’un plancher stalagmitique de fond de rivière souterraine sur une nappe de galets aujourd’hui absente ; (ii) invasion par une nappe de galets très probablement fluvio-glaciaire et comprenant un cortège varié (les éléments centimétriques étant allochtones et les plus grands, décimétriques, étant autochtones) ; (iii) scellement de cette nappe de galets par un fin film stalagmitique ou une faible pénétration de calcite dans la partie supérieure de la nappe des galets ; (iv) incision de l’ensemble des dépôts et surcreusement du drain collecteur. Il ne reste aujourd’hui plus que quelques éléments sporadiques de ces dépôts sous forme de placage pariétaux ou de planchers de galets suspendus. Seul le premier dépôt stalagmitique, le plus ancien, a fait l’objet d’une série de quatre prélèvements (INV-2016-B-C-D-E). Les dates obtenues sur cet ensemble stalagmitique sont respectivement d’amont en aval : 57,1 ; 44,4 et 52,3 ka maxi.

Fig. 6 – Coupe est-ouest du gouffre des Invalides.
Fig. 6 – East-West section of the Invalides cave.

Fig. 6 – Coupe est-ouest du gouffre des Invalides.   Fig. 6 – East-West section of the Invalides cave.

Le tronçon de collecteur montrant le cône fluvio-glaciaire intrakarstique est rabattu sur ce plan et les datations U‑Th associées y sont localisées. La géométrie de la base du till glaciaire est interprétée à partir du profil ERT Mariet02 et des données de terrain.
The collector section showing the intrakarstic fluvio-glacial deposit is placed on the same plane. U‑Th datings are localized there. The geometry of the glacial till base is interpreted from the Mariet02 ERT profile and field data.

4. Discussions et conclusions : contraindre l’englacement würmien

23Il est désormais possible de mieux contraindre la géométrie de la dépression glacio-karstique du Mariet et pour partie la chronologie des évènements qui l’ont affectée tant en surface que sous terre. Après cette reconstitution paléogéographique, nous tenterons de réinscrire cette évolution dans le cadre plus large de l’englacement würmien des Alpes françaises du Nord, question posée au départ.

4.1. Une reconstitution paléogéographique de la dépression du Mariet

24C’est bien dans le canevas structural d’un synclinal que s’inscrit la dépression du Mariet. La carte géomorphologique (fig. 2) met en évidence le rôle important de la structure géologique. On peut cependant identifier trois grandes étapes morphogéniques clés qui ont affecté le secteur : (i) Une étape ancienne, ici attribuée sans plus de précision au Tertiaire, marquée dans le paysage par les dépôts oligocènes et possiblement par le replat karstique oriental qui pourrait dans ce contexte être un ancien fond de poljé aujourd’hui très démantelé. (ii) Les influences glaciaires allochtones sont enregistrées dans la dépression du Mariet sous la forme de morphologies claires mais discrètes (sillon sous-glaciaire, karst à banquettes défoncé, ombilic comblé sur plus d’une cinquantaine de mètres) et de dépôts prouvant une origine iséroire des flux. La géométrie du corps sédimentaire composé de dépôts glaciaires est désormais mieux contrainte et son épaisseur plus élevée dans la partie nord de la cuvette est la marque d’un rabotage glaciaire plus intense au sud. Ces éléments corroborent un englacement allochtone important de la dépression et confirment les cartographies de synthèse proposée pour le WGM (Würm Glacial Maximum) par Coutterand (2010). L’existence de cirques glaciaires locaux perchés milite de même pour une altitude maximale des glaces vers 1 200-1 250 m NGF lors du WGM. Une telle altitude est en accord avec l’extension WGM (Coutterand, 2010). (iii) Les éléments karstiques (de surface et souterrain) trouvent leur expression essentielle dans les phases interglaciaires. Durant ces périodes, le karst développe des formes de surface (lapiés, dolines, pertes), et s’organise sous terre en conduits spéléologiques commandés par le niveau de base du Chéran, 500 m en contrebas. En phase transitoire (déglaciation notamment), il reçoit des éléments détritiques provenant de l’extérieur. Il s’agit de cônes fluvio-glaciaires intrakarstiques (CFGI) caractérisés par une pente longitudinale forte et une cinétique de dépôts sans doute assez rapide. Ces cônes (ou nappes) fluvio-glaciaires intrakarstiques ont été reconnus dans les deux cavités du Trou des Casses et du Gouffre des Invalides. Ils scellent et parfois sont scellés par des planchers stalagmitiques.

25Grâce aux datations U‑Th réalisées, au Trou des Casses (fig. 5), il est démontré qu’à 65 ka, la cuvette du Mariet est libre de glace et présente un environnement autorisant la croissance d’un dépôt stalagmitique (présence d’un sol et d’un couvert végétal). De même, il est certain qu’après cette date, deux évènements vont se succéder : (i) une invasion fluviatile de galets très probablement d’origine glaciaire ou d’abandon glaciaire (CFGI) et (ii) une phase d’incision du conduit marquant l’arrêt de la pénétration d’éléments détritiques et la reprise d’une dynamique érosive par dissolution (fig. 7).

26Au Gouffre des Invalides, les dates sont peu fiables. Il est cependant possible de considérer qu’après 44 ka, une période climatique autorise la croissance d’un ensemble stalagmitique (plancher), ici de fond de rivière. Puis des conditions externes (dégradation climatique, changement environnemental, retour d’une phase glaciaire) autorisent la pénétration d’un CFGI à pente longitudinale forte d’environ 10 % (fig. 6). Le scellement stalagmitique de celui-ci est trop indigent pour être prélevé et daté (fig. 7). Enfin, comme au Trou des Casses, une phase d’érosion et d’incision incise l’ensemble de la série et surcreuse le bedrock. Cette phase est aujourd’hui toujours active.

Fig. 7 – Les coupes étudiées dans les deux cavités (Casses à gauche et Invalides à droite) montrent chaque fois la même chrono-séquence.
Fig. 7 – The sections studied in the two cavities (Casses on the left and Invalides on the right) show each time the same sequence.

Fig. 7 – Les coupes étudiées dans les deux cavités (Casses à gauche et Invalides à droite) montrent chaque fois la même chrono-séquence.   Fig. 7 – The sections studied in the two cavities (Casses on the left and Invalides on the right) show each time the same sequence.

1. Cône fluvio-glaciaire intrakarstique (présent dans les Casses et démantelé dans les Invalides) ; 2. Plancher ou coulée stalagmitique, daté 65 ka ou < 44 ka ; 3. Cône fluvio-glaciaire intrakarstique recouvrant les dépôts stalagmitiques. Ce second dépôt détritique est plutôt composé d’éléments plus grossiers et comporte une part possiblement plus importante d’éléments allochtones. Photos S. Jaillet et P. Lesaulnier.
1. Intrakarstic fluvio-glacial cone (present in the Casses and eroded in the Invalides); 2. Stalagmitic floor, dated 65 ky or < 44 ky; 3. Intrakarstic fluvio-glacial cone covering the speleothems. This second detrital deposit is rather composed of coarser elements and has a possibly larger share of local elements. Photos S. Jaillet et P. Lesaulnier.

4.2. Un modèle de relation ombilic / karst

27Nous proposons un modèle chronologique simplifié des relations karst/cuvette du Mariet au cours du Würm (fig. 8). Dans ce modèle, chaque CFGI est associé à une phase glaciaire ou à une phase d’abandon glaciaire. Durant les phases froides, un till de placage se met en place au fond de la cuvette. Sa géométrie et son épaisseur exacte ne sont pas connues. En phase d’abandon (fin de phase froide), un till d’ablation (Campy et Macaire, 1989) recouvrirait le till de placage et alimenterait les CFGI dans les conduits karstiques avec une pente longitudinale de l’ordre de 10 % comme cela a été mesuré pour le CFGI du Gouffre des Invalides. Une phase interglaciaire autorise ensuite le retour de conditions environnementales favorables à la croissance des édifices stalagmitiques. Durant cette phase, les dépôts détritiques souterrains sont scellés par des coulées telles celles qui ont fait l’objet de datations U‑Th (fig. 5-8). Le retour du froid se marque par le retour du glacier et la pénétration d’un second CFGI (fig. 8). Son scellement des dépôts stalagmitiques précédents constitue la preuve certaine d’un retour à des conditions environnementales de type froid. Cependant la géométrie des relations karst / ombilic n’est pas toujours identifiée clairement et le point de pénétration du CFGI reste parfois indéterminé (fig. 5).

28Enfin le retour à des conditions plus chaudes est marqué par l’arrêt définitif des invasions détritiques et un nouveau scellement stalagmitique (fig. 8). Ce dernier n’a pas fait ici l’objet de datations. La stabilité des dépôts de surface et souterrains autorise dans le karst la reprise d’une érosion se traduisant par l’incision et le démantèlement partiel des CFGI 1 et 2. Ce modèle simple est valide à l’échelle de la cuvette du Mariet et des cavités étudiées ici. Son extrapolation à l’échelle des Alpes françaises du Nord reste à conduire.

Fig. 8 – Evolution synthétique de la dépression glacio-karstique du Mariet au cours du Würm et enregistrement des dépôts dans le karst.
Fig. 8 – Synthetic evolution of the glacial and karstic depression of Mariet during the Würm and recording of deposits in the karst.

Fig. 8 – Evolution synthétique de la dépression glacio-karstique du Mariet au cours du Würm et enregistrement des dépôts dans le karst.   Fig. 8 – Synthetic evolution of the glacial and karstic depression of Mariet during the Würm and recording of deposits in the karst.

Les cônes fluvio-glaciaires intrakarstiques (CFGI) pénètrent dans le karst en phase froide ou en phase de retrait glaciaire. Les scellements stalagmitiques ont lieu dans des phases plus tempérées.
Intrakarstic fluvio-glacial cones (CFGI) enter the karst during the cold phase or during the glacial retreat phase. Speleothems grow in more temperate phases.

4.3. Un marqueur de l’englacement würmien des Alpes

29En effet, la question centrale était ici de savoir s’il existait une possibilité de contraindre plus finement la datation de l’englacement maximal würmien des Alpes françaises du Nord. Autrement dit est-ce que cet englacement maximal (WGM) est Würm ancien (MIS 4) ou Würm récent (MIS 2). Cet enjeu prend sens sur le site de la dépression glacio-karstique pour trois raisons au moins : (i) elle est marquée par des invasions glaciaires d’origine iséroise (donc allochtones) dont on sait qu’elles constituent le flux principal alimentant le lobe lyonnais (Coutterand et al., 2009) ; (ii) sa position à 1000 m NGF en fait un marqueur clé, connecté ou non à ces flux isérois et (iii) l’endokarst a piégé des cônes fluvio-glaciaires marquant les phases glaciaires ou plutôt d’abandon glaciaires (phase de retrait riche en productions détritiques et en réorganisation des dépôts abandonnés par les glaces).

30Le fait que des planchers et coulées stalagmitiques datées 44 à 65 ka soit scellés par ces cônes fluvio-glaciaires intrakarstiques démontrent le retour d’un englacement dans les Bauges (fig. 8). Nous ne retenons ici que les dates des planchers scellés par ces CFGI. Mais ce retour du froid, qu’il est raisonnable d’attribuer sans plus de précision au MIS 2, ne démontre pas un retour des flux isérois à cette cote altitudinale. Coutterand (2010) envisage, durant la phase de retrait généralisé des glaciers de l’Isère et de l’Arve, un stade de récurrence (dénommé D.III) qui n’est pas calé chronologiquement. S’il envisage une invasion des Bauges par les flux isérois, il n’envisage pas un maximum altitudinal atteignant la cuvette du Mariet durant cette récurrence. Dans ce cas, la récurrence glaciaire dans la cuvette du Mariet pourrait être associée à l’extension d’appareils glaciaires locaux, ou a minima d’une dégradation du couvert végétal suffisante pour déstabiliser et remobiliser les éléments détritiques présents dans la dépression. Sous terre, les restes de CFGI reconnus montrent un cortège pétrographique mixte associant éléments allochtones et autochtones. Il semble que les cônes secondaires (post 65 ka et post 44 ka) soient plus riches en éléments carbonatés de grande taille (> 10 cm) ce qui suggère une récurrence locale avec remobilisation de matériels anciens dans la dépression. Si cela est démontré, alors le WGM du lobe lyonnais daterait du MIS 4 et non du MIS 2.

4.4. Perspectives

31Marqueur éloquent de l’englacement würmien des Alpes françaises du Nord, la dépression glacio-karstique du Mariet s’avère donc un objet de premier ordre pour analyser les avancées glaciaires würmiennes. Sa position privilégiée en marge des flux à une altitude clé et la richesse des archives endokarstiques font de cet espace un secteur à fort potentiel qu’il conviendra de continuer à investir. Les contraintes géomorphologiques sont posées, les éléments de datation laissent entrevoir des éléments de contraintes chronologiques. Une meilleure contrainte de la géométrie du remplissage de l’ombilic, une analyse pétrographique détaillée des cônes fluvio-glaciaires intrakarstiques, d’autres datations U‑Th et des datations sur les galets enfouis dans le karst sont autant de pistes qu’il conviendrait à présent d’engager. Pour mieux contraindre cette géométrie sur un transect sud-nord, un profil ERT plus long avec un espace inter-électrodes plus important (e.g. 20 m) permettrait d’augmenter la profondeur d’investigation. De même, une meilleure discrimination des ensembles sédimentaires comblant l’ombilic pourrait permettre de discriminer un till de fond d’un possible till d’ablation et ainsi de déterminer l’existence et la localisation des points de pertes. Ce travail de localisation, au sein du remplissage, reste à conduire. Nul doute que la cuvette du Mariet, marqueur éloquent de l’englacement des Alpes françaises du Nord offre de telles perspectives.

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Annexe

Abridged English Version

Glacier maximum extensions during the last glacial cycle (Würm i.e MIS 2-4) and the former one (Riss i.e MIS 6) have been well studied in the French Alps, and a few dating methods (14C, surface exposure datings) led to build advanced chronologies on glacier retreats for the two last glacier periods. However, Swiss and French models do not lead to the same conclusions for the Würm Glacial Maximum (WGM) in France (Ivy-Ochs et al., 2008; Heiri et al., 2014). Swiss Alps seem to reveal a maximum glacier extension at 22-25 ka, which corresponds to the MIS 2 (Schlüchter, 2004), whereas the maximal extension in France may be attributed to an older cold phase during the last glacial cycle (older than 40 ka) (Monjuvent et al., 1988). Those differences between Swiss Alps and French Alps during the last glaciation have already been debated (Schoeneich, 1998; Coutterand, 2010) but the lack of datings provided any strong conclusions from being made.

Hereby, we propose through this work a new approach with the study of karstic environments, well known to be exceptional archives of paleoenvironmental variations (Palmer, 2007), and good markers of glacial fluctuations (Bini et al., 1998; Häuselmann, 2002; Lignier et al., 2002 ; Audra, 1994; Delannoy, 1997; Audra et al., 1993; Spötl et Mangini, 2007; Ballesteros et al., 2017). We study here the 1,000 m a.s.l Mariet depression, in the Bauges massif (northern French Alps) (fig. 1), that can be considered as a good proxy for registering glacier fluctuation during Pleistocene.

Using a geomorphic approach based on high resolution topography analysis crossed with ERT tomography and U‑Th datings on speleothems that seal fluvio-glacial deposits inside the inner karst of the Mariet depression, we intend to rediscuss and enrich the debate on the last glacial maximum in the northern French Alps.

One detailed geomorphic analysis and cartography has been made using combined external topographic data on the Mariet depression. We use topographic data acquired during fieldwork combined with DEM (25 m) of the Mariet depression. A new highly detailed geomorphic map has been acquired, enlightening three high altitude glacio-karstic cirque shaped into the Hauterivian marl strata, right under the Urgonian Limestone strata, with a 30-degree slope. The structural slopes around the Mariet depression are filled with exokarstic morphologies such as lapiaz and karstic horizontal structures. Some of the glacier effects such as little canyons created by under-glacier waters can also be seen onto Mariet depression borders.

The inner part of the Mariet depression is also mapped with a high resolution enlightening the organization in multiple horizontal surfaces on the center of the depression. Three levels can be seen, a top one at 1,030 m a.s.l, a median one at 1,015 m a.s.l, and the bottom one at 100 m a.s.l. The bottom of the Mariet depression is located at 985 m a.s.l. Those horizontal surfaces seem to be eroded by post glacial hydrographic networks which may have reshaped the deposits. Karstic hollows and cavity entrances are also visible.

That discussion is enriched with three ERT profiles acquired onto the Mariet depression and combined with endokarstic topographic sections under the Mariet depression. The northern section combines one ERT profile and the “Trou des Casses” section. The median ERT was acquired right on the top of the “goufre des Invalides” karstic network. Finally, the southern ERT was acquired using the same process, above the “Trou des Moines” karst. Each profile has been mapped with the ERT and the karst sections and allow to discuss about the depths of the deposits and underground bedrock topography. On all three profiles, the bedrock appears at approximatively 1,000 ohm.m-1, consequently the Mariet seems to be filled with deposits that seem to reach 35 m depth in the southern profile, 50 m depth in the middle one, and 60 m for the northern one. Tomographic results remain hard to interpret (fig. 3) but the depth of the deposits seems to go deeper from south to north.

Finally, the datings have been visually replaced on the topographic sections. The samplings have been made in the “Trou des Casses” and “Gouffre des Invalides” karstic networtks onto calcite deposits that are sealing two fluvio-glacial deposits made of pebbles (located above and under the calcite deposit) that are dated around 65 ky in the “Trou des Casses” karstic system. In the “Gouffre des Invalides” karstic system, the dating uncertainties are bigger but confirm the absence of ice after 44.4 ky. Both caves acknowledge a deglaciation process that allowed calcite to grow during MIS 3 (fig. 8).

According to the dating results, the fluvio-glacial deposit located at the bottom of the section is clearly composed with external deposits from the Isère Glacier at the MIS 4, that are sealed by calcite growth. However, the top and more recent (post 65 ky or post 44 ky) fluvio-glacial deposit is composed with bigger pebbles and most of them are limestone ones.

Those data lead to a better understanding of the geometry of the glacio-karstic processes of the Mariet depression and their chronology. The proposed paleogeographic reconstitutions of the Mariet depression can be the basement of a renewed discussion at a larger scale, for the Würm englacing processes in the northern French Alps. The crossing of all the data could lead to think about a local comeback of the glacier at the MIS 2 rather than an allochthonous one, that brought limestone shingles and remobilized older sediments, originally brought by the Isère Glacier during MIS 4 (fig. 8). We cannot currently ascertain it, and further observations and fieldworks such as more detailed petrographic analysis and new U‑Th datings on more fluvio-glacial deposits should be done. If this current observation is demonstrated, it would mean that the maximum glacial extension in the French Alps would be MIS 4 instead of MIS 2.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Carte de localisation de la dépression glacio-karstique du Mariet (bordure occidentale des Bauges) dans son contexte glaciaire et karstique. Fig. 1 – Location map of the Mariet glacio-karst depression (western edge of the Bauges) in its glacial and karstic context.
Légende A : Extension maximale würmienne des glaciers alpins (d’après Coutterand, 2010). B : Cuvette du Mariet et les réseaux spéléologiques du système karstique de Prérouge (d’après Spéléo-Club de Savoie). 1. Cavité / source ; 2. Karst calcaires urgoniens ; 3. Karst calcaires valanginiens ; 4. Réseau hydrographique ; 5. Limite englacement WGM ; 6. Limite de la cuvette du Mariet. A: Maximum extension of alpine glaciers during Würm (according to Coutterand, 2010). B: Mariet depression and the speleological networks of Prerouge karst system (after Speleo-Club de Savoie). 1. Cave / exurgence; 2. Urgonian limestone karst; 3. Valangian limestone karst; 4. Hydrographic network; 5. Glacial extent limit WGM; 6. Limit of the Mariet basin.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 1,9M
Titre Fig. 2 – Carte géomorphologique à 1/10 000 de la dépression du Mariet. Fig. 2 – Geomorphological map at 1/10,000 of the Mariet depression.
Légende Le fond topographique est repris de la carte de course d’orientation (FFCO) et du MNT IGN 25 m, les contours géologiques de la carte géologique n° 701. Les réseaux karstiques et les entrées de cavités sont repris de la synthèse spéléologique du Comité départemental de spéléologie de la Savoie (CDS73). La légende est inspirée de la RCP77. 1. Courbes de niveau (eq. 5 m) ; 2. Points cotés (surface / sous terre) ; 3. Toponyme de surface / souterrain ; 4. Réseau hydrographique ; 5. Zone humide ; 6. Signe de pendage ; 7. Escarpement majeur ; 8. Replats étagés (supérieur ; médian ; inférieur) ; 9. Dolines et pertes ; 10. Gouffres inventoriés ; 11. Endokarst (conduits spéléologiques) ; 12. Surface lapiazée nue ; 13. Surface lapiazée à remplissage glaciaire ; 14. Karst à banquette avec dépôts associés ; 15. Cirque glacio-karstique ; 16. Canyon post-glaciaire ; 17. Sillon sous glaciaire dans ruelle karstique ; 18. Remplissage glaciaire indifférencié ; 19. Replat karstique (paléo-poljé ?) ; 20. Calcaires à faciès urgonien ; 21. Marnes de l’Hauterivien ; 22. Calcaires Fontanil / marnes du Valanginien. The topographical background is taken from the Orienteering Map (FFCO) and the DTM IGN 25 m, the geological contours of the geological map n° 701. The karstic networks and the entrances of cavities are taken from the speleological synthesis of the CDS73. The legend is inspired by the RCP77. 1. Contour line (5 m); 2. Height spot (surface / underground); 3. Surface / subterranean toponym; 4. Hydrographic network; 5. Wetland; 6. Dip; 7. Major escarpment; 8. Staged bench (superior; median; inferior); 9. Dolines and sinkholes; 10. Inventorized cave; 11. Endokarst (speleological gallery); 12. Karren surface; 13. Karren surface with glacial filling; 14. Karst escarpment with deposits; 15. Glacial karstic cirque; 16. Post-glacial canyon; 17. Glacial and karstic furrow; 18. Undifferentiated glacial filling; 19. Karstic planation surface (paleo-polje ?); 20. Limestones with urgonian facies; 21. Marls of the Hauterivien; 22. Fontanil limestones / valanginien marls.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 25M
Titre Fig. 3 – Synthèse des trois profils de tomographies de résistivités électriques réalisés dans la cuvette du Mariet (orientée ouest-est.) Fig. 3 – Synthesis of the three profiles ERT (Electrical Resistivity Tomography) in the Mariet depression.
Légende Voir localisation sur la Figure 2. Les échelles topographiques et de résistivités sont équivalentes pour les trois profils. See location on Figure 2. The topographic and resistivity scales are equivalent for the three profiles.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 1,0M
Titre Fig. 4 – Trois coupes est-ouest dans la cuvette du Mariet avec interprétation de la géométrie du till glaciaire par les profils de tomographie de résistivités électriques. Fig. 4 – Three east-west sections in the Mariet depression with interpretation of glacial till geometry by electrical resistivity tomography profiles.
Légende Les relevés topographiques souterrains des trois cavités sont projetés sur chaque plan est-ouest : Casses (au nord), Invalides (médian) et Moines (au sud). Underground topographic surveys of the three cavities are projected on each east-west plane: Casses (in the north), Invalides (median) and Moines (in the south).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 2,4M
Titre Fig. 5 – Coupe est-ouest du Trou des Casses et présentation des prélèvements de calcite et des datations U‑Th associées. Fig. 5 – East-West section of Trou des Casses and presentation of calcite samples and U‑Th dating.
Légende La géométrie de la base du till d’ablation glaciaire est interprétée à partir du profil ERT Mariet01 et des données de terrain. The geometry of the glacial ablation till base is interpreted from the Mariet01 ERT profile and field data.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 1,7M
Titre Tab. 1 – Rapports isotopiques et âges U‑Th des prélèvements réalisés au Trou des Casses et au gouffre des Invalides. Tab. 1 – Isotopic ratios and U/Th ages of samples from Trou des Casses and Invalides cave.
Légende Les rapports isotopiques de l’uranium sont exprimés sous la forme δ234U, avec δ234U = (234U/238U-1)*1000. δ234Ui représente la composition initiale en uranium. Les corrections d’âge (échantillons CASS) sont effectuées avec une valeur du rapport 230Th/232Th = 1,25 ± 50%. Les âges sont exprimés en milliers d’années (ka) avant mesure, ici l’année 2016. Isotopic ratios are expressed as δ234U, with δ 234U = (234U/238U-1)*1000. δ 234Ui represents the initial composition of uranium. For age corrections (CASS samples), value of 230Th/232Th = 1.25 ± 50%. Ages are expressed as ky before analysis (here the year 2016).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 580k
Titre Fig. 6 – Coupe est-ouest du gouffre des Invalides. Fig. 6 – East-West section of the Invalides cave.
Légende Le tronçon de collecteur montrant le cône fluvio-glaciaire intrakarstique est rabattu sur ce plan et les datations U‑Th associées y sont localisées. La géométrie de la base du till glaciaire est interprétée à partir du profil ERT Mariet02 et des données de terrain. The collector section showing the intrakarstic fluvio-glacial deposit is placed on the same plane. U‑Th datings are localized there. The geometry of the glacial till base is interpreted from the Mariet02 ERT profile and field data.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 3,3M
Titre Fig. 7 – Les coupes étudiées dans les deux cavités (Casses à gauche et Invalides à droite) montrent chaque fois la même chrono-séquence. Fig. 7 – The sections studied in the two cavities (Casses on the left and Invalides on the right) show each time the same sequence.
Légende 1. Cône fluvio-glaciaire intrakarstique (présent dans les Casses et démantelé dans les Invalides) ; 2. Plancher ou coulée stalagmitique, daté 65 ka ou < 44 ka ; 3. Cône fluvio-glaciaire intrakarstique recouvrant les dépôts stalagmitiques. Ce second dépôt détritique est plutôt composé d’éléments plus grossiers et comporte une part possiblement plus importante d’éléments allochtones. Photos S. Jaillet et P. Lesaulnier. 1. Intrakarstic fluvio-glacial cone (present in the Casses and eroded in the Invalides); 2. Stalagmitic floor, dated 65 ky or < 44 ky; 3. Intrakarstic fluvio-glacial cone covering the speleothems. This second detrital deposit is rather composed of coarser elements and has a possibly larger share of local elements. Photos S. Jaillet et P. Lesaulnier.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 7,0M
Titre Fig. 8 – Evolution synthétique de la dépression glacio-karstique du Mariet au cours du Würm et enregistrement des dépôts dans le karst. Fig. 8 – Synthetic evolution of the glacial and karstic depression of Mariet during the Würm and recording of deposits in the karst.
Légende Les cônes fluvio-glaciaires intrakarstiques (CFGI) pénètrent dans le karst en phase froide ou en phase de retrait glaciaire. Les scellements stalagmitiques ont lieu dans des phases plus tempérées. Intrakarstic fluvio-glacial cones (CFGI) enter the karst during the cold phase or during the glacial retreat phase. Speleothems grow in more temperate phases.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12139/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 912k
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Pour citer cet article

Référence papier

Stéphane Jaillet, Edwige Pons-Branchu, Fabien Hobléa, Johan Berthet, Philip Deline, Pierre-Allain Duvillard et Kim Génuite, « La dépression glacio-karstique du Mariet (Bauges occidentales, France) : un marqueur de l’englacement würmien des Alpes françaises du Nord », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 24 – n° 2 | 2018, 107-120.

Référence électronique

Stéphane Jaillet, Edwige Pons-Branchu, Fabien Hobléa, Johan Berthet, Philip Deline, Pierre-Allain Duvillard et Kim Génuite, « La dépression glacio-karstique du Mariet (Bauges occidentales, France) : un marqueur de l’englacement würmien des Alpes françaises du Nord », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 24 – n° 2 | 2018, mis en ligne le 06 juillet 2018, consulté le 24 septembre 2018. URL : http://journals.openedition.org/geomorphologie/12139 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.12139

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Auteurs

Stéphane Jaillet

Laboratoire EDYTEM, Université Savoie Mont-Blanc, CNRS – Pôle Montagne, 5 bd. de la mer Caspienne, 73376 Le Bourget du Lac Cedex, France (stephane.jaillet@univ-savoie.fr). Tél : +33 4 79 75 86 73.

Articles du même auteur

Edwige Pons-Branchu

Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, LSCE/IPSL, CEA-CNRS-UVSQ – Université Paris Saclay, bâtiment 12, campus du CNRS, 91191 Gif‑sur‑Yvette cedex, France (edwige.pons-branchu@lsce.ipsl.fr).

Articles du même auteur

Fabien Hobléa

Laboratoire EDYTEM, Université Savoie Mont-Blanc, CNRS – Pôle Montagne, 5 bd. de la mer Caspienne, 73376 Le Bourget du Lac Cedex, France (fabien.hoblea@univ-smb.fr).

Articles du même auteur

Johan Berthet

Laboratoire EDYTEM & Styx4D – Pôle Montagne, 5 bd. de la mer Caspienne, 73376 Le Bourget du Lac Cedex, France (johan.berthet@styx4d.com).

Philip Deline

Laboratoire EDYTEM, Université Savoie Mont-Blanc, CNRS – Pôle Montagne, 5 bd. de la mer Caspienne, 73376 Le Bourget du Lac Cedex, France (philip.deline@univ-smb.fr).

Articles du même auteur

Pierre-Allain Duvillard

Laboratoire EDYTEM & IMSRN – Parc Pré Millet, 680 rue Aristide Bergès, 38330 Montbonnot, France (pierre-allain.duvillard@univ-smb.fr).

Kim Génuite

Laboratoire EDYTEM, Université Savoie Mont-Blanc, CNRS – Pôle Montagne, 5 bd. de la mer Caspienne, 73376 Le Bourget du Lac Cedex, France (kim.genuite@univ-smb.fr).

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