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Impact de l’activité métallurgique au cours du dernier millénaire sur un système fluvial soudano-guinéen. Étude multi-proxy des archives sédimentaires de la vallée du Tatré (pays bassar, Togo)

Impact of metallurgical activity during the last millennium on a Sudano-Guinean fluvial system. Multi-proxy study of the sedimentary archives in the Tatré valley (Bassar Area, Togo)
Aline Garnier, Barbara Eichhorn et Caroline Robion‑Brunner
p. 257-276

Résumés

Le pays bassar, localisé au Nord du Togo, fait partie des plus importants centres sidérurgiques pré-colonial en Afrique de l’Ouest. S’il est attesté que la métallurgie du fer, qui débuta au début de notre ère, représente un tournant dans l’histoire des Sociétés, l’impact de cette activité sur l’environnement, qu’il soit direct (besoin en combustible) ou indirect (développement de l’agriculture grâce aux outils agricoles) a été très peu étudié. L’étude géomorphologique et phytolithique des archives sédimentaires de cinq tronçons localisés dans la haute et moyenne vallée du Tatré, petit cours d’eau du pays bassar a été réalisée. Cette démarche multiproxy et multiscalaire permet d’affiner l’échelle spatiale (locale, extra-locale) et temporelle (continue, brutale) des dynamiques paléoenvironnementales mais aussi de mesurer l’impact de la métallurgie sur les milieux. Elle offre ainsi l’opportunité de reconstruire l’histoire d’un système fluvial soudano-guinéen durant les deux derniers millénaires en essayant de faire la part du rôle joué par les forçages climatiques et/ou anthropiques. Les quatre phases hydro-sédimentaires identifiées révèlent des réponses variées. Les deux premières phases (avant le XVe siècle) témoignent de réponses synchrones du système fluvial à des forçages climatiques externes. En revanche, le modèle de la troisième phase (XV- XXe siècle) qui s’illustre par une incision puis par un détritisme d’origine colluvio-alluviale très marqués, atteste d’un déséquilibre hydro-sédimentaire localisé à l’amont. Datant de la période d’activité métallurgique la plus intense, de nombreuses scories ont été identifiées dans ces dépôts. La dernière phase très récente (XXe siècle) est le résultat d’une combinaison de facteurs locaux et régionaux.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 8 septembre 2018, reçu sous sa forme révisée 5 novembre 2018 et définitivement accepté le 24 novembre 2018.

Texte intégral

Les recherches qui ont abouti à ces résultats ont été financées par l’Agence Nationale de la Recherche au titre du programme ANR/JC SIDERENT « Sidérurgie et Environnement au Togo : Stratégie d'exploitation des ressources naturelles dans le cadre d'une production du fer ancienne et intensive (région bassar, Togo) », ANR‑13‑JSH3‑0002‑01.

Nous remercions tous les collègues qui ont collaboré au projet SIDERENT, en particulier Mathieu Fressard qui a participé à la mission de terrain et à la réalisation cartographique. Nous sommes reconnaissants à Philip de Barros d’avoir partagé sa vaste connaissance de la région et d’avoir initié la recherche archéologique dans la région de Bassar. Un grand merci également à toutes les personnes bassar qui nous ont aidés sur le terrain, accueilli dans leur région et partagé leurs souvenirs.

1. Introduction

1Aujourd’hui profondément marqués par les pratiques agro-pastorales et sylvicoles, les paysages du pays bassar, situé dans la partie centrale du Togo, ont connu de nombreuses transformations au cours du dernier millénaire. Un des changements majeurs, susceptible d’avoir profondément bouleversé les paysages, concerne le développement de la métallurgie du fer du début de notre ère jusqu’à la première partie du XXe siècle avec une période d’activité intense entre le XIVe et le XXe siècle (de Barros, 2012 ; Eichhorn et Robion‑Brunner, 2017). Comme dans le reste du continent africain, le pays bassar n’a connu que la méthode directe (consistant à obtenir du métal par réduction du minerai de fer à l’état solide) pour fabriquer du fer (Robion‑Brunner, 2018). La non maîtrise de la force hydraulique n’a pas permis l’apparition du procédé indirect favorisant en principe la production de grande ampleur. Toutefois, la permanence de la méthode directe à Bassar n’a pas entravé l’augmentation de cette activité jusqu’à un niveau quasi-industriel au cours de la seconde moitié du deuxième millénaire. Du fait de ses propriétés thermomécaniques et physico-chimiques, le fer a révolutionné le secteur de la guerre et de l’agriculture. La fabrication d’outils agricoles a fortement contribué au défrichement rapide de surfaces de terre plus importantes et à l’augmentation du rendement des cultivateurs. Au cours du dernier millénaire, la généralisation de la métallurgie du fer a ainsi profondément modifié le fonctionnement des sociétés et des écosystèmes (Haaland, 1980, 1985 ; Goucher, 1981, 1984 ; de Barros, 1986 ; Herbert et Goucher, 1987 ; Thompson et Young, 1999 ; Eichhorn, 2012). Le pays bassar, en raison de son sous-sol riche en minerai, fut un des centres majeurs de la métallurgie du fer en Afrique de l’Ouest, ce qui a amené les archéologues et ethnologues à y poursuivre de nombreuses recherches (de Barros, 1985, 1986, 2012, 2013 ; Dugast, 1986, 2004, 2012). Cependant, s’il est aujourd’hui avéré que le développement de l’activité sidérurgique représente un tournant majeur dans le fonctionnement des sociétés locales et dans leur mode de gestion des milieux, les conséquences environnementales de ces changements n’ont jamais été démontrées. Pourtant, cette activité, très consommatrice en bois, est considérée comme l’une des causes majeures d’une déforestation massive et d’une dégradation de la végétation (Haaland, 1980, 1985 ; Goucher, 1981, 1984 ; de Barros, 1986 ; Herbert et Goucher, 1987 ; Thompson et Young, 1999). Les systèmes fluviaux, par leur sensibilité et leur réactivité aux transformations des conditions environnementales du bassin versant, représentent un indicateur potentiel des modifications paysagères et de l’impact anthropique sur les milieux. En effet, l’activité sidérurgique a pu jouer un rôle décisif dans la dynamique de la végétation (ouverture, disparition de certaines espèces, etc.) mais aussi dans l’érosion des sols susceptible de déclencher des crises hydro-sédimentaires au cours des deux derniers millénaires. Jusqu’à présent, les réponses des systèmes fluviaux aux transformations du bassin versant, notamment du couvert végétal, ont été très peu étudiées en Afrique de l’Ouest pour la période concernée. La plupart des études paléoenvironnementales menées ces dernières décennies, se sont appuyées sur des archives lacustres et marines et se sont principalement intéressées au rôle des changements orbitaux sur la dynamique des milieux et notamment à la caractérisation de l’extension spatiale et temporelle de l’optimum humide africain qui s’est terminé il y a 5 000 ans environ (de Menocal et al., 2000 ; Gasse, 2000 ; Salzmann et al., 2002 ; Kröpelin et al., 2008 ; Adkins et al., 2006 ; Hély et al., 2009 ; Lézine et al., 2011; Armitage et al., 2015; Shanahan et al., 2015 ; Collins et al., 2017).

2Le Tatré, un des principaux cours d’eau du pays bassar, dont le bassin versant est de 32 km², traverse un site sidérurgique relativement important puisqu'à ce jour 140 amas de déchets sidérurgiques (scories, tuyères, fragments de paroi de four) et plus d’une cinquantaine de fours ont pu y être identifiés par les archéologues. Ainsi, les archives sédimentaires de la vallée du Tatré sont susceptibles d’apporter de nouvelles connaissances sur l’évolution paléoenvironnementale d’un petit cours d’eau soudano-guinéen au cours des deux derniers millénaires, en relation avec le développement des activités métallurgiques. À cette fin, nous avons développé une démarche de recherche multiproxy combinant (i) une approche géomorphologique sur le terrain avec l’établissement du cadre chronostratigraphique des dépôts de la moyenne vallée du Tatré puis l’interprétation des dynamiques hydro-sédimentaires, et (ii) une approche biogéographique en laboratoire avec l’étude des phytolithes contenus dans ces archives sédimentaires. Des études récentes ont démontré l’intérêt des phytolithes comme indicateur de la végétation passée en contexte alluvial tropical (Garnier, 2013 ; Garnier et al., 2013 ; Chabot et al., 2018). Ce travail multiproxy permet ainsi de faire le lien entre les processus (érosion, aggradation, etc.) et l’état du couvert végétal des versants. Enfin, une approche multiscalaire a été privilégiée avec l’étude de cinq tronçons dans la haute et moyenne vallée du Tatré afin de préciser le fonctionnement de la cascade sédimentaire du système fluvial du Tatré et d’affiner l’échelle spatiale (locale, extra-locale) et temporelle (continue, brutale) des transformations que connurent le cours d’eau et les paysages. Menée en étroite collaboration avec les travaux des archéologues, cette étude nous offre ainsi l’opportunité de discuter du rôle de l’activité sidérurgique traditionnelle dans l’histoire du bassin versant du Tatré.

2. Présentation du secteur d’étude

2.1. Caractéristiques physiques

3Le bassin versant du Tatré est situé dans le Nord-Est de la région bassar, à proximité de la ville de Kabou (fig. 1). Il fait partie de la zone des monts du Togo, près de la chaîne de l’Atakora qui est proche de la ville de Bassar, caractérisée par des massifs isolés escarpés (Petit, 1981). La vallée du Tatré, qui prend sa source aux alentours de 300 m, est située dans l'unité structurale du Beum affleurant sur le flanc occidental de la chaîne des monts du Togo (Simpara et al., 1985 ; Seddoh, 1981). Il est caractérisé par des grès quartzites ferrugineux à stratification oblique associés à des schistes argileux. La structure est plissée et faillée mais très mûre avec l’existence de vastes pénéplaines, résultant de l'érosion des structures plissées panafricaines. En raison de l’existence de failles chevauchantes, subsistent quelques chicots rocheux armés dans des grès et organisés sous forme de dômes alignés suivant les principaux axes synclinaux. Le gisement de fer qui a été estimé à 550 millions de tonnes (Lawson, 1972) correspond à des niveaux de tillite identifiés dans ces formations. Les glacis, recouverts par d'épaisses formations superficielles, sont incisés par un réseau hydrographique relativement dense mettant en relief localement les barres gréseuses et les plans de schistosité.

Fig. 1 – Carte de présentation du Bassin versant du Tatré.
Fig. 1 – Map of the Tatré catchment area.

Fig. 1 – Carte de présentation du Bassin versant du Tatré.   Fig. 1 – Map of the Tatré catchment area.

A : Carte des zones bio-climatiques (d’après White, 1983) et des principales références ouest-africaines. 1. Zone saharienne ; 2. Zone sahélienne ; 3. Zone soudanienne 4. Zone guinéenne ; 5. Zone guinéo-congolaise ; 6. Zone d’étude ; 7. Principales références paléoenvironnementales. B : Localisation du bassin versant du Tatré en Pays bassar. 1. Principaux reliefs (supérieur à 250 m) ; 2. Principaux escarpements ; 3. Cours d’eau ; 4. Point côté (m) ; 5. Limite du bassin versant ; 6. Sous-bassin étudié ; 7. Route goudronnée ; 8. Ville ; 9. Amas de scories.
A: Map of West Africa with vegetation zones (after White, 1983) and main regional palaeoenvironmental references. 1. Saharian zone; 2. Sahelian zone; 3. Sudanian zone; 4. Guinean zone; 5. Guineo-congo zone; 6. Study area; 7. Main palaeoenvironmental references. B: Location of the Tatré catchment area in Bassar country. 1. Main relief (upper than 250m); 2. Main scarp; 3. Stream; 4. Spot elevation; 5. Catchment area boundary; 6. Study area; 7. Road; 8. City; 9. Slag heap.

4 Avec une moyenne pluviométrique de 1 200-1 400 mm par an, le bassin versant est soumis à un climat soudano-guinéen caractérisé par une alternance entre une saison humide de 7 mois, d’avril à octobre, et une saison sèche de 5 mois, entre novembre et mars (Gu-Konù, 1981a ; Kouami et al., 2009 ; de Barros, 2013). Les variables climatiques, qui sont principalement la saisonnalité des précipitations et l’importance de l’évapotranspiration, vont être déterminantes dans le régime hydrologique des cours d’eau et la composition de la végétation. Le Tatré, petit cours d’eau de 11 km de long avec un bassin versant d’une superficie de 32 km², présente un régime intermittent en fonction des apports de la balance saisonnière des précipitations et ne montrant aucun soutien d'étiage par un quelconque aquifère. Ainsi, si le cours d’eau est à sec tout au long de la saison défavorable, les orages survenant lors de la saison humide peuvent être particulièrement morphogènes et conférer alors au cours d’eau un caractère torrentiel. Concernant la végétation, Brunel (1981) indique que la région bassar se situe à la transition entre la zone de savane soudanienne et la forêt sèche. Aujourd’hui, la végétation est fortement marquée par la présence humaine et correspond principalement à des parcs arborés constitués de champs et de friches ponctués d’arbres utiles préservés tels que le Karité (Vittelaria paradoxa) et le Néré (Parkia biglobosa ; Eichhorn et Robion‑Brunner, 2017). Les cultures sont dominées par la patate douce et le sorgho et secondairement par le mil. D’autres espèces ont été observées sur de plus petites surfaces telles que le coton, le manioc ou encore le riz dans le fond de vallée (Gu-Konù, 1981b ; Martinelli, 1984).

2.2. La région Bassar, un centre sidérurgique majeur en Afrique de l’Ouest

5Le Tatré traverse un important site de réduction de fer (fig. 1-2). Il est associé à l’ensemble du complexe sidérurgique de Bassar qui représente une des régions de production du fer majeure en Afrique de l’Ouest. Au cours des dernières décennies, ce secteur d’étude a ainsi fait l’objet de plusieurs investigations archéologiques, ethno-archéologiques et historiques (Goucher, 1984 ; Martinelli, 1984, 1992 ; de Barros, 1985, 1986, 2012, 2013 ; Dugast, 1986, 2004, 2012 ; Herbert and Goucher, 1987 ; Hahn, 1993, 1997). Le début de la production du fer est estimé au cours de la période 200-400 BC (de Barros, 2012, 2013) mais ce n’est vraiment qu’à partir du XIVe siècle de notre ère que cette activité se développe de manière significative avec l’introduction des bas fourneaux à ventilation naturelle (fig. 2B). Ne nécessitant pas de soufflets et ainsi moins d’efforts, cette nouvelle technologie augmenta significativement la productivité du fer qui fut ainsi commercialisé vers les sociétés voisines d’Afrique de l’Ouest (Martinelli, 1984 ; de Barros, 1985, 1986). La production s’intensifia encore par la suite, au moins jusqu’au XIXe siècle et déclina au début du 20e siècle avec l’arrivée du fer industriel venu d’Europe. De Barros (1986) propose une division de l’industrie sidérurgique de Bassar en 4 périodes distinctes : (i) la période 1 (1er millénaire AD jusqu’à 1300-1350 AD), qui correspond à une production alimentant des besoins locaux ; (ii) la période 2 (1300-1550 AD), caractérisée comme une production locale significative ; (iii) la période 3 (1550-1800 AD), témoigne d’une production importante pour un export supra-régional ; (iv) la période 4 (1800-1925 AD), correspondant à une production en expansion puis ensuite déclinante.

6Aujourd’hui, de nombreux vestiges de cette activité sont encore visibles au sein des paysages de Tatré (fig. 2). Une étude archéologique récente a ainsi estimé pour ce sous-bassin correspondant au site archéologique Tatré 4 une quantité de scorie équivalente à 8 000 tonnes produites au cours de ces périodes (Eichhorn et Robion‑Brunner, 2017). Parallèlement, une étude anthracologique conduite dans les amas de scories a permis de démontrer que les principales essences utilisées comme combustibles sont caractéristiques des espèces de bois dur et ont une capacité de régénération rapide et importante (Prosopis africana, Pericopsis spp., Caesalpinioideae). Secondairement, quelques espèces caractéristiques des parcs arborés ont pu être aussi être utilisées (Vittelaria paradoxa). Une même étude réalisée par Eichhorn et al. (2013a, 2013b) au pays Dogon (Mali, zone sahélo-soudanienne) a estimé la quantité nécessaire de bois frais pour l’activité sidérurgique. Ils suggèrent que le rapport entre la quantité de scories produite et la quantité de bois frais nécessaire équivaut à 1:20. Nous pouvons donc estimer que pour l’ensemble de la production sidérurgique sur le site de Tatré, la masse nécessaire de bois a été de 160 000 tonnes. En supposant que l’activité sidérurgique ait été opérationnelle de manière continue depuis au moins le XIVe siècle jusqu’en 1950 (soit pendant 650 ans), le besoin en bois peut être estimé à environ 250 t/an. Cependant, Eichhorn et Robion‑Brunner, (2017) supposent que l’impact de la métallurgie sur les milieux peut être considéré comme relativement réduit en raison principalement (i) de l’utilisation d’espèces à capacité de régénération importante, et (ii) des conditions climatiques de la région étudiée qui possède une productivité et une biomasse importante.

Fig. 2 – Vestiges de l’activité de réduction du fer sur le site de Tatré (crédit photographique : C. Robion‑Brunner).
Fig. 2 – Iron metallurgy remains at the Tatré site (photo crédit: C. Robion‑Brunner).

Fig. 2 – Vestiges de l’activité de réduction du fer sur le site de Tatré (crédit photographique : C. Robion‑Brunner).   Fig. 2 – Iron metallurgy remains at the Tatré site (photo crédit: C. Robion‑Brunner).

A. Amas de scories ; B. Four.
A. Slag heap; B. Furnaces.

3. Méthodologie

3.1. Cartographie et compréhension du fonctionnement actuel

7La prospection géomorphologique, première étape indispensable pour repérer les contextes géomorphologiques, les différents styles fluviaux et ainsi déterminer les zones les plus intéressantes à investiguer, a été effectuée par un travail de photo-interprétation des images satellites suivi d’un travail de terrain. Ce travail, mené conjointement avec les archéologues, nous a conduits à privilégier un travail de terrain dans un sous-bassin du Tatré, localisé près des sites et vestiges archéologiques à l’Est du bassin versant (fig. 1). Cette étude de terrain a été réalisée au cours d’une seule mission en juin 2015. L'étude des formes et du fonctionnement actuel du système fluvial a été réalisée sur la base d'une description géomorphologique de terrain détaillée et cartographiée au GPS standard. Au total, plus de 700 points GPS ont permis de délimiter la répartition des différents styles fluviaux, de la plaine d'inondation actuelle et d’identifier les dynamiques d'incision.

8Cette étape a permis de caractériser trois styles fluviaux principaux (fig. 3-4) : (i) un style à chenal unique rectiligne avec une incision allant de 50 cm à environ 2 m dans les formations superficielles (fig. 3A) ; (ii) un style à chenal unique méandriforme marqué par une incision dans les dépôts colluvio-alluviaux allant de plusieurs décimètres jusqu’à deux mètres ; (iii) un style de plaine alluviale saisonnièrement humide submergée par les eaux de crues pendant plusieurs semaines voire mois. Situé généralement dans des zones à contexte rizicole, il apparait difficile d’identifier clairement des formations de lit mineur (fig. 3B).

9Actuellement, le profil en long du cours d’eau montre une alternance entre les styles fluviaux rectilignes et à méandres avec un lit mineur encaissé et des zones de plaine où le chenal d’écoulement n’est pas marqué (fig. 3-4). Ces dernières sont situées en amont des secteurs rectilignes ravinés qui ont été observés sur les secteurs les plus pentus du bassin versant (fig. 4). À l’inverse, les zones avec un style à méandres incisés sont plutôt localisées sur les sections à faible pente et dans la basse vallée du Tatré. Les changements de profil hydro-géomorphologique sont souvent nets et brutaux. Ces observations permettent de supposer le caractère récent de cette incision localisée sur certains secteurs du bassin versant. Lors d’intenses épisodes orageux, les eaux ruissellent le long des versants et sur les glacis, jusqu’à inonder la totalité de la plaine alluviale. À l’amont des secteurs incisés, la vitesse de l’écoulement s’accélère, augmentant cette incision. Les zones de contact entre les secteurs de plaine et les secteurs incisés évoluent ainsi sous forme d’une érosion régressive, contribuant, dans le contexte actuel, à l’extension de ces secteurs ravinés vers l’amont. L’opportunité d’observer en saison humide lors d’une crue les processus fluviatiles en action a permis de confirmer cette hypothèse et de proposer une cartographie précise de la plaine alluviale. Au-delà de leur caractère descriptif, ces observations permettent également de questionner la temporalité et l’origine de cette période d’incision vraisemblablement récente. En effet, la mise en place de cette érosion régressive est attestée par les témoignages des villageois depuis le milieu du XXe siècle. Les profondeurs d’incision observées sont variables, s’échelonnant entre 0,2 m à l’amont des affluents et dans la basse vallée et 3,5 m pour la partie médiane du cours d’eau après la confluence principale. Les zones sujettes à l’incision ont permis de réaliser de nombreuses coupes stratigraphiques dans le chenal.

Fig. 3 – Carte géomorphologique (A) et profil en long (B) de la vallée amont et médiane du Tatré.
Fig. 3 – Geomorphological map (A) and longitudinal profile (B) of the high and medium Tatré valley and localisation of field investigations.

Fig. 3 – Carte géomorphologique (A) et profil en long (B) de la vallée amont et médiane du Tatré.   Fig. 3 – Geomorphological map (A) and longitudinal profile (B) of the high and medium Tatré valley and localisation of field investigations.

1-3 : Lithologie. 1. Grés quartzite-ferrugineux ; 2. Formations d’altérations indurées par les oxydes de fer ; 3. Formations de plaine (sables ferrugineux ocre/rouge) recouvrant les schistes gris/verts. 4-10 : Formes de relief. 4. Rupture de pente concave (bas de versant) ; 5. Changement de pente convexe (haut de versant) ; 6. Escarpement ; 7. Versant irrégulier à chevrons et replats ; 8. Glacis ; 9. Éboulis gréseux grossiers de taille hétérométrique ; 10. Secteurs à buttes résiduelles successives. 11-15 : Formes fluviatiles. 11. Cours d’eau rectiligne incisé ; 12. Cours d’eau méandriforme incisé ; 13. Cours d’eau à plaine alluviale non incisé ; 14. Style fluvial non renseigné ; 15. Plaine d’inondation ; 16-17 : Vestiges archéologiques. 16. Sites d’extractions de l’hématite ; 17. Amas de scories. 18-21 : Investigations de terrain. 18. Coupes ; 19. Sondages ; 20. Transects ; 21. Tronçons étudiés dans l’article.
1-3: Lithology. 1. Ferruginous sandstone; 2. Hard ferruginous alteration formation; 3. Plain formation (Ochre red feruginous sands) covering gray shales; 4-10: Land forms. 4. Concave slope break; 5. Convex slope break; 6. Scarp; 7. Irregular slope; 8. Glacis; 9. Talus scree; 10. Area with successive mounds. 11-15: Fluvial forms. 11. Straight incised River Style; 12. Meandering incised River Style; 13. Intact valley fill River Style; 14. No information on River Style. 15. Floodplain; 16-17: Archeological remains. 16. Hematite mine; 17. Iron smelting site; 18-21: Field investigations. 18. Outcrop; 19. Borehole; 20. Cross sections; 21. Main study area.

Fig. 4 – Photographies de deux styles fluviaux identifiés dans la vallée du Tatré (crédit photographique : A. Garnier)
Fig. 4 – Photographs of two River styles identified in the Tatré Valley (photo credit: A. Garnier).

Fig. 4 – Photographies de deux styles fluviaux identifiés dans la vallée du Tatré (crédit photographique : A. Garnier)   Fig. 4 – Photographs of two River styles identified in the Tatré Valley (photo credit: A. Garnier).

A. Style à chenal rectiligne incisé. B. Style de de plaine alluviale humide sans lit mineur apparent.
A. Straight river style; B. Intact valley fill river style.

3.2. Établissement du cadre chronostratigraphique et échantillonnage

10La prospection des berges du Tatré a permis de définir le cadre chronostratigraphique de la partie amont et médiane de la vallée. Ainsi, à partir de critères géomorphologiques et hydrologiques, cinq tronçons ont été privilégiés afin de procéder à la prospection détaillée des archives sédimentaires. Ces tronçons devaient offrir une bonne représentativité de la diversité du bassin versant (styles fluviaux, végétation, occupation du sol, etc.) et être caractérisés par un colmatage holocène notable du fond de vallée.

11Un relevé systématique de coupes a été réalisé le long de la rivière dans les secteurs incisés ainsi que des sondages à la tarière pour compléter ces informations latéralement ou en profondeur. Ils ont surtout été utilisés dans les secteurs de plaine non incisé pour mettre au jour le remplissage sédimentaire. Au total, 22 coupes et 11 sondages ont été effectués (fig. 3). Les unités sédimentaires ont été décrites à partir des caractéristiques de leur faciès (texture, couleur, présence de matière organique, etc.) et de l’agencement des dépôts qui témoignent alors du contexte dans lequel les sédiments se sont déposés mais aussi du style fluvial du cours d’eau. Pour les formations alluviales, deux types d’environnements de dépôts ont pu être identifiés : les dépôts de chenaux qui correspondent aux sédiments détritiques émoussés et les dépôts de plaine d’inondation plus fins et organiques. Des sédiments colluviaux ont aussi été observés. Sans organisation sédimentaire nette, ils sont constitués d’une matrice fine limoneuse comportant des éléments plus grossiers (sables ou galets) de forme anguleuse suggérant un transport local. Pour chaque coupe et sondage, un échantillonnage systématique a été opéré en vue d’analyses en laboratoire des archives sédimentaires. À cela s’est ajouté la réalisation de prélèvements de charbons de bois afin d’établir une chronologie par la méthode du radiocarbone des enregistrements sédimentaires pour les différents secteurs (tab. 1). À ce jour, quatre datations par le radiocarbone ont été réalisés au laboratoire de Poznan (Pologne). Ces datations ont été calibrées à l’aide du programme d’étalonnage Oxcal (version 4.2) et de la courbe de calibration IntCal13 (Reimer et al., 2013). Cependant, l’observation en stratigraphie de résidus sidérurgiques (scories), enregistrés dans les archives sédimentaires sur plusieurs coupes nous a permis de les utiliser comme datation relative (fig. 5). En effet, elles représentent un très bon marqueur de l’activité sidérurgique locale et permettent ainsi de restituer l’évolution et l’architecture du remplissage sédimentaire depuis la période post-médiévale (Houbrechts et Petit, 2006 ; Houbrechts et Weber, 2007 ; Houbrechts et al., 2011 ; Denis et al., 2013). Afin de valider notre démarche, une datation radiocarbone a été réalisée sur un charbon associé en stratigraphie à une scorie (CP20). La datation indiquant le XVe siècle est tout à fait contemporaine de l’activité sidérurgique dans la vallée du Tatré comme le suggère les datations réalisées par les archéologues sur des charbons identifiés dans les amas de scories à proximité (Eichhorn et Robion‑Brunner, 2017). Ainsi, la mise en place des couches sédimentaires qui contiennent des scories a été interprétée postérieure au XVe siècle.

Tab. 1 – Datations radiocarbones.
Tab. 1 – Radiocarbon dates.

Tab. 1 – Datations radiocarbones.   Tab. 1 – Radiocarbon dates.

Fig. 5 – Scories enregistrées dans les archives sédimentaires de la vallée du Tatré (crédit photographique : A. Garnier)
Fig. 5 – Slags recorded in the deposits of the Tatré Valley (photo credit: A. Garnier)

Fig. 5 – Scories enregistrées dans les archives sédimentaires de la vallée du Tatré (crédit photographique : A. Garnier)   Fig. 5 – Slags recorded in the deposits of the Tatré Valley (photo credit: A. Garnier)

A. CP3 ; B. CP4.
A. CP3; B. CP4.

3.3. Analyse des phytolithes

12Afin de connaître l’évolution du couvert végétal au sein du bassin versant au cours des deux derniers millénaires, nous avons analysé le contenu en phytolithes de 12 échantillons. Les phytolithes sont le résultat de la précipitation de la silice (Si02nH20) entre et dans les cellules des plantes. Après la mort de celles-ci et de la décomposition de la matière organique dans les sols, ces particules de silice microscopiques, de tailles et de formes variées, sont enregistrées dans le sol et représentent alors une archive de l’état du couvert végétal passé. L’étude des phytolithes présente cependant plusieurs limites pour l’interprétation paléoenvironnementale. Il s’agit d’abord des phénomènes de redondance (une espèce peut produire plusieurs morphotypes) et de multiplicité (un même morphotype peut représenter plusieurs espèces) (Rovner, 1971). Ainsi, contrairement aux pollens qui sont produits par l'ensemble des végétaux phanérogames, la production de phytolithes par les plantes est beaucoup plus complexe. En revanche, plusieurs études ont récemment démontré leur potentiel et intérêt pour reconstituer les dynamiques végétales dans les archives sédimentaires alluviales en milieu tropical (Neumann et al., 2009 ; Sangen et al., 2011 ; Garnier et al., 2013). En raison de leur nature siliceuse, ils résistent aux attaques physiques et chimiques et se conservent très bien dans les dépôts détritiques et secs au contraire des autres indicateurs végétaux (pollens, charbons, graines, etc.). Le deuxième avantage concerne la capacité à différencier les sous-familles de Poaceae dont chacune est caractéristique d'un environnement particulier, ce qui permet d’affiner l’interprétation écologique des environnements passés (Twiss et al., 1969 ; Bremond et al., 2005 ; Barboni et al., 2007 ; Barboni et Bremond, 2009 ; Novello et al., 2012 ; Neumann et al., 2017).

13Pour l’extraction des phytolithes dans les sédiments, 15-20 g ont été analysés selon la méthode décrite par Piperno (2006). La classification utilisée pour le comptage des assemblages repose sur celle de Garnier et al. (2013). Trois catégories ont ainsi pu être différenciées (fig. 6). La première concerne les dicotylédones ligneuses caractérisées par les morphotypes « globular decorated » et les scléréides. La deuxième catégorie concerne les cellules courtes produites par les Poaceae (Grass Short Cells Phytoliths). Les « lobate » (« bilobate » et « cross ») sont produits majoritairement par les espèces de la sous-famille des Panicoideae associées à des environnements de savane humide haute ou à des graminées de zones humides. Les « saddles » produits par les Chloridoideae, composent principalement la strate graminéenne basse de la savane sahélienne adaptée à des conditions xérophytiques. Le morphotype « collapsed saddle » est quant à lui associé à une espèce de Bambusoideae en particulier, Oxytenanthera abyssinica qui pousse aujourd’hui dans la zone soudano-guinéenne où les précipitations sont supérieures à 1 000 mm/an. Enfin, les « rondel » sont produits dans les inflorescences des graminées mais ne sont pas caractéristiques d’une famille en particulier. La dernière catégorie concerne les morphotypes produits par des familles spécifiques. C’est le cas des Arecaceae (palmiers) avec les « globular echinate » et les Cyperaceae, des herbacées qui poussent dans des milieux temporairement inondés ou dans les champs (adventices). Les spicules d’éponges, les diatomées et les fragments de charbons ont aussi été comptés mais exclut de la somme, comme les morphotypes non-diagnostiques d’une espèce, d’une famille ou d’un type de milieu en particulier. Pour chaque échantillon, un minimum de 250 phytolithes diagnostiques comptés a été requis afin d'avoir une interprétation statistique robuste (Strömberg, 2009).

Fig. 6 – Principaux morphotypes identifiés dans les assemblages phytolithiques des archives sédimentaires de la vallée du Tatré.
Fig.6 – Main phytoliths observed in the fossil samples of the Tatré valley.

Fig. 6 – Principaux morphotypes identifiés dans les assemblages phytolithiques des archives sédimentaires de la vallée du Tatré.   Fig.6 – Main phytoliths observed in the fossil samples of the Tatré valley.

1-2 : Phytolithes de dicotylédones ligneuses. 1. Scléréides ; 2. Globulaires décorés ; 3-4 : Phytolithes de familles spécifiques. 3. Globulaires échinés (Arecaceae) ; 4. Achene (Cyperaceae) ; 5-8 : Cellules courtes (Poaceae) ; 5. Bilobé ; 6. Croix ; 7. Selle ; 8. Rond.
1-2: Phytoliths from woody dictyledons. 1. Sclereids; 2. Globular decorated; 3-4: Phytoliths from family specific. 3. Globulard echinate (Arecaceae); 4. Achene (Cyperaceae); 5-8: Grass short cell Phytoliths. 5. Bilobate; 6. Cross; 7. Saddle; 8. Rondel.

4. Résultats

4.1. Étude des archives sédimentaires

14Cinq tronçons principaux ont été investigués de manière plus approfondie (fig. 3). Ils concernent les parties amont du cours d’eau principal (tronçons A et B) et des affluents (tronçon C) et deux tronçons dans la moyenne vallée (tronçons D et F).

4.1.1. Le tronçon A (amont)

15Sur le tronçon amont du Tatré, neuf coupes et un sondage à la tarière ont été effectués (fig. 4, 7). Un transect longitudinal ainsi qu’un transect transversal ont ainsi été réalisés (fig. 7). Ce tronçon, caractérisé par un style fluvial à chenal rectiligne incisé de deux mètres environ, est particulièrement intéressant du fait de sa proximité avec les amas de scories (fig. 3) et de l’opportunité d’observer les couches issues de leur érosion en stratigraphie (fig. 5). En l’absence de matière organique datable, elles offrent la possibilité de restituer la temporalité du remplissage sédimentaire.

16Quatre coupes de deux mètres de hauteur environ ont permis de proposer un transect longitudinal sur 100 m de long environ (fig. 7). Le remplissage sédimentaire est constitué de cinq séquences sédimentaires d’origine colluvio-alluviale. La séquence la plus ancienne (1), enregistrée à la base, a été observée seulement à l’aval du transect pour la coupe CP7. Elle correspond à de l’argile limoneuse gris-ocre très indurée. Elle est surmontée par une séquence de gravillons hétérométriques millimétriques et centimétriques contenant des blocs de schistes dans une matrice limono-sableuse gris-ocre (2). Cette séquence, d’une épaisseur variant de 20 cm pour CP2 à près de 60 cm pour CP3, atteste d’un changement du fonctionnement hydro-sédimentaire marqué par une dynamique érosive importante. La charge grossière notable témoigne de l’énergie des écoulements. En revanche, la nature anguleuse des éléments grossiers suggère un apport sédimentaire à dominante colluviale ou alors d’origine fluviatile sur de très faibles distances, ce qui est aussi envisageable en situation de tête de bassin. La séquence suivante (3) est constituée par une alternance de dépôts fins limoneux argileux gris d’origine palustre, de dépôts plus détritiques d’origine alluviale et de dépôts sableux limoneux gris. S’y intercalent également des unités colluvio-alluviales, caractérisées par des gravillons hétérométriques dans une matrice limoneuse gris-ocre. Selon les coupes, cette séquence est plus ou moins développée. L’ensemble des coupes montre la présence de scories dans cette unité stratigraphique. La forte variabilité de l’enregistrement sédimentaire témoigne d’un fonctionnement du Tatré relativement instable marqué par des phases de calme hydrologique illustré par des dépôts palustres et des phases d’activité hydrologique plus énergiques. La présence de scories dans cette séquence suggère que sa mise en place est contemporaine de l’activité sidérurgique (XVe-XIXe siècles). Enfin, au sommet, on observe une séquence de limons sableux épaisse de 50 cm à près de 1 m (4). Ils correspondent au fonctionnement hydro-sédimentaire actuel avec des dépôts issus des débordements saisonniers au sein de la plaine alluviale.

Fig. 7 – Tronçon A. Transect longitudinal (CP3-CP7) et transect transversal (CP7-CP5).
Fig. 7 – Area A. Longitudinal transect (CP3-CP7) and transversal transect (CP7-CP5).

Fig. 7 – Tronçon A. Transect longitudinal (CP3-CP7) et transect transversal (CP7-CP5).   Fig. 7 – Area A. Longitudinal transect (CP3-CP7) and transversal transect (CP7-CP5).

1. Schiste ; 2. Gravillons hétérométriques avec des blocs de schiste dans une matrice sablo-limoneuse gris-ocre ; 3. Gravillons hétérométriques dans une matrice sablo-limoneuse gris-ocre ; 4. Limons sableux gris avec quelques gravillons anguleux ; 5. Sables limoneux gris à tâches ocres ; 6. Limons bruns avec quelques gravillons ; 7. Limons ocres avec quelques gravillons ; 8. Limons sableux bruns ; 9. Limons argileux gris indurés à tâches ocres ; 10. Argile limoneuse gris-ocre ; 11. Scorie ; 12. Échantillons (phytolithes) ; 13. Identifiant de la séquence sédimentaire.
1. Shale; 2. Gravels and blocks of shales blocs within grey-ochre sandy silt; 3. Gravels within grey-ochre sandy silt; 4. Grey silty sand with angular gravels; 5. Grey sandy silt with ochre marks; 6. Brown silt with some gravels; 7. Ochre silt with some gravels; 8. Brown silty sand; 9. Dark clayey silt with ochre marks; 10. Grey-ochre clay; 11. Slag; 12. Samples (Phytoliths); 13. Identification for sedimentary sequence.

17À l’aval de ce transect deux autres coupes ont été réalisées sur un affluent du Tatré (CP4 et CP5) ainsi qu’un sondage entre les deux chenaux sur le glacis (S10). Ils permettent de présenter l’organisation transversale de l’architecture sédimentaire. On observe, à la base, la séquence caractérisée par des argiles limoneuses gris-ocre (1). La séquence graveleuse identifiée sur CP7 est aussi présente sur CP5 mais reste moins développée, atteignant seulement une dizaine de centimètres (2). Pour les deux coupes localisées à l’est du transect, on enregistre des limons sableux gris contenant quelques gravillons anguleux épars (3). Ils correspondent principalement à des dépôts d’origine colluviale. En revanche, la couleur grise témoigne de conditions hydromorphes dans le fond de vallée. Une scorie a été identifiée pour CP4 dans cette séquence. Ils sont surmontés par des sédiments plus détritiques à dominante graveleuse dans une matrice plus fine de type limono-sableuse. Ces dépôts semblent être aussi d’origine colluviale comme en témoigne la nature anguleuse des gravillons mais ont pu ensuite être remobilisés sur de courtes distances. Des dépôts plus fins limono-argileux gris, suggérant un environnement palustre, ont été observés sur CP5. Au-dessus, on enregistre une séquence de limons bruns à gravillons d’une épaisseur de 25 cm. Cette dernière n’a pas été observée pour CP7 et témoigne d’apports colluviaux localisés. Enfin, la séquence située au sommet est similaire à celle de CP7 avec des limons sableux bruns caractérisant les dépôts de débordement saisonniers (4). Le sondage S10, localisé entre le Tatré et son affluent, permet de caractériser la nature des formations superficielles constituant les glacis. À la base, on a pu identifier des limons ocre contenant des gravillons alors que l’horizon superficiel est caractérisé par des limons bruns en raison de leur teneur en matière organique.

4.1.2. Le tronçon B

18Plus à l’aval, la plaine alluviale s’élargit et un style à méandre s’affirme. Deux coupes (CP12, 13) et un sondage (S11) ont été réalisés afin de mettre au jour l’architecture sédimentaire de ce tronçon (fig. 8). Les investigations ont permis de mettre en avant une sédimentation différente de part et d’autre du transect. À l’ouest du transect, on observe une sédimentation d’origine alluviale alors que la coupe réalisée à l’Est du transect (CP13) suggère des formations sédimentaires d’origine colluviale. Cela témoigne d’une incision et d’une érosion latérale récentes dans les dépôts colluviaux pour ce tronçon, dévoilant alors leur stratigraphie. Le contact entre la séquence d’argile limoneuse de base (1) et la séquence suivante est clairement érosif avec l’identification d’une incision de 1,50 m environ dans les dépôts cohésifs antérieurs. La séquence suivante (3), épaisse de près d’un mètre, correspond à deux unités sédimentaires distinctes. La première est constituée de sables limoneux gris à tâches ocres suggérant une dynamique alluviale modérée. La datation radiocarbone d’un charbon prélevé dans cette séquence indique la mise en place d’une sédimentation alluviale qui a fait suite à l’incision vers 1514-1668 cal. AD (tab. 1).

Fig. 8 – Transects transversaux CP12-CP14 (tronçon B) et CP20-21 (tronçon C).
Fig. 8 – Transversal transects CP12-CP14 (area B) and CP20-21 (area C).

Fig. 8 – Transects transversaux CP12-CP14 (tronçon B) et CP20-21 (tronçon C).   Fig. 8 – Transversal transects CP12-CP14 (area B) and CP20-21 (area C).

1. Gravillons hétérométriques avec des blocs de schiste dans une matrice sablo-limoneuse gris-ocre ; 2. Sables limoneux gris à tâches ocres ; 3. Limons sableux ocres compacts à gravillons ; 4. Limons beiges indurés avec cailloutis anguleux ; 5. Limons bruns avec cailloutis anguleux ; 6. Sables grossiers à petits gravillons dans une matrice limoneuse beige ; 7. Limons bruns avec quelques gravillons ; 8. Limons argileux gris indurés à tâches ocres ; 9. Argile limoneuse grise ; 10. Argile limoneuse gris-ocre ; 11. Scorie ; 12. Datation 14C ; 13. Échantillons (phytolithes) ; 14. Identification de la séquence sédimentaire.
1. Gravels and blocks of shales blocs within grey-ochre sandy silt; 2. Grey sandy silt with ochre marks; 3. Ochre sandy silt with gravels; 4. Beige silts with angular gravels; 5. Brown silts with angular gravels; 6. Coarse sand to gravel within beige silty sediments; 7. Brown silt with some gravels; 8. Dark clayey silt with ochre marks; 9. Grey clay; 10. Grey-ochre clay; 11. Slag; 12. Radiocarbon date; 13. Samples (Phytoliths); 14. Identification of sedimentary sequence.

19Au-dessus, une unité plus fine argileuse avec des passées sableuses témoigne d’une dynamique plus calme de type « milieu palustre » avec un chenal divagant peu incisé. Elle est surmontée par des dépôts limono-argileux gris suggérant un milieu hydromorphe. La séquence suivante (4), d’une épaisseur pluri-décimétrique, est constituée à la base de lits de sables grossiers contenant des gravillons plus ou moins grossiers à structure planaire. Ces dépôts détritiques reflètent des dépôts de chenaux et une énergie relativement importante du cours d’eau. En revanche, la couleur ocre témoignant d’une oxydation du fer marquant une baisse du niveau de la nappe phréatique par rapport aux séquences précédentes. Enfin, l’unité supérieure, caractérisée par des limons sableux bruns, témoigne de la dynamique actuelle avec des dépôts de débordement et un apport en matière organique conséquent (4).

20À l’est du transect, CP13 présente une succession de séquences colluviales avec, à la base, des gravillons hétérométriques dans une matrice limono-sableuse gris ocre d’une épaisseur d’une dizaine de centimètres déjà observés dans le fond de vallée à l’amont. Ils sont surmontés par des limons sableux ocre à gravillons puis des limons sableux beiges à gravillons.

4.1.3. Le tronçon C (affluent)

21Lors des prospections sur un affluent en rive droite du Tatré un peu plus à l’aval, quatre coupes ont été levées (fig. 3). Ces dernières se sont révélées particulièrement intéressantes en raison de la présence de scories identifiées en stratigraphie. Sur CP20, trois séquences sédimentaires ont été décrites (fig. 8). La plus ancienne, située à la base, est constituée de limons sableux gris avec quelques gravillons centimétriques (2). Ces dépôts, épais d’une trentaine de centimètres, ont vraisemblablement été mis en place par des dynamiques fluviatiles d’énergie modérée. Elle est surmontée par une séquence épaisse de plus de 70 cm marquée par l’alternance entre des dépôts grossiers constitués de gravillons hétérométriques dans une matrice limono-sableuse brune et de dépôts plus fins, limons bruns à petits gravillons (3). Cette séquence reflète des dynamiques colluviales contrastées suggérant une forte instabilité du milieu environnant. Une scorie découverte à la base suggère que cette séquence a été mise en place lors de l’activité sidérurgique. Des amas sont en effet localisés à proximité de ces coupes (fig. 3). Un charbon prélevé à la base de cette séquence et associé à la scorie en place a été daté à 1477-1643 cal. AD (tab. 1). Elle coïncide avec la période 2 de l’activité sidérurgique dans la région bassar (de Barros, 1986) suggérant une production locale significative. Enfin, au sommet, la dernière séquence peu épaisse correspond à des limons sableux bruns qui sont associés aux dépôts de débordement contemporains qui caractérisent le fonctionnement hydro-sédimentaire actuel (4).

4.1.4. Le tronçon D

22Plus à l’aval, en raison de la faible incision du chenal (quelques dizaines de centimètres) la réalisation de sondages a été nécessaire afin d’examiner l’architecture du remplissage sédimentaire. Au total, six sondages (S4-S9) ont été effectués : cinq dans la plaine alluviale humide et un sur le glacis (fig. 9). Ce dernier (S7) indique la même organisation des formations superficielles qu’à l’amont avec, à la base, des limons ocres contenant des gravillons et, pour les vingt centimètres de l’horizon superficiel, des limons à gravillons de couleur brune en raison d’un apport en matière organique.

Fig. 9 – Transect transversal (tronçon D) et CP11 (tronçon E).
Fig. 9 – Transversal transect S4-S9 (area D) and CP11 (area E).

Fig. 9 – Transect transversal (tronçon D) et CP11 (tronçon E).   Fig. 9 – Transversal transect S4-S9 (area D) and CP11 (area E).

1. Gravillons hétérométriques dans une matrice sablo-limoneuse ocre ; 2. Limons bruns avec quelques gravillons ; 3. Limons ocres avec quelques gravillons ; 4. Sables limoneux gris à tâches ocres ; 5. Sables limoneux ocres ; 6. Sables limoneux blancs ; 7. Limons sableux gris ; 8. Limons bruns avec quelques gravillons ; 9. Argile limoneuse grise ; 10. Argile limoneuse gris-ocre ; 11. Datation 14C ; 12. Echantillons (phytolithes) ; 13. Identification de la séquence sédimentaire.
1. Heterometric gravels within ochre sandy silt; 2. Brown silts with some gravels; 3. Ochre sandy silt with gravels; 4. Grey sandy silt with ochre marks; 5.Ochre sandy silt; 6.White sandy silt; 7. Grey sandy silt; 8. Brown silt with some gravels; 9.Grey clay; 10. Grey-ochre clay; 11. Radiocarbon date; 12. Samples (Phytoliths); 13. Identification of sedimentary sequence.

23Dans le fond de vallée, la sédimentation est différente, reflétant des dynamiques alluviales variées. À la base, on retrouve une séquence argileuse de couleur ocre-gris d’une épaisseur atteignant jusqu’à 1,20 m (S4) (1). Elle est surmontée d’une épaisse couche de près d’un mètre d’argile limoneuse grise (1’). Cette séquence témoigne d’un environnement de dépôt calme de type palustre. Une importante incision, de près d’un mètre, s'est ensuite réalisée dans ces dépôts compacts, témoignant de l’importance de la dynamique alluviale qui a suivi. On observe notamment pour les sondages S9 et S5 des dépôts détritiques correspondant à des gravillons hétérométriques dans une matrice sablo-limoneuse ocre (2). Un charbon prélevé dans cette séquence a été daté à 652-778 cal. AD (tab. 1). Des passées détritiques plus fines ont aussi été identifiées dans les enregistrements sédimentaires de S4 et S8, situés plus à l’est du transect. Enfin, au sommet, on observe la présence sur quelques dizaines de centimètres, selon les sondages, de limons bruns organiques (4).

4.1.5. Le tronçon E

24À l’aval de la moyenne vallée, une coupe (CP11) a été réalisée dans un tronçon où le chenal méandriforme est de nouveau incisé de plus de deux mètres, (fig. 9). Les archives sédimentaires témoignent d’une dynamique hydrologique variée. À la base, trois unités sédimentaires ont pu être identifiées. Elles sont caractérisées par des dépôts sableux tout d’abord ocre-gris à la base puis ensuite gris et blanc (2). Cette dernière séquence a été datée par la méthode du radiocarbone sur un charbon vers 672-770 cal. AD (tab. 1). Elle est surmontée par une épaisse séquence de 1 m de limons gris suggérant une dynamique hydro-sédimentaire plus calme associée à des dépôts de débordement (3). Au-dessus, une unité limoneuse brune puis des dépôts argileux gris-noir suggèrent des dépôts de décrue riches en matière organique (4).

4.2. Analyses des phytolithes

25Les analyses phytolithiques ont été réalisées sur douze échantillons de sédiments provenant des différents tronçons de la vallée (fig. 10). Cette étude multiscalaire permet ainsi de déceler si, pour une même période, l’ensemble de la vallée est soumis aux mêmes dynamiques végétales ou au contraire si des disparités peuvent être observées témoignant alors d’ajustements locaux.

26Le diagramme (fig. 10) permet notamment de montrer le rapport entre les phytolithes produits par les dicotylédones ligneuses (en noir) et ceux caractéristiques des graminées (en gris clair). Les morphotypes produits par les familles spécifiques, moins abondants dans les assemblages, sont aussi représentés (en gris foncé). Enfin, l’indice D/P (Dicotylédones/Poaceae) a aussi été calculé afin d’estimer la densité de la couverture arborée. Alexandre et al. (1997) montrent que dans les environnements fermés de type forêt humide, la valeur de l’indice D/P est supérieure à 1 alors que dans les environnements plus ouverts de type savane, elle est inférieure à 1.

27De manière synthétique, les résultats témoignent de trois tendances principales (fig. 10). La première tendance est une ouverture de la végétation depuis le début du remplissage sédimentaire. En effet, l’assemblage issu des sédiments de la séquence 1 atteste d’un milieu relativement fermé avec la domination des phytolithes produits par les dicotylédones ligneuses (64 %). L’indice D/P atteint 1,2 suggérant un milieu forestier. Les assemblages de la séquence 2 analysés pour CP11 indiquent une ouverture des milieux puisque l’indice D/P atteint entre 0,5 et 1,1. Enfin, l’ensemble des assemblages de la séquence 3 confirme cette tendance puisque tous atteignent des valeurs inférieures à 1 pour l’indice D/P, suggérant donc des milieux plus ouverts. La deuxième tendance concerne un changement dans la composition de la strate arborée et arbustive entre les séquences 1-2 et la séquence 3. Alors que les séquences les plus anciennes enregistrent une part plus importante des « globular decorated », la séquence 3, notamment dans les tronçons à l’amont (CP20, CP4) témoigne d’une diminution de ces morphotypes au profit des scléréides. Parallèlement, les phytolithes produits par les Arecaceae (Palmiers) n’apparaissent qu’à partir de la séquence 3. Enfin, on observe des disparités dans la composition des assemblages phytolithiques de la séquence 3 selon les différents tronçons. Les tronçons situés en tête de bassin montrent une végétation beaucoup plus ouverte avec des valeurs pour les cellules courtes de Poaceae atteignant entre 50 % et 65 %. Un peu plus à l’aval, la végétation est encore plus ouverte avec des valeurs pour les phytolithes de Poaceae atteignant en moyenne 70 %. Ces résultats suggèrent ainsi un environnement local plus ouvert avec par exemple la présence de champs cultivés par des céréales. Cette hypothèse est en effet soutenue d’une part par la topographie locale qui présente de larges glacis et par les assemblages de phytolithes qui témoignent d’une part notable de cellules courtes « lobate » produites par les espèces cultivées telles que le sorgho (Sorghum bicolor) ou le mil (Pennisetum glaucum). Associés à la présence de Cyperaceae, espèces de zones humides mais aussi d’adventices, les assemblages phytolithiques peuvent alors suggérer la culture céréalière aux alentours de ce tronçon. Plus à l’aval (CP11), l’assemblage phytolithique de la séquence 3 indique une végétation plus fermée. En effet, les phytolithes de dicotylédones ligneuses représentent 58 % de l’assemblage avec une meilleure représentation des « globular decorated » qui atteignent 34 %.

Fig. 10 – Diagramme phytolithique des échantillons fossiles de la vallée du Tatré.
Fig. 10 – Phytolith percentage diagram from fossil samples of the Tatré valley.

Fig. 10 – Diagramme phytolithique des échantillons fossiles de la vallée du Tatré.   Fig. 10 – Phytolith percentage diagram from fossil samples of the Tatré valley.

Les valeurs inférieures à 1 % figurent par un point.
Abundances lower than 1% are figured by a dot.

28Ainsi, l’analyse des phytolithes contenus dans les archives sédimentaires de la vallée du Tatré indiquent un changement dans la composition de la végétation à partir de la séquence 3 qui est associée à la période d’activité sidérurgique. Même si les évolutions sont progressives, on peut noter (i) une ouverture de la végétation avec une diminution des phytolithes produits par les dicotylédones ligneuses et une baisse de l’indice D/P, et (ii) une modification dans la composition de la strate arborée avec une baisse des « globular decorated » et une meilleure représentation des scléréides.

5. Discussion

29Les premiers résultats obtenus grâce à l’étude géomorphologique et phytolithique des archives sédimentaires nous permettent de retracer l’évolution du système fluvial et du couvert végétal du bassin versant amont du Tatré depuis les deux derniers millénaires. L’analyse multiscalaire et la comparaison avec les données disponibles à l’échelle régionale sont indispensables pour comprendre les variables de contrôle à l’origine de ces dynamiques et de questionner l’impact de l’activité sidérurgique sur les milieux.

5.1. Une forte variabilité spatio-temporelle de la dynamique hydro-sédimentaire pour les deux derniers millénaires

30Les recherches menées sur différents tronçons le long du Tatré ont permis de révéler un cadre chronostratigraphique relativement complexe datant des deux derniers millénaires. Quatre phases principales caractérisant un fonctionnement hydro-sédimentaire varié ont pu être identifiées (fig. 11). Ces ajustements du système fluvial, pouvant être synchrones ou hétérogènes, traduisent un changement dans les apports liquides et sédimentaires dont l’origine peut être régionale comme les oscillations ou crises climatiques ou plutôt locale comme le changement du mode d’occupation du sol au sein du bassin versant. Les données régionales sont particulièrement rares pour cette période et la zone bioclimatique concernée (fig. 1). Les recherches paléoclimatiques et paléoenvironnementales les plus proches concernent les analyses conduites sur les archives lacustres du lac Sélé au Bénin (Salzmann et Hoelzmann, 2005 ; Bremond et al., 2017), le lac Bosumtwi au Ghana (Shanahan et al., 2006, 2009, 2015), le lac Tilla au Nigéria (Salzmann, 2000 ; Salzmann et al., 2002), les lacs Tizong, Mbalang et Bambili au Cameroun (Vincens et al., 2010 ; Nguestsop et al., 2011, 2013 ; Lézine et al., 2013 ; Lebamba et al., 2016) et enfin plus au Nord la vallée du Yamé au Mali (Lespez et al., 2011 ; Garnier et al., 2015 ; Garnier et Lespez, accepté).

Fig. 11 – Synthèse de la cascade sédimentaire de la haute et moyenne vallée du Tatré au cours des deux derniers millénaires.
Fig. 11 – Schematic sediment distribution patterns in the upper and middle Tatré valley during the last two millenia.

Fig. 11 – Synthèse de la cascade sédimentaire de la haute et moyenne vallée du Tatré au cours des deux derniers millénaires.   Fig. 11 – Schematic sediment distribution patterns in the upper and middle Tatré valley during the last two millenia.

1. Argile limoneuse gris-ocre ; 2. Dépôts détritiques contenant des blocs et des gravillons ; 3. Dépôts détritiques gravelo-sableux ; 4. Dépôts sableux de chenaux ; 5. Limons sableux ; 6. Dépôts argileux organiques ; 7. Exhaussement du fond de vallée ; 8. Incision ; 9. Apports latéraux ; 10. Transfert sédimentaire.
1. Grey ochre silty clay; 2. Detritic deposits with blocks and gravels; 3. Coarse sand to gravel deposits; 4. Channel sandy deposits; 5. Sandy silts; 6. Organic clay sediments; 7. Accumulation; 8. Incision; 9. Lateral supplies; 10. Sedimentary transfert.

5.1.1. Anté VIIe-VIIIe siècles AD : un environnement palustre révélateur d’une phase humide ?

31La première phase concerne pour l’ensemble de la partie amont et une partie de la moyenne vallée, la mise en place d’argile limoneuse gris-ocre (séquence 1). Cette séquence est plus ou moins bien développée selon les tronçons, apparaissant sous forme de reliques sur les schistes, elle peut atteindre plus d’un mètre dans les zones planes de la moyenne vallée. Cette sédimentation témoigne d’un environnement palustre qui semble dans un premier temps caractérisé par un asséchement saisonnier au regard des traces d’oxydation qui subsistent. Cependant, dans le tronçon D, la fin de cette séquence est caractérisée par des dépôts argileux organiques (séquence 1’) suggérant alors un milieu en eau tout au long de l’année. Le modèle hydro-sédimentaire qui résulte de cette phase semble caractériser un apport sédimentaire continu tout au long de la vallée. Cette séquence ayant été mise en place avant les VIIe-VIIIe siècles, mais, n’ayant pu être datée avec précision, ne peut être interprétée de manière significative. La seule information disponible concerne la végétation avec l’analyse des phytolithes contenus dans ses dépôts (CP4 – 100-110 cm). Ils indiquent un milieu fermé dominé par les dicotylédones ligneuses (fig. 10). L’abondance hydrologique associée à cette formation incline à l’associer à une phase humide telle que celle de l’Optimum climatique humide particulièrement bien enregistrée en Afrique de l’Ouest entre 12850 cal. BC et 3550 cal. BC. L’acmé étant enregistrée durant l’Holocène moyen, i.e., 5830-4840 cal. BC (Lézine et al., 2011). Cette période qui fait suite à une phase aride et fraîche est caractérisée par un accroissement des précipitations pour l’ensemble de l’Afrique de l’Ouest ce qui permet le développement de l’activité hydrologique des cours d’eau ainsi qu’une hausse du niveau des aquifères et des lacs. Parallèlement à ce développement des ressources en eau est associée une densification de la végétation avec une augmentation des ligneux notamment (Gasse, 2000 ; deMenocal et al., 2000 ; Lézine et al., 2005, 2011 ; Shanahan et al., 2006). En zone guinéenne, cet optimum climatique semble se terminer vers 2550-2050 cal. BC. Plus proche de la vallée du Tatré, les données des archives sédimentaires du lac Sélé indiquent une ouverture de la forêt tropicale au Togo et au Bénin, remplacée par une savane boisée dès 2350 cal. BC créant ainsi le Dahomey Gap et entrainant le scindement de la forêt tropicale en deux aires bien distinctes (Lézine et Cazet, 2005, Salzmann et Hoelzmann, 2005 ; Marret et al., 2006). Ainsi, même si cette séquence n’a pu être datée et que la mise en place des dépôts qui la recouvrent est bien postérieure, l’hypothèse la plus probable pour interpréter ces dépôts est une sédimentation relique de l’Optimum climatique tout au long de la vallée.

5.1.2. VIIe-XIVe siècles : une incision généralisée témoin d’un changement hydro-climatique notable

32La deuxième phase débute par une incision caractérisant l’ensemble de la vallée dans les dépôts argileux compacts ou alors à l’amont directement dans les schistes, roches particulièrement friables. Quelques formations corrélatives de cette incision ont pu être identifiées et parfois datées. À l’amont, on enregistre des dépôts grossiers contenant des blocs de schistes (séquence 2). Dans la moyenne vallée, le tronçon D témoigne d’une incision bien marquée et de la présence de dépôts de chenaux. Ces derniers, caractérisant une dynamique fluviatile énergique capable d’inciser des dépôts argileux cohésifs sur près d’un mètre ont pu être datés des VIIe-VIIIe siècles ap. J-C, i.e., 652-768 cal. AD (tab. 1). Cette incision résulte d’une modification dans l’équilibre des débits solides et liquides. Elle suppose une augmentation des flux liquides par rapport aux apports sédimentaires dans le bilan hydrologique du cours d’eau. Cela peut-être soit la résultante de précipitations plus abondantes dans un contexte où les versants suffisamment végétalisés empêchent l’érosion des sols mais cela peut-être aussi caractéristique d’un événement hydrologique particulièrement brutal au sein d’un bassin versant fragilisé et dénudé. Ce deuxième scénario a déjà été observé en zone sahélo-soudanienne au cours d’épisodes climatiques arides des derniers millénaires (Garnier et al., 2015 ; Garnier et Lespez, accepté) ou plus récemment dans les années 70-80 (Valentin et al., 2004 ; Garnier et al., 2014), mais aussi dans d’autres zones des régions semi-arides (Berger et al., 2012). Toutefois, en zone soudano-guinéenne, ce scénario semble peu probable en raison des précipitations soutenues et du couvert végétal relativement dense. Cette incision du chenal peut aussi traduire une réactivation du système fluvial passant d’un système plutôt palustre avec des niveaux aquifères élevés alimentant de manière continue les zones humides largement développées dans le fond de vallée à un système fluviatile résultant de l’accroissement de la saisonnalité des précipitations. Ce changement dans l’intensité et la temporalité des paramètres climatiques a vraisemblablement engendré la baisse du niveau des aquifères mais aussi une activité hydrologique plus intense, au moins saisonnièrement, incisant alors les dépôts cohésifs ou même la roche. Les données régionales viennent plutôt appuyer cette hypothèse avec l’affirmation de conditions plus sèches entre 250-900 AD selon les variations du δ18O enregistrés dans les archives du lac Bosumtwi (Ghana ; Shanahan et al., 2009 ; Nash et al., 2016) (fig. 1). On observe les mêmes tendances dans la zone sahélo-soudanienne avec une augmentation des poussières dans les carottes marines GeoB9508 (fig. 1) au large du Sénégal (Mulitza et al., 2010), des variations de Sr/Ca et de δ18O dans les dépôts des oasis au Nord du Nigeria, à Kajemarum (fig. 1) (Street-Perrott et al., 2000), et du Niger à Bougdouma (fig. 1) (Holmes et al., 1999 ; Gasse and Van Campo, 1994). Plus au Sud, au Cameroun, des études conduites sur les diatomées ou les pollens enregistrés dans les archives lacustres ont aussi révélé une phase avec des niveaux bas entre 450-850 AD pour le lac Tizong (Nguetsop et al., 2013), vers 550 AD pour le lac Mbalang (Nguetsop et al., 2011) et vers 500 AD pour le lac Bambili (Lézine et al., 2013). Les sédiments sableux qui comblent cette incision témoignent d’une activité hydrologique notable et d’une connectivité hydrologique efficace avec un transfert des sédiments puis une accumulation vers l’aval (fig. 11).

5.1.3. XIVe-XVIIe siècles : un fort détritisme marqueur d’un déséquilibre local ?

33La troisième phase marque un changement dans la dynamique hydro-sédimentaire avec l’identification d’une nouvelle incision localisée essentiellement à l’amont (tronçons A, B et C). La sédimentation, caractérisée par des dépôts gravelo-sableux grossiers, où s’intercalent des sédiments argilo-limoneux plus fins indiquant des environnements palustres, témoigne d’une phase de détritisme marquée, dans un contexte hydro-climatique relativement humide. Ces faciès sédimentaires d’origine colluvio-alluviale très différents et sans organisation claire suggèrent un environnement instable et donc une forte sensibilité du milieu. Alors que les observations suggèrent des flux liquides insuffisants pour exporter la charge sédimentaire importante à l’amont, dans la moyenne vallée, le transfert des sédiments témoigne d’un bon équilibre entre les apports liquides et solides Ces résultats révèlent une crise sédimentaire localisée essentiellement dans la haute vallée. La présence de nombreuses scories dans ces dépôts indique qu’ils sont contemporains de la période d’activité sidérurgique. Deux datations réalisées dans ces dépôts et indiquant une mise en place aux alentours des XIVe-XVIIe siècles, i.e., 1477-1643 cal. AD et 1514-1668 cal. AD (tab. 1) viennent étayer cette hypothèse. Les analyses des phytolithes témoignent pour cette période d’une légère ouverture et d’un changement dans la couverture ligneuse. Ainsi, la caractérisation d’une crise sédimentaire très localisée, la présence de vestiges sidérurgiques dans les dépôts et la dégradation de la végétation s’accordent pour indiquer un rôle non négligeable de l’activité anthropique dans les dynamiques du système fluvial et des paysages associés. Les données paléoenvironnementales régionales sont rares pour cette période et indiquent une forte variabilité climatique qui fait suite à l’optimum climatique médiéval (MCA : Middle Age Anomally – 950-1250 AD), période relativement aride pour les régions humides du Sud du Sahel (Nash et al., 2016). En revanche, cette période qui correspond à l’échelle mondiale au Petit Age Glaciaire (LIA – Little Ice Age : 1300-1750 AD), s’exprime pour l’Afrique de l’Ouest par une augmentation des précipitations (Nicholson et al., 2013 ; Nash et al., 2016). Les chroniques des empires ouest-africains font référence à des périodes d’abondance hydrologique pour le fleuve Niger, la réactivation de cours d’eau auparavant asséchés dans le Nord du Tchad et une végétation plus verte qu’aujourd’hui (Nicholson, 1980). Les archives sédimentaires du lac Tchad indiquent aussi une hausse du niveau d’eau du lac (Maley, 1981). Plus au Sud, dans les archives des lacs Tizong et Mbalang au Cameroun, l’augmentation des pollens d’arbres semble aussi indiquer des conditions plus humides (Vincens et al., 2000 ; Nguestsop et al., 2013). Cependant, d’autres études indiquent pour autant une phase plus sèche entre 1450-1750 AD pour le lac Bosumtwi au Ghana (Shanahan et al., 2009), le lac Ossa (Nguestsop et al., 2010) et plus au Sud pour les lacs Nguène et Kamelété au Gabon (Ngomanda et al., 2007).

34Dans la vallée du Tatré, cette période s’illustre plutôt par un contexte humide avec l’enregistrement de traces d’hydromorphie dans les sédiments grossiers mais aussi par les dépôts argileux associés à des environnements de mares. Cependant, ces derniers semblent très spatialisées et sont caractéristiques des zones de piégeage des flux liquides et solides qui peuvent être créées par des accumulations sédimentaires au sein du lit mineur. Une étude menée dans la vallée du Yamé a ainsi démontré qu’un fort développement des colluvions à l’amont dans un contexte hydro-climatique humide a favorisé le développement de vastes zones palustres qui perdurent sur plusieurs siècles au cours du 2e millénaire de notre ère (Garnier et Lespez, accepté).

5.1.4. XXe siècle : une érosion régressive et un apport sédimentaire accru

35La quatrième phase est bien caractérisée pour l’ensemble des tronçons. Elle concerne des limons bruns qui viennent colmater l’ensemble de la vallée. Ils sont apportés par les crues débordantes saisonnières mais sont aussi vraisemblablement nourris par des apports colluviaux apportés par le ruissellement diffus, comme en témoigne la présence de gravillons épars dans la sédimentation. Ces dépôts ont été sujets à une incision récente particulièrement bien marquée aujourd’hui, atteignant selon les endroits de la vallée plus de deux mètres (fig. 3). Cette érosion régressive encore à l’œuvre aujourd’hui a commencé au milieu du XXe siècle, selon les entretiens menés auprès des personnes âgées des villages alentour. Ce fonctionnement est caractéristique d’un déséquilibre dans la balance entre les apports liquides et solides. La forte sédimentation colluvio-alluviale qui vient colmater l’ensemble du fond de vallée est révélatrice d’une érosion importante des versants. Cela suggère ainsi une modification de l’ensemble du couvert végétal du bassin versant qui peut être liée à une baisse des précipitations. Les données régionales disponibles indiquent en effet, une forte diminution des précipitations en Afrique de l’Ouest et notamment au Sahel entre 1930-1950 AD et 1968-1997 AD (Nash et al., 2016 ; Nicholson, 2001). Cependant, la forte anthropisation qui fait suite à une explosion démographique au XXe siècle doit aussi être considérée. En effet, certaines études hydrologiques menées sur des bassins versants soudano-sahéliens ont observé une augmentation des coefficients d’écoulement des cours d’eau malgré une baisse généralisée des précipitations depuis la fin des années 1970 (Mahé et Paturel, 2009). Cela s’explique principalement par un changement du mode d’occupation du sol avec une diminution du couvert arboré causée par l’aridité et l’extension de la surface cultivée, mais aussi un besoin en bois domestique conséquent en raison de l’accroissement de la population (Leblanc et al., 2008). Ce phénomène semble avoir provoqué en zone sahélo-soudanienne un encroûtement des sols devenus imperméables qui favoriserait alors le ruissellement hortonien par le refus d’infiltration (Valentin et al., 2004). Nos résultats suggèrent la même hypothèse pour notre terrain d’étude se situant pour autant dans une zone bioclimatique plus humide. Ce ruissellement accru lors des épisodes orageux peut être à l’origine de l’érosion régressive encore active aujourd’hui.

5.2. Un impact de l’activité métallurgique sur les milieux fluviatiles ?

36En milieu tropical, les études s’intéressant à l’impact des activités sidérurgiques sur les milieux sont rares. Elles concernent principalement l’étude anthracologique des charbons retrouvés dans les amas de scories afin de déterminer le type de combustible utilisé (Eichhorn, 2012 ; Eichhorn et Robion‑Brunner, 2017). L’étude anthracologique conduite sur le cubage de six amas pour le site de Tatré 4 indique que la plupart des essences utilisées concernent des taxons à bois dur et à forte régénération (Eichhorn et Robion‑Brunner, 2017). Associé à des enquêtes ethnohistoriques, ce travail démontre que les essences étaient sélectionnées à la fois pour leur bonne capacité à brûler mais aussi pour leur aptitude à repousser rapidement, témoignant d'une certaine gestion écologique des milieux. Cela est confirmé par les analyses des phytolithes conduite dans les archives sédimentaires du Tatré, qui ne présentent pas de signes de déforestation massive malgré une production sidérurgique locale importante (production de 8 000 tonnes de scories en 650 ans). Les données acquises pour la période archéologique 1, i.e., 1er millénaire AD – 1300-1350 AD (de Barros, 1986) ne semblent pas témoigner d’un impact de l’homme et notamment de la métallurgie sur les milieux. Des preuves de production du fer ont en effet été attestées dans la région vers 200-400 BC mais elles sont discrètes et ne durent pas puisque un hiatus d’un millénaire environ est observé par la suite. La production pour cette période correspond à une grande échelle, pour les besoins locaux (de Barros, 1986). Ce n’est qu’à partir du XIVe siècle qu’un tournant majeur opère dans la région bassar avec le développement de l’activité minière. L’augmentation de l’activité est enregistrée entre 1350 et 1600 AD avec une production locale significative. Les études archéologiques suggèrent que l’émergence des États proches de Dagomba, Mamprusi et Gonjapour ont localement accru la demande en armes en fer et en équipement pour leurs cavaleries (de Barros, 2012). Mais ce n’est qu’avec le développement des réseaux de commerce au sein du bassin de la moyenne Volta lors des siècles suivants que la production de fer va encore augmenter dans la région bassar (de Barros, 1986, 2001). Les résultats de ce travail indiquent que c’est au cours de cette même période que l’on observe les premiers déséquilibres dans le fonctionnement du système fluvial du Tatré. Ils s’illustrent notamment par une incision puis par une sédimentation détritique d’origine colluvio-alluviale contenant des scories pour les tronçons en tête de bassin (tronçons A, B et C), près de la zone de production de fer de Tatré, suggérant une érosion des sols importante (fig. 11). Les analyses des phytolithes témoignent à la fois d’une modification de la strate arborée et d’une ouverture des paysages locaux. L’exploitation du bois induite par les activités métallurgiques aux alentours du tronçon de Tatré 4 semble avoir eu comme conséquence une érosion intense des sols et un colmatage du fond de vallée. Ainsi, la production du fer semble avoir eu au moins pour cette période, un impact direct sur les paysages fluviaux du Tatré. La masse de bois frais nécessaire est estimée à environ 250 t/an au cours de l’ensemble de la période soit 650 ans. Eichhorn et al. (2013b) estiment la production annuelle de bois en pays bassar à 1,88 m3/ha soit 1 200 kg/ha (la masse est évaluée à 650 kg/m3 en raison de selon la densité du bois). Ainsi, 205 ha sont nécessaires pour subvenir à la demande en bois pour l’activité métallurgique. De ce fait, en raison des caractéristiques climatiques et écologiques de la région bassar, le prélèvement en bois semble inférieur à la capacité de régénération de la végétation et favorise ainsi une gestion durable des milieux. Cependant, afin de prendre en compte l’ensemble des facteurs pouvant jouer un rôle dans la transformation des systèmes fluviaux, il est important de s’intéresser aux impacts indirects liés au développement de la métallurgie : l’augmentation de la population locale et le développement des pratiques agricoles. En effet, cette production intensive pendant plusieurs siècles a nécessité une main d’œuvre plus importante mais a aussi favorisé l’enrichissement et le développement des sociétés locales. Les études archéologiques et ethnographiques indiquent une augmentation et une sédentarisation de populations venues s’installer près des gisements ferrifères (de Barros, 1988). En plus d’un développement des activités locales consommatrices de bois (activités domestiques, construction, etc.), l’augmentation de la population et la sédentarisation supposent un accroissement de la production alimentaire (DeCorse et Spiers, 2001 ; Kahlheber et Neumann, 2007). Les analyses phytolithiques confirment cette analyse avec une bonne représentation des morphotypes associés à la sous-famille des Panicoideae à laquelle appartiennent le mil et le sorgho, principales espèces cultivées en Afrique de l’Ouest. Cependant, il est fort probable que l’agriculture ait été déjà pratiquée dès la fin du 1er millénaire de notre ère voire même avant. En revanche, le fort détritisme observé dans la troisième phase peut aussi trouver son origine dans un changement du travail de la terre engendré par les outils en fer. En effet, au même titre que la mécanisation modifia profondément les sols agricoles, l’utilisation et la généralisation d’outils en fer a certainement représenté un tournant dans les pratiques agraires et la gestion des sols. Il est possible que cela ait participé à l’augmentation de la dégradation des sols et à l’augmentation de la production sédimentaire sur les versants. Malheureusement, aujourd’hui, les données archéologiques et archéobotaniques sur la présence d’habitats et sur l’évolution des pratiques agraires manquent dans la région pour permettre de relier le développement de la métallurgie à un essor démographique et sociétal.

6. Conclusion

37La vallée du Tatré, qui traverse un des principaux sites sidérurgiques de la région bassar, représente un terrain d’étude clé dans l’analyse de l’impact de la métallurgie du fer sur les milieux en Afrique de l’Ouest. Cette étude a permis de reconstituer l’histoire des paysages fluviaux depuis les deux derniers millénaires. Elle démontre l’intérêt d’une démarche multiscalaire afin de préciser les échelles, tant spatiale (locale, extra-locale) que temporelle (continue, abrupte) dans l’interprétation des réponses du système fluvial aux différents facteurs de contrôles (Schumm, 1991 ; Harvey, 2002). Quatre phases de fonctionnement hydro-sédimentaire ont pu être identifiées au cours des deux derniers millénaires. Elles révèlent, selon les périodes, des métamorphoses plus ou moins synchrones à l’ensemble de la vallée.

38Cette recherche permet notamment de démontrer un déséquilibre très localisé engendré par l’activité sidérurgique entre le XIVe siècle et le début du XXe siècle à l’amont du bassin versant. Si, pour cette période, on peut supposer un impact direct de cette activité avec un besoin en bois qui augmente, il faut aussi tenir compte des multiples impacts indirects que sous-entend cette révolution technologique. L’accroissement de la demande en fer et la spécialisation du pays bassar dans cette activité au cours du dernier millénaire a favorisé l’attrait de cette région et ainsi vraisemblablement participé à l’augmentation de la population locale. Enfin, la généralisation des outils en fer a d’une part modifié le travail des paysans et d’autre part celui des sols. On évoque souvent l’accroissement des surfaces cultivées mais il est fort probable que le travail par le biais des outils ait aussi pu participer à dégrader les sols et augmenter la production sédimentaire au sein du bassin versant tout en préservant une couverture arborée suffisante. Ainsi, cette étude préliminaire souligne la nécessité de continuer ces recherches paléoenvironnementales et archéologiques à l’aval du bassin versant du Tatré et dans la région bassar mais aussi dans d’autres systèmes fluviaux ouest africains qui ont fait l’objet d’une activité métallurgique notable. Parallèlement, le travail doit être approfondi sur la production et la représentation des phytolithes par les différents types de ligneux afin d’affiner l’interprétation de l’évolution de la strate arborée et mieux caractériser ainsi l’impact de la métallurgie sur la végétation.

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Annexe

Abridged English Version

During the last millenia, iron prodution played a major role in the West African societies and economy. The Bassar area, located in central Togo, represents one of the most important centres of metallurgy with a distinct production intensification from the 14th century to the early 20th century AD. Iron metallurgy was often considered to have caused massive deforestation and vegetation degradation, mainly due to wood exploitation for charcoal production, specifically to fuel iron smelting furnaces. Moreover, environmental consequences of past iron activities have never been studied, particularly in tropical areas. This paper aims at assessing the impact of local iron activities on both fluvial system and vegetation in the Tatré catchment area, located in the Bassar area (fig. 1). The originality of this research is firstly to attempt a reconstruction of the fluvial system dynamics in the Sudano-Guinean zone where palaeoenvironmental data are poor and mainly based on lacustrine deposits (fig. 1). Because rivers are highly sensitive and respond rapidly to environmental change, fluvial records are widely considered as a good indicator to identify past global climatic and local anthropogenic changes. In order to precise the spatial (local, extra-local) and the time (continuous, abrupt) scales of these environmental changes we decided to conduct our investigations on five fluvial reaches in the upper and middle Tatré valley (fig. 3). Secondly, the combination of both geomorphological and biogeographical (phytolith analysis) approaches of the fluvial records allows to link hydro-sedimentary processes (erosion, aggradation…) with the vegetation cover. Thus, a geomorphological field survey has been conducted in order to better understand the current fluvial system pattern and to identify reaches with fluvial records potential (fig. 3-4). In the upper and middle valley, the realization of cross sections through twenty-two outcrops profiles (1-4 m deep) and eleven hand augers (4-6 m deep) enabled the visualization and reconstruction of alluvial filling architecture (fig. 7-9). In the laboratory, phytoliths analysis has been conducted on twelve fossil samples (fig. 6, 10). Four distinct sediment distribution patterns revealing changes in sediment and water supplies have been highlighted during the last two millennia (fig. 11). A comparison of our data with local archaeological data and regional palaeoenvironmental studies allows for the discussion of the role of each forcing factor in the geomorphological adjustment of the Tatré fluvial system.

The sedimentation of the first period (ante 7th century) testifies to fine deposits for the whole catchment area. It can be interpreted as palustrine environments suggesting humid climatic conditions. The high water table level was certainly sufficient to allow the development of wetlands in the valley bottom and associated vegetation. Despite the lack of radiocarbon data we can suppose that these sediments may originate from the African Humid Period.

The main feature of the second period (7th-14th centuries AD) is the synchronous respond of the geomorphic processes with the identification of an incision in older deposits and bedrock in the whole studied valley. This fluvial metamorphosis, suggesting an external trigger, testifies to a water table decrease and of the reactivation of the water flows. The identification of a strong incision, coarse channels deposits and the comparison with regional palaeoenvironmental data attest to a more accentuated seasonality of the precipitation during this period which seems to be linked to a southward shift of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ).

The third phase (15th-17th centuries) is different from the previous ones with the identification of a localized fluvial system metamorphosis. The upper reaches of the valley, not far from the iron smelting sites were subject to a cut and fill hydro-sedimentary pattern. The sedimentation appears diversified and testifies to both, active hydrological processes with coarse sediments and wetlands environments with fine and organic deposits. In these sedimentary records the identification of many slags and the realization of radiocarbon datings allowed us to associate this sequence to the most distinct iron production period. Our geomorphological results indicate the impact of metallurgy on the fluvial system at a local scale. The vegetation degradation or the soil erosion increased the sensibility of the catchment area. However, anthracological and phytolithical data suggest a good ecological management of the tree layer. The results point to the use of taxa with the ability to re-sprout which probably allowed for quick woodland regeneration, especially in this area with high biomass regeneration capacity.

The sedimentary records dating to the last period (20th century) show cut and fill hydro-sedimentary processes for the whole valley. This fluvial metamorphosis seems to be common for most of the current West African rivers. It is the result of a higher sensibility of the catchment area and an increase in runoff coefficients. It can be linked both to external and local triggers with an intensification of aridification and an increase of cultivated areas promoted by the demographic pressure.

To conclude, this study provides new information on human-environment interactions and enables us to discuss, the role of metallurgy in the fluvial landscapes during the last millennia more accurately. However, our results suggest that the direct impact through vegetation degradation is not the only one to consider. The expansion of iron tools has certainly contributed to improve agricultural practices. The increase of cultivated area and the soil cultivation changes may have locally strongly impacted the landscapes and the hydro-sedimentary dynamics.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Carte de présentation du Bassin versant du Tatré. Fig. 1 – Map of the Tatré catchment area.
Légende A : Carte des zones bio-climatiques (d’après White, 1983) et des principales références ouest-africaines. 1. Zone saharienne ; 2. Zone sahélienne ; 3. Zone soudanienne 4. Zone guinéenne ; 5. Zone guinéo-congolaise ; 6. Zone d’étude ; 7. Principales références paléoenvironnementales. B : Localisation du bassin versant du Tatré en Pays bassar. 1. Principaux reliefs (supérieur à 250 m) ; 2. Principaux escarpements ; 3. Cours d’eau ; 4. Point côté (m) ; 5. Limite du bassin versant ; 6. Sous-bassin étudié ; 7. Route goudronnée ; 8. Ville ; 9. Amas de scories. A: Map of West Africa with vegetation zones (after White, 1983) and main regional palaeoenvironmental references. 1. Saharian zone; 2. Sahelian zone; 3. Sudanian zone; 4. Guinean zone; 5. Guineo-congo zone; 6. Study area; 7. Main palaeoenvironmental references. B: Location of the Tatré catchment area in Bassar country. 1. Main relief (upper than 250m); 2. Main scarp; 3. Stream; 4. Spot elevation; 5. Catchment area boundary; 6. Study area; 7. Road; 8. City; 9. Slag heap.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-1.png
Fichier image/png, 523k
Titre Fig. 2 – Vestiges de l’activité de réduction du fer sur le site de Tatré (crédit photographique : C. Robion‑Brunner). Fig. 2 – Iron metallurgy remains at the Tatré site (photo crédit: C. Robion‑Brunner).
Légende A. Amas de scories ; B. Four. A. Slag heap; B. Furnaces.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-2.png
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Titre Fig. 3 – Carte géomorphologique (A) et profil en long (B) de la vallée amont et médiane du Tatré. Fig. 3 – Geomorphological map (A) and longitudinal profile (B) of the high and medium Tatré valley and localisation of field investigations.
Légende 1-3 : Lithologie. 1. Grés quartzite-ferrugineux ; 2. Formations d’altérations indurées par les oxydes de fer ; 3. Formations de plaine (sables ferrugineux ocre/rouge) recouvrant les schistes gris/verts. 4-10 : Formes de relief. 4. Rupture de pente concave (bas de versant) ; 5. Changement de pente convexe (haut de versant) ; 6. Escarpement ; 7. Versant irrégulier à chevrons et replats ; 8. Glacis ; 9. Éboulis gréseux grossiers de taille hétérométrique ; 10. Secteurs à buttes résiduelles successives. 11-15 : Formes fluviatiles. 11. Cours d’eau rectiligne incisé ; 12. Cours d’eau méandriforme incisé ; 13. Cours d’eau à plaine alluviale non incisé ; 14. Style fluvial non renseigné ; 15. Plaine d’inondation ; 16-17 : Vestiges archéologiques. 16. Sites d’extractions de l’hématite ; 17. Amas de scories. 18-21 : Investigations de terrain. 18. Coupes ; 19. Sondages ; 20. Transects ; 21. Tronçons étudiés dans l’article. 1-3: Lithology. 1. Ferruginous sandstone; 2. Hard ferruginous alteration formation; 3. Plain formation (Ochre red feruginous sands) covering gray shales; 4-10: Land forms. 4. Concave slope break; 5. Convex slope break; 6. Scarp; 7. Irregular slope; 8. Glacis; 9. Talus scree; 10. Area with successive mounds. 11-15: Fluvial forms. 11. Straight incised River Style; 12. Meandering incised River Style; 13. Intact valley fill River Style; 14. No information on River Style. 15. Floodplain; 16-17: Archeological remains. 16. Hematite mine; 17. Iron smelting site; 18-21: Field investigations. 18. Outcrop; 19. Borehole; 20. Cross sections; 21. Main study area.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-3.png
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Titre Fig. 4 – Photographies de deux styles fluviaux identifiés dans la vallée du Tatré (crédit photographique : A. Garnier) Fig. 4 – Photographs of two River styles identified in the Tatré Valley (photo credit: A. Garnier).
Légende A. Style à chenal rectiligne incisé. B. Style de de plaine alluviale humide sans lit mineur apparent. A. Straight river style; B. Intact valley fill river style.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-4.png
Fichier image/png, 2,7M
Titre Tab. 1 – Datations radiocarbones. Tab. 1 – Radiocarbon dates.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-5.png
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Titre Fig. 5 – Scories enregistrées dans les archives sédimentaires de la vallée du Tatré (crédit photographique : A. Garnier) Fig. 5 – Slags recorded in the deposits of the Tatré Valley (photo credit: A. Garnier)
Légende A. CP3 ; B. CP4. A. CP3; B. CP4.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-6.png
Fichier image/png, 1,7M
Titre Fig. 6 – Principaux morphotypes identifiés dans les assemblages phytolithiques des archives sédimentaires de la vallée du Tatré. Fig.6 – Main phytoliths observed in the fossil samples of the Tatré valley.
Légende 1-2 : Phytolithes de dicotylédones ligneuses. 1. Scléréides ; 2. Globulaires décorés ; 3-4 : Phytolithes de familles spécifiques. 3. Globulaires échinés (Arecaceae) ; 4. Achene (Cyperaceae) ; 5-8 : Cellules courtes (Poaceae) ; 5. Bilobé ; 6. Croix ; 7. Selle ; 8. Rond. 1-2: Phytoliths from woody dictyledons. 1. Sclereids; 2. Globular decorated; 3-4: Phytoliths from family specific. 3. Globulard echinate (Arecaceae); 4. Achene (Cyperaceae); 5-8: Grass short cell Phytoliths. 5. Bilobate; 6. Cross; 7. Saddle; 8. Rondel.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 772k
Titre Fig. 7 – Tronçon A. Transect longitudinal (CP3-CP7) et transect transversal (CP7-CP5). Fig. 7 – Area A. Longitudinal transect (CP3-CP7) and transversal transect (CP7-CP5).
Légende 1. Schiste ; 2. Gravillons hétérométriques avec des blocs de schiste dans une matrice sablo-limoneuse gris-ocre ; 3. Gravillons hétérométriques dans une matrice sablo-limoneuse gris-ocre ; 4. Limons sableux gris avec quelques gravillons anguleux ; 5. Sables limoneux gris à tâches ocres ; 6. Limons bruns avec quelques gravillons ; 7. Limons ocres avec quelques gravillons ; 8. Limons sableux bruns ; 9. Limons argileux gris indurés à tâches ocres ; 10. Argile limoneuse gris-ocre ; 11. Scorie ; 12. Échantillons (phytolithes) ; 13. Identifiant de la séquence sédimentaire. 1. Shale; 2. Gravels and blocks of shales blocs within grey-ochre sandy silt; 3. Gravels within grey-ochre sandy silt; 4. Grey silty sand with angular gravels; 5. Grey sandy silt with ochre marks; 6. Brown silt with some gravels; 7. Ochre silt with some gravels; 8. Brown silty sand; 9. Dark clayey silt with ochre marks; 10. Grey-ochre clay; 11. Slag; 12. Samples (Phytoliths); 13. Identification for sedimentary sequence.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-8.png
Fichier image/png, 444k
Titre Fig. 8 – Transects transversaux CP12-CP14 (tronçon B) et CP20-21 (tronçon C). Fig. 8 – Transversal transects CP12-CP14 (area B) and CP20-21 (area C).
Légende 1. Gravillons hétérométriques avec des blocs de schiste dans une matrice sablo-limoneuse gris-ocre ; 2. Sables limoneux gris à tâches ocres ; 3. Limons sableux ocres compacts à gravillons ; 4. Limons beiges indurés avec cailloutis anguleux ; 5. Limons bruns avec cailloutis anguleux ; 6. Sables grossiers à petits gravillons dans une matrice limoneuse beige ; 7. Limons bruns avec quelques gravillons ; 8. Limons argileux gris indurés à tâches ocres ; 9. Argile limoneuse grise ; 10. Argile limoneuse gris-ocre ; 11. Scorie ; 12. Datation 14C ; 13. Échantillons (phytolithes) ; 14. Identification de la séquence sédimentaire. 1. Gravels and blocks of shales blocs within grey-ochre sandy silt; 2. Grey sandy silt with ochre marks; 3. Ochre sandy silt with gravels; 4. Beige silts with angular gravels; 5. Brown silts with angular gravels; 6. Coarse sand to gravel within beige silty sediments; 7. Brown silt with some gravels; 8. Dark clayey silt with ochre marks; 9. Grey clay; 10. Grey-ochre clay; 11. Slag; 12. Radiocarbon date; 13. Samples (Phytoliths); 14. Identification of sedimentary sequence.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-9.png
Fichier image/png, 334k
Titre Fig. 9 – Transect transversal (tronçon D) et CP11 (tronçon E). Fig. 9 – Transversal transect S4-S9 (area D) and CP11 (area E).
Légende 1. Gravillons hétérométriques dans une matrice sablo-limoneuse ocre ; 2. Limons bruns avec quelques gravillons ; 3. Limons ocres avec quelques gravillons ; 4. Sables limoneux gris à tâches ocres ; 5. Sables limoneux ocres ; 6. Sables limoneux blancs ; 7. Limons sableux gris ; 8. Limons bruns avec quelques gravillons ; 9. Argile limoneuse grise ; 10. Argile limoneuse gris-ocre ; 11. Datation 14C ; 12. Echantillons (phytolithes) ; 13. Identification de la séquence sédimentaire. 1. Heterometric gravels within ochre sandy silt; 2. Brown silts with some gravels; 3. Ochre sandy silt with gravels; 4. Grey sandy silt with ochre marks; 5.Ochre sandy silt; 6.White sandy silt; 7. Grey sandy silt; 8. Brown silt with some gravels; 9.Grey clay; 10. Grey-ochre clay; 11. Radiocarbon date; 12. Samples (Phytoliths); 13. Identification of sedimentary sequence.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-10.png
Fichier image/png, 244k
Titre Fig. 10 – Diagramme phytolithique des échantillons fossiles de la vallée du Tatré. Fig. 10 – Phytolith percentage diagram from fossil samples of the Tatré valley.
Légende Les valeurs inférieures à 1 % figurent par un point. Abundances lower than 1% are figured by a dot.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 1,5M
Titre Fig. 11 – Synthèse de la cascade sédimentaire de la haute et moyenne vallée du Tatré au cours des deux derniers millénaires. Fig. 11 – Schematic sediment distribution patterns in the upper and middle Tatré valley during the last two millenia.
Légende 1. Argile limoneuse gris-ocre ; 2. Dépôts détritiques contenant des blocs et des gravillons ; 3. Dépôts détritiques gravelo-sableux ; 4. Dépôts sableux de chenaux ; 5. Limons sableux ; 6. Dépôts argileux organiques ; 7. Exhaussement du fond de vallée ; 8. Incision ; 9. Apports latéraux ; 10. Transfert sédimentaire. 1. Grey ochre silty clay; 2. Detritic deposits with blocks and gravels; 3. Coarse sand to gravel deposits; 4. Channel sandy deposits; 5. Sandy silts; 6. Organic clay sediments; 7. Accumulation; 8. Incision; 9. Lateral supplies; 10. Sedimentary transfert.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/12446/img-12.png
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Pour citer cet article

Référence papier

Aline Garnier, Barbara Eichhorn et Caroline Robion‑Brunner, « Impact de l’activité métallurgique au cours du dernier millénaire sur un système fluvial soudano-guinéen. Étude multi-proxy des archives sédimentaires de la vallée du Tatré (pays bassar, Togo) », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 24 - n°3 | 2018, 257-276.

Référence électronique

Aline Garnier, Barbara Eichhorn et Caroline Robion‑Brunner, « Impact de l’activité métallurgique au cours du dernier millénaire sur un système fluvial soudano-guinéen. Étude multi-proxy des archives sédimentaires de la vallée du Tatré (pays bassar, Togo) », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 24 - n°3 | 2018, mis en ligne le 27 novembre 2018, consulté le 22 janvier 2019. URL : http://journals.openedition.org/geomorphologie/12446 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.12446

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Auteurs

Aline Garnier

Laboratoire de Géographie Physique (LGP), CNRS-UMR 8591 – 1 place Aristide Briand, 92195 Meudon CEDEX | Département de Géographie, UFR LLSH, Université Paris-Est Créteil – 61 avenue du Général de Gaulle, 94010 Créteil, France (aline.garnier@lgp.cnrs.fr). Tel : +33 (0)1 45 07 50 50.

Articles du même auteur

Barbara Eichhorn

Goethe-Universität, Institut des Sciences archéologiques, Département de Pré et de protohistoire – Norbert-Wollheim-Platz 1, D-60629 Frankfurt-am-Main, Allemagne (b.eichhorn@em.uni-frankfurt.de).

Caroline Robion‑Brunner

TRACES UMR 5608 CNRS, Université Toulouse Jean Jaurès, Maison de la Recherche – 5 Allée Antonio Machado, 35058 Toulouse Cedex 9, France (caroline.Robion‑Brunner@univ-tlse2.fr).

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Droits d’auteur

© Groupe français de géomorphologie

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