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Seepage erosion and landforms in the Vexin (Paris Basin, France)

Érosion par sape et géomorphologie du Vexin (Bassin de Paris, France)
Dominique Frizon de Lamotte, Gautier Vandecapelle, François Bétard, Cécile Finco, Pascale Leturmy, Pauline Souloumiac, Frédéric Lacquement, Raphaël Antoine et Philippe Robion
p. 99-111

Résumés

Le Vexin est un territoire naturel et historique situé au nord-ouest du Bassin de Paris. Il présente une série de morphologies illustrant le processus d'érosion par sape, c'est-à-dire un processus d'érosion discret mais permanent lié à l'émergence des eaux souterraines. Ces morphologies se développent à différents niveaux de la pile sédimentaire, principalement au-dessus des transitions entre argiles et sables qui affleurent dans les niveaux de l’Yprésien et du Rupélien. Les formes élémentaires qui en résultent sont des amphithéâtres naturels dans des fonds de vallée à versants abrupts et des buttes résiduelles (buttes-témoins). À plus large échelle, des réseaux hydrographiques dendritiques typiques sont observés. La chronologie du recul de tête de vallée est abordée à l'aide de données archéologiques. La discussion porte sur les rôles respectifs de la sape et du ruissellement dans la formation des paysages et sur les liens possibles entre sape et dynamique des versants. Nous suggérons enfin que, grâce à son patrimoine naturel préservé, le Vexin présente toutes les ressources pour devenir un laboratoire naturel d'étude et d'enseignement des processus d'érosion.

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Notes de la rédaction

Reçu le 2 septembre 2025, définitivement accepté le 31 octobre 2025

Texte intégral

We would like to thank our colleagues at IPGP (Olivier Devauchelle, Eric Lajeunesse, François Métivier and Marie Vuillet) who introduced us to the process of seepage erosion. Many thanks to Pauline Delorme (Ecole Normale Supérieure) for her advices and encouragements and the two anonymous reviewers for their hopeful remarks. We thank Augustin Delorme and Maxime Guillou (Blamécourt cross-section) and Clémence Decroes (Genainville cambering) for their contributions during their internships in CY Cergy Paris Université. Finally, we would like to thank the residents of the Vexin for their help and for their interest in the project. GV thanks the CY Générations programme (investments for the Future "France 2030) for funding his PhD thesis. BRGM (RGF Program) is also acknowledged for complementary funding.

1. Introduction

1Water and gravity are the main factors that sculpt the Earth surface. In many terrestrial environments, surface runoff (overland flow) is often considered the essential mechanism of erosion operating on slope systems. However, another mechanism exists: seepage erosion (or groundwater sapping), this time linked to groundwater contained in water tables (Higgins, 1984; Dunne, 1980, 1990). This mechanism is particularly effective when the aquifer is made up of unconsolidated or poorly consolidated granular material (e.g., sand). In the field, this mechanism has been characterized in Florida (USA) in the “Apalachicola Ravines and Cliffs Reserve” where a typical drainage network has developed (Schumm et al., 1995; Petroff et al., 2012; Devauchelle et al., 2012; Harrison et al., 2022). From a theoretical point of view, seepage erosion has recently been studied by Marie Vuillet (2023) using analog experiments. One of the purposes of this article is to show that the Vexin territory, located in the north-west of the Paris Basin, has all characteristics that make it an exemplary “natural laboratory” for the study of this process. We will begin with a reminder of the concepts of seepage erosion and regressive erosion. We will then show why the geology of the Vexin is particularly favorable to the expression of this process. After presenting some typical examples developed at the transition between Ypresian claystone and sand, we will address the issue of the retreat rates of valley heads using data provided by archaeology. Different questions including the complementary role of runoff, the links between seepage erosion and slope dynamics and finally the occurrence of seepage erosion at other lithostratigraphic levels will be addressed in the discussion.

2. Reminder on seepage erosion (or groundwater sapping)

2When meteoric water infiltrates the ground, it crosses the underlying permeable rocks to reach an aquifer and form a water table in which the groundwater circulates. If the topographic surface comes into contact with the roof of a water table, groundwater emerges from the aquifer and a spring is formed. The water of the spring can, after having flowed over some distance, infiltrate again and reach a deeper reservoir or flow over the surface to form a river. In the first order, rivers are therefore fed by groundwater all along their course to the ocean. This explains their permanent character, at least in temperate climates. During heavy rainfall events, groundwater is supplemented by runoff water, which can sometimes lead to spectacular and dangerous floods (Fort et al., 2025).

3When there is a sufficiently high flow rate at the spring (or groundwater emergence zone in general), the flow of water carries with it some solid material constituting the aquifer. This is the very principle of seepage erosion (Dunne, 1980, 1990), which is understood to be more effective when the rocks constituting the aquifer are not very cohesive or presenting a significant drop in mechanical friction in the presence of water (as chalk). It is worth noting that the relationships between seepage and the appearance of disorders in certain dams is classical in the civil engineering literature (Fox et al., 2007; Gregoretti et al., 2010; Liu et al., 2025; Wang et al., 2018).

4As a consequence of seepage erosion, the point of intersection between the topographic surface and the roof of the water table (the spring) moves upstream and the length of the river increases over time (fig. 1). This is the classic definition of regressive erosion. The progressive slope retreat linked to active erosion at the groundwater emergence induces the development of a typical amphitheater-shaped geometry of the valley head (Lamb et al., 2006).

Fig. 1 – The principle of seepage erosion. The diagram shows how the river head recedes over time (left in plan, right in section) with a self-similar geometry (t1 < t2). Modified from Dunne (1990).
Fig. 1 – Le principe de l'érosion par sape. Le schéma montre comment la tête de la rivière recule au fil du temps (à gauche en plan, à droite coupe) avec une géométrie auto-similaire (t1 < t2). Modifiée d’après Dunne (1990).

Fig. 1 – The principle of seepage erosion. The diagram shows how the river head recedes over time (left in plan, right in section) with a self-similar geometry (t1 < t2). Modified from Dunne (1990).Fig. 1 – Le principe de l'érosion par sape. Le schéma montre comment la tête de la rivière recule au fil du temps (à gauche en plan, à droite coupe) avec une géométrie auto-similaire (t1 < t2). Modifiée d’après Dunne (1990).

1. Spring; 2. River; 3. Ground water flow (schematic); 4. Water table; 5. Previous valley boundary.
1. Source ; 2. Rivière ; 3. Circulations d’eaux souterraines ; 4. Toit de la nappe ; 5. Position des précédentes limites de la vallée.

5At the scale of a watershed, seepage erosion will generate a typical style of the hydrographic network. Indeed, Petroff et al. (2012) show that the birth and then growth of a river valley are closely linked to the shape of the nearby underground flow. The growth of the valley system, strongly coupled with underground flows, will be accompanied by bifurcations that split the river into two branches that grow independently and then split in turn and so on (Devauchelle et al., 2012). This results in a dendritic hydrographic network (tree-shaped) which is also a strong indicator of the active mechanism. Lamb et al. (2006) describe several examples of these networks in America (notably in Florida) but also on the planet Mars and, perhaps even, on the Saturn's moon Titan (Langhans et al., 2012; Lapotre and Lamb, 2018). These examples are important because the mechanism requires the presence of liquid water on these planets at the time of landform formation.

3. Geology and hydrogeology of the Vexin

6The Vexin is a natural and historical territory located to the NW of Paris (fig. 2A, B). The Epte River separates it into the French Vexin to the east and the Norman Vexin to the west. It is an essentially rural territory characterized by a limestone plateau dominated by residual hills and hollowed out by valleys. The altitude varies between about 20 m a.s.l. in the bottom of the deeper valleys and 216 m a.s.l. at the top of the highest hill (“Butte de Rosne”).

Fig. 2 – Location of the study area. A: simplified geological map of the Vexin (modified from Frizon de Lamotte et al., 2022). The three faults mapped are from north to south the Bray fault, the Banthelu fault and the Seine fault; B: hypsometric map derived from a Digital Terrain Model (IGN BD Alti 25 m) with location of the maps used in the article. The black triangle locates the “Butte de Rosnes” summit.
Fig. 2 – Localisation de la zone d’étude. A : carte géologique simplifiée du Vexin (modifiée d’après Frizon de Lamotte et al., 2022). Les trois failles cartographiées sont du nord au sud la faille de Bray, la faille de Banthelu et la faille de la Seine ; B : carte hypsométrique dérivée d’un Modèle Numérique de Terrain (IGN BD Alti 25 m) avec localisation des cartes utilisées dans l’article. Le triangle noir localise le sommet de la Butte de Rosnes.

Fig. 2 – Location of the study area. A: simplified geological map of the Vexin (modified from Frizon de Lamotte et al., 2022). The three faults mapped are from north to south the Bray fault, the Banthelu fault and the Seine fault; B: hypsometric map derived from a Digital Terrain Model (IGN BD Alti 25 m) with location of the maps used in the article. The black triangle locates the “Butte de Rosnes” summit.Fig. 2 – Localisation de la zone d’étude. A : carte géologique simplifiée du Vexin (modifiée d’après Frizon de Lamotte et al., 2022). Les trois failles cartographiées sont du nord au sud la faille de Bray, la faille de Banthelu et la faille de la Seine ; B : carte hypsométrique dérivée d’un Modèle Numérique de Terrain (IGN BD Alti 25 m) avec localisation des cartes utilisées dans l’article. Le triangle noir localise le sommet de la Butte de Rosnes.

7From a stratigraphic viewpoint, the Vexin comprises a ~ 200 m thick Cenozoic sedimentary series (fig. 3) resting on the Upper Cretaceous chalk, which crops out at the bottom of the valleys. The sedimentary succession notably comprises limestones, sands (locally cemented into sandstone) and levels of clays. The “Calcaire Grossier” Formation, a Lutetian marine limestone known as the “Paris stone” (Merle, 2008; Gely, 1996), is the emblematic rock which forms the geological backbone of the Vexin plateau. Claystone is found at two levels, Ypresian and Rupelian in age respectively.

Fig. 3 – Lithostratigraphic column of the Vexin (synthesis from various sources).
Fig. 3 – Colonne lithostratigraphique du Vexin (synthèse d’après diverses sources).

Fig. 3 – Lithostratigraphic column of the Vexin (synthesis from various sources).Fig. 3 – Colonne lithostratigraphique du Vexin (synthèse d’après diverses sources).

8From a structural point of view, the bedding of pre-Oligocene rocks is not completely flat, it is undulating due to long-wavelength folding generated in the context of the Pyrenean and Alpine forelands. There is a central anticline, the Vigny anticline, bordered to the north by a reverse fault, the Banthelu fault, and flanked by two synclines: the Seine syncline to the south and the Viosne syncline to the north (fig. 2A, B). These structures dating from the Eocene are interpreted as far effects of the geodynamics of the Tethys domain (Bergerat, 1985; Brown, 2024). The very recent appearance of certain reliefs (steep slopes) on the territory could suggest a recent tectonic activity (Wyns, 1977). We will see that it is rather an effect of intense erosion.

9From a hydrogeological point of view, the Ypresian and Rupelian clay levels form aquicludes that limit at their bottom two superimposed water tables. The first, the highest, is contained in the “Fontainebleau Sands” Formation (Rupelian) and the second in the “Cuise Sands” Formation (Ypresian) and the “Calcaire Grossier” Formation (Lutetian) (fig. 3). In the literature, they are called “Oligocene Aquifer” and “Eocene Aquifer” respectively (Mégnien et al., 1970). A third aquifer, very important quantitatively at the scale of the Paris Basin, is located in the underlying Cretaceous chalk. Numerous springs and seeps mark the intersection between the topography and the roof of the Eocene and Oligocene water tables. The interaction between rocks and groundwater at the springs is a key to explaining the landforms.

4. The typical morphologies at the emergence of the Eocene water table

10The numerous seeps and springs, located just above the clayey levels, show water coming out of sandy rocks, which are non-cohesive (fig. 3). At the scale of the entire territory, we note a remarkable coincidence between the emergence of springs and an accentuation of the slopes observed at the foot of the hills and the base of the valley sides (fig. 2B). This spatial correlation allows us to suppose that the emergence of groundwater played an important role in the formation and maintenance of the slope morphologies (fig. 1). It is known that seepage erosion generates specific forms that are a kind of signature of the process (Lamb et al., 2006). In the Vexin, it is at the level of the emergence of the Eocene aquifer that these forms are the most characteristic. Let us examine how the elementary patterns combine at different scales.

4.1. From the natural amphitheater to the formation of an outlier and meanders

11The development of amphitheater-like valley heads was described and interpreted by many authors as the result of groundwater sapping processes (e.g., Baker et al., 1990; Nash, 1996; Lamb et al., 2006). Similar Landforms, locally called "cuves", are known in Champagne (Ortonovi, 2021). In the Vexin, such elementary forms are found at the level of the seepage zones that mark the emergence of the Eocene aquifer. Figure 4 illustrates the morphology between the villages of Le Boisgeloup and Courcelles-lès-Gisors. The water seepages, regionally called "bouillons" (broths) by farmers, show a wetland with characteristic vegetation (rushes) surmounted by a topographical arc-shaped rise (fig. 5). It should be noted that no actual river originates from these seepages: we suppose that the water, after having flowed over the clays of the lower Ypresian, infiltrates the sands of the Thanetian and the underlying chalk. It therefore joins the chalk aquifer that is connected to the Epte River located to the north.

Fig. 4 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the “Bouillons” and seepage amphitheaters between Le Boisgeloup and Courcelles-les-Gisors villages.
Fig. 4 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant les “Bouillons” et les amphithéâtres entre les villages de Le Boisgeloup and Courcelles-les-Gisors.

Fig. 4 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the “Bouillons” and seepage amphitheaters between Le Boisgeloup and Courcelles-les-Gisors villages.Fig. 4 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant les “Bouillons” et les amphithéâtres entre les villages de Le Boisgeloup and Courcelles-les-Gisors.

1. Amphitheater shapes; 2. Base of Eocene aquifer; 3. Base of the Lutetian limestone; 4. Temporary water spring - “Bouillons”; 5. Buildings.
1. Formes d'amphithéâtre ; 2. Base de l’aquifère de l’Eocène ; 3. Base du “Calcaire Grossier” Lutétien ; 4. Sources temporaires dites “Bouillons” ; 5. Bâti.

Fig.5 – Drone photo showing “bouillons” in the heart of a seepage amphitheater near Le Boisgeloup.
Fig.5 – Photo de drone montrant des “bouillons” au cœur d'un amphithéâtre de sape près du Boisgeloup.

Fig.5 – Drone photo showing “bouillons” in the heart of a seepage amphitheater near Le Boisgeloup.Fig.5 – Photo de drone montrant des “bouillons” au cœur d'un amphithéâtre de sape près du Boisgeloup.

12In the immediate vicinity, the village of Le Boisgeloup (Gisors) is located in the heart of a larger amphitheater (fig. 6) dominated by coarse Lutetian limestone. This indentation in the plateau has been compared to the "Reculées" – an original type of karstic canyon ending in an amphitheater-shaped valley head in the Jura mountains (Derruau, 1965; Bichet et Campy, 2010) – by Frizon de Lamotte et al. (2022). Several springs, located at a mean altitude of 85 m a.s.l., were captured to supply basins and old wash houses, most of which have now disappeared. The geometry suggests that it was the coalescence of these springs that allowed the relief to withdraw more sharply at this location to form a vast semicircular depression. However, no permanent river flows out of Le Boisgeloup. Only an intermittent and man-made channel allows the excess water (from the springs and runoff) to be evacuated (fig. 6). The morphology is therefore inherited from a wetter period when water could transport materials resulting from fluvial erosion toward the Epte River to the north.

Fig. 6 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) of the Le Boisgeloup natural amphitheater (see location on Fig. 2B).
Fig. 6 – Carte en relief ombré (LiDAR HD de l’IGN) de l'amphithéâtre naturel du Boisgeloup (voir localisation sur la Fig. 2B).

Fig. 6 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) of the Le Boisgeloup natural amphitheater (see location on Fig. 2B).Fig. 6 – Carte en relief ombré (LiDAR HD de l’IGN) de l'amphithéâtre naturel du Boisgeloup (voir localisation sur la Fig. 2B).

1. Base of Eocene aquifer; 2. Base of the Lutetian limestone; 3. Buildings; 4. Temporary water spring - “Bouillons”.
1. Base de l’aquifère de l’Eocène ; 2. Base du “Calcaire Grossier” Lutétien ; 3. Bâti ; 4. Sources temporaires dites “Bouillons”.

13If, conversely, the relief withdrawal is less marked in an area, this can allow to isolate an outlier. This is how, in any case, we apprehend the formation of the Chaumont-en-Vexin geological outlier, corresponding to a residual hill surrounded to the north by the Troësne River (Figs. 7 and 8). On the largest scale, we can see on the map (fig. 7) an “undulation” of the Île-de-France Cuesta. The Troësne River follows this undulation and is systematically positioned at the foot of the escarpment. We suppose that this configuration is not accidental: it is the accentuation over time of the undulation that led to the development of the meanders. How can this be explained? The active seepage erosion observed at the foot of the cuesta suggests that it is not the river which digs the cuesta and is responsible for its retreat but rather, on the contrary, the seepage erosion which is responsible for the cuesta retreat by “attracting” the river (fig. 7, 8).

Fig. 7 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the Chaumont-en-Vexin outlier and the meanders of the Troësne River.
Fig. 7 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) la butte témoin de Chaumont-en-Vexin et les méandres de la rivière Troësne.

Fig. 7 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the Chaumont-en-Vexin outlier and the meanders of the Troësne River.Fig. 7 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) la butte témoin de Chaumont-en-Vexin et les méandres de la rivière Troësne.

1. Buildings; 2. Railway; 3. River; 4. Hydrographic surface; 5. Position of the geological cross-section (fig. 8).
1. Bâti ; 2. Ligne de chemin de fer ; 3. Rivière ; 4. Surface hydrographique ; 5. Position de la coupe géologique (fig. 8).

Fig. 8 – The Chaumont-en-Vexin outlier.
Fig. 8 – La butte témoin de Chaumont-en-Vexin.

Fig. 8 – The Chaumont-en-Vexin outlier.Fig. 8 – La butte témoin de Chaumont-en-Vexin.

Bottom: geological cross-section (fig. 7). Top: photo taken from the driveway of the Château de Bertichères (west of Chaumont-en-Vexin).
1. Quaternary; 2. Limestone (Lutetian); 3. Sands (Ypresian); 4. Clays (Ypresian); 5. Sands (Thanetian); 6. Chalk (Campanian).
En bas : coupe géologique (fig. 7). En haut : photo prise depuis l'allée du château de Bertichères (à l'ouest de Chaumont-en-Vexin).
1. Quaternaire ; 2. Calcaire (Lutétien) ; 3. Sables (Yprésien) ; 4. Argiles (Yprésien) ; 5. Sables (Thanétien) ; 6. Craie (Campanien).

4.2. Formation of the hydrographic network

14If springs have a sufficient flow to feed a river, then seepage erosion is effective and allows the formation of ramifications, i.e., the genesis of two branches (and therefore two springs) from a single source area. The process has been studied theoretically by Devauchelle et al. (2012). These authors showed that the geometry depends on the groundwater displacement field near the spring and not on the flow of water and sediment in the river. More precisely, they demonstrated and verified on an example, combining modeling and observations, an optimal angle close to 72° between the two new branches.

15In the Vexin, many bifurcations are present and can be described according to the theory of Devauchelle et al (2012). For examples: (i) the head of the Ru d’Hérouval valley (fig. 9) illustrates the birth of a bifurcation with the development of two small valleys. At the junction point, the angle between the incipient valleys is 75°; (ii) a more mature configuration is observed on a small tributary of the right bank of the Viosne in the commune of Us (“Bois du Louart” place): two secondary ravines branch and join at a captured spring with a 70° angle (fig. 10). We will revisit this example, which allows us to address the question of the rates of valley head retreat.

Fig. 9 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the bifurcation and the incipient valleys developed at the head of the “Ru d’Hérouval”. Note the “rabbit ears” shapes and the 75° apical angle.
Fig. 9 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant la bifurcation et les vallées naissantes développées à la tête du “Ru d’Hérouval”. Noter les formes en « oreilles de lapin » et l’angle apical de 75°.

Fig. 9 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the bifurcation and the incipient valleys developed at the head of the “Ru d’Hérouval”. Note the “rabbit ears” shapes and the 75° apical angle. Fig. 9 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant la bifurcation et les vallées naissantes développées à la tête du “Ru d’Hérouval”. Noter les formes en « oreilles de lapin » et l’angle apical de 75°.

1. Buildings; 2. Edge of the limestone plateau.
1. Bâti ; 2. Bordure du plateau calcaire.

Fig. 10 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the valley bifurcation at the “Bois du Louart” place. Note the 70° apical angle (see the text for explanations).
Fig. 10 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant la bifurcation de la vallée au lieu-dit “Bois du Louart”. Noter l'angle apical de 70° (voir le texte pour les explications).

Fig. 10 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the valley bifurcation at the “Bois du Louart” place. Note the 70° apical angle (see the text for explanations).Fig. 10 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant la bifurcation de la vallée au lieu-dit “Bois du Louart”. Noter l'angle apical de 70° (voir le texte pour les explications).

1. Present path (« Julius Caesar Road »); 2. Roman layout.
1. Tracé actuel de la “Chaussée Jules César”; 2. Tracé de l’époque romaine.

16If we now look at the hydrographic networks to see how the bifurcations combines on a larger scale: at this scale, not all bifurcations show the same 70° angle, probably due to structural heritage (the fracture network). This apart, we can distinguish two types of growth: apical or lateral. The Viosne River, a tributary of the Oise, provides an example of apical growth (fig. 11). From a main "trunk", branches develop. However, their size remains small compared to the "trunk". A development no longer apical but rather lateral is observed on the Aubette-de-Meulan River, a direct tributary of the Seine. Thus the “trunk” separates into two branches of equal importance (the Aubette-de-Meulan and the Moncient Rivers), which in turn divide and so on (fig. 11). These geometries are controlled by the general structure and, more precisely, by the two structural directions (WNW-ESE and NNE-SSW) known in the field (Brown, 2024). Thus, the Viosne River follows the axis of the Viosne syncline, which seems to guide its course (fig. 11). The Aubette-de-Meulan River combines two perpendicular sections. From its source, it first flows along the axis of the Vigny anticline. It then intersects it at 90° to flow towards the Seine (fig. 11). Similarly, the Aubette-de-Magny River, a tributary of the Epte, intersects the Vigny anticline at 90° and presents several changes of direction.

Fig. 11 – The Viosne (1), Aubette-de-Meulan (2) and Aubette-de-Magny (3) watersheds in the Vexin. Note the structural control on the geometry of hydrological networks (see explanations in the text).
Fig. 11 – Les bassins versants de la Viosne (1), de l’Aubette-de-Meulan (2) et de l’Aubette-de-Magny (3) dans le Vexin. Noter le contrôle structurel sur la géométrie des réseaux hydrologiques (voir explications dans le texte).

Fig. 11 – The Viosne (1), Aubette-de-Meulan (2) and Aubette-de-Magny (3) watersheds in the Vexin. Note the structural control on the geometry of hydrological networks (see explanations in the text).Fig. 11 – Les bassins versants de la Viosne (1), de l’Aubette-de-Meulan (2) et de l’Aubette-de-Magny (3) dans le Vexin. Noter le contrôle structurel sur la géométrie des réseaux hydrologiques (voir explications dans le texte).

5. The velocity and rates of the process

17The question of the rates of valley head retreat is obviously crucial. On the geological time scale, we know that the morphogenesis of the tributary valleys of the Seine River in the Paris Basin dates back to the last 1 Myr that corresponds to the main stages of river entrenchment (Peulvast et al., 2014; Chaussé et al., 2024). We also know that the mechanism of seepage erosion depends on the efficiency of underground flows and therefore on the filling of water tables (Vuillet, 2023). We can therefore assume that interglacial periods (in particular their beginning), which are warmer and wetter, are particularly favorable to seepage erosion.

18The question of measuring the rate of withdrawal of a valley head is difficult and has been the subject of little work. Based on the concentrations of cosmonuclides produced in situ on the sides of a valley (in Florida, USA) near its head (the last 500 meters), Harrison et al. (2022) estimate a rate of valley head retreat of 0.025 m/yr. These authors note that this growth speed is certainly not constant throughout the formation of the hydrographic network but must have experienced episodes where it was faster.

19The archaeological wealth of the Vexin allows us to address the question differently. The "Julius Caesar Road" is a Roman road built in the 1st century AD between Lutetia (Paris) and Rotomagus (Rouen). It crosses the Vexin following a straight line from the ESE to the NNW (review in Lefeuvre and Rodriguez, 2016). S. Robert (2002, 2003) noted some deviations from the initial route. The most obvious is near the village of Us at the place called Bois-du-Louart that we have already mentioned (fig. 10). At this location, the current path goes around the end of a small bifid (rabbit ears shape) valley before joining the old route. This author emphasizes that the bypass is imposed by the retreat of the head of the valleys after the construction of the Roman Road. She also notes that the new track is already reported on the "Plan d’Intendance" (an old map) of the commune of Us, which dates from 1778. On this map a dotted line suggests that a kind of "memory" of the old straight route was already present at that time. The deviation from the straight line is 270 m but, considering that the Romans had certainly built their road with a certain setback margin, we can estimate the retreat of the head of the ravine of the order of 400 m in 2,000 years, i.e., a rate of 0.2 m/yr. We are therefore changing the order of magnitude compared to the estimates proposed by Harrison et al. (2022). Here again, the speed of the process is certainly strongly dependent on climatic variations over the last two millennia. However, the difference remains very important. To understand it, a better analysis of the two morphoclimatic contexts (Florida vs Vexin) would be necessary.

20What is the significance of the high rate observed in the Vexin? Can it be attributed entirely to seepage erosion? We do not think so, in fact, since the two small valleys are also runoff axes that drain the water flowing from the neighboring plateau. In addition, old landslides have been identified in the area. The respective roles of these two factors (seepage vs. runoff) in the overall erosion are therefore asked.

6. Discussion

6.1. How do runoff erosion and seepage erosion combine in the Vexin?

21Each elementary ravine in the territory is associated with a small watershed that drains runoff waters towards the head of the ravine. This is both a brutal and intermittent phenomenon. Runoff only occurs during heavy rainfall events (summer storms for example) while light or moderate rainfall infiltrates and feeds the water tables. Runoff is the cause of frequent floods and mudslides in the Vexin (Peulvast, 1994). Thus, 400 events causing damage have been listed over the last 40 years by the competent authorities. Generally speaking, the mudflows come from the plateaus, are channeled toward the ravines and end up spreading out in the secondary and main valleys depending on the volumes involved.

22Let us take a look at the Ravine du Perchay, which is very similar to other ravines in the Vexin and is typical in this respect. Figure 12 shows a map of the valley and the associated 5 km2 watershed. The geological and hydrogeological cross-sections (fig. 13) were constructed by following the axis of the valley then the plateau up to the top of the watershed. The slope of the plateau is partly structural and corresponds to the dip of the geological layers (northern flank of the Vigny anticline). We find a morphology characteristic of the seepage erosion with an accentuation of the slope just upstream of the spring, then a progressive connection to the plateau where the runoff is well expressed (fig 13). We note that the head of the ravine is not located just above the last spring but approximately 800 m upstream (fig. 12). This upper part of the valley, which is both narrower and less deep (fig. 12), does not therefore result from seepage erosion but from runoff erosion.

Fig. 12 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) illustrating the morphology of the Le Perchay ravine and its watershed. The points X and Y locate the fig. 13 cross-sections.
Fig. 12 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) illustrant la morphologie de la ravine du Perchay et de son bassin versant”. Les points X et Y localisent les coupes de la fig. 13.

Fig. 12 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) illustrating the morphology of the Le Perchay ravine and its watershed. The points X and Y locate the fig. 13 cross-sections.Fig. 12 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) illustrant la morphologie de la ravine du Perchay et de son bassin versant”. Les points X et Y localisent les coupes de la fig. 13.

1. Permanent river; 2. Runoff axes; 3. Springs; 4. Ancient landslides; 5. Buildings.
1. Rivière permanente ; 2. Axes de ruissellements ; 3. Sources ; 4. Anciens mouvements de terrain ; 5. Bâti.

Fig. 13 – Geological (top) and hydrogeological (bottom) cross-sections following the Le Perchay ravine. The ends of the cross-sections are located by X and Y on fig. 12.
Fig. 13 – Coupes géologique (haut) et hydrogéologique (bas) suivant la ravine du Perchay. Les extrémités des coupes sont repérées par X et Y sur la fig. 12.

Fig. 13 – Geological (top) and hydrogeological (bottom) cross-sections following the Le Perchay ravine. The ends of the cross-sections are located by X and Y on fig. 12.Fig. 13 – Coupes géologique (haut) et hydrogéologique (bas) suivant la ravine du Perchay. Les extrémités des coupes sont repérées par X et Y sur la fig. 12.

1. Limestone (Lutetian); 2. Sands (Ypresian); 3. Clays (Ypresian); 4. Chalk (Campanian); 5. Ground water circulation; 6. Water table.
1. Calcaire (Lutétien) ; 2. Sables (Yprésien) ; 3. Argiles (Yprésien) ; 4. Craie (Campanien) ; 5. Circulation d’eaux souterraines ; 6. Toit de la nappe.

23On this type of site, it should be possible to imagine protocols that would allow each of the processes to be taken into account in the short term. Measuring suspended matter near the springs would allow the volume of rocks removed by the seepage erosion to be assessed. Specific protocols adapted to small rivers have been developed (Birgand et al., 2004). To be meaningful, the measurement would obviously have to take into account variations in the flow rate of the springs and therefore the filling of the water table. On the other hand, assessing runoff erosion experimentally is a more complex task since it is a fleeting phenomenon. In fact, an installation that is resistant to silting and allows flow rates to be measured in real time would be required – see for example the protocol designed by Wicherek (1986) in Cessières (Aisne, Paris Basin) in a similar geological and climatic context. It would also be necessary, once the territory is monitored, to wait for a catastrophic event whose occurrence is random. Private archives (stories, photos) held by municipalities and residents could be used to estimate peak flow rates from past events (fig. 14). By coupling this with the scientific knowledge (from the bibliography) of the solid charge contained in the water flows, we could then estimate runoff erosion during known episodes and thus evaluate its contribution to overall erosion.

Fig. 14 – The floods and mudslides of June 2000 in the Le Perchay ravine. A: the flooded valley at the place where its floor becomes flat. B: the flooded valley at the level of the highest spring (old wash house).
Fig. 14 – Les crues et coulées de boue de juin 2000 dans la ravine du Perchay. A : la vallée inondée à l'endroit où son fond devient plat. B : la vallée inondée au niveau de la source la plus haute (ancien lavoir).

Fig. 14 – The floods and mudslides of June 2000 in the Le Perchay ravine. A: the flooded valley at the place where its floor becomes flat. B: the flooded valley at the level of the highest spring (old wash house).Fig. 14 – Les crues et coulées de boue de juin 2000 dans la ravine du Perchay. A : la vallée inondée à l'endroit où son fond devient plat. B : la vallée inondée au niveau de la source la plus haute (ancien lavoir).

Photos: courtesy Martial Courtois, resident of Le Perchay.
Photos : avec l’aimable autorisation de Martial Courtois, habitant du Perchay.

6.2. The link between seepage erosion and slope dynamics

24Seepage erosion has strong consequences on slope dynamics. The precise study of the resulting landforms and geological objects is the subject of an ongoing work (Gautier Vandecapelle’s PhD work) and consequently beyond the scope of the present paper. An interesting aspect is the call for citizens to help us making an inventory of the landslide typology and landforms in the frame of on a participatory science program – "Opération Vexin" on a site (https://www.vigie-terre.org/​news/​363) managed by the "Museum National d’Histoire Naturelle".

25The existence of ancient landslides, resulting from mass slides over the clays of the Lower Ypresian, has long been recognized in the Vexin – Velanne-la-ville landslide; Robert Wyns in Albouy et al. (1980). Frizon de Lamotte et al. (2022) show the existence of tilted blocks in Blamécourt (Magny-en-Vexin) suggesting the rotational nature of certain landslides. Recent research, based on the participatory program cited above, has multiplied this type of observation. On the other hand, thanks to student work, several geological sections were drawn. Figure 15 shows our current interpretation of the Blamécourt landslide, constructed partly using geophysical imagery. The size of this landslide is comparable to the one that occurred at Rilly-la-Montagne in Champagne during the year 1986 (Marre, 1987; 2023).

Fig. 15 – Interpretive geological section of the Blamécourt landslide. Note that the geological section cannot be understood without a loss of Ypresian sands which, in our opinion, results from seepage erosion.
Fig. 15 – Coupe géologique interprétative du glissement de terrain de Blamécourt. Noter que la coupe géologique ne peut se comprendre sans une « perte » de sables de l’Yprésien qui, selon nous, résulte de l'érosion par sape.

Fig. 15 – Interpretive geological section of the Blamécourt landslide. Note that the geological section cannot be understood without a loss of Ypresian sands which, in our opinion, results from seepage erosion.Fig. 15 – Coupe géologique interprétative du glissement de terrain de Blamécourt. Noter que la coupe géologique ne peut se comprendre sans une « perte » de sables de l’Yprésien qui, selon nous, résulte de l'érosion par sape.

1. Slide plans; 2. Quaternary mudflow; 3. Altered limestone and residual formation with flint pebbles from L. Bartonian; 4. Ypresian clay; 5. Ypresian sand; 6. Lutetian limestone; 7. Residual Formation with flint pebbles from L. Bartonian; 8. Fractured zone.
1. Plans de glissements ; 2. Dépôts de coulées boueuses du Quaternaire ; 3. Calcaires altérés et formation résiduelle contenant des galets de silex issus du Bartonien ; 4. Argile de l’Yprésien ; 5. Sable de l’Yprésien ; 6. Calcaire Lutétien ; 7. Formation résiduelle contenant des galets de silex issus du Bartonien ; 8. Zone fracturée.

26A morphological indication of the existence of ancient landslides (rotational or not) is the existence of valley sides presenting stepped slopes with one or more intermediate flats between the valley floor and the plateau. Such a geometry is well-expressed, among others, on the right bank of the Le Perchay ravine (fig. 12). This example shows that old landslides are detected when the valley deepens, reaches the Ypresian sand and consequently become the site of groundwater sapping. The net consequence is the widening of the valley compared to its narrower upstream part, which only cuts into the Lutetian limestones. So, we hypothesize a functional link between seepage erosion and landslide triggering to be studied further.

27Lateral spreading (Dikaü et al, 1996; Marre, 1998; Hungr et al., 2014) resulting in slope cambering (Parks, 1991) is another complementary process well-described in Champagne (Bollot et al., 2014; Pierre et al., 2017; Ortonovi, 2020). Under the effect of sand extraction by groundwater sapping, the overlying layers of Lutetian limestone tend to parallel the slope (whereas in the case of rotational sliding the dip is counter-slope). Such landforms, which had not yet been identified in the Vexin region despite a similar lithostratigraphy, are now recognized and the process is currently being studied.

6.3. About the “Oligocene” outliers

28We noted in the geological setting of the Vexin that a level of springs was located above the clays of the Lower Rupelian (fig. 3). These clays are topped by the Fontainebleau Sands Formation, which constitute the Oligocene aquifer. The springs located at the outlet of this perched water table form a garland of seepages surrounding residual hills overlooking the Vexin plateau (fig. 16). Very few permanent rivers take birth at these seepages. In the general case, water infiltrates quickly in the sandy substrate and joins directly the lower "Eocene water table".

Fig. 16 – Map of the Rosne and Marines residual hills showing the steepening of the slopes above Oligocene water table emergence zone.
Fig. 16 – Carte des Buttes de Rosne et de Marines montrant l’accentuation des pentes au-dessus de la zone d’émergence de la nappe phréatique de l’Oligocène.

Fig. 16 – Map of the Rosne and Marines residual hills showing the steepening of the slopes above Oligocene water table emergence zone.Fig. 16 – Carte des Buttes de Rosne et de Marines montrant l’accentuation des pentes au-dessus de la zone d’émergence de la nappe phréatique de l’Oligocène.

29From a morphological viewpoint, the hills, composed of “Sables de Fontainebleau”, have a flat top and steep slopes (up to 45° and even more) (fig. 16). The global shape of the hills (in map view) is oval but with numerous festoons forming a series of salients and reentrants (fig. 16). All these observations suggest a strong gravitational instability linked to seepage erosion. The absence of a resistant level at the top of the buttes prevents the formation of rotational landslides such as those observed on the sides of the valleys. The hills are currently very residual outliers (fig. 2A, B). This indicates that their retreat was much faster than the widening of the valleys (fig. 17). Here again the absence of resistant levels at the top of the hills could explain this difference.

Fig. 17 – Geological section from Théméricourt to Marines illustrating the “retreat” of the Oligocene residual hills over the last million years. The Oligocene deposits have completely disappeared on the Le Perchay plateau and only remain in the Marines hill.
g2c. Millstone clays (Rupelian); g2b. Fontainebleau Sands (Rupelian); g2a+g1. Clays and marls (Rupelian); e7b+e7a. Marls and gypsum (Priabonian); e6. Sands (Bartonian); e5. Limestone (Lutetian); e4. Cuise Sands (Ypresian); e3. Clays (Ypresian); c6. Chalk (Campanian).
Fig. 17 – Coupe géologique de Théméricourt à Marines illustrant le retrait des collines résiduelles oligocènes au cours du dernier million d'années. Les dépôts oligocènes ont complètement disparu sur le plateau de Perchay et ne subsistent que sur la butte de Marines.
g2c. Argiles à meulières (Rupélien) ; g2b. Sables de Fontainebleau (Rupélien) ; g2a+g1. Argiles et marnes (Rupélien) ; e7b+e7a. Marnes et gypse (Priabonien) ; e6. Sables (Bartonien) ; e5. Calcaire (Lutétien) ; e4. Sables de Cuise (Yprésien) ; e3. Argiles (Yprésien) ; c6. Craie (Campanien).

Fig. 17 – Geological section from Théméricourt to Marines illustrating the “retreat” of the Oligocene residual hills over the last million years. The Oligocene deposits have completely disappeared on the Le Perchay plateau and only remain in the Marines hill.g2c. Millstone clays (Rupelian); g2b. Fontainebleau Sands (Rupelian); g2a+g1. Clays and marls (Rupelian); e7b+e7a. Marls and gypsum (Priabonian); e6. Sands (Bartonian); e5. Limestone (Lutetian); e4. Cuise Sands (Ypresian); e3. Clays (Ypresian); c6. Chalk (Campanian).Fig. 17 – Coupe géologique de Théméricourt à Marines illustrant le retrait des collines résiduelles oligocènes au cours du dernier million d'années. Les dépôts oligocènes ont complètement disparu sur le plateau de Perchay et ne subsistent que sur la butte de Marines.g2c. Argiles à meulières (Rupélien) ; g2b. Sables de Fontainebleau (Rupélien) ; g2a+g1. Argiles et marnes (Rupélien) ; e7b+e7a. Marnes et gypse (Priabonien) ; e6. Sables (Bartonien) ; e5. Calcaire (Lutétien) ; e4. Sables de Cuise (Yprésien) ; e3. Argiles (Yprésien) ; c6. Craie (Campanien).

7. Conclusion

30The Vexin offers a whole series of landforms illustrating the process of seepage erosion. These landforms develop at different levels of the sedimentary pile, notably along the transitions between clays and sands that are exposed in the Ypresian and Rupelian levels. The elementary resulting landforms are amphitheater-like head valleys and salients producing geological outliers along the borders (the Chaumont-en-Vexin Outlier) or on top of the Vexin plateau (the so-called Oligocene residual hills). In the field, these landforms are closely associated with those resulting from runoff (e.g., gullies) so that a wide variety of forms are visible.

31On a larger scale, these characteristics combine to give their uniqueness to the landscapes of the Vexin, which inspired the Impressionist painters. Thus, thanks to its preserved natural heritage, the Vexin has all the resources to become a spot of study and teaching on erosion processes combining runoff and groundwater sapping.

32Given the clear identification of specific landforms in the region, the on-going studies aim to delineate landslide-prone areas through geophysical imagery. To gain a comprehensive understanding of the mechanisms driving this hazardous process, analog modelling techniques from civil engineering literature will also be employed. This integrated approach will aid in evaluating the influence of infiltration levels on slope instability and in identifying the mechanical parameters responsible for triggering landslides including groundwater sapping.

33Beyond these actions already undertaken, it seems possible, in the Vexin, to measure the suspended matter at the level of the springs in order to deduce the effectiveness of seepage erosion. In another vein, the respective roles of underground flow dynamics and structural heritage (the fracture network) in the formation of the hydrographic network could be studied in the Vexin.

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Annexe

Version abrégée en français 

Le processus d’érosion par sape (Dunne, 1980, 1990), dû à l’action des eaux souterraines, est moins bien connu que la classique érosion par ruissellement. Reconnu aux Etats-Unis et notamment en Floride (Schumm et al., 1995), ce mécanisme a fait l’objet d’un travail théorique récent mené à partir d’expérimentations en laboratoire (Vuillet, 2023). Nous montrons que du fait de sa géologie singulière, le Vexin est particulièrement exposé à ce mode d’érosion. Nous envisageons les conséquences sur la stabilité des versants.

L’érosion par sape est liée à la poussée des eaux souterraines au niveau des sources (fig. 1). Elle est particulièrement efficace lorsque l’aquifère est constitué d’une roche peu cohésive, comme le sable, ou bien d’une roche perdant sa cohésion lorsqu’elle est saturée en eau, comme la craie. La sape s’exprime massivement en tête de ravine et explique le recul rapide de celle-ci (érosion régressive) ainsi que l’apparition de bifurcations. À plus grande échelle, il en résulte une géométrie typiquement dendritique des réseaux hydrographiques (Lamb et al., 2006).

La géologie et la géomorphologie du Vexin sont bien connues (fig. 2A, B). D’un point de vue stratigraphique, il montre une pile sédimentaire de ± 200 m d’épaisseur avec, à deux niveaux de la succession, des sables reposant sur des argiles (fig. 3) (Frizon de Lamotte et al., 2022). Ces niveaux d’argiles déterminent deux nappes phréatiques superposées dans les sables du Rupélien (nappe de l’Oligocène) et dans les sables de l’Yprésien et le calcaire du Lutétien (nappe de l’Eocène). Une troisième nappe phréatique, portée par la craie, complète le dispositif.

Dans ce contexte, l’érosion par sape s’exprime par le développement de formes typiques en amphithéâtre autour des sources et des suintements qui marquent l’émergence d’une nappe phréatique (Lamb et al., 2006). Ainsi, entre Courcelles-lès-Gisors et Le Boigeloup (fig. 4), la côte où affleure les couches éocènes montre une série « d’encoches » centrées sur des suintements marquant la base la nappe de l’Eocène. Ceux-ci déterminent des petites zones humides et incultes appelés « bouillons » par les agriculteurs (fig. 5). Le hameau du Boisgeloup (fig. 6) occupe le centre d’un vaste amphithéâtre naturel entourant plusieurs sources. Le même mécanisme de sape explique « l’ondulation » de la cuesta d’Île-de-France dans le secteur de Chaumont-en-Vexin (fig. 7). La formation de la butte-témoin de Chaumont (fig. 8) s’inscrit dans ce processus de recul de la cuesta sous l’effet principal de la sape à son pied.

Le recul de la tête d’une ravine par sape s’accompagne de la création de bifurcations résultant du champ de déplacement des eaux souterraines (Devauchelle et al., 2012). Ces auteurs ont modélisé le processus et montré qu’un angle proche de 72° était attendu entre les deux nouvelles branches. Cette valeur se retrouve dans le Vexin comme à Hérouval (fig. 9) ou au Bois du Louart sur la commune d’Us (fig. 10). À l’échelle du Vexin tout entier, il en résulte la forme dendritique du réseau hydrographique (fig. 11). Le développement apical (Viosne) ou latéral (Aubette-de-Meulan) du réseau est, quant à lui, contrôlé par l’héritage structural (la fracturation régionale).

L’estimation directe de la vitesse du recul d’une tête de ravine est difficile (Harrison et al, 2022). Le Vexin offre la possibilité d’une mesure indirecte. En effet, la voie romaine dite « Chaussée Jules César » est recoupée à plusieurs endroits par le recul de ravines (Robert, 2002). C’est le cas sur la commune d’Us (fig. 10). Un calcul élémentaire montre à cet endroit un recul de l’ordre de 400 m en ~ 2000 ans soit une vitesse moyenne de recul de 0,2 m/an, très rapide par rapport au 0,0025 m/an mesuré par Harrison et al. (2022) en Floride. Ce recul additionne en fait deux effets : la sape et le ruissellement.

La discussion porte sur trois points principaux : les rôles respectifs de la sape et du ruissellement, la stabilité des versants et le rôle de la sape dans la formation des buttes oligocènes.

L’érosion par sape n’est pas le seul mécanisme actif dans le Vexin. S’y ajoute l’érosion par ruissellement responsable de nombreuses inondations et coulées de boue (Peulvast, 1994). La combinaison des deux processus est bien illustrée dans la ravine du Perchay (fig. 12). En amont des sources, là où seul le ruissellement est actif, la vallée est étroite et les versants raides. Elle s’élargit en aval des sources et montre un fond plat. Le versant droit de la vallée exhibe alors une géométrie « en escalier », révélatrice d’anciens mouvements de terrain. Une coupe le long de la ravine (fig. 13) montre le fonctionnement hydrogéologique et l’accentuation de la pente à l’amont des sources conformément au dispositif attendu (fig. 1). Ce site, qui a connu des inondations massives (fig. 14), pourrait être instrumenté pour comprendre la part respective de chacun des modes d’érosion actifs (sape et ruissellement).

Le mécanisme de sape a des conséquences sur la stabilité des versants. En effet, l’expulsion latérale des sables de l’Yprésien vers les cours d’eau déstabilise les calcaires du Lutétien sus-jacents. Deux configurations spécifiques sont reconnues : les glissements de terrain et les cambrures de versant. Les glissements de terrain sont reconnus depuis les travaux de cartographie géologique de Robert Wyns (Albouy et al., 1980). L’existence de blocs de calcaires du Lutétien basculés a été montré par Frizon de Lamotte et al. (2022) à Blamécourt. La figure 15 donne notre interprétation actuelle de cette structure. Les observations se sont depuis multipliées avec la contribution essentielle d’un programme de sciences participatives (programme « Opération Vexin » sur le site Vigie Terre https://www.vigie-terre.org/​news/​363). La « cambrure de versant » s’exprime par la courbure du calcaire du Lutétien dans le sens de la pente (Bollot et al. 2014). Tous ces aspects de la dynamique des versants font l’objet de la thèse en cours de Gautier Vandecapelle qui s’attachera, entre autres, à démontrer la relation de cause à effet entre processus de sape et mouvements de terrain.

L’érosion par sape s’exprime aussi à la base des buttes oligocènes, à l’interface entre argiles et sables du Rupélien (fig. 3). La forme festonnée de leur base en est une conséquence directe ainsi que l’accentuation des pentes au-dessus des sources et suintements issus de la nappe de l’Oligocène (fig. 16). La constitution des buttes qui sont à la fois des châteaux d’eau et des châteaux de sable les rend particulièrement érodables. Les buttes sont, en effet, des témoins résiduels dont le retrait a été beaucoup plus rapide que l’élargissement des vallées (fig. 17).

Le Vexin est connu pour ses paysages qui ont inspiré les peintres impressionnistes. Il a, pensons-nous, de nombreux atouts pour devenir un laboratoire naturel pour l’étude des processus d’érosion en contexte de bas plateaux. La mise en œuvre d’imagerie géophysique (en cours) va permettre de mieux comprendre la géométrie des versants en profondeur. Parallèlement, des modélisations vont étudier les paramètres qui contrôlent l’efficacité de l’érosion par sape (vitesse de l’incision, épaisseur du sable, épaisseur de la zone saturée en eau).

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – The principle of seepage erosion. The diagram shows how the river head recedes over time (left in plan, right in section) with a self-similar geometry (t1 < t2). Modified from Dunne (1990).Fig. 1 – Le principe de l'érosion par sape. Le schéma montre comment la tête de la rivière recule au fil du temps (à gauche en plan, à droite coupe) avec une géométrie auto-similaire (t1 < t2). Modifiée d’après Dunne (1990).
Légende 1. Spring; 2. River; 3. Ground water flow (schematic); 4. Water table; 5. Previous valley boundary.1. Source ; 2. Rivière ; 3. Circulations d’eaux souterraines ; 4. Toit de la nappe ; 5. Position des précédentes limites de la vallée.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-1.jpg
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Titre Fig. 2 – Location of the study area. A: simplified geological map of the Vexin (modified from Frizon de Lamotte et al., 2022). The three faults mapped are from north to south the Bray fault, the Banthelu fault and the Seine fault; B: hypsometric map derived from a Digital Terrain Model (IGN BD Alti 25 m) with location of the maps used in the article. The black triangle locates the “Butte de Rosnes” summit.Fig. 2 – Localisation de la zone d’étude. A : carte géologique simplifiée du Vexin (modifiée d’après Frizon de Lamotte et al., 2022). Les trois failles cartographiées sont du nord au sud la faille de Bray, la faille de Banthelu et la faille de la Seine ; B : carte hypsométrique dérivée d’un Modèle Numérique de Terrain (IGN BD Alti 25 m) avec localisation des cartes utilisées dans l’article. Le triangle noir localise le sommet de la Butte de Rosnes.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-2.jpg
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Titre Fig. 3 – Lithostratigraphic column of the Vexin (synthesis from various sources).Fig. 3 – Colonne lithostratigraphique du Vexin (synthèse d’après diverses sources).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-3.jpg
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Titre Fig. 4 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the “Bouillons” and seepage amphitheaters between Le Boisgeloup and Courcelles-les-Gisors villages.Fig. 4 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant les “Bouillons” et les amphithéâtres entre les villages de Le Boisgeloup and Courcelles-les-Gisors.
Légende 1. Amphitheater shapes; 2. Base of Eocene aquifer; 3. Base of the Lutetian limestone; 4. Temporary water spring - “Bouillons”; 5. Buildings.1. Formes d'amphithéâtre ; 2. Base de l’aquifère de l’Eocène ; 3. Base du “Calcaire Grossier” Lutétien ; 4. Sources temporaires dites “Bouillons” ; 5. Bâti.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-4.jpg
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Titre Fig.5 – Drone photo showing “bouillons” in the heart of a seepage amphitheater near Le Boisgeloup.Fig.5 – Photo de drone montrant des “bouillons” au cœur d'un amphithéâtre de sape près du Boisgeloup.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-5.jpg
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Titre Fig. 6 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) of the Le Boisgeloup natural amphitheater (see location on Fig. 2B).Fig. 6 – Carte en relief ombré (LiDAR HD de l’IGN) de l'amphithéâtre naturel du Boisgeloup (voir localisation sur la Fig. 2B).
Légende 1. Base of Eocene aquifer; 2. Base of the Lutetian limestone; 3. Buildings; 4. Temporary water spring - “Bouillons”.1. Base de l’aquifère de l’Eocène ; 2. Base du “Calcaire Grossier” Lutétien ; 3. Bâti ; 4. Sources temporaires dites “Bouillons”.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-6.jpg
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Titre Fig. 7 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the Chaumont-en-Vexin outlier and the meanders of the Troësne River.Fig. 7 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) la butte témoin de Chaumont-en-Vexin et les méandres de la rivière Troësne.
Légende 1. Buildings; 2. Railway; 3. River; 4. Hydrographic surface; 5. Position of the geological cross-section (fig. 8).1. Bâti ; 2. Ligne de chemin de fer ; 3. Rivière ; 4. Surface hydrographique ; 5. Position de la coupe géologique (fig. 8).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-7.jpg
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Titre Fig. 8 – The Chaumont-en-Vexin outlier.Fig. 8 – La butte témoin de Chaumont-en-Vexin.
Légende Bottom: geological cross-section (fig. 7). Top: photo taken from the driveway of the Château de Bertichères (west of Chaumont-en-Vexin).1. Quaternary; 2. Limestone (Lutetian); 3. Sands (Ypresian); 4. Clays (Ypresian); 5. Sands (Thanetian); 6. Chalk (Campanian).En bas : coupe géologique (fig. 7). En haut : photo prise depuis l'allée du château de Bertichères (à l'ouest de Chaumont-en-Vexin).1. Quaternaire ; 2. Calcaire (Lutétien) ; 3. Sables (Yprésien) ; 4. Argiles (Yprésien) ; 5. Sables (Thanétien) ; 6. Craie (Campanien).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-8.jpg
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Titre Fig. 9 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the bifurcation and the incipient valleys developed at the head of the “Ru d’Hérouval”. Note the “rabbit ears” shapes and the 75° apical angle. Fig. 9 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant la bifurcation et les vallées naissantes développées à la tête du “Ru d’Hérouval”. Noter les formes en « oreilles de lapin » et l’angle apical de 75°.
Légende 1. Buildings; 2. Edge of the limestone plateau.1. Bâti ; 2. Bordure du plateau calcaire.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-9.jpg
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Titre Fig. 10 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) showing the valley bifurcation at the “Bois du Louart” place. Note the 70° apical angle (see the text for explanations).Fig. 10 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) montrant la bifurcation de la vallée au lieu-dit “Bois du Louart”. Noter l'angle apical de 70° (voir le texte pour les explications).
Légende 1. Present path (« Julius Caesar Road »); 2. Roman layout.1. Tracé actuel de la “Chaussée Jules César”; 2. Tracé de l’époque romaine.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-10.jpg
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Titre Fig. 11 – The Viosne (1), Aubette-de-Meulan (2) and Aubette-de-Magny (3) watersheds in the Vexin. Note the structural control on the geometry of hydrological networks (see explanations in the text).Fig. 11 – Les bassins versants de la Viosne (1), de l’Aubette-de-Meulan (2) et de l’Aubette-de-Magny (3) dans le Vexin. Noter le contrôle structurel sur la géométrie des réseaux hydrologiques (voir explications dans le texte).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-11.jpg
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Titre Fig. 12 – Shaded relief map (IGN HD LiDAR) illustrating the morphology of the Le Perchay ravine and its watershed. The points X and Y locate the fig. 13 cross-sections.Fig. 12 – Carte en relief ombré (IGN HD LiDAR) illustrant la morphologie de la ravine du Perchay et de son bassin versant”. Les points X et Y localisent les coupes de la fig. 13.
Légende 1. Permanent river; 2. Runoff axes; 3. Springs; 4. Ancient landslides; 5. Buildings.1. Rivière permanente ; 2. Axes de ruissellements ; 3. Sources ; 4. Anciens mouvements de terrain ; 5. Bâti.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-12.jpg
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Titre Fig. 13 – Geological (top) and hydrogeological (bottom) cross-sections following the Le Perchay ravine. The ends of the cross-sections are located by X and Y on fig. 12.Fig. 13 – Coupes géologique (haut) et hydrogéologique (bas) suivant la ravine du Perchay. Les extrémités des coupes sont repérées par X et Y sur la fig. 12.
Légende 1. Limestone (Lutetian); 2. Sands (Ypresian); 3. Clays (Ypresian); 4. Chalk (Campanian); 5. Ground water circulation; 6. Water table.1. Calcaire (Lutétien) ; 2. Sables (Yprésien) ; 3. Argiles (Yprésien) ; 4. Craie (Campanien) ; 5. Circulation d’eaux souterraines ; 6. Toit de la nappe.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-13.jpg
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Titre Fig. 14 – The floods and mudslides of June 2000 in the Le Perchay ravine. A: the flooded valley at the place where its floor becomes flat. B: the flooded valley at the level of the highest spring (old wash house).Fig. 14 – Les crues et coulées de boue de juin 2000 dans la ravine du Perchay. A : la vallée inondée à l'endroit où son fond devient plat. B : la vallée inondée au niveau de la source la plus haute (ancien lavoir).
Légende Photos: courtesy Martial Courtois, resident of Le Perchay.Photos : avec l’aimable autorisation de Martial Courtois, habitant du Perchay.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-14.jpg
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Titre Fig. 15 – Interpretive geological section of the Blamécourt landslide. Note that the geological section cannot be understood without a loss of Ypresian sands which, in our opinion, results from seepage erosion.Fig. 15 – Coupe géologique interprétative du glissement de terrain de Blamécourt. Noter que la coupe géologique ne peut se comprendre sans une « perte » de sables de l’Yprésien qui, selon nous, résulte de l'érosion par sape.
Légende 1. Slide plans; 2. Quaternary mudflow; 3. Altered limestone and residual formation with flint pebbles from L. Bartonian; 4. Ypresian clay; 5. Ypresian sand; 6. Lutetian limestone; 7. Residual Formation with flint pebbles from L. Bartonian; 8. Fractured zone.1. Plans de glissements ; 2. Dépôts de coulées boueuses du Quaternaire ; 3. Calcaires altérés et formation résiduelle contenant des galets de silex issus du Bartonien ; 4. Argile de l’Yprésien ; 5. Sable de l’Yprésien ; 6. Calcaire Lutétien ; 7. Formation résiduelle contenant des galets de silex issus du Bartonien ; 8. Zone fracturée.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-15.jpg
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Titre Fig. 16 – Map of the Rosne and Marines residual hills showing the steepening of the slopes above Oligocene water table emergence zone.Fig. 16 – Carte des Buttes de Rosne et de Marines montrant l’accentuation des pentes au-dessus de la zone d’émergence de la nappe phréatique de l’Oligocène.
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-16.png
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Titre Fig. 17 – Geological section from Théméricourt to Marines illustrating the “retreat” of the Oligocene residual hills over the last million years. The Oligocene deposits have completely disappeared on the Le Perchay plateau and only remain in the Marines hill.g2c. Millstone clays (Rupelian); g2b. Fontainebleau Sands (Rupelian); g2a+g1. Clays and marls (Rupelian); e7b+e7a. Marls and gypsum (Priabonian); e6. Sands (Bartonian); e5. Limestone (Lutetian); e4. Cuise Sands (Ypresian); e3. Clays (Ypresian); c6. Chalk (Campanian).Fig. 17 – Coupe géologique de Théméricourt à Marines illustrant le retrait des collines résiduelles oligocènes au cours du dernier million d'années. Les dépôts oligocènes ont complètement disparu sur le plateau de Perchay et ne subsistent que sur la butte de Marines.g2c. Argiles à meulières (Rupélien) ; g2b. Sables de Fontainebleau (Rupélien) ; g2a+g1. Argiles et marnes (Rupélien) ; e7b+e7a. Marnes et gypse (Priabonien) ; e6. Sables (Bartonien) ; e5. Calcaire (Lutétien) ; e4. Sables de Cuise (Yprésien) ; e3. Argiles (Yprésien) ; c6. Craie (Campanien).
URL http://journals.openedition.org/geomorphologie/docannexe/image/20631/img-17.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

Dominique Frizon de Lamotte, Gautier Vandecapelle, François Bétard, Cécile Finco, Pascale Leturmy, Pauline Souloumiac, Frédéric Lacquement, Raphaël Antoine et Philippe Robion, « Seepage erosion and landforms in the Vexin (Paris Basin, France) »Géomorphologie : relief, processus, environnement, 31-2 | 2025, 99-111.

Référence électronique

Dominique Frizon de Lamotte, Gautier Vandecapelle, François Bétard, Cécile Finco, Pascale Leturmy, Pauline Souloumiac, Frédéric Lacquement, Raphaël Antoine et Philippe Robion, « Seepage erosion and landforms in the Vexin (Paris Basin, France) »Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], 31-2 | 2025, mis en ligne le 08 décembre 2025, consulté le 16 février 2026. URL : http://journals.openedition.org/geomorphologie/20631 ; DOI : https://doi.org/10.4000/15ax4

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Auteurs

Dominique Frizon de Lamotte

CY Cergy Paris Université, Sorbonne Université, CNRS-INSU, Institut des Sciences de la Terre de Paris, ISTeP, 1 rue Descartes, F-95000 CERGY-PONTOISE

Gautier Vandecapelle

CY Cergy Paris Université, Sorbonne Université, CNRS-INSU, Institut des Sciences de la Terre de Paris, ISTeP, 1 rue Descartes, F-95000 CERGY-PONTOISE
CEREMA,
ENDSUM Research Team, F676120 LE GRAND-QUEVILLY

François Bétard

Sorbonne Université, UR Médiations, Institut de Géographie, 191 rue Saint-Jacques, F 75005 Paris

Articles du même auteur

Cécile Finco

CEREMA, ENDSUM Research Team, F676120 LE GRAND-QUEVILLY

Pascale Leturmy

CY Cergy Paris Université, Sorbonne Université, CNRS-INSU, Institut des Sciences de la Terre de Paris, ISTeP-UMR 7193, 1 rue Descartes, F-95000 CERGY-PONTOISE

Pauline Souloumiac

CY Cergy Paris Université, Sorbonne Université, CNRS-INSU, Institut des Sciences de la Terre de Paris, ISTeP, 1 rue Descartes, F-95000 CERGY-PONTOISE

Frédéric Lacquement

BRGM, 3 Av. Claude Guillemin, F45000 ORLEANS

Raphaël Antoine

CEREMA, ENDSUM Research Team, F676120 LE GRAND-QUEVILLY

Philippe Robion

CY Cergy Paris Université, Sorbonne Université, CNRS-INSU, Institut des Sciences de la Terre de Paris, ISTeP, 1 rue Descartes, F-95000 CERGY-PONTOISE

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Droits d’auteur

CC-BY-SA-4.0

Le texte seul est utilisable sous licence CC BY-SA 4.0. Les autres éléments (illustrations, fichiers annexes importés) sont susceptibles d’être soumis à des autorisations d’usage spécifiques.

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