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les formations superficielles entre la Loire et le Loir (sud-ouest du Bassin parisien) : les enseignements de l’analyse sédimentologique

Detritic deposits between the Loire and the Loir (Paris basin): sedimentological study
Jean-Pierre Larue et Édouard de Bélizal
p. 43-57

Résumés

L’analyse sédimentologique des formations détritiques tertiaires et quaternaires situées sur l’interfluve Loire-Loir, en Touraine, permet de caractériser plusieurs nappes détritiques. Datée du Pliocène supérieur par la présence de grains de quartz issus de ponces du Mont-Dore, la formation des Sables de Château-Renault et de Montreuil n’est constituée pour les autres dépôts que d’apports locaux, ce qui va à l’encontre de l’hypothèse d’un écoulement chenalisé de la Loire-amont vers l’Atlantique à cette époque. Issus du remaniement de dépôts marins locaux, les Sables de Mazières sont probablement un peu plus récents. Les premières alluvions quaternaires au nord de Nazelles, mieux classées, très riches en zircon, témoignent d’un transport fluviatile lointain effectué par une paléo-Loire chenalisée. Enfin, des sables soufflés, provenant des alluvions du Val de Loire, recouvrent localement les Sables de Mazières.

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Notes de la rédaction

Article reçu le 2 décembre 2015 accepté le 17 mars 2016

Texte intégral

Introduction

1En Touraine, les plateaux d’altitude modeste (90 à 180 m) situés sur la rive droite de la Loire, et formant l’interfluve Loire-Loir (figure 1) portent localement des formations détritiques tertiaires et quaternaires dont l’origine et l’âge précis restent hypothétiques. Ces « Sables et graviers continentaux » des auteurs des cartes géologiques (Alcaydé, 1968 ; Lorain et al., 1972 ; Manivit et Martins, 1974 ; Rasplus et al., 1974 ; Macaire et Desprez, 1977) sont présumés postérieurs aux Faluns helvétiens (Langhien et Serravalien), qu’ils ravinent, mais constituent-ils une nappe détritique unique ? Si certains lambeaux sont issus d’une dissolution partielle ou totale des Faluns (Denizot, 1927), la plupart résultent d’un transport fluviatile, effectué pendant la régression post-helvétienne comme le pense C. Klein (1973 et 1990) ou au Pliocène supérieur comme le suggèrent C. Cavelier et al. (1993). Pour J.-J. Macaire (1981), la plus grande partie de ces dépôts résulterait des apports d’un pré-Cher. La réponse à ces questions apporterait des arguments pour trancher l’épineux problème des changements de cours de la Loire dans le Bassin parisien depuis le Miocène (Dewolf et Penven, 2007 ; Étienne et Larue, 2011).

Figure 1 : Carte topographique du secteur d’étude, d’après les données cartographiques Google – Topographic map of the study area, from Google topographic map

Figure 1 : Carte topographique du secteur         d’étude, d’après les données cartographiques Google – Topographic map of the study area, from Google         topographic map

1 : cours d’eau ; 2 : altitude en m ; 3 : ligne de partage des eaux actuelle entre la Loire et le Loir ; 4 : extension des « Sables et graviers continentaux » de Touraine.
1: river; 2: altitude in m; 3: drainage divide between Loire and Loir rivers; 4: limits of “Sables et graviers continentaux” de Touraine.

2Les objectifs de cette étude sont de mieux caractériser ces « Sables et graviers continentaux », afin de déterminer s’ils constituent une seule ou plusieurs nappes détritiques et d’en connaître l’origine, mais aussi de préciser leurs rapports avec les formations voisines plus anciennes et plus récentes et ainsi d’esquisser l’évolution paléogéographique de cette région. Nous avons choisi la rive droite de la Loire, car elle concentre les plus fortes variétés et densités de lambeaux détritiques, et présente de beaux affleurements à la faveur d’excavations d’origine diverse.

3Les méthodes utilisées sont les analyses géomorphologique et sédimentologique. Afin d’identifier plusieurs formations au sein de ces dépôts dont l’épaisseur n’excède guère 3 m, sauf à l’est de Château-Renault où elle atteint 10,20 m, les échantillons sableux prélevés (150 à 200 g environ par échantillon) ont subi les analyses sédimentologiques suivantes : tamisage et microgranulométrie laser, étude morphoscopique des sables, détermination des minéraux argileux et des minéraux lourds. Les 31 échantillons prélevés sur le terrain sont localisés sur la figure 2 et dans le tableau no 1. Dix représentent les « Sables et graviers continentaux », notés Sables de Château-Renault, Sables de Montreuil et Sables de Mazières, quatre concernent les sables soufflés depuis le Val de Loire (no 2, 3, 6 et 7), les autres caractérisent les Faluns du Miocène moyen et supérieur (no 14, 42 et 43), les Sables de Sologne du Miocène moyen (no 46, 50, 51, 52 et 53), la très haute terrasse de la Loire (no 9, 18 et 27), les autres terrasses de la Loire (no 23, 29, 31, 32 et 33) et les apports du Loir (no 32).

Des formations détritiques situées à des altitudes peu différentes

4Sur l’interfluve Loire-Loir, les « Sables et graviers continentaux » reposent sur une surface d’érosion représentant, soit une véritable pénéplaine selon G. Denizot (1927), soit une surface polygénique faite de la juxtaposition de différentes formations d’âges divers, une « surface en marqueterie » selon J.-C. Yvard (1978 et 1995). Cette surface recoupe des terrains d’âges variés : argiles à silex développées sur la craie crétacée, sables et cailloutis de l’Eocène inférieur et moyen, calcaires lacustres de l’Eocène supérieur, faluns dont l’âge s’étale selon les auteurs du Langhien au Tortonien, voire au Pliocène (André et al., 2003 ; Courville et Crônier, 2003). Ces derniers sont toutefois conservés en creux, dans de petites dépressions, comme à La Mossuère, au sud-ouest de Blois, ou dans d’anciennes rías, comme celle de la Brenne, à Château-Renault (figure 2). Les cours d’eau actuels s’encaissent de 40 à 60 m dans les plateaux qui forment une vaste gouttière centrée sur la Loire (Rasplus, 1978).

Figure 2 : Carte de localisation des dépôts détritiques – Location map

Figure 2 : Carte de localisation des dépôts         détritiques – Location map

1 : ligne de partage des eaux actuelle entre la Loire et le Loir ; 2 : nappe alluviale Fx de la Loire ; 3 : nappe alluviale Fw de la Loire ; 4 : nappe alluviale Fv de la Loire ; 5 : nappe alluviale Fu de la Loire ; 6 : principaux placages et limites de l’extension des « Sables et graviers continentaux » de Touraine ; 7 : Sables de Mazières ; 8 : Sables de Château-Renault et de Montreuil ; 9 : Sables de Sologne ; 10 : Faluns de Touraine ; 11 : échantillon analysé. L’extension des sables soufflés (échantillons 2, 3, 6 et 7) n’est pas représentée.
1: drainage divide; 2: Fx Loire alluvial deposits; 3: Fw Loire alluvial deposits; 4: Fv Loire alluvial deposits; 5: Fu Loire alluvial sheet; 6: oucrops and limits of the Touraine “Sables et graviers continentaux”; 7: Mazières sands; 8: Château-Renault and Montreuil sands; 9: Sologne sands; 10: Falun; 11: analysed samples. Limits of wind-brought sands (samples 2, 3, 6 and 7) are not drawned.

5Malgré des variations locales non négligeables, les faciès de ces formations situées à des altitudes peu différentes (figure 1) apparaissent plutôt homogènes :

  • Au sud-ouest de Montreuil, à 110 m d’altitude, la petite excavation de La Chevallerie (no 8, tableau 1) permet d’observer la formation des Sables de Montreuil. La coupe montre sur 3 m d’épaisseur des sables argileux ocre-rouille dont la structure chenalisante à stratifications obliques est soulignée par des lits de graviers de quartz et de silex. Ces dépôts de barres de chenal formés de lentilles à stratifications obliques tronquées à leur partie supérieure par des lits discontinus de graviers suggèrent un milieu de plaine alluviale à chenaux tressés (Miall, 1996). L’échantillon no 8 a été prélevé dans une lentille de sables fins (figure 2).

  • Au sud-ouest de Blois, à 104 m d’altitude, près de La Touche, toujours dans la formation des Sables de Montreuil, une petite excavation montre sur 4,50 m d’épaisseur des sables feldspathiques plus ou moins argileux (échantillon no 26) contenant des graviers de silex, de chailles de couleur noire et de quartz de 1 à 2 cm de diamètre.

  • Au nord de Nazelles, à 105 m d’altitude, les fossés de la route de Reugny révèlent des sables argileux ocre-rouille à graviers de quartz de 2 cm de diamètre en moyenne (no 9) qui ressemblent fortement aux précédents, mais qui appartiennent à la très haute terrasse de la Loire (Fu).

  • Au sud-est de Château-Renault, la sablière de la Sablonnière permet d’observer au-dessus des Faluns (no 14) la formation des Sables de Château-Renault. On peut observer des sables fins ocres (no 15) épais de 1,50 m, puis des limons argileux gris (no 16) de 1 m de puissance et au sommet, sur 1 m d’épaisseur, des sables grossiers ocre-rouille (no 17) incluant des lits de silex de 5 à 7 cm de diamètre et quelques lentilles de sables fins. Situé à 115 m d’altitude, ce remblaiement n’atteint pas le sommet du plateau qui culmine à 147 m plus au sud-est.

  • Au nord-ouest de Tours, près de la forêt de Mazières, à 100 m d’altitude, la pose de poteaux électriques nous a permis d’observer la formation des Sables de Mazières représentée par des sables argileux ocre-rouille (no 4 et no 5) sur 1 m d’épaisseur. Ils sont recouverts de sables gris peu argileux (no 6) de 50 cm de puissance qui appartiennent aux sables soufflés selon J.-C. Yvard (1968 b) et J.-J. Macaire (1981). Globalement, la taille des sables inférieurs augmente en allant d’est en ouest (figure 2).

Tableau 1 : Localisation et lithologie des prélèvements effectués
Location and lithology of samples

Formation

N° éch.

Lieu-dit

Carte IGN au 1/50 000

Coordonnées Lambert zone II

Altitude (m)

Profondeur (m)

Lithologie

Fx Loir

32

Pezou

Selommes

 

90

2

alluvions

Fz

31

Monteaux

Montrichard

506,5-274,8

64

1

alluvions

Fx

33

Saint-Claude

Blois

531,7-290,7

85

1

alluvions

Fw

23

Choussy

Blois

518,4-281,4

87

2

alluvions

Fv

29

Cangey

Amboise

503-275,2

105

1

alluvions

Sables soufflés

2

La Gibaudière

Tours

451,8-277

100

0,8

sables argileux

3

Cléré-les-Pins

Tours

453-272

100

0,05

sables argileux

6

La Renaissance

Tours

453,6-266

100

0,4

sables gris

7

SW Mazières

Tours

455,2-265,6

95

0,6

sables argileux

Très haute terrasse Fu

27

Saint-Ouen

Amboise

499-274,7

112

1

sables

9

N Nazelles

Amboise

495,4-273,5

105

1

sables argileux

18

Dhuizon

Bracieux

549,1-288,1

129

1

sables argileux

Sables de Mazières

1

Courcelles

Noyant

448,5-277

100

1

sables argileux

4

W Mazières

Tours

454,5-266

100

1

sables argileux

5

La Renaissance

Tours

453,6-266

100

1

sables argileux

Sables de Château-Renault

15

E Château-Renault

Château-Renault

495-288,6

115

2,5

sables fins

17

E Château-Renault

Château-Renault

495-288,6

115

1

sables grossiers

Sables de Montreuil

8

La Chevallerie

Amboise

494-275

107

2

sables argileux

26

La Touche

Blois

509,2-281,1

108

4,5

sables argileux

28

Pierre Bise

Amboise

497,9-278,5

99

5

sables argileux

11

N Neuville

Château-Renault

492,6-292,5

125

0,8

sables

12

Villeporcher

Château-Renault

499,4-294

122

0,8

sables argileux

13

La Bigotière

Château-Renault

501,4-294,7

128

0,8

sables argileux

Sables de Sologne

46

N Choussy

Montrichard

525-264,5

105

0,8

sables argileux

50

La Roulerie

Romorantin

550,5-263,7

105

0,8

sables fins

51

La Roulerie

Romorantin

550,5-263,7

105

1

argile sableuse

52

La Grange

Romorantin

553-263,4

104

1

sables argileux

53

La Grange

Romorantin

553-263,4

104

1,5

argile sableuse

Faluns

14

E Château-Renault

Château-Renault

495-288,6

115

5

faluns

42

E Contres

Romorantin

537-268,8

117

1

faluns

43

E Thenay

Montrichard

522,6-266

108

3

faluns

Fx Loir : alluvions de la basse terrasse de Pezou ; Fz : alluvions de la plaine alluviale de la Loire ; Fx : alluvions de la basse terrasse Loire ; Fw : alluvions de la moyenne terrasse Loire ; Fv : alluvions de la haute terrasse Loire.
Fx Loir: Pezou low terrace alluvial deposits; Fz: Loire alluvial plain; Fx: Loire low terrace; Fw: Loire middle terrace; Fv: Loire high terrace alluvial deposits.

Résultats des analyses sédimentologiques

Granulométries et conditions de dépôts

6Réalisées avec le granulomètre Cilas HR 850 qui ne traite que la fraction inférieure à 600 µm, ces mesures permettent de comparer les matériaux fins des dépôts et de calculer les indices de classement (So = √ Q3/Q1, avec Q3 : 3e quartile et Q1 : 1er quartile) et d’asymétrie (As = Q1*Q3/Médiane²) de P.-D. Trask (1932), mais elles ne tiennent pas compte des sables grossiers présents dans la plupart des prélèvements, ce qui peut gêner l’interprétation des modes de mise en place. Huit échantillons représentatifs des différentes formations ont été traités : quatre prélevés dans les « Sables et graviers continentaux » (no 5, 8, 15 et 17, tableau 1), deux dans les sables soufflés (no 3 et 6), un dans les Sables de Sologne (no 46) et le dernier dans les alluvions de la très haute terrasse de la Loire (no 9). Les courbes cumulatives obtenues (figure 3), peuvent être réparties en 3 groupes de sédiments :

  • Les sables correspondant aux no 5, 8, 15 et 17 sont mal classés (indice de classement P.-D. Trask supérieur à 3) et renferment plus de 5 % d’argile, mais probablement davantage car la granulométrie à diffraction laser tendrait à minimiser la fraction fine (Levant et al., 1987). Ils présentent deux modes : 450 µm et 35 µm et la fraction 60-90 µm est absente. L’asymétrie négative souligne la prépondérance des particules grossières par rapport à la moyenne. Cette répartition pourrait s’expliquer par une sédimentation en milieu littoral ou un remaniement de tels dépôts : les sables fins qui ont une faible cohésion, selon les courbes de F. Hjulström (1935), auraient été évacués par les courants littoraux alors que les limons de décantation auraient mieux résisté à l’arrachement. Le mauvais classement suggère des épandages effectués par des courants turbulents et spasmodiques. Ils s’apparentent aux sables de la bordure occidentale de Sologne (no 46). En outre, les Sables de Mazières (no 5) et de Château-Renault (no 15 et 17) apparaissent plus grossiers que ceux de Montreuil (no 8).

  • Les sables soufflés (no 3 et 6) sont nettement mieux classés (indice de classement P.-D.Trask = 1,38) et plus pauvres en argile. Ils présentent des caractéristiques compatibles avec une origine éolienne (Mason et Folk, 1958).

  • L’échantillon no 9, riche en fines, également bien classé (indice de classement P.-D.Trask = 1,90), avec une asymétrie positive (plus de particules fines que de grossières), pourrait résulter plutôt d’un tri fluviatile (Visher, 1969).

Figure 3 : Courbes granulométriques d’échantillons localisés sur la figure 2 – Grain-size distribution of samples located on fig. 2

Figure 3 : Courbes granulométriques           d’échantillons localisés sur la figure 2 – Grain-size distribution of samples located on fig.           2

46 : Sables de Sologne ; 15, 17 : Sables de Château-Renault ; 8 : Sables de Montreuil ; 5 : Sables de Mazières ; 9 : alluvions Fu de la Loire ; 3, 6 : sables soufflés.
46: Sologne sands; 15, 17: Château-Renault sands; 8: Montreuil sands; 5: Mazières sands; 9: Fu Loire alluvia; 3, 6: wind-brought sands.

La morphoscopie

7En observant à la loupe binoculaire une centaine de grains, selon la méthode A. Cailleux et J. Tricart (1959), les grains de sables de la fraction 315-500 µm, obtenue par tamisage, peuvent être classés selon leur morphoscopie en trois catégories :

  • Les sables soufflés (no 3 et 6) montrent une prédominance des grains émoussés-mats (EM) et ronds-mats (RM) (environ 70 %), fortement éolisés. En effet, les aspects mats prononcés des grains de quartz confirment le phénomène d’éolisation (Yvard, 1968b).

  • Les Sables de Montreuil (no 8), de Château-Renault (no 15 et 17) et du nord de Nazelles (no 9) sont constitués de grains à majorité non-usés (NU), plus ou moins colorés par les oxydes de fer. Toutefois, l’échantillon no 9 contient également de nombreux émoussés-luisants (environ 35 %) et l’échantillon no 8 renferme quelques grains de quartz issus de ponces limpides caractéristiques des éruptions pyroclastiques rhyolitiques du Mont-Dore (Pastre, 1987 ; Féraud et al., 1990 ; Pastre et Cantagrel, 2001 ; Pastre, 2004).

  • Les Sables de Mazières (no 1, 4 et 5) comprennent environ 60 % de grains émoussés-mats (EM) qui traduisent un façonnement marin. Ils sont probablement issus du remaniement de sables marins sénoniens et/ou des Faluns de Touraine helvétiens (Rasplus et al., 1974).

La diffractométrie des rayons X

8Pour cinq échantillons représentatifs des Sables de Château-Renault (no 15 et 17), des Sables de Montreuil (no 8), des Sables de Sologne (no 53) et des alluvions de la très haute terrasse de la Loire (no 9), les poudres de la fraction < 40 µm ont été soumises à la diffractométrie des rayons X afin de déterminer les espèces minérales. Les spectres ont été réalisés avec un diffractomètre de poudre muni d’une sonde à compteurs à scintillation, pour la raie K alpha du cuivre (figure 4). L’amplitude des pics permet d’évaluer l’importance des principaux minéraux argileux, même si à l’état naturel, la superposition des pics de diffraction de 1er, 2e et 3e ordres ne facilite pas la distinction des variétés minérales. Les dépôts superficiels entre Loire et Loir présentent une moins bonne cristallinité que les Sables de Sologne (no 53). Les smectites dominent plus largement dans les Sables de Château-Renault (no 15 et 17) que dans ceux de Montreuil (no 8) et du nord de Nazelles (no 9). La kaolinite augmente de la profondeur à la surface le long du même profil vertical (no 15 et 17) sur le site de Château-Renault (figure 2), à cause probablement de l’efficacité de l’altération pédologique postérieure au dépôt de cette formation.

Figure 4 : Spectres de diffraction des rayons X, obtenus sur la fraction < 40 µm des échantillons localisés sur la figure 2 – X ray diffraction spectra on samples located on fig. 2

Figure 4 : Spectres de diffraction des rayons           X, obtenus sur la fraction < 40 µm des échantillons localisés sur           la figure 2 – X ray diffraction spectra on samples           located on fig. 2

I : illite ; K : kaolinite ; Sm : smectite. 9 : très haute terrasse (Fu) de la Loire ; 8 : Sables de Montreuil ; 15, 17 : Sables de Château-Renault ; 53 : Sables de Sologne.
I: illite; K: kaolinite ; Sm: smectite. 9: very high Loire terrace (Fu); 8: Montreuil sands; 15, 17: Château-Renault sands; 53: Sologne sands.

La détermination des minéraux lourds

9Elle a pour objectif de révéler l’origine des principaux flux dans l’espace mais aussi dans le temps. Les fractions comprises entre 75 et 350 µm, obtenues par tamisage, ont été utilisées pour l’extraction des minéraux lourds. Concentrés selon la méthode classique de séparation au bromoforme (Parfenoff et al., 1970), les minéraux lourds, de densité > 2,89, ont été déterminés par R. Étienne au microscope optique. Les pourcentages de minéraux transparents ont été calculés à partir de l’analyse d’environ 300 grains. La moyenne de composition établie pour chaque formation révèle des différences sensibles (tableau 2).

  • Les Faluns (no 14, 42 et 43) sont caractérisés par l’association zircon-grenat-andalousite-staurotide et tourmaline. Ils se différencient des Sables de Sologne (no 46, 50, 51, 52 et 53) qui sont plus riches en zircon et tourmaline et pauvres en grenat. Le zircon et la tourmaline représentent respectivement 32 % et 20 % des minéraux lourds dans les Sables de Sologne contre 27 % et 13 % dans les Faluns ; le grenat 1,5 % dans les Sables de Sologne contre 12 % dans les Faluns.

  • Les Sables de Montreuil (no 8 et 28) et de Château-Renault (no 15 et 17) contiennent de la staurotide, du zircon, de la tourmaline et de l’andalousite, mais sont très pauvres en grenat. Sur un même profil vertical, on peut relever, de la profondeur à la surface, l’augmentation de la staurotide et de la tourmaline et la diminution du zircon. De plus, l’échantillon no 26 renferme un faible pourcentage de minéraux volcaniques : clinopyroxène et amphibole brune.

  • Les Sables de Mazières (no 4, 5) sont dominés par la staurotide et la tourmaline (respectivement 37 % et 39 %). Ils n’ont ni grenat, ni zircon. Ils renferment un pourcentage de minéraux volcaniques légèrement plus fort que les Sables de Montreuil.

  • Les dépôts de la très haute terrasse au nord de Nazelles (no 9, 27) sont en revanche très riches en zircon (plus de 60 %) et renferment quelques grains de clinopyroxènes, ce qui indique des apports du Massif central.

  • Les sables soufflés (no 3, 6) renferment des pourcentages notables de minéraux volcaniques, en particulier des pyroxènes et quelques amphiboles brunes.

10Dans la vallée de la Loire, les alluvions sont caractérisées par la présence de minéraux volcaniques dont les pourcentages augmentent en général des nappes les plus anciennes aux plus récentes. Les alluvions de la terrasse Fv (no 29) renferment moins de zircon que celles de la très haute terrasse (no 9) et un faible pourcentage d’amphiboles brunes et de clinopyroxènes. En revanche les alluvions des terrasses Fw et Fx sont caractérisées par une forte teneur en minéraux lourds volcaniques : les amphiboles brunes l’emportent sur les clinopyroxènes dans la moyenne terrasse (no 23), alors que l’inverse se produit pour la basse terrasse (no 33). L’olivine apparaît dans les alluvions Fx et donne 30 % des minéraux lourds de la plaine alluviale Fz (no 31).

Identification de plusieurs nappes détritiques

11La confrontation des résultats obtenus par les méthodes précédentes peut déboucher sur l’identification de plusieurs nappes détritiques :

  • Les Sables de Château-Renault (no 15, 16, 17) et de Montreuil (no 8, 11, 12, 13, 26, 28) se ressemblent par leur mauvais classement, leur forte altération et leur composition en minéraux lourds : richesse en staurotide et absence du grenat. La présence de quartz de ponces dans les échantillons no 8, no 26 et probablement no 13 daterait cette formation du Pliocène supérieur (Tourenq et Turland, 1982, Tourenq, 1989) et plus précisément de 3,1Ma (Féraud et al., 1990 ; Nomade et al., 2014a et b). Soumis à la spectrométrie Mössbauer, l’échantillon no 8 contient 73 % d’hydroxydes de fer parmi le fer total, chiffre voisin de ceux obtenus pour les épandages placés dans le Pliocène supérieur entre Angers et Laval (Larue et Grenèche, 1994).

  • Les Sables de Mazières (no 1, 4 et 5) sont issus du remaniement de dépôts marins locaux ainsi que l’attestent la morphoscopie des grains et l’absence de grenat et de zircon (tableau 2), minéraux provenant surtout du Massif central. Les minéraux dominants (staurotide et tourmaline) abondent dans le substrat sénonien (Rasplus et al., 1974).

  • Les alluvions du nord de Nazelles, mieux classées, très riches en zircon témoignent d’un transport fluviatile lointain, leur forte altération souligne une longue exposition à des conditions lessivantes favorisées par l’encaissement fluviatile.

  • Les sables soufflés (no 3 et 6) sont caractérisés par l’abondance des grains RM et des minéraux lourds d’origine volcanique apportés par le vent à partir des alluvions du Val de Loire (tableau 2).

Tableau 2 : Composition en minéraux lourds des échantillons localisés sur la figure 2 et le tableau 1 – Heavy minerals distribution on samples located on fig. 2 and table 1

Tableau 2 : Composition en minéraux lourds           des échantillons localisés sur la figure 2 et le tableau 1 – Heavy minerals distribution on samples located on fig.           2 and table 1

Fx Loir : alluvions de la basse terrasse de Pezou ; Fz : alluvions de la plaine alluviale de la Loire ; Fx : alluvions de la basse terrasse Loire ; Fw : alluvions de la moyenne terrasse Loire ; Fv : alluvions de la haute terrasse Loire.

Fx Loir: Pezou low terrace alluvial deposits; Fz: Loire alluvial plain; Fx: Loire low terrace; Fw: Loire middle terrace; Fv: Loire high terrace alluvial deposits.

Enseignements paléogéographiques

Des apports en provenance de sources multiples

12Liés à la lithologie des bassins versants, les apports des cours d’eau peuvent être caractérisés par leurs cortèges de minéraux lourds. Cependant, ces derniers présentent des différences notables en fonction de l’âge des dépôts, suite à la progression de l’altération avec le temps, mais aussi en raison de possibles modifications de l’aire des bassins-versants. Selon J.-J. Macaire (1983), les alluvions de la Loire sont caractérisées par la présence de pyroxènes et d’olivine, celles du Cher par l’association amphibole-épidote-grenat et par un rapport andalousite/staurotide inférieur à 1, celles de l’Indre par la présence de grenat et par un rapport andalousite/staurotide supérieur à 1. Les cours d’eau descendant du Perche sont riches en staurotide, tourmaline et andalousite ainsi que le montrent les apports du Loir (éch. no 32). En se limitant aux formations alluviales les plus anciennes, du Pliocène supérieur et du Pléistocène inférieur et moyen, les apports du Cher sont caractérisés par la prédominance du zircon et par la présence de monazite et de brookite issues des roches cristallines du Massif central. Les minéraux d’origine métamorphique (andalousite principalement) marquent les flux de l’Indre, le zircon, la staurotide et l’andalousite caractérisent ceux de la Loire.

13Le tableau no 2 montre que les « Sables et graviers continentaux » ont un rapport andalousite/staurotide inférieur à 1, ce qui traduit des apports importants par l’axe du Cher. Néanmoins, on trouve aussi des minéraux traceurs caractéristiques des autres axes fluviaux. Ceci suggère que l’alimentation des « Sables et graviers continentaux » n’a pas été effectuée par un seul paléo-cours, mais que tous les organismes drainant la gouttière centrée sur la Loire y ont participé dans des proportions variables (figure 5).

Figure 5 : Principaux paléoflux du Miocène supérieur au Pléistocène inférieur – Main palaeoflows from Upper Miocene to Lower Pleistocene

Figure 5 : Principaux paléoflux du Miocène           supérieur au Pléistocène inférieur – Main           palaeoflows from Upper Miocene to Lower Pleistocene

1 : massif ancien ; 2 : extension de la Mer des Faluns de Touraine; 3 : Sables de Lozère (Burdigalien inférieur à Pliocène supérieur) ; 4 : Sables et argiles de Sologne (Miocène moyen à Pliocène supérieur) ; 5 : Sables et argiles du Bourbonnais (Pliocène supérieur) ; 6 : Sables et graviers continentaux de Touraine (Miocène supérieur à Pliocène supérieur) ; 7 : témoins alluviaux de l’axe du Cher (Pliocène supérieur) ; 8 : épandages (Miocène supérieur à Pliocène supérieur) et minéraux lourds prédominants (An : andalousite, Gr : grenat, St : staurotide, To : tourmaline, Zi : zircon) ; 9 : cuvette subsidente ; 10 : cours chenalisé et nappe alluviale de 1,1 Ma.
1: basement; 2: Touraine Mer des Faluns; 3: Lozère sands (Lower Burdigalian to Upper Pliocene); 4: Sologne sands and clays (Middle Miocene to Upper Pliocene); 5: Bourbonnais sands and clays (Upper Pliocene); 6: Touraine sands and gravels (Upper Miocene to Upper Pliocene); 7: Cher detritic deposits (Upper Pliocene); 8: detritic flows (Upper Miocene to Upper Pliocene) and main heavy minerals (An : andalusite, Gr: garnet, St : staurolite, To: tourmaline, Zi : zircon); 9: subsidence; 10: chenalised flow and alluvial deposits of 1.1My.

Du Miocène supérieur au Pliocène supérieur : mise en place des « Sables et graviers continentaux »

14Les Sables de Château-Renault, qui ravinent les Faluns et remplissent en partie la ría préfalunienne de la Brenne (figure 2), pourraient traduire des apports locaux du fait de leur mauvais classement. L’absence de grenat, minéral présent dans les Faluns et dans les Sables de Sologne, peut s’expliquer pour une partie par la forte altération météorique qu’ils ont subie. De la profondeur à la surface le long d’un même profil vertical, la diminution du pourcentage de zircon et l’augmentation de ceux de la staurotide et de la tourmaline indiquent que les dépôts proviennent de l’érosion de substrats de moins en moins éloignés : en effet le zircon provient surtout du Massif central et des formations qui en sont issues, alors que la staurotide et la tourmaline sont abondantes dans les terrains avoisinants, comme les craies et sables du Sénonien.

15Plus récents que les Sables de Sologne qui sont situés pour une partie sous les Faluns (Ginsburg et Janvier, 1970, Dewolf, 1982), les Sables de Montreuil ont été qualifiés de post-helvétiens par C. Klein (1973) et par C. Mégnien et al. (1980). Ils ressemblent aux Sables de Sologne par leur richesse en feldspaths et leur charge en graviers et galets d’origine locale (Rasplus, 1978). La découverte par G. Lecointre (1931) de lentilles de marne compacte « présentant des empreintes de coquilles des Faluns » sous les Sables de Montreuil au nord-ouest de Nazelles tend à prouver qu’ils sont issus pour une part de la dissolution des Faluns. Cette thèse est reprise par A. Vatan (1947) qui insiste sur l’efficacité des karstifications post-helvétiennes, mais qui remarque aussi l’importance des faciès de transport dans les Sables de Montreuil. G. Denizot (1927) signale la présence de chailles nivernaises aux côtés de silex régionaux et suggère un raccordement aux « cailloutis préligériens » qui traversent la Sologne. Les cailloutis situés au nord du Beuvron renferment quelques minéraux volcaniques (échantillon no 18) qui témoigneraient d’apports par la Loire amont. Ils pourraient être le prolongement des « Sables et argiles du Bourbonnais » selon D. Cruz Mermy et al. (2007). La découverte de grains de quartz issus de ponces, certains dans les échantillons no 8 et 26, rajeunit fortement ces dépôts ou une partie d’entre eux, mais ne permet pas de mettre en évidence un écoulement direct de la Loire vers l’Atlantique au Pliocène supérieur. En effet, l’absence de grenat et des autres minéraux caractéristiques des nappes pliocènes en provenance du Massif central, comme l’amphibole brune et le sphène, semble interdire un transport lointain par la Loire-amont. Toutefois, l’altération peut avoir entraîné la disparition de ces minéraux (Pastre, 1986). Le mauvais classement des sédiments est un argument supplémentaire. Les dimensions des matériaux, qui augmentent localement vers l’ouest pour les Sables de Mazières peuvent suggérer des transports s’effectuant d’ouest en est et non vers l’Atlantique, cependant il peut s’agir de variations latérales de faciès liées à la distance par rapport au centre du chenal. Les coupes observées ne permettent pas de déterminer avec certitude l’orientation des chenaux. De par leur composition en minéraux lourds, les Sables de Mazières sont probablement plus récents que ceux de Montreuil car ils renferment un plus fort pourcentage de minéraux volcaniques que ces derniers. Toutefois, des datations numériques seraient utiles, comme celles obtenues par la méthode de la résonance de spin électronique (ESR) appliquée aux grains de quartz fluviatiles blanchis optiquement (Despriée et al., 2007 ; Voinchet et al., 2007 ; Tissoux et al., 2011).

16Depuis la régression post-helvétienne jusqu’au Pliocène supérieur, l’érosion semble l’avoir emporté sur l’accumulation. La morphogenèse s’est limitée à des remaniements successifs, incorporant des matériaux issus de substrats de plus en plus locaux. Une telle évolution impose une relative stabilité tectonique pour cette région tourangelle, alors que la Sologne voisine a subi des déformations tectoniques notables (Étienne et Larue, 2011). Toutefois, de petites subsidences locales ou des phénomènes karstiques sont nécessaires pour expliquer le piégeage des dépôts en transit sur la surface acyclique (Dewolf et Pomerol, 1997), en constant réaménagement, du Miocène supérieur au Pliocène supérieur. Les remaniements et accumulations du Pliocène supérieur correspondent à une période de refroidissement et de baisse du niveau marin selon les courbes isotopiques (Lisiecki et Raymo, 2005). Des systèmes d’épandages semblables auraient fonctionné dans le Bassin parisien jusqu’à l’encaissement des cours d’eau (Freytet et al., 1989). Des remaniements se sont aussi produits en Sologne, ils expliqueraient les âges d’environ 700 ka obtenus pour la partie supérieure des Sables et argiles de Sologne (Tissoux et al., 2013).

17Le déversement de la Loire vers l’Atlantique, que C. Passerat (1910), G. Denizot (1927), J. Gras (1963) plaçaient lors de la transgression de la Mer des Faluns, a été rajeuni au Miocène supérieur par J.-C. Yvard (1968 a) qui a mis en évidence du Miocène continental post-helvétien dans la Champeigne tourangelle, et par J. Tourenq et al. (1971) qui démontrent avec des arguments minéralogiques que les Faluns n’ont pas été alimentés par des apports de la Loire-amont, mais plutôt à partir du Massif armoricain. Les caractéristiques sédimentologiques des sables « post-helvétiens » suggèrent que les apports directs par une paléo-Loire chenalisée n’existaient pas au Pliocène supérieur. Il faut attendre le creusement précédant l’accumulation de la nappe alluviale Fu du nord de Nazelles pour que cela se produise (figure 5).

Au Pléistocène : l’encaissement des cours d’eau

18Étudiées par J.-J. Macaire (1983) en Touraine, les terrasses pléistocènes de la Loire sont beaucoup moins étendues qu’en Sologne (Larue et Étienne, 2001 ; Étienne et Larue, 2011). La nappe Fu des alluvions de la Loire (no 9 et 27) ne forme pas une terrasse très régulière en raison de sa dissection ultérieure, néanmoins, elle nous indique que le creusement postérieur à la mise en place des Sables de Montreuil est resté très limité : les alluvions Fu sont emboîtées dans ces derniers. Résultant de mouvements épirogéniques positifs, le creusement des vallées débute, selon J.-J. Macaire (1983 et 1984), à des âges différents selon les secteurs considérés : au Quaternaire ancien en Touraine, mais dès le Pliocène ancien dans le Châtelleraudais. Faute d’affleurements suffisants dans les dépôts Fu, on ne peut affirmer qu’il s’agisse de la première nappe d’origine périglaciaire. Ne contenant que de rares minéraux lourds volcaniques, cette nappe n’est pas le prolongement du fleuve à clinopyroxènes daté de 1,75 Ma qui, selon J. Tourenq et C. Pomerol (1995), rejoignait la Seine à l’aval de Paris. Elle semble se raccorder avec la terrasse Fu qui traverse la Sologne au nord du Beuvron et qui renferme un cortège minéralogique très semblable (éch. no 18). Au nord de Tours, elle correspond à la terrasse de 60 m décrite par E. Chaput (1917). Cette nappe correspond à plus haute nappe alluviale datée de 1,1 ± 0,14 mA dans la vallée du Loir (Tissoux et al., 2011) et de 1,1 ± 0,4 Ma en Sologne (Tissoux et al., 2013). Les courbes isotopiques de L.-E. Lisieki et M.-E. Raymo (2005) indiquent que l’accumulation correspond à une phase de refroidissement et de baisse du niveau marin. De Blois à Nazelles, cette nappe domine la haute terrasse Fv qui se tient à une quarantaine de mètres d’altitude relative par rapport au lit mineur de la Loire. Les terrasses inférieures (Fw, Fx) sont toutes caractérisées par une forte teneur en minéraux lourds volcaniques.

19Au Pléistocène récent, probablement durant les phases froides défavorables à la végétation, les vents ont transporté depuis les alluvions weichséliennes (Fx) du Val de Loire, des sables riches en éléments volcaniques qui aujourd’hui recouvrent des substrats variés (Yvard, 1968b). Localement, ces sables éolisés seraient mêlés à des dépôts pliocènes, comme le suggère le moins bon classement de l’échantillon no 6.

Conclusion

20L’analyse sédimentologique favorise la distinction de différentes nappes au sein des « Sables et graviers continentaux », mais leur âge reste hypothétique, en l’absence de datations absolues. La méthode de la résonance de spin électronique (ESR) pourrait probablement combler ces lacunes. En effet, seule la présence de grains de quartz issus de ponces, émis par le Mont-Dore au Pliocène supérieur, permet d’affirmer que la partie supérieure remaniée des Sables de Montreuil est contemporaine de la mise en place de l’épandage des Sables du Bourbonnais décrit et daté par J. Tourenq (1989). En revanche, les autres caractéristiques sédimentologiques des dépôts vont plutôt à l’encontre de l’hypothèse d’un écoulement direct de la Loire-amont vers l’Atlantique à cette époque. La localisation de ces dépôts grossiers en Sologne et en Touraine indique aussi que les « Sables et argiles du Bourbonnais », transportés par des écoulements divagants, se sont étalés sur une très vaste surface, du Bourbonnais à la Touraine. Ils ont été préservés dans des cuvettes subsidentes de taille inégale qui étaient reliées entre elles par ces écoulements intermittents (figure 5). Le déversement fluviatile définitif ne se serait donc produit que lors du faible creusement précédant l’accumulation de la nappe alluviale résiduelle conservée au nord de Nazelles.

21Issues essentiellement des substrats locaux, ces formations détritiques azoïques, conservées dans des plans très voisins, attestent une relative stabilité tectonique de la région tourangelle, contrairement à la Sologne voisine qui a connu des déformations notables.

Nous remercions Robert Étienne, professeur honoraire, qui s’est chargé de la détermination des minéraux lourds, Anne-Marie Mercier (URA 449, Laboratoire des fluorures, université du Maine) qui a effectué l’analyse des minéraux argileux et Jean-Jacques Pechon qui a réalisé les granulométries avec le granulomètre HR 850 de l’IUT Chimie du Mans. Cet article a bénéficié des corrections et remarques constructives de S. Molliex, J.F. Pastre, G.M. Maillet et de deux relecteurs anonymes.

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Table des illustrations

Titre Figure 1 : Carte topographique du secteur d’étude, d’après les données cartographiques Google – Topographic map of the study area, from Google topographic map
Légende 1 : cours d’eau ; 2 : altitude en m ; 3 : ligne de partage des eaux actuelle entre la Loire et le Loir ; 4 : extension des « Sables et graviers continentaux » de Touraine.1: river; 2: altitude in m; 3: drainage divide between Loire and Loir rivers; 4: limits of “Sables et graviers continentaux” de Touraine.
URL http://journals.openedition.org/norois/docannexe/image/5942/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 2,8M
Titre Figure 2 : Carte de localisation des dépôts détritiques – Location map
Légende 1 : ligne de partage des eaux actuelle entre la Loire et le Loir ; 2 : nappe alluviale Fx de la Loire ; 3 : nappe alluviale Fw de la Loire ; 4 : nappe alluviale Fv de la Loire ; 5 : nappe alluviale Fu de la Loire ; 6 : principaux placages et limites de l’extension des « Sables et graviers continentaux » de Touraine ; 7 : Sables de Mazières ; 8 : Sables de Château-Renault et de Montreuil ; 9 : Sables de Sologne ; 10 : Faluns de Touraine ; 11 : échantillon analysé. L’extension des sables soufflés (échantillons 2, 3, 6 et 7) n’est pas représentée.1: drainage divide; 2: Fx Loire alluvial deposits; 3: Fw Loire alluvial deposits; 4: Fv Loire alluvial deposits; 5: Fu Loire alluvial sheet; 6: oucrops and limits of the Touraine “Sables et graviers continentaux”; 7: Mazières sands; 8: Château-Renault and Montreuil sands; 9: Sologne sands; 10: Falun; 11: analysed samples. Limits of wind-brought sands (samples 2, 3, 6 and 7) are not drawned.
URL http://journals.openedition.org/norois/docannexe/image/5942/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 694k
Titre Figure 3 : Courbes granulométriques d’échantillons localisés sur la figure 2 – Grain-size distribution of samples located on fig. 2
Légende 46 : Sables de Sologne ; 15, 17 : Sables de Château-Renault ; 8 : Sables de Montreuil ; 5 : Sables de Mazières ; 9 : alluvions Fu de la Loire ; 3, 6 : sables soufflés.46: Sologne sands; 15, 17: Château-Renault sands; 8: Montreuil sands; 5: Mazières sands; 9: Fu Loire alluvia; 3, 6: wind-brought sands.
URL http://journals.openedition.org/norois/docannexe/image/5942/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 353k
Titre Figure 4 : Spectres de diffraction des rayons X, obtenus sur la fraction < 40 µm des échantillons localisés sur la figure 2 – X ray diffraction spectra on samples located on fig. 2
Légende I : illite ; K : kaolinite ; Sm : smectite. 9 : très haute terrasse (Fu) de la Loire ; 8 : Sables de Montreuil ; 15, 17 : Sables de Château-Renault ; 53 : Sables de Sologne.I: illite; K: kaolinite ; Sm: smectite. 9: very high Loire terrace (Fu); 8: Montreuil sands; 15, 17: Château-Renault sands; 53: Sologne sands.
URL http://journals.openedition.org/norois/docannexe/image/5942/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 238k
Titre Tableau 2 : Composition en minéraux lourds des échantillons localisés sur la figure 2 et le tableau 1 – Heavy minerals distribution on samples located on fig. 2 and table 1
Légende Fx Loir : alluvions de la basse terrasse de Pezou ; Fz : alluvions de la plaine alluviale de la Loire ; Fx : alluvions de la basse terrasse Loire ; Fw : alluvions de la moyenne terrasse Loire ; Fv : alluvions de la haute terrasse Loire.
URL http://journals.openedition.org/norois/docannexe/image/5942/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 412k
Titre Figure 5 : Principaux paléoflux du Miocène supérieur au Pléistocène inférieur – Main palaeoflows from Upper Miocene to Lower Pleistocene
Légende 1 : massif ancien ; 2 : extension de la Mer des Faluns de Touraine; 3 : Sables de Lozère (Burdigalien inférieur à Pliocène supérieur) ; 4 : Sables et argiles de Sologne (Miocène moyen à Pliocène supérieur) ; 5 : Sables et argiles du Bourbonnais (Pliocène supérieur) ; 6 : Sables et graviers continentaux de Touraine (Miocène supérieur à Pliocène supérieur) ; 7 : témoins alluviaux de l’axe du Cher (Pliocène supérieur) ; 8 : épandages (Miocène supérieur à Pliocène supérieur) et minéraux lourds prédominants (An : andalousite, Gr : grenat, St : staurotide, To : tourmaline, Zi : zircon) ; 9 : cuvette subsidente ; 10 : cours chenalisé et nappe alluviale de 1,1 Ma.1: basement; 2: Touraine Mer des Faluns; 3: Lozère sands (Lower Burdigalian to Upper Pliocene); 4: Sologne sands and clays (Middle Miocene to Upper Pliocene); 5: Bourbonnais sands and clays (Upper Pliocene); 6: Touraine sands and gravels (Upper Miocene to Upper Pliocene); 7: Cher detritic deposits (Upper Pliocene); 8: detritic flows (Upper Miocene to Upper Pliocene) and main heavy minerals (An : andalusite, Gr: garnet, St : staurolite, To: tourmaline, Zi : zircon); 9: subsidence; 10: chenalised flow and alluvial deposits of 1.1My.
URL http://journals.openedition.org/norois/docannexe/image/5942/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 808k
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Pour citer cet article

Référence papier

Jean-Pierre Larue et Édouard de Bélizal, « les formations superficielles entre la Loire et le Loir (sud-ouest du Bassin parisien) : les enseignements de l’analyse sédimentologique », Norois, 240 | 2016, 43-57.

Référence électronique

Jean-Pierre Larue et Édouard de Bélizal, « les formations superficielles entre la Loire et le Loir (sud-ouest du Bassin parisien) : les enseignements de l’analyse sédimentologique », Norois [En ligne], 240 | 2016, mis en ligne le 30 novembre 2018, consulté le 25 janvier 2020. URL : http://journals.openedition.org/norois/5942 ; DOI : 10.4000/norois.5942

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Auteurs

Jean-Pierre Larue

Professeur émérite, Département de Géographie, Faculté des Lettres et Sciences Humaines, Université de Paris-Est-Créteil et CNRS, UMR 8591, Laboratoire de Géographie Physique (LGP), Meudon. (larue@u-pec.fr) CNRS, UMR 8591, Laboratoire de Géographie Physique (LGP), Meudon. (edouard.dbelizal@gmail.com)

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Édouard de Bélizal

CNRS, UMR 8591, Laboratoire de Géographie Physique (LGP), Meudon. (edouard.dbelizal@gmail.com)

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