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Unité fluviatile à échardes volcaniques d’un Interstade à betula/pinus antérieur à 53 ka (début du MIS 3) et optimum glaciaire pendant le MIS 4 au nord des Vosges centrales

Interstadial fluvial organic beds with volcanic shards and betula/pinus pollen older than 53 ka (early mis 3) and mis 4 glacial maximum north of the central Vosges mountains
Serge Occhietti, Anne Gebhardt, Pascale Ruffaldi, Gisèle Allenet de Ribemont et Anne‑Véronique Walter‑Simonnet
p. 1-17

Résumés

Latérale au bassin intra-vosgien de Saint-Dié, la vallée de la Fave a enregistré une séquence sédimentaire continue depuis plus de 53 ka. Le matériel de la nappe grossière inférieure résulte d’apports torrentiels attribués à un épisode de fonte de névés et de masses de glace accumulés pendant le stade MIS 4 sur les reliefs au sud de la vallée. La nappe alluviale supérieure, à dominante silteuse, indique une sédimentation lente sans épisode torrentiel et l’absence d’accumulation significative de névés ou de glace sur le bassin versant pendant le Dernier Maximum Glaciaire et le Tardiglaciaire. Elle inclut une unité basale stratifiée et discontinue à échardes volcaniques, à matière organique datée à plus de 53 ka et de contenu pollinique à Betula/Pinus suivis d’espèces de steppe froide. L’Interstade local est dans la position palynostratigraphique de l’Interstade de Goulotte de la séquence de la Grande Pile, au début du MIS 3. Cet âge est compatible avec celui du tephra de Saint-Germain. Ces données sur la marge nord des Vosges centrales confirment le modèle d’histoire glaciaire mis en évidence dans les Vosges du sud, avec un maximum d’enneigement précoce au début du Würmien moyen (MIS 4) et une extension glaciaire plus restreinte sous climat froid et sec pendant le Würmien supérieur (MIS 2).

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Texte intégral

Les auteurs remercient le Laboratoire de géographie LOTERR de l’Université de Lorraine pour le financement de l’une des datations AMS. Ils remercient Dominique Harmand, Vincent Lebreton et Olivier Moine dont les commentaires ont permis d’améliorer l’article.

1 - Introduction

1Les Vosges représentent un massif de moyenne montagne à une latitude de 48˚N, dont l’histoire glaciaire représente un élément important pour toute modélisation paléoclimatique de l’Europe. Or les travaux sur les fonds de vallées intra-vosgiennes sont rares et ne permettent pas de résoudre l’incertitude sur l’âge des phases glaciaires du Würmien/Weichsélien de ce massif. En effet, faute de repères stratigraphiques en nombre suffisant, l’histoire du dernier étage glaciaire des Vosges reste controversée, entre un modèle minimal prôné par Flageollet (2002) et un modèle avec un maximum glaciaire antérieur au Dernier Maximum Glaciaire (Seret et al., 1990).

2Lors d’une campagne de sondages diagnostiques effectués par l’INRAP (Institut de Recherche Archéologique Préventive) dans la vallée de la Fave du bassin de Saint-Dié (fig. 1), des unités et lentilles de matière organique stratifiée ont été mises en évidence dans la séquence alluviale de cet affluent de la Meurthe. Ces unités in situ, parfois tourbeuses, offrent un potentiel de reconstitutions paléo-végétales postérieures à la mise en place de la nappe alluviale grossière sous-jacente, au cœur du massif des Vosges. Jusqu’à présent, hormis la série continue de la tourbière de la Grande Pile (Woillard, 1978) et les unités de Cusenier et Grand Etang (Seret et al., 1990), localisées au sud des Vosges, aucune unité à matière végétale in situ datée n’est antérieure au Tardiglaciaire dans le Massif vosgien, ses vallées immédiatement périphériques et le Plateau lorrain (Ruffaldi, 2000 ; de Klerk, 2014 ; Ruffaldi et al., 2015).

3L’objectif principal de cet article consiste à définir la séquence alluviale visible de la vallée de la Fave, déposée pendant une grande partie du Würmien des Vosges centrales, en mettant l’emphase sur une unité à débris organiques et échardes volcaniques. L’ensemble des données est placé dans le contexte particulier de la vallée par rapport à son bassin versant sud, à la vallée de la haute Meurthe et aux zones d’englacement des Vosges moyennes et centrales.

Fig. 1 : Localisation de la vallée de la Fave (a) et des coupes de référence (b).

Fig. 1 : Localisation de la vallée de la Fave (a) et des coupes de référence (b).

2 - Cadre régional et travaux antérieurs

4La Fave prend sa source à une douzaine de kilomètres en amont du site étudié, dans les grès triasiques, puis traverse un champ de fractures composé de divers compartiments sédimentaires gréseux et gneissiques. Elle s’écoule ensuite dans une vallée plus large, entre deux ensembles lithologiques bien différenciés : les grès vosgiens sur la rive droite et les formations granitiques et cristallophylliennes de la Croix-aux-Mines en rive gauche. La vallée prolonge vers l’est le bassin structural de Saint-Dié (fig. 2).

5Dans la notice de la carte géologique de France (feuille Saint-Dié, von Eller et al., 1975), les alluvions de la Fave sont attribuées au Würmien (terrains Fy) et décrites comme des dépôts limono‑argileux peu épais (0,50 à 1,50 m), reposant sur des unités de galets, graviers et sables observées jusqu’à 20 m de profondeur. Des lambeaux d’alluvions plus anciennes (Fx et Fw) et de cônes de déjection (Jx et Jw) sont cartographiés sur les rebords de la vallée. Un important glacis (Pv1) est tronqué par la vallée, au nord du site étudié.

6Dans l’unique étude du secteur de confluence entre la Meurthe et la Fave, Kowalski et al. (1990) ont cartographié les glacis de piémont, différencié la terrasse de Sainte-Marguerite du lit majeur de la Meurthe et décrit la partie accessible des alluvions de la Meurthe dans les ballastières en amont de la confluence. Ils ont distingué cinq unités majeures sous la nappe sablo-limoneuse superficielle métrique. L’unité basale de 10 à 12 m d’épaisseur atteinte par dragage, « correspond très certainement au cône ancien » de Sainte-Marguerite, attribué au Rissien sur la carte géologique de Saint-Dié (cône de déjection Jx) et par Kowalski et al. (1990). Les nappes 2 à 5 sont emboîtées dans ce cône terrasse (fig. 3).

7En aval du bassin de Saint-Dié, plusieurs études portent sur les terrasses perchées du Quaternaire (Cordier et al., 2005, 2006) et sur les alluvions de fond de vallée de la Meurthe (Carcaud, 1992). Le style fluvial de la Meurthe du plateau sédimentaire de Lorraine étant distinct du style à forte connotation fluvioglaciaire de la Haute Meurthe, les corrélations entre les deux secteurs restent à établir.

8Concernant l’histoire glaciaire locale, quelques indices de nivation ou de masses de glace temporaires à proximité du bassin versant de la Fave ou sur ses marges sud et sud-est introduisent le débat sur l’extension des glaciers dans les Vosges centrales. Rolland (1971) a décrit des accumulations grossières dans le massif du Champ du Feu, au nord du bassin versant de la Fave (fig. 2). Sur la marge sud de ce bassin, Darmois‑Theobald et Ménillet (1973) ont identifié un vaste cirque dérivant d’une niche de nivation à l’ouest du mont Rossberg (fig. 3a). Ménillet et Fluck (1975) ont inventorié dans les parties hautes du bassin versant de la Liepvrette et de ses affluents plusieurs cirques glaciaires et niches de nivation anciennes, ainsi que des petites moraines (fig. 3a). Ce bassin versant borde la limite sud-est de celui de la Fave. Ménillet (communication personnelle) a localisé de modestes dépôts glaciaires résiduels à l’amont de la vallée du principal affluent sud de la Fave (la Morthe), reportés sur la carte géologique de France (feuille de Gérardmer, Hameurt et al., 1978), ainsi que des niches de nivation en amont de cette rivière et à l’est de la vallée de la Fave (Ménillet, 1985). Tous ces indices (fig. 3) ont servi de point de départ à de nouveaux levés de terrain.

Fig. 2 : Carte des Vosges.

Fig. 2 : Carte des Vosges.

Substrat rocheux et failles, et extension moyenne de glaciation attribuée à l’avant-dernière glaciation (Rissien) selon Flageollet (2002) ou à la phase précoce du Würmien selon Seret et al. (1990).

Fig. 3 : Localisation du cône terrasse de la Meurthe, à Saint-Dié – Sainte‑Marguerite, et des témoins glaciaires et nivaux répertoriés sur le versant sud du bassin de la Fave (a) et disposition des unités alluviales à la confluence des vallées de la Meurthe et de la Fave, d’après Kowalski et al. (1990) et cette étude (b).

Fig. 3 : Localisation du cône terrasse de la Meurthe, à Saint-Dié – Sainte‑Marguerite, et des témoins glaciaires et nivaux répertoriés sur le versant sud du bassin de la Fave (a) et disposition des unités alluviales à la confluence des vallées de la Meurthe et de la Fave, d’après Kowalski et al. (1990) et cette étude (b).

3 - Méthodologie

3.1 - Analyse stratigraphique et pédosédimentaire

9Le suivi géomorphologique des sondages de diagnostic archéologique effectué entre 2006 à 2008 sur la rive gauche de la Fave (fig. 1) (Jude & Gebhardt, 2006 ; Gücker & Gebhardt, 2007 ; Dohr & Gebhardt, 2008) est à l’origine de cet article. Les unités sont décrites selon les critères pédo‑sédimentologiques classiques et regroupées en séquences génétiques correspondant à des phases dynamiques homogènes de sédimentation ou de pédogenèse (Gebhardt et al., 2014).

10Le cadre de référence stratigraphique du Quaternaire des Vosges s’applique à des glaciations sur un petit massif montagneux, au nord de la périphérie de la chaîne alpine. La terminologie alpine semble la mieux appropriée, à condition de se référer pour plus de finesse à la stratigraphie isotopique des carottes océaniques et de glace. Le dernier étage glaciaire alpin a été subdivisé par la Sous-Commission européenne de stratigraphie du Quaternaire en stratotypes (Chaline & Jertz, 1984) : le Würmien ancien (stades précoces pendant le MIS 5), le Würmien moyen qui débute par un stade très froid (MIS 4) suivi de plusieurs oscillations climatiques (MIS 3), et le Würmien supérieur qui inclut le Dernier Maximum Glaciaire et le Tardiglaciaire.

3.2 - Palynologie

11Le contenu sporo-pollinique des dépôts à matière organique en position basale de deux sondages de Remomeix a été analysé respectivement par Gisèle Allenet de Ribemont, à Périgueux, et par Pascale Ruffaldi, à Besançon.

12Au Centre de préhistoire de Périgueux, la préparation physico-chimique des sédiments a été effectuée selon un protocole assez proche de celui de Faegri et Iversen (1989) avec une flottation en liqueur dense mais sans acétolyse. Effectués aux grossissements 400 et 1000, les décomptes ont été poussés jusqu’à l’obtention de sommes supérieures à 300 grains et à l’individualisation de plus de 21 types polliniques, assurant ainsi le fondement des interprétations paléoécologiques (Reille, 1990 ; Leroyer, 1997) et autorisant l’exclusion des Cyperaceae, taxons souvent fortement sur-représentés dans les zones alluviales. À Besançon, les échantillons ont été préparés selon la méthode de Faegri et Iversen (1989) avec coloration par acétolyse. Au total, 43 types polliniques ont été identifiés sur des sommes polliniques toujours supérieures à 500 grains comptés. Les identifications se font à l’aide des clés de détermination (Faegri & Iversen, 1989 ; Moore et al., 1991 ; Beug, 2004), d’atlas photographiques (Reille, 1992, 1995, 1998) et des collections de référence des laboratoires. Les résultats des analyses sont présentés sous la forme classique de diagrammes polliniques tracés avec le logiciel Tilia et TiliaGraph version 2.1.1 (Grimm, 1991-2018).

3.3 - Chronologie

13Une unité contenant de la matière organique a pu être datée au 14C par accélérateur (tab. 1). Les unités de la vallée de la Fave étant non carbonatées, l’effet de vieillissement par le carbone mort est exclu. De plus, le remaniement de débris végétaux remaniés plus anciens peut être considéré comme improbable. Même si la datation de la matière organique diffuse est moins fiable que celle obtenue de macrorestes végétaux terricoles, les âges supérieurs à la limite de la méthode 14C de l’unité à la base de la nappe limoneuse peuvent être pris en compte.

14L’étude du contenu pollinique de l’unité inférieure de la vallée de la Fave et la définition de zones polliniques constituent une deuxième méthode de datation indirecte par calage, en utilisant le diagramme pollinique continu depuis la fin du Rissien-Saalien de la tourbière de la Grande Pile établi par Woillard (1975, 1978) et repris par plusieurs auteurs (Guiot et al., 1989 ; Seret et al., 1990, 1992 ; de Beaulieu & Reille, 1992) comme diagramme de référence.

15Une troisième approche de chronologie relative est appliquée aux phases de construction des nappes alluviales de la Meurthe et de la Fave, en tenant compte des altitudes relatives, du contexte paléoenvironnemental et climatique, notamment de la présence de glaciers ou de névés en amont des bassins versants.

16Le nord-est de la France étant à l’intersection des zones d’influence de grands centres éruptifs ayant été en activité durant le Quaternaire, la chronologie relative a aussi été abordée via la recherche de cendres volcaniques dans l’unité à matière organique. Celle-ci a été systématiquement prélevée tous les centimètres. Après attaque de la matière organique par ajout de H2O2 (35 %), la fraction minérale des échantillons a été observée au microscope polarisant afin d’être décrite. Les échantillons contenant des échardes volcaniques sont ensuite tamisés à 20 μm. La fraction > 20 μm a été traitée par la méthode de séparation par densité (Blockley et al., 2005) afin de concentrer les échardes de verre volcanique (densité < 2,55) et les phénocristaux (densité ≥ 2,8) présents en vue d’une éventuelle analyse chimique par microsonde électronique.

Tab. 1 : Âges 14C de la matière organique de l’unité sablo-limoneuse R2 de la vallée de la Fave.

Tab. 1 : Âges 14C de la matière organique de l’unité sablo-limoneuse R2 de la vallée de la Fave.

3.4 - Levés de terrain

17Les reliefs au-delà de 800 m d’altitude des versants sud et sud‑est de la Fave sont potentiellement favorables à l’accumulation de névés et de masses de glace au cours des étages froids du Quaternaire. Ils sont à la marge nord des anciennes calottes glaciaires vosgiennes (fig. 2). Une grande partie des indices d’ancienne nivation ou d’activité glaciaire signalés par les auteurs déjà cités ont été vérifiés sur le terrain. D’après ces indices et de nouvelles données, l’empreinte glaciaire n’est pas manifeste ou serait ancienne et très fortement altérée. Dans la majorité des cas, l’origine des formes observées reste ambiguë. Les cônes torrentiels de moyenne montagne se distinguent difficilement des cônes issus de glacierets, de névés ou de niches de nivation. Certains bourrelets transversaux aux vallons et vallées peuvent correspondre à des haldes de minières, des cônes torrentiels latéraux, des témoins de la Guerre de 1914‑1918 ou à des aménagements plus récents.

4 - La séquence alluviale de la basse vallée de la Fave

4.1 - Contexte du secteur étudié

18Le site est localisé à Remomeix dans la partie élargie de la plaine, à 3 km en amont de la confluence entre la Fave et la Meurthe, vers 367 m NGF (fig. 1). À cet endroit, la basse vallée de la Fave est large de 1,5 km. En allant vers l’aval, la vallée est interrompue par le rebord surélevé de 2 m de la terrasse de Sainte‑Marguerite. Au nord de cette terrasse, la Fave s’écoule dans une vallée étroite de 300 m de large et de 2500 m de long avant de rejoindre la Meurthe. La partie large de la basse plaine alluviale, de pente très faible (0,5 %), est mal drainée.

19La terrasse de Sainte-Marguerite fait partie d’un même cône terrasse qui s’étendait jusqu’à Saint-Dié dans lequel sont emboîtées les nappes décrites par Kowalski et al. (1990) (figs. 3a & b). Ce cône alluvial, que l’on peut nommer cône terrasse de Saint-Dié-Sainte-Marguerite, a débordé dans la basse vallée de la Fave à la rencontre des alluvions grossières contemporaines de cet affluent. Le cône est en position analogue à celle des épandages de Golbey de la vallée de la Moselle, en aval d’Épinal. Ces derniers, réétudiés par Cordier et al. (2014), sont composés de deux unités séparées par une surface d’érosion. L’unité inférieure a donné des âges de 147 ± 14 ka et 138 ± 15 ka (LUM 2304 & LUM 306), ce qui place l’unité à la transition glaciaire‑interglaciaire MIS 6-MIS 5. L’unité supérieure datée de 88 ± 7 ka (LUM 205) est attribuée à un épisode du MIS 5. Compte tenu de l’étendue du cône de Saint-Dié-Sainte-Marguerite sur toute la largeur de la vallée de la Meurthe, il semble plus cohérent de l’attribuer à l’épisode majeur de déglaciation de la fin du Rissien.

4.2 - Géométrie des dépôts alluviaux

20Deux transects discontinus en travers de la rive gauche de la Fave (fig. 1) et des sondages dispersés révèlent une nappe grossière basale d’épaisseur et de composition sous-jacente mal connues (figs. 4 & 5), recouverte par une nappe stratifiée à dominante limoneuse, puissante de 1,5 à 2 m. Cette nappe supérieure comprend une succession d’unités pédo‑sédimentaires dont les limites sont nettes ou graduelles, rarement érosives (figs. 4 & 5). L’unité inférieure à matière organique stratifiée forme au-moins une lentille basale large de moins de 100 m sur une épaisseur de quelques décimètres (figs. 4c & d). Au-dessus, un lit limoneux rougeâtre bariolé avec un réseau de taches blanches, de 1 m d’épaisseur ou plus, représente un repère continu (fig. 4a). Des lentilles discontinues à matière organique de l’Holocène sont intercalées entre le sommet du limon bariolé et la couche limoneuse supérieure continue (Jude & Gebhardt, 2006 ; Gücker & Gebhardt, 2007 ; Dohr & Gebhardt, 2008).

Fig. 4 : Unités supérieures de la nappe alluviale de la basse vallée de la Fave et exemple d’accumulation glaciaire.

Fig. 4 : Unités supérieures de la nappe alluviale de la basse vallée de la Fave et exemple d’accumulation glaciaire.

a) Principales unités supérieures de la nappe alluviale. b) Aménagement en billons de la surface de labour et structures polygonales dans l’unité des limons bariolés R4. c) Contact entre les unités R2 et R3, coupe T9 ; la flèche blanche indique le lit avec esquilles volcaniques. d) Détail de l’unité à matière organique R2, coupe A5; la flèche blanche montre le lit avec esquilles volcaniques. e) Formes des galets de la partie supérieure de la nappe grossière. f) Petit bourrelet morainique transversal à la vallée du Raumont, versant sud du bassin de la Fave.

Fig. 5 : Coupe composite et évolution pédosédimentaire de la basse vallée de la Fave.

Fig. 5 : Coupe composite et évolution pédosédimentaire de la basse vallée de la Fave.

La flèche indique le lit avec esquilles volcaniques

4.3 - La nappe alluviale inférieure grossière

21À la base de la partie visible de la nappe de la Fave, l’unité locale R1 est composée de matériel grossier hétérométrique, comprenant surtout des galets et quelques blocs de longueur supérieure à 20 cm. Les galets ont fréquemment une forme allongée ou triangulaire (fig. 4e). Un échantillon de 200 cailloux contenait 20 % de galets de longueur supérieure à 10 cm. Parmi ces galets, environ 85 % étaient sub-anguleux et 15 % anguleux, avec 60 % de galets irréguliers et 40 % de galets plats. Parmi les galets de longueur inférieure à 10 cm, la proportion des galets anguleux diminue légèrement (12 %) et de rares galets sont arrondis. L’ensemble évoque des gélifracts ou des cailloux glaciaires faiblement usés par le transport torrentiel et fluviatile.

22La composition lithologique est très variée, avec presque 60 % de granite, mais n’inclut pas de grès du Buntsandstein. Quelques rares galets de quartz et quartzite proviennent peut-être de filons, mais la rareté des galets arrondis exclut un apport des conglomérats du Permien et du Trias. L’ensemble détritique semble être presque exclusivement issu de la marge sud et sud-est du bassin versant de la Fave, localisée dans les Vosges hercyniennes.

23L’épaisseur de l’unité grossière R1 dans le secteur étudié n’est pas connue. D’après quelques sondages et forages répertoriés par le BRGM (http://infoterre.brgm.fr), le substratum est atteint à une profondeur comprise entre 13 m (site BSS000WUZK) et 21 m (site BSS000WUPU). Selon les descriptions des forages, le matériel grossier est variable et inclut du sable, du gravier et des galets en proportions variables, avec ou sans matrice argilo-limoneuse, ainsi que des galets « pourris » et des lits d’argile. La nappe grossière est stratifiée et la partie inférieure est souvent très altérée. On peut en conclure que le fond de vallée de la Fave a été comblé en plusieurs phases, après un surcreusement majeur d’âge indéterminé. L’unité R1 représente la dernière phase, emboîtée dans les nappes antérieures.

4.4 - Analyse pédosédimentaire de la nappe limoneuse supérieure de la basse vallée de la Fave

24Sous la prairie labourée en billons pour échapper à la nappe hydrique affleurante (fig. 4b ; Gebhardt, 2008), les sondages ont permis de retrouver la même séquence globale comprenant des alluvions fines différenciées en limons plus ou moins argileux, localement intercalés de petites passées sableuses et de dépôts organiques plus ou moins tourbeux reposant sur les alluvions grossières R1.

25L’unité inférieure R2 à matière organique (fig. 4c) est composée de plusieurs lits distincts de granulométrie allant de sables grossiers à petits cailloux, à la base, à des débris végétaux fins disséminés dans de l’argile et des pseudo-tourbes brunes ou noires constituées de débris végétaux non identifiables. L’unité R2, d’une épaisseur de quelques décimètres aux Sondage 1, A5 et D5, est réduite latéralement à un lit sableux à matière organique disséminée. L’unité semble la plus complète sur la coupe A5 (figs. 1 & 4c). Le lit inférieur R2a, constitué de sable grossier à petits cailloux et matière organique disséminée, nappe les galets sous-jacents de l’unité R1 selon une surface irrégulière. Ce lit atteint 35 mm d’épaisseur. Un premier lit d’argile « tourbeuse » à stratification discrète (R2b) est ensuite recouvert de silt sableux à matière organique (R2c). Des lits bien différenciés et très riches en matière organique, plus ou moins argileux et finement laminés, forment l’ensemble R2d d’apparence tourbeuse (figs. 4c & 5). Il ne s’agit pas de tourbe au sens génétique strict, mais de matière organique laminée très fine ou composée de fibres non identifiables. Un lit discret, de quelques millimètres d’épaisseur et composé de sable très fin et silt de couleur blanche, est intercalé dans le lit de tourbe noire (fig. 4d). Il n’est visible que par contraste de couleur.

26Les lits R3a de sables gleyifiés et R3b d’argile grise compacte (figs. 4c & 5) semblent stériles. Ils coiffent en concordance le lit à matière organique R2d sous-jacent. Le contact supérieur, sous le limon bariolé R4, est parfois marqué par un lit de sable centimétrique.

27L’unité de silt bariolé R4 sert de repère à l’ensemble des sondages. Fortement pédogénisée, elle est plus sableuse à la base. Elle présente un réseau de veines blanches verticales (fig. 4a) disséminées dans le sédiment de couleur rougeâtre ou parfois verdâtre. En plan, les veines blanches forment des polygones irréguliers (fig. 4b). L’unité peut atteindre 2,30 m d’épaisseur au site AC3. Malgré la forte pédogénisation de l’unité, des témoins de la stratification restent visibles sous forme de minces lits discontinus de sable avec parfois des petits cailloux disposés à plat.

28Un autre type d’unité à matière organique (R5 et R5’) est observé sur les coupes du Sondage 1 et du Bassin (fig. 1) sous forme de lentilles localisées entre le limon bariolé R4 et l’argile limoneuse R6 massive.

29L’unité R6a, une argile limoneuse grise, massive et compacte n’a été observée que sur les coupes T9 et le Sondage1. L’unité R6b s’étend à l’échelle de la plaine alluviale. C’est un limon argileux partiellement de couleur rouille, parfois sableux, de 30 cm d’épaisseur. La limite entre R6a et R6b est diffuse et correspond à une limite pédogénétique (fig. 4a). Un horizon irrégulier de labour (LA) coiffe la nappe limoneuse.

30L’ensemble de la séquence est affecté par trois phases de pédogenèse de type réductisol (fig. 5). La première (P1) est un réductisol stagnique (H/G ; Baize & Girard, 2008) qui s’est développé dans la plaine de la Fave lorsque la nappe phréatique était haute. La seconde phase (P2), de type réductisol histique (H/Go/Gr ; Baize & Girard, 2008), est typique d’un milieu de plaine alluviale temporairement saturée en eau. L’horizon « bariolé » correspond à la zone saturée soumise à une ou plusieurs phases d’oxydation (Go) associées à une baisse saisonnière de la nappe hydrique, tandis que les horizons réduits (Gr) restent en permanence sous la limite de la nappe d’eau. La dernière pédogenèse (P3) est un réductisol typique (LA/Go/Gr : Baize & Girard, 2008) affecté par les activités agricoles modernes et la formation d’un horizon de labour (LA).

4.5 - Âge de l’unité inférieure R2 à matière organique de la coupe A5

31Des fragments végétaux de l’ensemble R2d d’apparence tourbeuse (figs. 4c & 5) ont donné deux âges supérieurs à la limite de la méthode Radiocarbone, dont l’un de plus de 53 000 ans (tab. 1).

32Ce même ensemble R2d contient un lit très mince et blanc (fig. 4d) contenant des cendres volcaniques. L’observation au microscope optique de sa fraction minérale a effectivement mis en évidence la présence de petites échardes de verre (fig. 6). Leur faible nombre et très petite taille (environ 20 μm) n’ont pas permis d’obtenir suffisamment de matériel analysable par microsonde électronique. En l’absence d’analyse chimique de ces échardes, il n’est pas possible de remonter directement à l’éruption source de ces cendres volcaniques.

Fig. 6 : Aspect et taille de quelques échardes de verre volcanique présentes dans le lit blanc de l’ensemble R2d (photographie au microscope photonique).

Fig. 6 : Aspect et taille de quelques échardes de verre volcanique présentes dans le lit blanc de l’ensemble R2d (photographie au microscope photonique).

4.6 - Analyse pollinique de l’unité à matière organique R2 de Remomeix

33L’unité inférieure à matière organique R2 d’âge radiocarbone plus grand que 53 ka (tab. 1), représente dans les Vosges une rareté en tant que formation alluviale à matière végétale sédimentée. Pour cette raison, un deuxième diagramme pollinique a été réalisé par Pascale Ruffaldi indépendamment du premier de Gisèle Allenet de Ribemont, sur une coupe différente. Il s’agissait de vérifier la continuité relative de l’unité R2 à la base de la nappe limoneuse de la Fave et d’écarter l’hypothèse de lentilles diachroniques à végétation différente.

4.6.1 - Contenu pollinique de l’unité inférieure R2 à matière organique sur la coupe S2 (par Gisèle Allenet de Ribemont)

4.6.1.1 - Stratigraphie et échantillonnage

34La colonne S2, prélevée sur un rail de 106 cm de hauteur a été détaillée en 96 échantillons ; 18 d’entre eux, distants de 2 à 10 cm ont été analysés. En raison de l’insuffisance de sédiment fin sur les premiers cm de la base de la carotte, le premier échantillon analysé se situe à 4 cm de la base. Le sédiment tourbeux évolue progressivement en argile brune organique (éch. 47 à 82) puis en argile grise montrant des traces d’oxydation (éch. 87), et enfin en argile sableuse, gris-verdâtre et « rouille » (éch. 92). La teneur en matière organique soluble, révélée par une solution de potasse, est très forte dans les 35 premiers cm (éch. 3 à 32), elle s’amenuise un peu mais reste fortement marquée jusqu’à 75 cm (éch. 72) puis s’amoindrit considérablement. Afin de mieux visualiser les courbes des taxons de faible amplitude, le diagramme est construit sur une somme pollinique d’où est exclue la part des herbacées liées au milieu marécageux local, notamment les Cypéracées (plus de 40 % dans certains niveaux) et de rares herbacées aquatiques (fig. 7). Les groupes « autres herbacées » sont composés des taxons les plus sporadiques et inférieurs à 1 %. La courbe AP (total des pollens de ligneux) s’échelonne de 14,1 (éch. 3) à 41,1 % (éch. 72). Le spectre pollinique est dominé par les Poacées.

Fig. 7 : Diagramme pollinique de l’unité à matière organique R2, coupe Sondage 2.

Fig. 7 : Diagramme pollinique de l’unité à matière organique R2, coupe Sondage 2.

Il est exprimé en pourcentage des différents taxons polliniques identifiés et selon une échelle stratigraphique (cm). Les valeurs de pollen des Cyperaceae, des aquatiques et des indéterminés sont exclues des calculs de pourcentages polliniques. Les courbes d’exagération correspondent à un facteur multiplicateur de 5. Autres herbacées 1 : à connotation steppique; Autres herbacées 2 : de lieux humides.

4.6.1.2 - Description de la séquence

35Dans la zone 1 on observe un croisement des courbes polliniques du bouleau (Betula) et du pin (Pinus) aboutissant à l’installation d’une pinède. Durant cette évolution le paysage végétal semble très ouvert avec un couvert arboré très clairsemé. Cette première zone se partage en trois sous-zones.

  • Sous-zone  1a : À la base de la séquence, le ligneux majoritaire est le bouleau (6,9 %) devant le pin (3,2 %,), le saule (Salix, 2,9 %), le genévrier (Juniperus, 0,9 %) et les Ericacées (0,3 %). Pin et bouleau progressent conjointement jusqu’à l’échantillon 13 et atteignent ainsi le même taux de participation (12 %). Les fréquences des autres ligneux n’en sont guère modifiées ; l’épicéa s’ajoute à la liste. Le spectre pollinique est très fortement dominé par les Cypéracées et les Poacées et un large cortège d’héliophiles.

  • Sous-zone 1b : La hausse du bouleau ne perdure pas, ses fréquences tendent à fluctuer à la baisse. La progression du pin subit plusieurs oscillations. Hormis tout d’abord un léger renforcement temporaire du saule et semble-t-il de quelques herbacées steppiques (ex : Rubiacées) puis de rares taxons ligneux mésothermophiles (Corylus), ces fluctuations se répercutent essentiellement sur les fréquences de Poacées. Cette « instabilité » pourrait être plus un effet dû au mode des apports sédimentaires qu’à de réelles modifications du couvert végétal. 

  • Sous-zone 1c : Cette zone est caractérisée par l’extension nette de Pinus et l’effacement du bouleau conjointement à un recul abrupt des Cypéracées et plus progressivement de l’ensemble des herbacées héliophiles. La régression des Poacées reste toutefois très modérée. Le pin constitue alors la quasi-totalité de la strate arborée, seules les fréquences de saule sont continues. La pinède s’est installée, le saule persiste sur les terrains humides.

36La zone 2 est caractérisée par une régression du pin, l’effacement du saule, la disparition des rares mésothermophiles puis une reprise peu significative du bouleau. En effet, au-delà de l’éch. 82, correspondant à un changement sédimentaire, les arbres se raréfient au profit des Poacées et des plantes steppiques de façon générale guidées par les Caryophyllacées. Les Cypéracées disparaissent ensuite.

4.6.2 - Contenu pollinique de l’unité inférieure R2 à matière organique de la coupe A5 (par Pascale Ruffaldi)

37Les échantillons, prélevés sur une section partielle de l’unité R2, sont assez riches en matériel sporo-pollinique, avec des grains de pollen relativement bien conservés. Les spectres polliniques montrent un paysage ouvert avec des valeurs des pollens arboréens autour de 15 % et d’environ 40 % pour l’échantillon du sommet (fig. 8). Nous sommes en présence d’un environnement steppique avec une large dominance des Poaceae et des Cyperaceae, associées à un cortège de plantes héliophiles (Artemisia, Heliantemum, Thalictrum, Plantago major/media et Plantago alpina, Potentilla, Armeria, Centaurea montana). Sur cette section partielle, on note également la présence d’autres plantes mésohygrophiles associées aux Cyperaceae comme Filipendula, Polygonum bistorta, Sanguisorba officinalis et des plantes hygrophiles (en moindre mesure) comme Typha/Sparganium et Potamogeton. Les arbres ne sont représentés que par Pinus, Betula et Salix accompagnés d’arbustes comme Juniperus et Hippophae. Le signal pollinique est très homogène et suggère tout au long de l’enregistrement un paysage de toundra, plus ou moins boisé, sans exclure la possibilité d’apports lointains.

Fig. 8 : Diagramme pollinique de l’unité à matière organique R2, coupe A5, de la vallée de la Fave.

Fig. 8 : Diagramme pollinique de l’unité à matière organique R2, coupe A5, de la vallée de la Fave.

Le diagramme est exprimé en pourcentage des différents taxons polliniques identifiés et selon une échelle stratigraphique (cm). Les valeurs de pollen de Cyperaceae sont exclues des calculs de pourcentages polliniques. Les courbes d’exagération correspondent à un facteur multiplicateur de 5.

4.7 - Levés de terrain au sud et sud-est de la Fave

38En contrebas de crêtes larges situées au-dessus de 1000 m d’altitude, le haut du bassin versant de la Morthe et de ses affluents est composé de plusieurs niches, amphithéâtres et hautes vallées propices à l’accumulation de neige, de névé et, lors de phases très froides et enneigées, de petits glaciers de cirque et de fond de vallée (fig. 9). À titre de comparaison, les glaciers de cirque du Dryas récent ont déposé des moraines entre 900 m et 1000 m d’altitude à 20 km plus au sud (Flageollet, 1991 ; Cordier et al., 2007 ; Walter-Simonnet, 2012).

39La disposition sud-nord et le net surcreusement des vallées de la Morthe et de ses affluents évoquent l’intervention répétée de masses de glace et de névé accumulées sur les surfaces sommitales et des eaux de fonte associées, sans exclure l’action de glaces de débordement issues de la marge nord de la calotte des Vosges centrales et méridionales.

40La dépression de la forêt domaniale de la Croix-aux-Mines, de l’ordre de 10 km2 (fig. 9), perchée entre 100 et 740 m, offre le plus fort potentiel d’englaciation locale. Elle est adossée au Rossberg dont le sommet culmine à 1130 m d’altitude et à une ligne de crêtes périphériques, d’altitude le plus souvent supérieure à 1000 m. La dépression est traversée d’est en ouest par une vallée qui prolonge celle de la Morthe et où débouchent trois dépressions se terminant en amphithéâtre. Le haut des versants est couvert par une couverture pluridécimétrique de débris composés de sables arénitiques, cailloux anguleux et matrice de couleur ocre.

41En plus des dépôts d’environnement glaciaire identifiés par Hameurt et al. (1978), plusieurs témoins confirment l’intervention d’eaux torrentielles et de transport de blocs et de matériel grossier (fig. 3a). Dans la vallée sud-nord du ruisseau Raumont, un ressaut transversal couvert de blocs semble correspondre à une moraine transversale, vers 800 m d’altitude (figs. 3a & 4f).

42Globalement, la morphologie indique un héritage glaciaire marginal, non abouti en cirques ou vallées en auge. Le substrat des versants est altéré, et des dépôts grossiers forment des amas transversaux incisés par érosion torrentielle. Les vallées sud-nord de la Morthe et de ses affluents sont dissymétriques. Les versants du côté ouest, abrupts et à faible couverture de débris, correspondent aux versants recouverts de névés, comme on peut l’observer actuellement sur le versant alsacien de la ligne de crête du Hohneck (Wahl & David, 2007). Cette disposition confirme l’apport de neige par des vents d’ouest pendant les stades froids. Les névés pérennes ont probablement évolué en glace stagnante.

Fig. 9 : Anciennes niches de nivation sur le versant sud de la Fave.

Fig. 9 : Anciennes niches de nivation sur le versant sud de la Fave.

5 - Interprétation

5.1 - Origine et mode de mise en place de l’unité sommitale R1 de la nappe grossière de la basse vallée de la fave

43La lithologie des galets indique que l’unité R1 provient exclusivement du socle vosgien. Comme le corpus de galets est peu altéré et présente des cailloux de granite sain, l’absence d’éléments gréseux en affleurement sur le versant nord de la vallée de la Fave ne résulte pas d’une altération post-sédimentaire et reste significative. Cela prouve également que la nappe grossière de la Fave, dans son ensemble, est composite, avec la superposition d’au moins une unité profonde très altérée et d’une unité sommitale non altérée (fig. 3b). La présence d’unités intermédiaires correspondant à celles des ballastières de Sainte-Marguerite est probable, mais n’est pas démontrée ici. On ne peut pas non plus établir de corrélation directe entre l’une des unités 2 à 5 de Sainte-Marguerite et la nappe R1 sommitale de la vallée de la Fave. Toutefois, l’unité R1, antérieure à 53 ka, ne peut pas être synchrone des unités supérieures 4 et 5 relatives à des épandages de la fin du Dernier Maximum Glaciaire et du Tardiglaciaire (Kowalski et al., 1990). Ces nappes grossières tardives peuvent être suivies en aval dans la vallée de la Meurthe (Carcaud. 1992 ; Cordier et al., 2006, 2007, 2014 ; Harmand & Cordier, 2012 ; Occhietti et al., 2012).

44La forme sub-anguleuse peu régularisée des galets (fig. 4e) confirme un transport de sédiments sur des distances modérées. La nappe R1 ne contient pratiquement pas de galets bien roulés que l’on rencontre en contexte fluvioglaciaire ou en position très lointaine par rapport au lieu d’incorporation des débris. Les gros galets de l’unité R1 impliquent toutefois un transport à haute énergie selon un mode torrentiel. Leur présence en basse vallée correspond à un épandage avec un fort gradient de pente en amont. L’apport grossier ne peut provenir que des affluents issus du massif situé au sud et sud-est du bassin versant de la Fave (fig. 3), en particulier la Morthe et ses affluents. Ce matériel grossier serait donc issu des hauts de versant à névés ou petits glaciers et également de l’incorporation, pendant le transit torrentiel, de débris de glacis-versants des vallées en contrebas.

45La nappe se serait étalée dans la dépression de la basse Fave, après une phase d’incision de l’ordre de 4 m dans les alluvions antérieures du cône terrasse de Saint-Dié-Sainte-Marguerite, d’après le relief relatif de 2 m de ce cône et la profondeur de la nappe grossière. Plusieurs facteurs vont en faveur de cette hypothèse d’emboîtement et de flux venant du secteur sud: (i) des lambeaux de terrasses plus anciennes bordent la plaine alluviale actuelle de la Fave (von Eller et al., 1975), (ii) le tracé actuel de la Fave longe le rebord nord de la vallée (fig. 3). Cette position asymétrique dans la vallée est attribuée au déversement torrentiel d’anciens cours d’eau issus des reliefs au sud de la vallée, dans l’axe des modestes ruisseaux actuels de la Morthe et de ses affluents. Elle est à l’origine du faible développement du réseau hydrographique dans le secteur sud-ouest de la plaine de la basse Fave, entre le versant en glacis au sud et le talus de la terrasse de Sainte-Marguerite à l’ouest.

46Le déversement par son intensité implique un influx d’eaux de fonte majeur, que l’on ne peut pas associer aux modestes témoins de glacierets ou de névés observés sur le terrain. Il correspond nécessairement à un stade glaciaire majeur.

5.2 - Position palynostratigraphique et âge de l’unité inférieure à matière organique R2 de la vallée de la Fave : l’Interstade local de remomeix au début du MIS 3

47Deux des trois datations 14C-AMS de la matière organique de l’unité R2 sont supérieures à 53 ka et les trois sont au-delà de la limite de la méthode (tab. 1). L’unité R2 s’est déposée au cours d’un épisode de colonisation végétale à bouleau suivi d’une phase d’apport pollinique de pin qui précède une ouverture steppique froide. Ce retour rapide au froid sec écarte l’hypothèse d’un dépôt mis en place au début de l’interglaciaire Eemien. De plus, une attribution de l’unité R1 à la fin du Rissien-Saalien ne tiendrait pas compte de l’emboîtement de cette unité R1 dans les alluvions anciennes de la terrasse de Sainte-Marguerite attribuées au Rissien/Saalien. Les unités R1 et R2 sont nécessairement postérieures à l’optimum climatique du MIS 5e (optimum Lure de Woillard, 1975).

48L’intensité de froid requise pour favoriser une accumulation de névé ou de glace et un écoulement torrentiel aboutissant à l’encaissement et à la mise en place de l’unité R1 ne correspond pas aux stades frais Melisey I de la séquence de la Grande Pile (Woillard, 1975, 1978) (MIS 5d) et Melisey II (MIS 5b). L’hypothèse d’une corrélation de l’unité R1 avec la phase de fonte de la fin du complexe Ognon et Stade 1 (MIS 4) semble la plus plausible. Si l’on admet l’absence de hiatus prolongé entre le sommet R1 de la nappe grossière et le sable basal caillouteux à débris végétaux dispersés (R2a), l’unité R2 dans son ensemble évoque un Interstade frais pendant le Würmien ancien sensu lato, Interstade qui succède directement ou presque à un stade très froid.

49Sur le diagramme pollinique détaillé de la Grande Pile révisé par Seret et al. (1992), partiellement reproduit sur la figure 10, une séquence pollinique Betula/Pinus/Steppe, en position stratigraphique compatible avec un âge supérieur à 53 ka mais inférieur à celui de la fin de l’Eémien, telle qu’enregistrée par l’unité R2 de Remomeix, n’apparaît que pendant l’épisode nommé Goulotte ou, avec moins de probabilité, pendant un épisode bref du stadiaire Ognon sous-jacent (fig. 10). À noter que la zone pollinique Pile de Woillard (1978) a été ultérieurement subdivisée en trois zones : Goulotte-Stadiaire II-Pile par ces auteurs. L’épisode Goulotte succède au Stadiaire 1 et au complexe Ognon sous-jacent qui représentent l’équivalent continental du MIS 4 (Lisiecki & Raymo, 2005) (fig. 10). L’absence de limite chronologique précise de l’unité organique R2 et la difficulté d’estimer la durée de sédimentation de celle-ci ne permettent pas de corréler définitivement l’unité R2 avec l’épisode Goulotte, mais compte tenu de l’âge supérieur à 53 ka obtenu, le petit Interstade Goulotte est le plus probable (fig. 10). À noter que le pourcentage pollinique de Juniperus, de 10% à la Grande Pile, est très faible (1 %) dans l’unité R2 de la vallée de la Fave. Dans tous les cas, il s’agit du début du MIS 3 où les conditions climatiques sèches-froides favorisent les groupements steppiques que l’on peut comparer à une « steppe de la forêt boréale » décrite par Duprat-Oualid et al. (2017) aux débuts de leurs enregistrements sur le site du Bergsee vers 45 ka et qui correspond à un paysage sec dominé par la steppe avec quelques éléments de la forêt boréale.

50La présence d’échardes de verre volcanique au sein de l’unité R2 vient appuyer l’hypothèse d’une corrélation avec l’épisode Goulotte. En effet, même si la caractérisation chimique du verre volcanique n’a pas pu être réalisée, seuls trois téphras d’âge supérieur à 53 ka ont été décrits dans le nord-est de la France et en Belgique. Les plus anciens, les téphras de Remouchamps et de Rocourt, sont respectivement datés de 106 ± 6 ka (Juvigné, 1993, 1999) et entre 74 et 90,3 ka (Gewelt & Juvigné, 1986 ; Juvigné & Gewelt, 1988 ; van den Haute et al., 2003 ; Pirson et al., 2004 ; Pouclet et al., 2008), et étant antérieurs au MIS 4, sont donc trop âgés. En revanche, le téphra de Saint Germain, aussi appelé « Diopside ash fall », et décrit dans la séquence de la Grande Pile, a été daté entre 53 et 62 ka (Woillard & Mook, 1978 ; Juvigné & Mörner, 1984 ; Juvigné, 1990). Cet âge est contemporain de l’épisode Goulotte.

51Quel que soit l’épisode, celui-ci succède à un stadiaire froid dont la phase finale est représentée dans la vallée de la Fave par la partie supérieure de la nappe grossière, l’unité R1. La mise en place de cette unité termine, dans le contexte des Vosges centrales, une phase extrême de froid et d’enneigement.

52Dans l’hypothèse d’une réponse régionale synchrone avec le reste de l’hémisphère Nord de la phase froide majeure du Stade isotopique MIS 4, l’épisode Remomeix à matière organique de la Fave lui succède immédiatement et correspond à l’interstadiaire de Goulotte. Dans l’hypothèse d’une réponse régionale froide dans les Vosges plus tardive ou plus longue, comme l’ont évoqué Seret et al. (1990), l’épisode à matière organique de la Fave peut correspondre à l’une des fluctuations du Stadiaire Ognon. Dans les deux cas, le modèle de Seret et al. (1990) d’un englacement précoce, au début du Würmien moyen, et d’ampleur supérieure à celui du Dernier Maximum Glaciaire, tel que proposé par ces auteurs dans la région sud des Vosges, peut être appliqué à la marge nord des Vosges centrales et moyennes, et probablement aux massifs isolés du Champ du Feu (1099 m d’altitude) et du Donon (1009 m d’altitude) (fig. 2).

53La faiblesse de l’accumulation de glace pendant le Dernier Maximum Glaciaire sur les reliefs au sud de la Fave, malgré des altitudes favorables et une position plus septentrionale que la calotte des Vosges, est attribuée à trois facteurs. La région est éloignée des centres de dispersion glaciaire majeurs, la surface topographique au-dessus de 800 m est morcelée, mais le facteur principal est probablement la faiblesse des précipitations neigeuses après le stade froid et humide (MIS 4) du début du Würmien moyen.

Fig. 10 : Positions palynostratigraphiques possibles (carrés noirs) de l’Interstade local de Remomeix sur le diagramme paléobioclima­tique de la Grande Pile révisé par Seret et al. (1992).

Fig. 10 : Positions palynostratigraphiques possibles (carrés noirs) de l’Interstade local de Remomeix sur le diagramme paléobioclima­tique de la Grande Pile révisé par Seret et al. (1992).

Le contenu pollinique à Betula/Pinus de l’Unité R2 de la vallée de la Fave, unité d’âge supérieur à 53 ka et postérieure à une nappe torren­tielle, indique un Interstade frais succédant à un stadiaire majeur très probablement contemporain du MIS 4 (Complexe Ognon et Stade 1, au début du Würmien moyen), et suivi par un retour à des conditions sèches et froides. La corrélation avec l’épisode interstadiaire Goulotte est la plus probable.

5.3 - Origine et mode de mise en place de la nappe limoneuse de la basse vallée de la Fave : absence d’épisodes glaciaires significatifs sur la marge nord des Vosges après le stadiaire du début du würmien moyen

54La nappe limoneuse correspond à une succession d’épisodes de sédimentation étalés sur au moins 53 000 ans. L’épisode de sédimentation interstadiaire associé à l’unité à matière organique R2 correspond à la présence de chenaux peu profonds dans une vallée alluviale de plus bas niveau que l’actuel. Il s’agit probablement d’un réseau en tresses peu évolué, comme on en observe actuellement en contexte nordique. Le lit inférieur R2a à sable grossier représente une chenalisation, en contexte de moyenne énergie. Les lits stratifiés à matière organique avec quelques interlits silteux ou plus sableux indiquent une succession d’épisodes de stagnation suivis de débordements dans un chenal périodiquement connecté au réseau fluviatile.

55Le lit sableux R3a pourrait correspondre à une reprise érosive modérée dans le bassin versant, associée à l’appauvrissement de la couverture végétale en contexte de steppe et toundra. Il représente une phase de léger comblement de la vallée. Les unités R3b, R4 et R6 indiquent ensuite une accrétion lente et prolongée de limons avec des phases de débordement peu marquées. Pendant le Würmien, la présence locale de pergélisol sur les hauts des versants est probable, ce qui stabilise les apports détritiques. Au cours de l’Holocène, des chenaux sont comblés de débris végétaux, dans un contexte de plaine humide. Dans l’ensemble, les unités limoneuses indiquent des conditions stables dans la basse vallée en contexte de drainage lent avec faible apport des versants et des affluents. Ce comblement lent de la basse vallée de la Fave, de l’ordre de 2 m, a lieu pendant tout le Würmien moyen (excepté le stade froid basal) et supérieur, le Tardiglaciaire et différentes parties de l’Holocène.

56Hormis de minces lits sableux avec cailloux à plat, présents sur toute la séquence, l’absence de marqueurs érosifs nets et de flux sédimentaires grossiers torrentiels vers le haut de la séquence, signifie que les conséquences de la transition climatique de la fin du Tardiglaciaire, manifestes dans la vallée de la Meurthe, n’interviennent pas dans le bassin versant de la Fave. L’absence d’apports torrentiels implique l’absence de crues printanières majeures liées à la fonte de glaces ou de névés et du pergélisol qui marquent fréquemment la fin des conditions froides (Occhietti et al., 2012). Les sédiments fins signifient l’absence d’accumulations glaciaires majeures pendant le Würmien supérieur sur les reliefs du bassin versant. Le paléoenvironnement de la marge nord des Vosges centrales était également froid et sec au Würmien moyen post-MIS 4, en accord avec les modèles de faible extension des glaces sur les Vosges de Seret et al. (1990) et de Flageollet (2002) pendant cette période.

57L’ensemble de la plaine alluviale a subi une gleyification continue. La basse vallée de la Fave est restée mal drainée à cause de son encaissement sous le niveau de la terrasse de Sainte-Marguerite ; cette dernière représente un barrage naturel aux eaux issues du bassin versant.

6 - Discussion : comparaison avec l’avant pays au nord des Alpes et la Forêt Noire

58Sur l’avant-pays au Nord des Alpes (Allemagne, Suisse, Autriche), au cours du Würmien inférieur et moyen, deux grands épisodes froids sont reconnus à partir du contenu pollinique associé à une végétation de type toundra (Preusser, 2004 ; Preusser et al., 2011), épisodes que ces auteurs mettent en relation avec le diagramme pollinique de la Grande Pile et divers diagrammes isotopiques. Le Stadial 1, vers 103 ± 18 ka ou 94-96 ± 5 ka, marquerait une avancée glaciaire précoce, déduite à partir de ce qui semble être un épandage proglaciaire sur le seul site de Gossau (Suisse). L’impact glaciaire de cet épisode froid et humide reste à évaluer. Le Stadial 3, entre environ 70 et 60 ka, corrélé avec le MIS 4, marque le début du Würmien moyen. Il est suivi par l’Interstade Dürnten, d’âge radiocarbone supérieur à la limite de la méthode et largement reconnu à l’échelle de l’hémisphère Nord. Plusieurs auteurs ont souligné l’absence d’un Interstade équivalent dans la séquence de la Grande Pile (de Beaulieu & Reille, 1992 ; Ponel, 1994 ; Preusser, 2004), soit à cause d’une réponse au changement climatique différente dans les Vosges ou soit en raison d’une discontinuité érosive à la Grande Pile.

59Dans le cas de l’unité R2 de la Fave, on observe l’évolution végétale d’une phase colonisatrice à Betula et Pinus, très clairsemée, vers une pinède ouverte, puis la présence fugace de Betula et ensuite une végétation de type toundra. Cet épisode de durée indéterminée est caractérisé par un climat plus frais que celui attribué à l’Interstade Dürnten, et nettement plus frais que celui des Interstades MIS 5c et 5a. Dans l’état des connaissances, la corrélation avec l’épisode interstadiaire Goulotte de la séquence de la Grande Pile semble la plus plausible, mais la corrélation avec des Interstades d’autres régions d’Europe reste vague. L’épisode Remomeix est un Interstade précoce et frais du complexe interstadiaire du début du MIS 3.

60D’après la synthèse sur les phases glaciaires du massif de la Forêt Noire de Hemmerle et al. (2016), une calotte de glace recouvrait la partie Sud de la Forêt Noire pendant le Würmien. Des glaciers de cirque et de vallée se sont développés ‘‘sporadiquement’’ sur la partie centrale et surtout sur la partie septentrionale du massif, en modifiant très peu la morphologie pré-würmienne. Il y a donc une relative similitude de la réponse glaciaire sur la partie centrale et nord des deux massifs.

7 - Conclusion

61La localisation particulière de la vallée de la Fave, dans le bassin de Saint-Dié, mais en position latérale par rapport à l’axe de drainage de la Meurthe, a favorisé l’enregistrement d’une séquence sédimentaire continue depuis plus de 53 000 ans, en dehors du domaine glaciaire central des Vosges.

62La séquence d’unités fluviatiles de la vallée de la Fave, à Remomeix, constitue un repère original. Elle comprend une nappe composite de matériel grossier, de 13 à 20 m d’épaisseur, emboîtée dans des alluvions et dépôts de glacis-versant plus anciens et le socle. Le matériel de la partie supérieure de cette nappe, l’unité R1, est peu altéré, inclut des galets peu usés de lithologie issue exclusivement des Vosges cristallophyliennes et granitiques.

63L’unité R1 et le tracé de la Fave déporté vers le bord nord de la vallée, sont attribués à un épisode torrentiel majeur dû à la fonte de masses de glace accumulées sur les reliefs au sud, sud-est et est du bassin versant de la Fave, ou résultant en partie du débordement de la calotte des Vosges, à la fin d’un épisode climatique extrême du début du Würmien moyen. L’altitude du massif local de la forêt domaniale de La Croix-aux-Mines qui culmine à 1130 m, les vallées surcreusées des affluents et les amas de matériel grossier dans les dépressions et vallées associées au massif confirment l’hypothèse d’une masse de glace recouvrant une surface de l’ordre de 10 km2 accumulée pendant une phase froide et neigeuse. Des indices tels que d’anciens cirques glaciaires et niches de nivation sont également présents dans les autres parties sud-est et est du bassin versant de la Fave et sur les reliefs périphériques. La couverture d’altérites et de débris de versant et les faibles accumulations d’origine torrentielle, nivale et glaciaire impliquent toutefois que les formes de surcreusement glaciaire soient anciennes, antérieures au Würmien.

64La nappe alluviale supérieure de la Fave, épaisse de l’ordre de 2 m, à dominante limoneuse, est composée d’une unité R2 discontinue et à matière organique, de sable et de limon de transition (R3), d’un lit repère métrique de limons bariolés R4, de rares lentilles d’argile à matière organique R5 d’âge Holocène, et d’une unité supérieure continue limoneuse R6, oxydée ou non. L’âge supérieur à 53 ka de l’unité à matière organique inférieure R2 et son contenu pollinique à Betula/Pinus puis d’espèces de steppe froide, permettent d’attribuer l’unité R2 à un Interstade, l’Interstade local de Remomeix. Il semble en corrélation avec l’Interstade Goulotte de la séquence de la Grande Pile ou à l’une des oscillations stadiaires à Betula/Pinus du début du MIS 3 mais postérieures au stade majeur du début du Würmien moyen (MIS 4). La mise en place de l’unité grossière R1 peut être synchrone de la fin de l’épisode de réavancée des glaces d’Écromagny, identifié dans les Vosges du Sud et attribué à un stade précoce du Würmien par Seret et al. (1992), également équivalent du MIS 4. La nappe supérieure limoneuse de la Fave n’enregistre pas d’épisode torrentiel pendant plus de 53 000 ans. Le haut du bassin versant ne semble pas avoir été recouvert de glaces ou de névé en quantité suffisante pour causer des écoulements torrentiels majeurs, que ce soit à la fin du Dernier Maximum Glaciaire ou pendant le Tardiglaciaire.

65La séquence de la vallée de la Fave confirme l’existence d’un maximum glaciaire précoce du Würmien, dans les Vosges du nord, contemporain du MIS 4, et une englaciation limitée aux Vosges centrales pendant le Würmien moyen postérieur au stadiaire Ognon et le Würmien supérieur (MIS 3 & 2). Le Dernier Maximum Glaciaire est représenté par une extension non maximale des masses glaciaires et un climat froid et sec. Ces caractéristiques du secteur nord des Vosges centrales peuvent être généralisées à tout le massif.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Localisation de la vallée de la Fave (a) et des coupes de référence (b).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 61k
Titre Fig. 2 : Carte des Vosges.
Légende Substrat rocheux et failles, et extension moyenne de glaciation attribuée à l’avant-dernière glaciation (Rissien) selon Flageollet (2002) ou à la phase précoce du Würmien selon Seret et al. (1990).
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Titre Fig. 3 : Localisation du cône terrasse de la Meurthe, à Saint-Dié – Sainte‑Marguerite, et des témoins glaciaires et nivaux répertoriés sur le versant sud du bassin de la Fave (a) et disposition des unités alluviales à la confluence des vallées de la Meurthe et de la Fave, d’après Kowalski et al. (1990) et cette étude (b).
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Titre Tab. 1 : Âges 14C de la matière organique de l’unité sablo-limoneuse R2 de la vallée de la Fave.
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Fichier image/jpeg, 25k
Titre Fig. 4 : Unités supérieures de la nappe alluviale de la basse vallée de la Fave et exemple d’accumulation glaciaire.
Légende a) Principales unités supérieures de la nappe alluviale. b) Aménagement en billons de la surface de labour et structures polygonales dans l’unité des limons bariolés R4. c) Contact entre les unités R2 et R3, coupe T9 ; la flèche blanche indique le lit avec esquilles volcaniques. d) Détail de l’unité à matière organique R2, coupe A5; la flèche blanche montre le lit avec esquilles volcaniques. e) Formes des galets de la partie supérieure de la nappe grossière. f) Petit bourrelet morainique transversal à la vallée du Raumont, versant sud du bassin de la Fave.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 135k
Titre Fig. 5 : Coupe composite et évolution pédosédimentaire de la basse vallée de la Fave.
Légende La flèche indique le lit avec esquilles volcaniques
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-6.jpg
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Titre Fig. 6 : Aspect et taille de quelques échardes de verre volcanique présentes dans le lit blanc de l’ensemble R2d (photographie au microscope photonique).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-7.jpg
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Titre Fig. 7 : Diagramme pollinique de l’unité à matière organique R2, coupe Sondage 2.
Légende Il est exprimé en pourcentage des différents taxons polliniques identifiés et selon une échelle stratigraphique (cm). Les valeurs de pollen des Cyperaceae, des aquatiques et des indéterminés sont exclues des calculs de pourcentages polliniques. Les courbes d’exagération correspondent à un facteur multiplicateur de 5. Autres herbacées 1 : à connotation steppique; Autres herbacées 2 : de lieux humides.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-8.jpg
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Titre Fig. 8 : Diagramme pollinique de l’unité à matière organique R2, coupe A5, de la vallée de la Fave.
Légende Le diagramme est exprimé en pourcentage des différents taxons polliniques identifiés et selon une échelle stratigraphique (cm). Les valeurs de pollen de Cyperaceae sont exclues des calculs de pourcentages polliniques. Les courbes d’exagération correspondent à un facteur multiplicateur de 5.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 64k
Titre Fig. 9 : Anciennes niches de nivation sur le versant sud de la Fave.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-10.jpg
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Titre Fig. 10 : Positions palynostratigraphiques possibles (carrés noirs) de l’Interstade local de Remomeix sur le diagramme paléobioclima­tique de la Grande Pile révisé par Seret et al. (1992).
Légende Le contenu pollinique à Betula/Pinus de l’Unité R2 de la vallée de la Fave, unité d’âge supérieur à 53 ka et postérieure à une nappe torren­tielle, indique un Interstade frais succédant à un stadiaire majeur très probablement contemporain du MIS 4 (Complexe Ognon et Stade 1, au début du Würmien moyen), et suivi par un retour à des conditions sèches et froides. La corrélation avec l’épisode interstadiaire Goulotte est la plus probable.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/13126/img-11.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

Serge Occhietti, Anne Gebhardt, Pascale Ruffaldi, Gisèle Allenet de Ribemont et Anne‑Véronique Walter‑Simonnet, « Unité fluviatile à échardes volcaniques d’un Interstade à betula/pinus antérieur à 53 ka (début du MIS 3) et optimum glaciaire pendant le MIS 4 au nord des Vosges centrales », Quaternaire, 31/1 | 2020, 1-17.

Référence électronique

Serge Occhietti, Anne Gebhardt, Pascale Ruffaldi, Gisèle Allenet de Ribemont et Anne‑Véronique Walter‑Simonnet, « Unité fluviatile à échardes volcaniques d’un Interstade à betula/pinus antérieur à 53 ka (début du MIS 3) et optimum glaciaire pendant le MIS 4 au nord des Vosges centrales », Quaternaire [En ligne], 31/1 | 2020, mis en ligne le 01 mars 2020, consulté le 23 septembre 2020. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/13126 ; DOI : https://doi.org/10.4000/quaternaire.13126

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Auteurs

Serge Occhietti

 Département de Géographie, Université du Québec à Montréal, C.P. -8888 succursale Centre-ville, Montréal, QUEBEC, H3C 3P8, CANADA. Courriel : serge.occhietti@gmail.com;  Laboratoire LOTERR, Université de Lorraine, Campus Lettres, 23 boulevard Albert 1er, BP 3397, FR-54015 NANCY cedex.

Articles du même auteur

Anne Gebhardt

 Laboratoire Image Ville Environnement, Université de Strasbourg (LIVE), UMR CNRS 7362, Faculté de Géographie et d’Aménagement, 3 rue de l’Argonne, FR‑67083 STRASBOURG cedex ; Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (LIEC), UMR CNRS 7360, Site Aiguillette, Université de Lorraine, Faculté des Sciences et Technologies, BP 70239, FR‑54506 VANDŒUVRE‑LÈS‑NANCY cedex ; INRAP, Direction régionale Grand Est, 12 rue de Méric, CS 80005, FR‑57063 METZ cedex 2.

Pascale Ruffaldi

CNRS/UMR 6249, Chrono‑Environnement, Université de Bourgogne Franche‑Comté, 16 route de Gray, FR-25030 BESANÇON cedex.

Articles du même auteur

Gisèle Allenet de Ribemont

Centre national de Préhistoire, 38 rue du 26e Régiment d’Infanterie, FR-24000 PERIGUEUX.

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Anne‑Véronique Walter‑Simonnet

CNRS/UMR 6249, Chrono-Environnement, Université de Bourgogne Franche-Comté, 16 route de Gray, FR-25030 BESANÇON cedex.

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