Merci aux deux rapporteurs pour le temps qu’ils ont consacré à relire ce résumé, ainsi que pour leurs remarques constructives.

2La première partie de ce travail est dédiée à l’étude du réseau karstique des rivières de la Save et de la Seygouade, un affluent en rive gauche de la Save. Ce réseau karstique est révélé par l’incision des deux rivières dans le substrat constitué de calcaires daniens (Cavaillé et al., 1977). Quelques restes humains attribués à Homo heidelbergensis (Vialet et al., 2018) ont été découverts dans plusieurs cavités situées le long de la Seygouade. Plusieurs dents d’herbivores, retrouvées dans la même unité stratigraphique, ont été datées par ESR/U-series à 147 ± 8 ka et 151 ± 6 ka (Lebatard et al., 2022). Or, l’existence d’Homo heidelbergensis est attestée en Europe autour de 609 ± 40 ka, par une datation ESR/Useries réalisée sur la mandibule de Mauer (Wagner et al., 2010). Cette contradiction a soulevé la nécessité de bien comprendre le contexte de dépôt des sédiments piégés dans les grottes. Pour cela, la méthode de la spectroscopie moyen-infrarouge (SMIR), dont l’utilisation en milieu fluvial permet de déterminer la provenance de sédiments (Chapkanski et al., 2020), a été appliquée pour la première fois en milieu karstique (Fuchs et al., 2026). Cette méthode se base sur l’absorption de certaines longueurs d’ondes par les sédiments, illustrant leur signature géochimique (Farmer, 1974). Un large jeu d’échantillons (>300) représentatif des principales unités sédimentaires du bassin versant a été constitué, afin d’établir un référentiel des sédiments ayant pu pénétrer dans le réseau karstique. En complément, des échantillons tests ont été collectés dans de nombreuses grottes du réseau karstique. Enfin, des mélanges de sédiments ont été artificiellement réalisés afin d’interroger l’influence de mélanges sur la signature spectroscopique des sédiments. Les résultats de cette étude ont permis d’attribuer une origine principale aux sédiments échantillonnés dans les grottes et d’y associer un processus de dépôt (Fuchs et al., 2026). Les sédiments des grottes situés le long de la Save présentent une affinité géochimique avec les sédiments de cette rivière ; ce résultat est en adéquation avec les formes sédimentaires observées (tuilage, laminations) et suggère un dépôt direct des sédiments par la rivière. En revanche, les grottes situées le long de la Seygouade présentent des résultats différents, avec une provenance sédimentaire double : des sédiments collectés au sommet de l’interfluve entre la Save et la Seygouade, ainsi que des sédiments de la Save. Ce résultat suggère deux modes de dépôt différents : des dépôts de crue pour les sédiments ayant une affinité géochimique avec la rivière Save, et des mouvements de soutirage pour les sédiments de l’interfluve surplombant les grottes. Ces résultats indiquent des mouvements de sédiments au sein du réseau karstique, et sont en adéquation avec les résultats d’analyses (palynologie, minéralogie des argiles) réalisées précédemment sur les sédiments des grottes. Les analyses palynologiques révèlent des similitudes entre les assemblages de pollens de Coupe-Gorge et de La Niche (Renault-Miskovsky & Girard, 1998), tandis que celles de minéralogie des argiles témoignent à la fois d’une disparité entre les argiles de ces deux grottes, et de similitudes entre Terrasse et La Niche (fig. 1 ; Vialet, 2021). Cette première étude a donc permis à la fois d’établir la pertinence de mesures de spectroscopie pour établir la provenance de sédiments en milieu karstique et d’apporter des éléments de compréhension au remplissage des grottes du réseau karstique de la Save.

Coraline Fuchs

3La seconde partie de cette thèse est consacrée à l’étude géomorphologique des témoins d’anciens niveaux de base de la rivière Save : les niveaux de grottes phréatiques et de terrasses alluviales. Ces dernières ont été cartographiées sur la base d’un modèle numérique de terrain de haute résolution (MNT 1m ; IGN, 2023) et de vérifications sur le terrain. Cette cartographie a permis d’identifier 5 niveaux de terrasses qui, en fonction de leur continuité latérale et de la différence d’altitude avec la terrasse sous-jacente, ont été répartis en trois niveaux principaux (fig. 2) : les terrasses haute (T1), intermédiaire (T2) et basses (T3, T4, T5). Ces niveaux de terrasses ont été caractérisés à l’aide de coupes stratigraphiques et de mesures géophysiques de tomographie de résistivité électrique. Ces mesures et descriptions ont permis d’établir que : (i) T1 est très hétérogène, avec un dépôt alluvial recouvrant un substrat argileux (argiles bariolées déposées au Tortonien ou au Messinien ; Dubreuilh et al., 1995) ; (ii) T2 correspondrait plutôt à une surface érosive recouverte par du colluvionnement et (iii) les terrasses basses T3-T5 sont des terrasses étagées, avec un fin dépôt alluvial (1-5 m) recouvrant un substrat argileux. La comparaison de ces niveaux de terrasses avec les terrasses identifiées dans les rivières environnantes (Ariège, Garonne, Neste ; Delmas et al., 2018 et références incluses) a permis d’identifier un double facteur climatique et tectonique à la formation de ces terrasses. Les altitudes relatives des terrasses ont été comparées à celles des niveaux phréatiques identifiés dans le bassin versant. Ces niveaux phréatiques sont regroupés en trois niveaux principaux, dont les altitudes ne correspondent pas à celles des niveaux de terrasses. Les résultats de cette étude altitudinale suggèrent donc que la formation des niveaux phréatiques et des terrasses alluviales ait été asynchrone. En revanche, la présence de dépôts de galets, montrant un tuilage dans certains des niveaux phréatiques, suggère tout de même un dépôt alluvial. Celui-ci a probablement été déposé lorsque la rivière se trouvait au niveau de l’entrée de la grotte, comme documenté dans le Massif Central, dans un contexte similaire (Malcles et al., 2020).

Coraline Fuchs

4L’identification de trois niveaux de grottes phréatiques et de cinq niveaux de terrasses alluviales, dont la structure interne a pu être caractérisée (Fuchs, 2025), montre l’importance de l’utilisation conjointe de relevés géomorphologiques et sédimentologiques dans la compréhension des dynamiques d’incision et de dépôt de la rivière Save.

5La dernière phase de ce travail a été dédiée à la datation des niveaux de stabilité de la Save, dont témoignent des formes telles que les terrasses alluviales et les niveaux phréatiques dans les réseaux karstiques. Plusieurs des grottes, montrant un développement horizontal conséquent (> 10 m), contiennent des galets de quartz, de grès et de quartzite, qui peuvent être datés par la méthode des nucléides cosmogéniques (Granger & Schaller, 2014). Cette méthode repose sur la décroissance radioactive de deux nucléides ayant des demi-vies différentes : le ¹⁰Be (T_1/2 = 1387 ± 12 ka ; Chmeleff et al., 2010 ; Korschinek et al., 2010) et le ²⁶Al (T_1/2 = 708 ± 17 ka ; Nishiizumi, 2004). Toutefois, ces galets, issus des Pyrénées, ont probablement été stockés provisoirement dans le cône alluvial du Lannemezan avant d’être remobilisés et déposés dans les galeries phréatiques. Etant donné que la méthode des isochrones permet d’identifier les galets présentant une histoire d’enfouissement complexe

6(Granger et al., 2013), cette méthode a été ici utilisée pour dater trois niveaux de grottes. Les trois cavités choisies, situées le long de la Save, sont SD_16 (18 m au-dessus du niveau de la Save (mètres au-dessus de la rivière ; m.a.r)), GAH_05 (44 m.a.r.) et SD_28 (51 m.a.r.). La préparation chimique des échantillons a été réalisée à l’Institut Terre & Environnement (ITES, Strasbourg) et la mesure des concentrations en ¹⁰Be et ²⁶Al à ASTER (CEREGE, Aix-en-Provence). Les durées d’enfouissement obtenues dépendent à la fois des mesures du ¹⁰Be et ²⁶Al, et des paramètres complémentaires mesurés sur le terrain (profondeur sous la surface, densité du calcaire, etc.). Les durées d’enfouissement obtenues indiquent toutes la première partie du Pléistocène Moyen : 665 ± 67 ka (SD_16), 701 ± 69 ka (GAH_05) et 609 ± 61 ka (SD_28). Toutes les potentielles sources d’erreurs identifiées ont été analysées et écartées (i.e., erreurs de calibration, de mesure ou incertitudes liées au contexte karstique) ; les trois dates sont robustes et indistinguables les unes des autres au vu de leurs incertitudes. Trois scénarios peuvent mener à des dépôts synchrones à des altitudes différentes :

• un remplissage sédimentaire soudain de plusieurs dizaines de mètres d’épaisseur

• une incision rapide (de quelques dizaines de milliers d’années maximum, une durée inférieure aux marges d’erreurs associées au jeu de données)

• des mouvements de sédiments à l’intérieur du réseau karstique.

7Le recensement d’indices géomorphologiques dans le bassin versant a permis de discuter la plausibilité de chacune des hypothèses au regard du contexte climatique et tectonique de la région au Pléistocène Moyen. Cette critique minutieuse de chacun des scénarios a permis de déterminer que ces durées d’enfouissement renvoient à un remplissage quasi-simultané du réseau karstique durant une phase d’incision majeure (33 m), potentiellement impulsée par la transition climatique du Pléistocène Moyen. Cette transition climatique, correspondant au passage de cycles glaciaires de 41 à 100 ka, s’est traduite par un refroidissement global (Pena & Goldstein, 2014) ayant eu pour conséquence une chute du niveau de base et, en réponse, une érosion régressive des cours d’eau. C’est-à-dire, au niveau de la zone d’étude, une incision potentiellement contrôlée par l’aval, de la Garonne puis de la Save. Le massif calcaire, émergé à ce moment-là, a probablement subi une phase de karstification en parallèle de l’incision de la rivière. Cette karstification serait due à la dissolution de la roche par les eaux percolant dans une zone de vadose qui s’approfondit. Au cours de son encaissement, la rivière Save aurait déposé des alluvions dans les cavités affleurantes.

8L’utilisation de la méthode des isochrones pour la datation par nucléides cosmogéniques de galets piégés dans le réseau karstique de la Save a permis une meilleure compréhension du rythme et des processus d’incision de la Save. Ces résultats pourront être comparés avec les datations numériques réalisées dans d’autres rivières drainant le piémont des Pyrénées, afin de reconstituer l’histoire hydrographique de la zone d’étude.

9La mise en commun des datations par nucléides cosmogéniques et des données altitudinales et géomorphologiques du bassin versant de la Save, ainsi que la comparaison avec les datations des terrasses obtenues dans d’autres bassins versants contigus, a permis de replacer la Save dans son contexte de rivière drainant le piémont Pyrénéen et de reconstituer l’évolution sédimentaire et géomorphologique de son bassin versant (fig. 3). Cette reconstitution comprend plusieurs phénomènes successifs : la formation du cône de Lannemezan au Pliocène (constitué d’argiles bariolées déposées au Tortonien ou au Messinien et recouvertes par la formation du Lannemezan ; Dubreuilh et al., 1995) ; le dépôt de la terrasse supérieure T1 au Pléistocène Inférieur ; une phase érosive rapide et intense au Pléistocène Moyen. Enfin, un système de terrasses s’est développé dans les fonds de vallée en lien avec les fluctuations climatiques du Pléistocène Supérieur. La Save s’écoule actuellement dans sa plaine alluviale, attribuée à l’Holocène.

10La reconstitution de l’histoire géomorphologique du bassin versant de la Save a été rendue possible par l’utilisation conjointe d’analyses géomorphologiques, géophysiques, géochronologiques et sédimentologiques. Cette reconstitution met en exergue les liens forts existant entre le climat, la tectonique et les dynamiques fluviales dans l’évolution paysagère du piémont Pyrénéen.

11Plusieurs pistes pourraient permettre, en utilisant les mêmes méthodes, d’approfondir la connaissance du bassin versant de la Save et, plus largement, du fonctionnement d’une rivière drainant un cône alluvial. L’approche spectroscopique (SMIR), par exemple, pourrait être exploitée à différentes échelles, pour aller caractériser finement une colonne stratigraphique tout comme pour aider à la différentiation et la cartographie des niveaux de terrasses alluviales. D’autres datations indépendantes pourront être réalisées dans les grottes, afin de valider les âges obtenus par la méthode des nucléides cosmogéniques ; la méthode de la luminescence optiquement stimulée (OSL) est adaptée à ce contexte. En complément, des datations OSL de différents niveaux de terrasses alluviales de la Save ont été initiées, afin de permettre une comparaison avec les différents systèmes fluviaux drainant le piémont Pyrénéen.