1Dans la seconde moitié du 20e siècle, la stratigraphie des lœss a apporté dans tous les continents de l’hémisphère nord une contribution essentielle à la connaissance de l’évolution paléoclimatique. En Belgique, les travaux de Tavernier (1943), Gullentops (1954), Paepe & Vanhoorne (1967), Haesaerts (1974) et Haesaerts et al. (1997, 1999) sont parmi les plus importants en la matière.
2Le Téphra de Rocourt a été trouvé, entre autres, dans plusieurs coupes de lœss de Moyenne Belgique, où ses minéraux sont toujours à l’état dispersé dans les limons humifères présents au dessus du paléosol eemien (Juvigné, 1977) ; c’est donc un cryptotéphra (Juvigné et al., 2001). L’ensemble des âges 14C, TL et U/Th obtenus pour les séquences auxquelles est associé le matériau téphrique permet de situer la retombée volcanique entre 69,4 et 90,3 ka (Juvigné, 1993 ; Pirson et al., 2004 ; Van den Houte et al., 2003).
3Le nom de Sol de Rocourt a été donné par Gullentops (1954) à une phase de pédogenèse interglaciaire contemporaine de l’Eemien, enregistrée dans une coupe de lœss à Rocourt (Liège, Belgique) ; celle-ci se traduit par un profond horizon illuvial enrichi en argile, de type fendillé, formé sous forêt, probablement en contexte climatique méditerranéen (Gullentops, 1954, p.163). Par ailleurs, cet auteur a attribué les dépôts humifères susjacents contenant les minéraux volcaniques au développement d’une végétation herbacée au cours d’une phase de dégradation climatique postérieure au Sol de Rocourt, qu’il situe à la fin de l’Eemien.
4Par la suite, le Sol de Rocourt et les limons humifères contenant le Téphra de Rocourt ont été décrits dans différents sites lœssiques : Tongrinne (Juvigné, 1973), Kesselt (Juvigné, 1974 ; Juvigné et al., 1996), Harmignies et Saint-Symphorien (Haesaerts & Van Vliet, 1974 ; Juvigné, 1977), Remicourt (Haesaerts et al., 1999 ; Juvigné et al., soumis) et Veldwezelt (Bringmans et al., 2003), permettant l’élaboration d’une stratigraphie plus détaillée, grâce notamment à l’apport de la micromorphologie (Haesaerts & Van Vliet-Lanoë, 1981). En particulier, à Remicourt, les coupes ouvertes le long du tracé du TGV au nord de Liège ont démontré le caractère polygénétique du Sol de Rocourt et des dépôts humifères sus-jacents dénommés Complexe humifère de Remicourt, l’ensemble étant attribué à l’Eemien et au début du Weichselien (stade isotopique marin 5).
5Malheureusement, à Tongrinne et Remicourt ce double ensemble pédostratigraphique n’est plus accessible. A Harmignies, il ne contient que d’infimes traces du Téphra de Rocourt dans un complexe humifère qui est postérieur au Complexe humifère de Remicourt. À Rocourt, stratotype classé non entretenu, la paroi est effondrée et envahie par la végétation.
6Il s’agit d’une carrière d’exploitation de craie appartenant aux Cimenteries et Briqueteries Réunies (C.B.R.) qui est située sur le plateau prolongeant le versant gauche de la vallée du Geer à Eben, commune de Bassenge (fig. 1A).
7Une première description des formations quaternaires surmontant le Crétacé, et localement une butte de sable marin oligocène a été publiée (Juvigné, 1992 ; coupe C1 sur la figure 1B). Il s’agissait notamment :
8a) de deux cailloutis de terrasses de la Meuse épais de 5 à 6 m, dont les bases, en dehors des racines d’altération de la craie, étaient respectivement à 126 m (terrasse WO126 dite ‘Terrasse de Wonck’, in Juvigné & Renard, 1992) et 109 m (terrasse RO109 dite ‘Terrasse de Romont’, in Juvigné & Renard, 1992) ; b) d’une couverture lœssique relevant essentiellement du Weichselien supérieur et localement du Weichselien moyen.
9Lors du suivi postérieur de l’évolution du front de taille, quelques observations originales ont été faites notamment entre 2000 et 2005 :
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Une nappe caillouteuse horizontale de 1 m d’épaisseur a été mise au jour à 98 m d’altitude, à la bordure orientale du plateau (fig. 1B, TG). Il s’agissait d’une terrasse du Geer constituée de gravier mosan remobilisé à partir de la terrasse RO109. Cette terrasse du Geer était surmontée par une épaisse couche de lœss (10 à 15 m) dont la lithostratigraphie consistait essentiellement en niveaux typiques du Weichselien moyen et supérieur, conformes à la séquence type décrite antérieurement par Juvigné (1992).
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Il a aussi permis de constater qu’un cailloutis reconnu antérieurement par sondage de 116 à 117 m d’altitude (Gulinck & Graulich, 1975 ; point EB116 sur la figure 1B), et interprété comme un lambeau de la ‘Terrasse de Sint-Gertruid’ par Juvigné (1992), n’était en réalité qu’une couche de limon graveleux sur un versant enfoui et dont les galets étaient issus de la terrasse WO126.
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Des éléments de description d’un état d’avancement immédiatement postérieur sont disponibles dans le travail de Lezy (2006 ; coupe 2 sur la figure 1B).
10En juin 2007, la coupe se situait dans la position C3 (fig. 1B), et c’est dans le secteur C3-XY que le Sol de Rocourt et le Complexe humifère de Remicourt sont apparus pour la première fois depuis le début de l’exploitation (fig. 2A). Cette coupe subsistera nécessairement sur la paroi occidentale (C3-X) qui correspond à une limite de la concession. Elle présente donc un intérêt exceptionnel, puisqu’elle constitue le seul site où ce complexe téphro-pédostratigraphique restera accessible à long terme.
Fig. 1 : A - Localisation des sites évoqués dans le texte. B - Contexte topographique et géomorphologique de la carrière de Romont (B).
Explications. En B, position du front de taille en 1991 (C1), 2004 (C2) et 2007 (C3) ; terrasses fluviales identifiées en 1991 : WO126, ‘Terrasse de Wonck’ (base à 126 m) ; EB116, ‘Terrasse d’Eben’ (à supprimer pour interprétation inexacte basée sur un carottage, voir texte) ; RO109, ‘Terrasse de Romont’ (base à 109 m) ; ZI91-93, ‘Terrasse de Zichen’ (91 à 93 m) ; terrasse identifiée en 2004 : TG, terrasse du Geer (base à 98 m) ; trait à aiguilles serrées, talus de limite de concession ; trait à aiguilles plus espacées, front de taille mobile. La flèche verticale indique l’endroit où le Sol de Rocourt et le Complexe humifère de Remicourt ont été observés sur les parois X et Y de la coupe C3.
11Le site étudié est une concavité qui fait face au Nord, entre d’une part ce qui était la ‘Terrasse de Wonck’ (WO126) et d’autre part la ‘Terrasse de Zichen’(ZI 91-93), largement étendue en direction de Maastricht et dont la base du cailloutis a été reconnue par plusieurs sondages entre 91 et 93 m, en dehors des zones de racines d’altération de la craie (Felder et al., 1989). Comme le montre la figure 2A, le complexe humifère est nettement incliné. Il est tronqué par l’érosion dans sa partie amont, tandis qu’il est conservé dans son intégralité dans la partie aval de la concavité, où il a été recouvert par des colluvions limoneuses issues de l’érosion précitée. Dans la couverture lœssique sus-jacente, les unités classiques du Pléniglaciaire weichselien sont présentes (fig. 2B), notamment l’Horizon à langues (Haesaerts et al., 1981) et un sol brun de type boréal comparable au sol de Malplaquet défini à Harmignies sous le lœss du Pléniglaciaire inférieur (Haesaerts & Van Vliet, 1974).
12N.B. Dans beaucoup d’autres endroits de la carrière, le Téphra d’Eltville (Rohdenburg & Semmel, 1973 ; Juvigné & Semmel, 1981) est présent en place dans le lœss immédiatement sous-jacent à l’Horizon à langues, mais il n’a pas été observé dans la coupe étudiée.
Fig.2:A -Photodes parois où le Solde Rocourtetle Complexehumifèrede Remicourtontétéobservésetdécrits.L’horizonhumifèreestrenforcé en noir. B - Colonne lithostratigraphique complète à l’endroit étudié. C - Détails de la stratigraphie du Sol de Rocourt et du Complexe humifère de Remicourt à l’endroit étudié, et position des échantillons prélevés pour l’étude de la distribution stratigraphique du Téphra de Rocourt (Séquences 1 et 2, colonnes quadrillées).
Abbréviations : carb. = limon carbonaté ; HLN = Horizon à langues de Nagelbeek ; MAL = Sol de Malplaquet ; CHR = Complexe humifère de Remicourt ; ROCOURT = Sol de Rocourt. Symboles graphiques : 1, lœss ; 2, lœss finement lité ; 3, limon hétérogène lité ; 4, horizon brunifié ; 5, limon humifère ; 6, horizon humifère ; 7, horizon humifère bioturbé ; 8, horizon blanchi ; 9, hydroxyde de fer ; 10, sol brun (horizon B2) ; 11, sol gris forestier (horizon Bth) ; 12, sol lessivé (horizon Bt) ; 13, diffusion de limon blanchâtre dans des fractures (cf. fig. 2B) ; 14, limon hétérogène avec blocs de sédiments remaniés (cf. fig. 2B).
13À l’endroit de la coupe étudiée, la description détaillée du double pédocomplexe permet de reconnaître les principales unités enregistrée à Remicourt au sommet de la couverture lœssique du Pléistocène moyen (Haesaerts et al., 1997, 1999), lesquelles s’avèrent bien différenciées à Romont (fig. 2C). En particulier, le Sol de Rocourt observé ici reproduit la succession de plusieurs phases pédologiques de type sol lessivé à sol gris forestier, séparées par des épisodes de gel profond, une succession comparable à celle mise en évidence à Remicourt (voir Haesaerts et al., 1999, fig. 4, unité 28, sous-unités, 27b et 27a). C’est le cas également du Complexe humifère de Remicourt dont la tripartition est bien exprimée à Romont de bas en haut :
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un horizon humifère inférieur bioturbé, de type Chernozem, correspondant à un environnement de steppe ou de forêt-steppe sous climat tempéré continental relativement humide (voir Haesaerts et al., 1999, fig. 4, unité 25).
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une partie moyenne constituée d’un limon légèrement humifère enrichi par du lœss juvénile, et en partie déplacé par le ruissellement en milieu herbacé (voir Haesaerts et al., 1999, fig. 4, unité 24). Cet horizon présente, très localement, une forme en poche due à l’activité d’une racine d’altération dans la craie sous-jacente. Le fonctionnement de cette racine d’altération est contemporain de cette partie moyenne du Complexe humifère de Remicourt, mais est clairement postérieur à l’horizon humifère bioturbé sous-jacent, qui est tronqué (cf. fig. 2C).
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un horizon humifère supérieur massif, dont les caractéristiques sont celles d’un sol humifère typique des régions arctiques ou subarctiques (voir Haesaerts et al., 1999, fig. 4, unité 23).
14Dans le modèle chronostratigraphique de Haesaerts & Mestdagh (2000), le Sol de Rocourt enregistrerait la majeure partie des épisodes climatiques de l’Eemien et du début refroidissement qui l’a suivi (stade isotopique marin 5), tandis que le Complexe humifère de Remicourt correspondrait à la partie terminale de cette période (sous-stade isotopique marin 5a).
15L’examen au microscope des verres et minéraux a montré que ceux-ci sont identiques à ceux des coupes de Rocourt, Kesselt et Remicourt. Ils ont été décrits en détail (Pouclet et al., sous presse), et les grands traits des produits volcaniques sont rappelés ci-après.
16Les verres volcaniques consistent en ‘blocky shards’ typiques des éruptions phréatomagmatiques. Ils ont un aspect brunâtre et légèrement corrodé. La matière vitreuse a été remplacée par un mélange de minéraux argileux (kaolinite, smectite et illite) et d’hydroxydes de fer. Les différences de composition chimique observées d’une coupe à l’autre indiquent que l’altération s’est faite in situ en fonction des conditions locales de drainage.
17Les clinopyroxènes se répartissent en deux groupes. La majorité consiste en augites magnésiennes et diopsides propres aux domaines des clinopyroxènes lherzolithiques et de haute pression, et la minorité en diopsides fassaïtiques connus dans les laves alcalines de basse pression.
18Les orthopyroxènes sont des enstatites magnésiennes alumineuses connues dans les nodules lherzolithiques.
19Les amphiboles appartiennent au groupe calcique, et consistent principalement en pargasite titanifère et très secondairement en kaersutiteethastingsitemagnésienne.
20Les spinelles chromifères sont présents à concurrence de quelques pour‑cent.
21Ces résultats ainsi que l’évolution spatiale de la granularité (Juvigné, 1977) ont montré que le volcan d’origine doit être un Maar du champ volcanique de l’Eifel occidental (Pouclet et al., sous presse).
22Des échantillons ont été prélevés par raclage continu de la paroi suivant des tranches de 10 cm d’épaisseur en deux endroits (fig. 2C et 3) et par tranches de 2 cm dans la partie supérieure du complexe humifère. Dans tous les cas, la seule fraction comprise entre 105 et 420 μm a été conservée au terme d’un tamisage sous eau. Après de brèves attaques successives par H202, HCl10 % puis à l’eau régale, 1 g d’échantillon a été soumis à la centrifugation dans le bromoforme. La fraction dense a été montée en frottis, et tous les minéraux volcaniques transparents de chaque lame ont été déterminés au microscope polarisant. Ceci a permis d’obtenir des diagrammes de distribution stratigraphique quantitative des minéraux mafiques transparents du téphra (fig. 3).
23Dans la séquence 1, la concentration de minéraux volcaniques est maximale (650 à 690 grains/g) dans les 20 cm supérieurs du complexe humifère. Les concentrations diminuent lentement de -20 à -40 cm de profondeur (jusqu’à 500 grains/g), puis très rapidement de -40 à -50 cm, pour être réduite à l’état de traces jusqu’à -110 cm. Les minéraux n’apparaissent pas plus bas. Au-dessus du complexe humifère, les concentrations sont plus élevées dans les limons remaniés lorsque les lentilles humifères sont plus nombreuses.
24N.B. Une étude détaillée réalisée sur des échantillons de 2 cm d’épaisseur dans la partie tout à fait supérieure du complexe humifère (tranche de 0 à -10 cm) a montré que les concentrations y sont en général décroissantes vers le haut (de 560 à 210 grains/g) avec un pic exceptionnel entre -2 et -4 cm de profondeur (660 grains/g).
25Dans la séquence 2, la concentration maximale (1350 grains/g) se trouve entre -20 et -30 cm de profondeur dans le complexe humifère de Remicourt. Dans les 20 cm supérieurs, les concentrations restent très élevées, mais distribuées irrégulièrement. Sous -30 cm de profondeur, elles diminuent d’abord lentement jusqu’à -60 cm, puis très rapidement de -60 à -70 cm, pour être réduite à l’état de traces de -70 à -140 cm. Les minéraux n’apparaissent pas plus bas.
26La distribution stratigraphique quantitative des minéraux volcaniques porte à croire que la retombée a probablement eu lieu sur la surface correspondant aux maxima respectifs de la concentration. Sous ce niveau, la diminution de leur concentration s’explique par l’action des animaux fouisseurs et des racines des plantes qui ont entraîné une partie des produits volcaniques en profondeur. Au-dessus des niveaux les plus riches en matériau téphrique, notamment dans la séquence 1, la diminution des concentrations s’explique par la mise en place de matériaux de remaniement qui sont donc de moins en moins riches en minéraux volcaniques au fur et à mesure de leur enrichissement en sédiment hôte. Ce résultat est conforme à ceux du même type obtenus antérieurement dans les affleurements de Rocourt, Tongrinne et Kesselt (Juvigné, 1977) et de Remicourt (Juvigné et al., soumis).
27Dans les deux cas, le maximum de concentration se trouve dans la partie du Complexe humifère de Remicourt qui correspond à l’Unité 23 de ce site de référence (Haesaerts et al., 1999). Du point de vue chronologique, en se rapportant au modèle de Haesaerts & Mestdagh (2000), l’éruption correspondante doit donc avoir eu lieu pendant le sous-stade isotopique marin 5a soit entre 75 et 82 ka (North Greenland Ice Core Project members, 2004). Cette attribution est parfaitement compatible avec la fourchette d’âges mesurés par des méthodes physiques (voir plus haut : 69,4-90,6 ka).
Fig. 3 : La distribution stratigraphiquedes minéraux denses transparents du Téphra de Rocourtdans deux séquences de la coupe étudiée (localisation sur les figures 2A et 2C). La figure 2C correspond à la présente photo ; les traces de prélèvement sont perceptibles sous les flèches.
En ordonnée, les profondeurs/hauteurs par rapport au sommet du complexe humifère ; en raison de la non verticalité de la coupe, la position exacte des échantillons par rapport aux limites lithostratigraphiques doit être lue sur la figure 2C ; en abscisse, les nombres de minéraux par gramme de sédiment dans la fraction granulométrique comprise entre 105 et 420 m. Dans le diagramme de fréquence : en blanc les enstatites ; en noir les clinopyroxènes ; en hachuré oblique les amphiboles.
28L’ordre de fréquence interne des minéraux mafiques transparents est identique à celui observé dans les coupes de lœss étudiées antérieurement à Rocourt, Kesselt et Remicourt. Dans tous les cas, les clinopyroxènes dominent largement (ici 90,9 %) ; viennent ensuite l’amphibole (ici 5,24 %) et l’orthopyroxène (ici 3,8 %). Quelques spinelles ont été observés, mais ils n’ont pas été pris en compte en raison de la difficulté de les identifier tous en lumière transmise dans l’ensemble des grains des frottis. Les différences quantitatives entre sites ont été expliquées par l’altération différentielle in situ (Pouclet et al., sous presse).
29Dans la carrière de la C.B.R. à Romont, un affleurement du Sol de Rocourt et du Complexe humifère de Remicourt comprenant le cryptotéphra, connu sous le nom de Téphra de Rocourt, vient d’être mis au jour. Il y est particulièrement bien développé, et il subsistera à long terme sur la paroi qui constitue une limite d’exploitation. Il s’agit d’un véritable stratotype, puisque les coupes de lœss où ce complexe téphro-pédostratigraphique couvrant l’Eemien et le début du Weichselien a été décrit antérieurement ne sont plus accessibles. La distribution stratigraphique quantitative des minéraux volcaniques est maximale dans la partie supérieure du Complexe humifère de Remicourt qui correspond au sous-stade isotopique marin 5a compris entre 75 et 82 ka, ce qui fournit la fourchette d’âges la plus étroite pour dater l’éruption volcanique correspondante dont on sait qu’elle a eu lieu dans un Maar de l’Eifel occidental.