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Les microfaciès du tuf calcaire Eemien (SIM 5e) de Caours (Somme, France) : éléments d'analyse paléoécologique du dernier interglaciaire

The microfacies of the Eemian Caours tufa (Somme, France, MIS 5e): data to a palaeoecological analysis of the last interglacial
Julie Dabkowski, Pierre Antoine, Nicole Limondin‑Lozouet, Christine Chaussé et Pierre Carbonel
p. 127-137

Résumés

Les tufs calcaires constituent des enregistrements clés pour l’étude de l’évolution climatique et des réponses environnementales au cours des interglaciaires pléistocènes en Europe de l’Ouest. Dans ce cadre, l’étude pétrographique de 34 lames minces de la séquence de tuf du début du Pléistocène supérieur de Caours a été comparée à d’autres données paléoécologiques telles que les faunes de mollusques et d’ostracodes et aux résultats d’analyses sédimentologiques. A la base, les dépôts fluviatiles fins, détritiques, traduisent dans leur partie supérieure le passage aux conditions interglaciaires. La construction du massif de tuf qui suit, résulte de la précipitation de calcite par des cyanobactéries des genres fossiles Broutinella, Ponsella et Ponsinella. Les deux premiers sont responsables de la construction de stromatolithes, bien cristallisés, associés aux zones de chenal. Broutinella intervient également dans la construction de tuf en dôme de type «chou-fleur», présent dans les milieux toujours en eau, dominés par des faunes de mollusques aquatiques et d’ostracodes. Ponsinella est à l’origine d’un faciès «mille‑feuille», associé à de nombreux épisodes d’assèchement et à une malacofaune à dominante terrestre. La diversité des faciès et des encroûtements et leur comparaison avec les biomarqueurs, notamment malacologiques, soulignent des variations environnementales intervenues au cours de l’interglaciaire 5e.

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Texte intégral

Cet article est une contribution au projet SITEP (Signature climatique des Interglaciaires dans les Tufs Européens, réponse des Environnements et impact sur le Peuplement paléolithique) du programme Eclipse II du CNRS-INSU. Les auteurs remercient M. Demaison et Mme Bellanger propriétaires du terrain à Caours qui ont autorisé l’accès aux parcelles ainsi que le Conseil Général de la Somme et la sous-direction de l’Archéologie de Picardie qui participent au financement des études depuis 2005.

1 - Introduction

1A la suite d’études et découvertes récentes (Antoine et al., 2006; Limondin‑Lozouet et al., 2006), il apparaît de plus en plus nettement que les tufs présentent un important potentiel pour l’étude des interglaciaires pléistocènes en milieu continental. Les tufs calcaires constituent en effet des enregistrements clés pour l’étude des évolutions climatiques et des réponses environnementales en raison de leur richesse en bio-indicateurs (pollen, macrorestes végétaux, mollusques et restes de mammifères) et de leur nature pétrographique (calcite) qui permet de les dater directement par la méthode U/Th. Dans ce cadre, l’étude pétrographique en lame mince des séquences de tuf associée à celle des macrofaciès permet la détermination des processus et environnements contemporains de la mise en place des dépôts et apporte des éléments de compréhension des conditions de conservation des niveaux paléolithiques associés.

2Cet article présente les premiers résultats issus de l’analyse d’une série de 34 lames minces provenant de la séquence de Caours, dans le Bassin de la Somme, réalisée à la suite de travaux stratigraphiques, géochronologiques, bioclimatiques et archéologiques (Antoine et al., 2006). Ces éléments ont été corrélés avec d’autres données paléoécologiques telles les faunes de mollusques et d’ostracodes, et les résultats d’analyses sédimentologiques. Ces dernières ont été effectuées par le Laboratoire d’Analyse des Sols de l’INRA d’Arras et concernent le dosage du calcaire total et du carbone organique (protocoles INRA: normes NF ISO 10693 et NF ISO 10694). Ces nouveaux éléments participent à la compréhension de la conservation des niveaux d’occupation du Paléolithique moyen mis au jour à Caours.

2 - La séquence de Caours

2.1 - Généralités

3Les données collectées à la tarière et en sondage, selon un transect SE‑NW ont permis d’établir une coupe synthétique de la séquence de tuf (fig. 1A). D’une longueur totale de 170 m, elle est complétée par des relevés stratigraphiques détaillés effectués à l’occasion des fouilles archéologiques (Antoine et al., 2006). Parallèlement, des études ont porté sur la faune (gastéropodes, ostracodes, rongeurs et grands mammifères), les pollens, les empreintes foliaires et la sédimentologie (variations des taux de carbone organique et calcimétrie sur l’ensemble de la séquence). Le calage géochronologique est fondé sur des datations U/Th TIMS sur calcite, OSL sur quartz fluviatiles, et TL sur silex archéologiques chauffés. L’ensemble des données permet de reconstituer l’histoire quaternaire du versant. Elle distingue trois étapes (Antoine et al., 2006) :

41) à la base, des dépôts fluviatiles, appartenant à la nappe d’Etouvie. Ils sont surmontés par

52) les dépôts carbonatés. Leur aspect poreux et blanchâtre ainsi que leur richesse en restes de végétaux justifie la dénomination de «tuf» (et non «travertin»; Ford & Pedley, 1996; Freytet & Verrecchia, 2008; Julia, 1983). Ces formations ont ensuite été érodées puis recouvertes par

63) des formations de versant (colluvions, sols humifères et lœss).

7Les dépôts fluviatiles grossiers (Gf), puis fins (Lf, Lgv, Tn) sont attribués au stade isotopique 6 (Saalien) et au début du stade 5e (Eemien) d’après la position altimétrique de la terrasse dans le système d’étagement des nappes alluviales de la vallée de la Somme (Antoine, 1994; Antoine et al., 2007), les données malacologiques ainsi que les datations U/Th (Antoine et al., 2006).

8Le tuf qui les surmonte est attribué au stade interglaciaire 5e d’après diverses données paléoenvironnementales (optimum interglaciaire) et des datations U/Th (moyenne sur dix dates: 123‑± 4 ka BP; Antoine et al., 2006). Sur le versant, le tuf est sub‑affleurant, recouvert d’un mince horizon de labour à blocs de tuf remaniés (Hbs). Dans le transect (fig. 1A), différents faciès sont observés: les plus anciens, reconnus dans le secteur S1, sont des faciès fluviatiles (Tfl). Les ensembles plus récents sont représentés par des tufs massifs (Tb et Tm).

9Vers l’aval du versant, les dépôts tufacés se biseautent avant de disparaître. L’ensemble est recouvert par des colluvions, dont la base souligne une surface d’érosion et dans lesquelles un complexe de sol humifère attribué au Début Glaciaire a été reconnu (Antoine et al., 2006).

10Les dépôts fluviatiles fins (Lf, Lgv, Tn) de la base de la séquence et les tufs qui les surmontent ont été observés en lame mince. Ces lames sont issues d’échantillons en blocs prélevés dans les secteurs de fouille 1 et 2 (S1 et S2, campagne 2005) et dans des sondages à la pelle mécanique 1 et 3 (SPM1 et SPM3; fig. 1).

Fig. 1: Séquence de Caours.

Fig. 1: Séquence de Caours.

A: transect SE-NO. Ensemble fluviatile: Gf - Graviers fluviatiles grossiers (silex et craie); Lf et Lgv - Limons fluviatiles fins, calcaires, gris-vert, à mollusques, de sommet de nappe alluviale; Tn - Horizon noir tourbeux. Formation tufacée: Tg - Ensemble de niveaux tufacés à horizons gris organiques avec nombreux restes de grande faune et artefacts paléolithiques; Tm -Tufs massifs, indifférenciés, blancs à gris clair à lentille de tufs granulaires grisâtres (Ltg); Tfl - Tufs fluviatiles stratifiés. Dépôts de versant: Lbh, Lsb, Lbg, Lba - Limons sablo-argileux à argileux, à structure pédologique de sols gris forestiers; Cvl - Colluvions limono‑sableuses à silex épars; Hbs - Limon brun, sableux, à silex épars (Horizon de labour Ap du sol de surface). B: logs synthétiques des coupes et sondages étudiés et provenance des échantillons: légende dans le texte.

2.2 - Analyse microscopique de la séquence de Caours

11L’étude pétrographique de la séquence de Caours a été réalisée à partir de 34 lames minces issues de blocs non perturbés et fabriquées par le Laboratoire de Pédologie de Gand (Belgique). Ces échantillons ont été prélevés dans les sondages SPM1 et SPM3 et les secteurs S1 et S2, fouillés de 2003 à 2006 (fig. 1). Leur étude a permis des observations détaillées de l’ensemble de la séquence de Caours, complétant ainsi les observations macroscopiques, reprises ici d’après Antoine et al. (2006).

12Les faciès observés en lame mince se répartissent en deux grands ensembles:

131) un ensemble à dominante quartzeuse représentant les dépôts fluviatiles de la terrasse alluviale; il est antérieur à la formation de tuf;

142) des dépôts de tuf, carbonatés, constituant l’essentiel de la séquence.

2.2.1 - Formation fluviatile de la base (unités 10 et 9, S2‑SPM1)

15Les unités 9 et 10 du secteur S2-SPM1 (échantillons 12 et MM1, fig. 1 et planche 1) se caractérisent par des faciès quartzeux représentés par des silts grossiers à sables fins de quartz arrondis à sub‑angulaires, mal triés. Quelques orthopyroxènes ont également été observés.

16Dans l’unité 10, ce faciès détritique est relativement homogène. Par endroits, il comprend de petits lits carbonatés, d’épaisseur millimétrique, caractérisés par une matrice micritique et des coquilles de gastéropodes fragmentées. Ces niveaux montrent fréquemment des empreintes de racines.

17L’unité 9 présente une structuration nette, finement laminée et une fragmentation importante. Elle se distingue de la précédente par un fond matriciel brun noir, très foncé, opaque en lumière polarisée analysée correspondant à de la matière organique (planche 1, photos B et B’). Ces observations microscopiques sont corroborées par les études sédimentologiques qui enregistrent dans cette unité la présence jusqu’à 4,45% de carbone organique (Antoine et al., 2006). Ce faciès organo‑minéral recèle des restes osseux, des fragments de silex anguleux, ainsi que des charbons de bois aux contours diffus. Localement, au sommet de cette unité, s’observent des dépôts phosphatés caractérisés par une porosité importante et une structuration en damier. Ils contiennent des restes osseux, très fragmentés. Ils s’apparentent à des coprolithes dont la mise en place semble contemporaine du dépôt de l’unité 9.

18Le sommet de cette unité présente un contact tranché avec l’unité 8 de tuf sus-jacente témoignant d’une phase d’érosion très nette et de compaction qui précède la mise en place des premiers tufs calcaires.

Planche 1: Numérisation et photographies des lames minces de Caours (J. Dabkowski).

Planche 1: Numérisation et photographies des lames minces de Caours (J. Dabkowski).

Toutes les photographies présentées ici sont dans le sens de la lame (LPA: lumière polarisée analysée. En l’absence de précision, la photo est en lumière naturelle). Faciès fluviatiles: A: échantillon MM1, sondage SPM1, unités 10, 9 et 8; faciès détritique de l’unité 10, à la base, surmonté par unité 9 organo-minérale sombre très nette. Au dessus de ces faciès détritiques, se met en place le tuf (unité 8). B: échantillon 12, secteur S2, unités 10 et 9. B’: LPA. C: échantillon 12, secteur S2, unité 10. Le faciès détritique pur est ici mêlé à une matrice micritique. C’ : LPA. Stromatolithes: D et E: Broutinella, Secteur S2-zone chenal, unité Stt; D: échantillon str. tub. 1, LPA; E: éch. str. tub. 3. F: Ponsella, éch. Str1, secteur S2, unité Str/Ch1. Tuf massif de type «source»: G: éch. 1, secteur S1, unité 3b; on observe le passage progressif du faciès «chou-fleur» au faciès «mille-feuille»; H, H’ et I, I’ : faciès «chou-fleur»; H: éch. 1, secteur S1, unité 3b; H’ : LPA; I: éch. 9, secteur S2, unité 6; pseudomorphes de végétaux et fragment de faisceaux (Broutinella). I’ : LPA.

2.2.2 - Dépôts carbonatés: tuf massif et stromatolithes (unités 8 à 1a et b, faciès Ch1 et 3, Str et Stt, S2- SPM1 et unités 5 à 3, S1-SPM3; fig. 1, planches 1 et 2)

19La Formation de tuf de Caours présente deux types de dépôts carbonatés aux structures bien distinctes macroscopiquement et en lame mince. La classification de Casanova (1981) est propice pour les dénommer:

201) les constructions stromatolithiques de type «barrage- cascade». Il s’agit d’édifices calcitiques bien individualisés et parfaitement cristallisés, résultant d’une activité biologique, algaire ou algo‑bactérienne et présentant en coupe une succession de lamines millimétriques ondulées claires et sombres (Freytet & Plet, 1991). A Caours, les stromatolithes forment des blocs mamelonnés (unités Str) ou des structures «en colonnades» (unités Stt), aux concrétionnements organisés en lamines concentriques de taille millimétrique (fig. 1). Ces formations sont minoritaires au sein du tuf de Caours.

212) le tuf massif, constitués d’unités grossièrement stratifiées de pendage conforme au sens de la pente, de type «source» (Casanova, 1981; Weisrock, 1981). Ces formations constituent la majeure partie de la formation de tuf et rassemblent les microfaciès «chou-fleur» et «mille‑feuille».

22La morphologie des cristaux de calcite constituant les stromatolithes et le tuf massif de type «source» de Caours se caractérise par la présence de filaments. Ceux-ci correspondent à l’empreinte de colonies d’algues responsables de la précipitation carbonatée (Adolphe, 1981; Ordoñez et al., 1986) et sont fréquemment agencés en faisceaux plus ou moins arborescents. D’après les travaux de Freytet (1997, 1998) il est possible de déterminer trois genres d’algues fossiles dans le tuf de Caours: Ponsella, Broutinella et Ponsinella.

23Le genre Ponsella (planche 1, photo F) est constitué de filaments entièrement micritiques, cylindriques, d’apparence homogène ou grumeleuse. Ils sont inclinés puis érigés, peu embranchés. Les branches constituant les faisceaux sont toutes de tailles équivalentes. Elles forment des angles compris entre 15 et 30° et sont distantes entre elles de 0,5 à 4 fois le diamètre du filament (Freytet, 1997).

24A Caours, ce genre n’a été observé que dans les constructions stromatolithiques en particulier dans les zones de chenal (échantillon 12 et 3, Ch 1 et 3, Zone Chenal S2, fig. 1B).

25Le genre Broutinella apparaît dominant dans la séquence de Caours. Il a été mis en évidence aussi bien dans les faciès stromatolithiques que dans le tuf massif de type «source». Il se définit par de très fins filaments (entre 3 et 6 μm), érigés, groupés ou espacés, parallèles ou radiaires, associés en couches gazonnantes ou en faisceaux de formes variables. Ces filaments sont formés principalement de sparite et secondairement de micrite. Ils présentent de fréquentes micro‑laminations internes. D’après les travaux de Freytet (1998), il s’agirait à Caours des espèces B. arvenensis et B. variegata (planche 1, photos H, H’ et I, I’).

26Broutinella est très abondant dans les constructions stromatolithiques des unités Str et Stt (stromatolithe et stromatolithe tubulaire) qui tapissent les parois du chenal ou le recouvrent (échantillons Str tub 1 à 4, zone chenal, S2, fig. 1).

27Le genre Ponsinella (planche 2, photos A et B, B’) n’est quant à lui présent que dans les unités de tuf massif. Ce genre se définit par des filaments couchés qui, espacés, ne forment pas de faisceaux et se développent au sein d’une matrice micritique (Freytet, 1998). Ici, ces filaments ne présentent généralement pas leur développement érigé maximal.

28Le tuf massif est composé de deux faciès distincts. Le genre Broutinella constitue un faciès «chou-fleur» (unités 4 et 3, échantillons 3 et 4, S1-SPM3 et unités 8, 6, 4, 3 et 1a, échantillons 1, 4, 7 et 9, S2-SPM1; fig. 1B). Il se caractérise en lame mince par l’abondance de granules, d’aspect plus ou moins micritisé. Ces granules sont constituées de faisceaux de Broutinella qui ont parfois conservé l’empreinte d’un végétal encroûté (tiges, feuilles), fréquemment en position de vie planche1, photos H, H’ et I, I’). Ce faciès présente en général très peu de matrice micritique et aucune structure laminée. En revanche, la porosité peut être très importante (jusqu’à 20 %). Ces éléments d’observation en lame mince sont cohérents avec l’aspect macroscopique de ces faciès: granulaires et plus ou moins compacts, ils contiennent des blocs indurés (centimétriques à pluridécimétriques selon les unités) et/ou des tiges et branchettes encroûtées en place (diamètre millimétrique à centimétrique).

29Le faciès «chou-fleur» alterne avec un autre faciès dit faciès «mille-feuille» et dû à Ponsinella (unités 5 et 3, échantillons 6 et 1, S1-SPM3; unités 5 et 1b, échantillons 9 et 3, S2-SPM1; fig. 1B). Ce faciès est nettement micritique (planche 2, photos A et B, B’). Les lamines de Ponsinella sont diffuses et soulignées par une orientation préférentielle, à plat, des éléments figurés: empreintes de feuilles et de tiges, débris de Broutinella, débris de coquilles de gastéropodes, esquilles de silex et fragments d’ossements millimétriques. Ce faciès contient également davantage de fraction détritique, essentiellement des quartz. De petits vides plans discontinus et des liserés de matière organique soulignent aussi la lamination. Macroscopiquement, ces faciès présentent une texture limono-sableuse, plus ou moins compacte, et contiennent fréquemment de petites oncolithes ou des branchettes encroûtées arrondies, ce qui conforte les observations microscopiques.

30L’alternance de ces deux faciès, «chou-fleur» et «mille-feuille», a pu être observée plus particulièrement au sein de l’unité 3 du secteur S1-SPM3 (fig. 1 et planche 1, photo G).

Planche 2: Photographies des lames minces de Caours (J. Dabkowski).

Planche 2: Photographies des lames minces de Caours (J. Dabkowski).

Toutes les photographies présentées ici sont dans le sens de la lame (LPA: lumière polarisée analysée. En l’absence de précision, la photo est en lumière naturelle). Tuf massif de type «source», faciès «mille-feuille»: A: éch. 9, sondage S2, unité 5; B: éch. 3, secteur S2, unité 1b; B’: LPA.

2.3 - Interprétation et discussion

31Les observations en lames minces permettent de distinguer deux ensembles de faciès:

32– le premier ensemble, détritique, présente un faciès silicoclastique pur à calcitique et un faciès organo‑minéral.

33– le second comprend des dépôts carbonatés stromatolithiques et de tuf massif de type «source». Ces derniers présentent une alternance de faciès «chou-fleur» et «mille-feuille».

34Ces ensembles témoignent de contextes paléoenvironnementaux distincts.

2.3.1 - Formation fluviatile de la base (unités 10 et 9, S2‑SPM1)

35La granulométrie (silts grossiers mal triés), la morphologie des grains (arrondis à sub-angulaires) et l’homogénéité du faciès silicoclastique de l’unité 10, montrent, en accord avec les observations de terrain, qu’il correspond à un dépôt fluviatile fin (fig. 1; Antoine et al., 2006). Cette unité traduit une mise en place par suspension en position de lit mineur en liaison avec des crues épisodiques alimentées par un chenal principal de type méandriforme (Antoine et al., 2003). Les niveaux calcitiques, d’origine détritique qui y sont observés sont bioturbés, traversés par des traces de racines, et contiennent des coquilles. Ils témoignent du développement d’un petit sol de plaine alluviale au sein de l’unité 10 probablement contemporain du niveau archéologique N4.

36Dans les successions des faunes de mollusques et d’ostracodes de Caours (fig. 2), l’unité 10 correspond à un changement important (Antoine et al., 2006). La base de la séquence fluviatile livre en effet des peuplements de mollusques dominés par des espèces de milieu ouvert dont certaines ont une répartition moderne boréo-alpine, impliquant des conditions climatiques froides. La structure et la composition de ces faunes présentent des analogies fortes avec celles qui, dans la Somme, caractérisent la fin du Tardiglaciaire Weichselien (Dryas récent, Limondin‑Lozouet & Antoine, 2001). Ces assemblages malacologiques permettent de décrire un environnement ouvert, soumis à un alluvionnement régulier, se développant sous un climat plutôt froid, non glaciaire. Parallèlement, la présence majoritaire d’ostracodes marins remaniés à partir du substrat crétacé, confirme l’importance des phénomènes de gel-dégel sur les versants à l’origine de la formation de boues crayeuses, remaniées par la rivière, dans un environnement ouvert.

37A la base de l’unité 10, les cortèges paléontologiques changent radicalement par rapport à ceux reconnus dans les unités sous-jacentes. Les ostracodes disparaissent signalant ainsi une phase d’arrêt de l’aggradation alluviale et le passage à un milieu totalement terrestre (fig.2). Les faunes de mollusques, elles, s’enrichissent fortement en diversité et en effectif. Elles sont en particulier caractérisées par l’apparition d’un cortège abondant d’espèces forestières. Ces malacofaunes indiquent une forte densification du couvert végétal et des conditions climatiques de type interglaciaire. La brutalité de la transition environnementale enregistrée par les bioindicateurs montre un hiatus à la base de l’unité 10 marqué par un niveau extrêmement riche en Cepaea. Dans l’unité 10, les faunes de mollusques sont toujours largement dominées par les espèces terrestres mais la composition très différente des associations avec notamment le développement des thermophiles reflète un environnement de forêt ouverte sur lequel l’influence de la rivière est très discrète. Les interprétations issues des études pétrographiques et sédimentologiques apparaissent en accord avec les résultats provenant de l’analyse des bioindicateurs.

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Fig. 2: Répartition des faunes de mollusques et d’ostracodes (sondage SPM1) et comparaison avec les données pétrographiques.

Fig. 2: Répartition des faunes de mollusques et d’ostracodes (sondage SPM1) et comparaison avec les données pétrographiques.

Les références A à J et M1 à M24 correspondent aux numéros des échantillons malacologiques.

39Au dessus de l’unité 10, l’unité 9, tourbeuse, est caractérisée par sa forte teneur en matière organique (8,5 ± 0,3 % de carbone organique – les résultats sédimentologiques sont exprimés avec un intervalle de confiance à 95 %; fig. 3) qui lui confère une couleur noire. Elle contient de nombreux restes fauniques et végétaux (charbons de bois). La morphologie des charbons (structure fibreuse conservée et contours flous) atteste d’un milieu anoxique, caractéristique d’une tourbière. La fragmentation de cette unité est probablement liée à des phénomènes de dessiccation/humectation ou de compaction. Ces transformations ne semblent pas affecter l’agencement des vestiges paléolithiques présents dans l’unité 9 (fragments de silex – absents dans l’unité 10 – et restes de faune constituant le niveau archéologique N3). Ainsi, cette unité 9, à structure laminée très nette, et les vestiges archéologiques contemporains, sont probablement en place, malgré la fragmentation de l’unité. Ces observations s’accordent également avec la reconnaissance de coprolithes, attribuables à des carnivores en raison de la présence de fragments osseux. Ils témoignent d’au moins un épisode de stabilisation et d’assèchement temporaire permettant le passage d’animaux qui pourrait être sub‑contemporain de l’occupation humaine.

40Le sommet de l’unité 9 est affecté par une surface d’érosion observable en lame mince et caractérisée en sédimentologie par une augmentation importante du taux de calcite et une chute du taux de carbone organique (fig.3), qui marque la transition brutale vers les faciès tufacés.

2.3.2 - Formation carbonatée

2.3.2.1 - Stromatolithes

41L’interprétation paléoécologique des faciès stromatolithiques est délicate. En effet, la mise en équivalence des genres (ou espèces) fossiles avec des genres (ou espèces) actuels est complexe. D’une part, des phénomènes diagénétiques peuvent mener à une convergence de forme des cristaux bioconstruits (Freytet, 1997); d’autre part, un genre fossile décrit en lame mince, d’après ses caractères morphologiques, peut être assimilé à plusieurs genres actuels, définis quant à eux d’après des critères biologiques, observés au microscope électronique à balayage ou par extraction d’ADN (Pentecost & Riding, 1986).

42Pour permettre des rapprochements, Freytet (1997, 1998) a procédé sur des tufs actuels à la détermination des genres présents dans la couche vivante (une centaine de μm) et à l’identification des formes calcifiées associées. Le couplage des méthodes de la biologie et de la pétrographie sur un même matériel lui a permis de soumettre certaines comparaisons entre fossile et actuel par convergence de faciès.

43Ainsi, d’après Freytet (1997), « Ponsella can very probably belong to Scytonemataceae». Cette famille appartient au groupe des cyanobactéries.

44Les faisceaux de Broutinella variegata décalcifiés peuvent quant à eux être rapprochés de ceux de l’actuel Schizothrix pulvinata. De même, la morphologie des faisceaux de Broutinella rapproche ce genre de Schizothrix ou de Phormidium (Freytet, 1998). Ces deux genres actuels appartiennent également au groupe des cyanobactéries.

45Les cyanobactéries sont largement répandues dans les eaux douces et se développent, dans une lame d’eau de 0,5 à 30cm d’épaisseur, là où la plupart des processus de formation de tufs par les bryophytes (mousses) et les végétaux supérieurs sont exclus (Pentecost & Riding, 1986).

46A Caours, Broutinella correspond aux premières colonies encroûtant les bords des chenaux (unités Stt et Str). Ceux-ci sont ensuite envahis par les bioconstructions à Ponsella (unités Ch1 et Ch3).

47Les constructions cyanobactériennes sont caractérisées par l’alternance de lamines généralement claires puis sombres. Cette superposition rythmique est le plus souvent interprétée comme l’enregistrement de variations climatiques saisonnières. Cependant, comme le souligne Casanova (1981), le cycle de construction des stromatolithes actuels est mal connu. Il est donc difficile de justifier un cycle annuel dans les formations fossiles, hormis pour Phormidium incrustatum, dont le cycle actuel a été bien étudié, ou si la présence de marqueurs saisonniers, tels que les tubes ou loges d’insectes, est attestée.

48On peut aussi admettre, d’après Adolphe (1981) et Weisrock (1981), que les laminations correspondent à différents stades physiologiques d’un même organisme, qui s’adapte en fonction des conditions du milieu. Une autre hypothèse à retenir, développée par Freytet (1992), serait la prédominance alternée, d’une espèce puis d’une autre au sein de biocoenoses algaires, produisant ainsi des formes cristallines différentes. C’est le cas actuel du genre Phormidium, qui se développe au printemps et qui est remplacé à l’automne par Schizothrix.

49Nos observations du genre Ponsella à Caours, ont montré que la succession de lamines claires et sombres est liée à une densité plus ou moins importante de filaments identiques. Il semble donc que l’hypothèse défendue par Adolphe (1981) et Weisrock (1981) puisse dans ce cas être retenue. Pour Broutinella, il est difficile de trancher. En effet, ses édifices présentent des formes (forma) très différentes. Cependant, il a déjà été souligné ci-avant que Broutinella pouvait être mis en équivalence avec deux genres actuels Schizothrix et Phormidium. Ainsi, sans exclure la possibilité que les laminations de Broutinella soient le fait d’un même organisme, il est également raisonnable de les attribuer à l’alternance cyclique de deux genres différents.

50Cette cyclicité au sein des stromatolithes permet des études à haute résolution temporelle de la saisonnalité au cours des interglaciaires en terme de paléotempératures et paléoprécipitations (Brasier et al, 2009; Matsuoka et al, 2001). Une étude géochimique de ce type (δ18O et δ 13C) a donc été entamée à l’Université d’East Anglia (Norwich, Grande-Bretagne).

Fig. 3: Données sédimentologiques (carbone organique et calcite) du secteur S2.

Fig. 3: Données sédimentologiques (carbone organique et calcite) du secteur S2.

Fig. 4: Exemple de tuf actif, Ru Blanc, Côte-d’Or.

Fig. 4: Exemple de tuf actif, Ru Blanc, Côte-d’Or.

A: massif en «chou-fleur». B: formation en barrage-retenue. Au fond des vasques, se déposent des formations à oncolithes.

2.3.2.2 - Tuf massif de type « source » :

51La conservation des lamines dans le faciès «mille-feuille», l’aspect peu fracturé des granules dans le faciès «chou-fleur» et la conservation des faisceaux algaires dans les deux faciès témoignent du caractère en place du tuf massif.

52L’alternance des faciès «chou-fleur» et «mille-feuille» met en avant deux types de milieux:

53– le premier (fig. 4A et planche 1, photos H, H’ et I, I’) est dû à Broutinella, mis en équivalence avec les genres actuels Schizothrix et Phormidium (Freytet, 1998). D’après Pentecost & Riding (1986), ces cyanobactéries se mettent en place dans une tranche d’eau d’épaisseur comprise entre 0,5 et 30 cm;

54– dans le faciès «mille-feuille» (planche 2), le litage des éléments détritiques (quartz, fragments de Broutinella, coquilles, éclats de silex, ossements, etc.) témoigne d’une dynamique d’écoulement. Le genre fossile Ponsinella, responsable de ce faciès, peut être rapproché de plusieurs genres actuels appartenant à différents groupes ou familles d’algues (cyanobactéries, chlorophytes – algues vertes –, etc., Freytet, 1998). La multiplicité des hypothèses rend difficile une interprétation paléoécologique actualiste fiable. Cependant, à Caours, Ponsinella ne présente que très rarement un développement maximal en faisceaux érigés. De plus, les constructions présentent de nombreux liserés de matière organique témoignant de périodes d’assèchement. Ce faciès apparait donc s’être mis en place dans une lame d’eau peu importante voire nulle. L’écoulement mis en évidence dans ces faciès «mille-feuille» est diffus, probablement assimilable à un suintement, comme en témoigne l’absence de chenaux ou micro-chenaux, et n’a donc pas affecté les artefacts des niveaux archéologiques N1 et N2 associés aux unités 7 et 5.

55Les faciès de tuf massif de type «source» se démarquent nettement des niveaux détritiques sous‑jacents (unités 10 et 9) par l’importance de leur taux de CaCO3 (fig. 3), compris entre 90 et 99 % environ. Cette teneur, autour de 95 %, est caractéristique des tufs purs (Casanova, 1981; Pentecost, 2005). Ils contiennent également en moyenne 0,24 (± 0,03) % de carbone organique. Ces données sédimentologiques ne permettent pas de différencier les faciès «chou-fleur» et «mille-feuille». Seules les unités 5 et 7, appartenant au faciès «mille‑feuille» présentent un taux de carbone organique plus important que les unités qui les encadrent (respectivement 0,36 et 0,26 (± 0,03)%, fig. 3). Elles comprennent également les niveaux archéologiques.

56Les données malacologiques et ostracologiques offrent un parallèle intéressant avec les résultats pétrographiques (fig. 2). Dans la séquence de Caours, les deux bio‑indicateurs présentent une alternance qui met en évidence la cyclicité de phases d’assèchement et de périodes de mise en eau. Chez les mollusques, ces variations sont reflétées par la répartition des fractions terrestres et aquatiques au sein des assemblages (fig. 2). Les faunes d’ostracodes quant à elles, se développent en milieu aquatique et disparaissent des dépôts dès que les conditions du milieu s’assèchent. Ainsi s’établit une corrélation entre les chutes d’effectifs des faunes d’ostracodes et le développement des mollusques thermophiles qui signent les épisodes d’extension forestière corrélés aux unités 5 et 7 de la base de la séquence (fig. 2). Ces mêmes unités appartiennent au faciès «mille‑feuille» et se démarquent des autres unités de tuf massif par leur extension sur plusieurs centaines de m2, leur teneur relativement élevée en carbone organique et leur contenu archéologique (Niveaux N1 et N2) et paléontologique, riche en restes de grande faune terrestre. L’ensemble indique une période plus sèche et plus stable, autour de l’optimum climatique.

57Une corrélation est également établie dans la partie supérieure des tufs entre le faciès «mille‑feuille» de l’unité 1b et la malacofaune terrestre, qui décrit un environnement ouvert et asséché mais soumis à des écoulements intermittents (fig. 2). A l’inverse les phases dominées par les mollusques aquatiques, tels les premiers dépôts de tuf de la séquence (unité 8), apparaissent associées au faciès «chou-fleur» qui nécessite une hauteur d’eau relativement importante pour se développer comme l’indique les proportions élevées d’ostracodes dès la base du tuf (fig. 2). Ainsi, ces variations de faciès («chou-fleur» et «mille‑feuille») sont bien corrélées à des changements environnementaux et en particulier à des variations hydrodynamiques dans le temps (saisonnières ou climatiques) et dans l’espace.

3 - Conclusion

58Cette première étude pétrographique de la séquence de Caours, associée aux données fauniques et sédimentologiques, permet de préciser les processus et les conditions de mise en place de ces tufs interglaciaires.

59A la base, les dépôts fluviatiles fins, détritiques, enregistrent dans leur partie supérieure, le passage vers des conditions interglaciaires (unités 10 et 9). La construction du massif de tuf qui suit résulte de la précipitation de calcite par des cyanobactéries des genres fossiles Broutinella, Ponsella et Ponsinella en liaison avec la réactivation de sources de bas de versant qui drainent la nappe phréatique de la craie.

60Ponsella et Broutinella sont responsables d’encroûtements stromatolithiques de formes variées, observés dans et autour des chenaux. Broutinella intervient également dans la construction de tuf en dôme de type «chou-fleur», présent dans les milieux toujours en eau, dominés par des faunes de mollusques et d’ostracodes aquatiques. Ponsinella est à l’origine d’un faciès «mille-feuille», associé à de nombreux épisodes d’assèchement et une faune malacologique à dominante terrestre.

61La diversité des faciès et encroûtements et leur comparaison avec les biomarqueurs, notamment malacologiques, soulignent des variations environnementales intervenues au cours de l’interglaciaire 5e. La poursuite de ces études pétrographiques et leur prolongement par des analyses géochimiques (δ13C et le δ18O) doivent permettre de vérifier si ces modifications sont le reflet d’une évolution plus globale, d’ordre climatique, comme l’ont montré les travaux sur des tufs holocènes (Andrews, 2006; Garnett et al., 2004).

62Le développement de cette recherche nouvelle et son extension à d’autres séquences de tuf du Pléistocène, comme celle de La-Celle-sur-Seine en Seine-et-Marne, attribuée au SIM 11 (projet SITEP; Limondin‑Lozouet, 2006), contribueront à une meilleure compréhension des interglaciaires et de leur évolution en domaine continental.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1: Séquence de Caours.
Légende A: transect SE-NO. Ensemble fluviatile: Gf - Graviers fluviatiles grossiers (silex et craie); Lf et Lgv - Limons fluviatiles fins, calcaires, gris-vert, à mollusques, de sommet de nappe alluviale; Tn - Horizon noir tourbeux. Formation tufacée: Tg - Ensemble de niveaux tufacés à horizons gris organiques avec nombreux restes de grande faune et artefacts paléolithiques; Tm -Tufs massifs, indifférenciés, blancs à gris clair à lentille de tufs granulaires grisâtres (Ltg); Tfl - Tufs fluviatiles stratifiés. Dépôts de versant: Lbh, Lsb, Lbg, Lba - Limons sablo-argileux à argileux, à structure pédologique de sols gris forestiers; Cvl - Colluvions limono‑sableuses à silex épars; Hbs - Limon brun, sableux, à silex épars (Horizon de labour Ap du sol de surface). B: logs synthétiques des coupes et sondages étudiés et provenance des échantillons: légende dans le texte.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5499/img-1.png
Fichier image/png, 226k
Titre Planche 1: Numérisation et photographies des lames minces de Caours (J. Dabkowski).
Légende Toutes les photographies présentées ici sont dans le sens de la lame (LPA: lumière polarisée analysée. En l’absence de précision, la photo est en lumière naturelle). Faciès fluviatiles: A: échantillon MM1, sondage SPM1, unités 10, 9 et 8; faciès détritique de l’unité 10, à la base, surmonté par unité 9 organo-minérale sombre très nette. Au dessus de ces faciès détritiques, se met en place le tuf (unité 8). B: échantillon 12, secteur S2, unités 10 et 9. B’: LPA. C: échantillon 12, secteur S2, unité 10. Le faciès détritique pur est ici mêlé à une matrice micritique. C’ : LPA. Stromatolithes: D et E: Broutinella, Secteur S2-zone chenal, unité Stt; D: échantillon str. tub. 1, LPA; E: éch. str. tub. 3. F: Ponsella, éch. Str1, secteur S2, unité Str/Ch1. Tuf massif de type «source»: G: éch. 1, secteur S1, unité 3b; on observe le passage progressif du faciès «chou-fleur» au faciès «mille-feuille»; H, H’ et I, I’ : faciès «chou-fleur»; H: éch. 1, secteur S1, unité 3b; H’ : LPA; I: éch. 9, secteur S2, unité 6; pseudomorphes de végétaux et fragment de faisceaux (Broutinella). I’ : LPA.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5499/img-2.png
Fichier image/png, 264k
Titre Planche 2: Photographies des lames minces de Caours (J. Dabkowski).
Légende Toutes les photographies présentées ici sont dans le sens de la lame (LPA: lumière polarisée analysée. En l’absence de précision, la photo est en lumière naturelle). Tuf massif de type «source», faciès «mille-feuille»: A: éch. 9, sondage S2, unité 5; B: éch. 3, secteur S2, unité 1b; B’: LPA.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5499/img-3.png
Fichier image/png, 77k
Titre Fig. 2: Répartition des faunes de mollusques et d’ostracodes (sondage SPM1) et comparaison avec les données pétrographiques.
Légende Les références A à J et M1 à M24 correspondent aux numéros des échantillons malacologiques.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5499/img-4.png
Fichier image/png, 85k
Titre Fig. 3: Données sédimentologiques (carbone organique et calcite) du secteur S2.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5499/img-5.png
Fichier image/png, 60k
Titre Fig. 4: Exemple de tuf actif, Ru Blanc, Côte-d’Or.
Légende A: massif en «chou-fleur». B: formation en barrage-retenue. Au fond des vasques, se déposent des formations à oncolithes.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5499/img-6.png
Fichier image/png, 180k
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Pour citer cet article

Référence papier

Julie Dabkowski, Pierre Antoine, Nicole Limondin‑Lozouet, Christine Chaussé et Pierre Carbonel, « Les microfaciès du tuf calcaire Eemien (SIM 5e) de Caours (Somme, France) : éléments d'analyse paléoécologique du dernier interglaciaire », Quaternaire, vol. 21/2 | 2010, 127-137.

Référence électronique

Julie Dabkowski, Pierre Antoine, Nicole Limondin‑Lozouet, Christine Chaussé et Pierre Carbonel, « Les microfaciès du tuf calcaire Eemien (SIM 5e) de Caours (Somme, France) : éléments d'analyse paléoécologique du dernier interglaciaire », Quaternaire [En ligne], vol. 21/2 | 2010, mis en ligne le 01 décembre 2010, consulté le 22 octobre 2019. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/5499 ; DOI : 10.4000/quaternaire.5499

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Auteurs

Julie Dabkowski

Département de Préhistoire du Muséum National d’Histoire Naturelle, UMR 5198, Institut de Paléontologie Humaine, 1 rue R.-Panhard, 75013 PARIS. Courriel: dabkowski@mnhn.fr; Laboratoire de Géographie Physique, UMR 8591, 1 place A.-Briand, 92195 MEUDON cedex

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EPOC UMR 5805 CNRS Université Bordeaux 1 avenue des Facultés, F-33405 TALENCE cedex

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