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Étude des minéraux magnétiques du site préhistorique de la Caverna delle Fate (Finale, Ligurie, Savona, Italie)

Magnetic mineral study of the Prehistoric site of Caverna delle Fate (Finale, Liguria, Italy)
Abderrezak Djerrab et Ian Hedley
p. 165-180

Résumés

La grotte delle Fate est un site préhistorique daté du Pléistocène supérieur et localisé dans la province de Ligurie, dans le nord de l’Italie. L’étude magnétique du remplissage a permis d’en préciser les caractéristiques. La partie inférieure, formée de niveaux de sables déposés lors de la période d’activité du karst (intercalés avec des niveaux d’argile et de limon), se caractérise par de faibles valeurs des paramètres magnétiques. Les oxydes de fer présents y sont essentiellement d’origine détritique, dominés par des grains de goethite et de magnétite (de taille MD). Les grains fins (superparamagnétiques ou SP) sont rares, excepté dans les niveaux argileux, au sein desquels les valeurs des paramètres magnétiques sont nettement plus élevées. La partie supérieure du remplissage est caractérisée par un arrêt de la sédimentation de karst actif et la mise en place d’un dépôt de karst fossile. C’est pendant cette période que la grotte a été fréquentée par l’homme préhistorique. Dans cette partie, les valeurs des différents paramètres magnétiques indiquent la présence de grains magnétiques de faible champ coercitif et de taille fine (magnétite, maghémite), d’une concentration plus importante que dans la partie inférieure.

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Texte intégral

Nous remercions Monsieur Rochette (CEREGE, Université d’Aix‑Marseille) et Monsieur Wagner (Université de Genève) de nous avoir permis d’utiliser une partie de leurs équipements de paléomagnétisme afin d’effectuer nos mesures. Nous remercions également Monsieur Abdessadok (IPH, Paris) pour sa précieuse contribution et son aide sur le terrain et Monsieur le Professeur de Lumley qui a su nous faire confiance et a organisé la mission sur le terrain. Merci également aux deux reviewers (dont Monsieur Pozzi de l’ENS de Paris) d’avoir relu et corrigé ce travail et de nous avoir ainsi permis de réaliser des améliorations significatives. Enfin un grand merci à Mme Djerrab pour son aide précieuse.

1 - Introduction

1La grotte de Fate (« Caverna delle Fate »), ou grotte des Fées, est située dans le Finalese, à 4 km au nord-est de la ville de Finale, en Ligurie italienne (fig. 1).

2Elle s’ouvre vers le Sud-Ouest sous la crête rocheuse de Bricco di Peagna, à 280 m d’altitude absolue, sur la rive gauche de la vallée de Ponci et sur le haut-plateau de Manie, au contact des calcaires du Trias inférieur et de la molasse du Miocène.

3Elle est constituée d’une grande salle, orientée nord-sud (20 m de long et 6 m de large), et prolongée par un réseau de salles et de galeries, orienté est-ouest, sur une extension de plus de 150 m (fig. 2).

4L’importance du site fut signalée dès le milieu du XIXe siècle, à la suite de quoi furent entreprises les premières fouilles, qui permirent la mise au jour d’un important matériel archéologique et paléontologique (dont de nombreux silex taillés de facture moustérienne).

5Plus récemment, la découverte de restes osseux néandertaliens a provoqué un regain d’intérêt pour le site, d’où une reprise des fouilles en 1983, qui ont permis de préciser la nature du remplissage, épais au maximum de 5 m.

6Celui-ci comprend plusieurs types de dépôts :

7– des dépôts de karst actif (deux premiers mètres), formés au cours de la phase active du réseau karstique. Il s’agit de niveaux de sables, bien triés, dont la granulométrie diminue progressivement vers le sommet. Ils sont archéologiquement stériles,

8- des faciès de transition entre karst actif et karst fossile, marqués par une lacune d’érosion et la sédimentation locale d’argile en flaque,

9- des niveaux archéologiques ; les circulations d’eaux n’étant plus actives, le site devient alors plus accessible à l’homme. Un premier niveau d’argile sableuse jaunâtre, sans stratification (environ 0,5 m), est surmonté d’un niveau d’argile brune (0,8 m), riche en faune et en foyers. Le matériel, issu de l’altération du substrat calcaire et de la destruction des faciès d’altération du plateau surmontant la grotte (sols), s’est mis en place par ruissellement. L’argile brune est scellée par un plancher stalagmitique (développement de conditions climatiques tempérées humides), lui-même surmonté par un niveau argileux contenant faune et industrie.

10La partie supérieure du remplissage est constituée de l’alternance de niveaux argilo-sableux à blocs et de planchers stalagmitiques.

11Une abondante et riche faune a été récoltée, provenant plus particulièrement des fouilles anciennes (Issel, 1889). Elle se compose de très nombreux ossements d’ours des cavernes (Ursus spelaeus), accompagnés de très nombreuses autres espèces (Felis leo, Canis vulpes, Rhinoceros mercki, Canis lupus, Hyaena crocuta spelaea, Cervus elaphus, Bos sp., Capra ibex, Equus caballus,…). Cette faune est datée du premier stade würmien (cerf dominant sur le cheval, présence d’hyène et de rhinocéros de Merck), et plus particulièrement de la deuxième phase du Würm I (présence de bouquetin et absence d’éléphant antique et d’hippopotame). Elle se rapproche de la faune découverte dans le site de Manie, situé non loin de Fate.

12L’étude des industries issues du site de Fate, provenant à la fois de fouilles anciennes et du tri de sédiments remaniés (de Lumley & Isetti, 1962), révèle une facture moustérienne typique, fréquemment rencontrée en Ligurie.

13Les restes humains mis au jour lors des premières fouilles ont été complétés par d’autres ossements découverts lors du tamisage des sédiments remaniés (Giacobini et al., 1988). Ces ossements, qui comprennent notamment un fragment crânien recueilli en 1983, sont ceux de Néandertaliens. Selon les études paléontologiques, le site serait daté du Würm I (de Lumley, 1969), ce qui est confirmé par des datations radiométriques (tab. 1).

14Notre étude, qui vient à la suite de diverses autres études (chronologiques, sédimentologiques, palynologiques, archéologiques…), ne peut en être dissociée. En effet, elle ne peut être vraiment utile que si elle est associée ou comparée à d’autres approches (Djerrab et al., 2007 ; Djerrab et al., 2009). Elle permet alors 1) de préciser la stratigraphie (les méthodes magnétiques permettent de révéler des variations, notamment dans le mode de dépôt, qui ne sont pas forcément évidentes à l’œil nu), 2) de classifier les différents types de matériaux, 3) d’identifier les processus de transport et de formation des grains magnétiques, 4) de proposer une interprétation paléoclimatique (une comparaison avec des études faunistiques ou palynologiques s’avère alors utile) et 5) de détecter la présence de foyers (parfois confondus avec des zones riches en matière organique) (Thompson et al., 1975 ; Dearing & Flower, 1982 ; Rummery, 1983 ; Zhou et al., 1990 ; Maher & Thompson, 1992).

15A la suite de ce paragraphe introductif, nous proposons un exposé succinct des méthodes employées et un tableau définissant l’ensemble des paramètres utilisés (tab. 2). Les résultats et l’interprétation qui en découle sont ensuite plus longuement détaillés.

Fig. 1 : Situation géographique de la Caverna delle Fate (Finale Ligurie, Savona, Italie).

Fig. 1 : Situation géographique de la Caverna delle Fate (Finale Ligurie, Savona, Italie).

Fig. 2 : Plan de la Caverna delle Fate (Finale Ligurie, Savona, Italie).

Fig. 2 : Plan de la Caverna delle Fate (Finale Ligurie, Savona, Italie).

Tab. 1: Datation radiométrique de quelques échantillons (Caverna delle Fate).

Tab. 1: Datation radiométrique de quelques échantillons (Caverna delle Fate).

Tab. 2 : Définition des paramètres magnétiques utilisés.

Tab. 2 : Définition des paramètres magnétiques utilisés.

2 - Méthodologie et propriétés magnétiques de quelques minéraux communs

16L’emploi de méthodes de terrain et de laboratoire a été combiné. Ces dernières ont nécessité le prélèvement de 88 échantillons sur les coupes longitudinales K/L (Fate-75 à Fate-114) et transversales 30/31 (Fate-115 à Fate-176). L’ensemble des techniques utilisées est listé dans ce qui suit :

171) la susceptibilité magnétique volumique (κ), qui est la somme de plusieurs composantes (formule 2), mesurée directement sur le terrain à l’aide d’un susceptibilimètre portatif (type Bartington MS2 (fréquence 958 Hz) connecté à une sonde de type MS2F),

182) la susceptibilité magnétique massique (χ), mesurée à basse fréquence (0,46 kHz) et à haute fréquence (4,65 kHz) (appareil MS2 connecté à une sonde MS2B, laboratoire de Tautavel, France),

19χ varie en fonction de la nature des minéraux (tab. 3) : Minéraux ferrimagnétiques : χ est très forte (quelques oxydes et sulfures de fer : magnétite, maghémite, pyrrhotite…),

  • Minéraux antiferromagnétiques : χ est modérée et positive (quelques oxydes, oxyhydroxides de fer (hématite, goethite)),

  • Minéraux paramagnétiques : χ est faible et positive (ilménite, sidérite,…),

  • Minéraux diamagnétiques : χ est faible et négative (calcite, quartz, …).

20χ varie également en fonction de la taille des grains magnétiques. Exemple pour la magnétite (Dearing, 1999):

  • Taille comprise entre 0.012 et 0.069 μm : 513 - 1113* 10-6 m3/Kg.

  • Taille comprise entre 0.09 et 2000 μm : 596 ±77* 10-6 m3/Kg,

21- Taille comprise entre 1 et 250 μm (PD) : 390 - 580* 10-6 m3/Kg.

223) la dépendance en fréquence de la susceptibilité magnétique (χfd), calculée à partir du paramètre précédent (Maher, 1986, 1988 ; Mullins, 1977).

23- χfd varie en fonction de la nature de grains magnétiques [primaires/secondaires] et en fonction de la taille. Exemple pour la magnétite (Dearing, 1999) :

24- χfd = 0 : roches mères (métamorphiques, magmatiques, …etc.),

25- χfd < 2% : virtuellement les grains SP sont absents (< 10%),

26- χfd varie entre 2 et 10% : présence d’une mixture de grains SP (Ø < 0.005 μm) et de grains grossiers (MD et PD),

27- χfd varie entre 10 et 14% : pourcentage de grains SP à 75 %.

284) l’aimantation rémanente isotherme à saturation (ARIs), induite par un électroaimant. Celui-ci permet d’appliquer un fort champ magnétique (1 T) sur l’échantillon suivant une direction déterminée, à la suite de quoi l’ARIs est mesurée à l’aide d’un magnétomètre de type spinner, Minispin, au laboratoire de pétrophysique de l’université de Genève). Finalement, une aimantation rémanente anhystérétique (ARA) est induite en appliquant un faible champ direct de 0,2 mT, puis un fort champ alternatif de 0,12 T sur l’échantillon dans le sens inverse de l’aimantation à saturation. L’ARA acquise est ensuite mesurée dans le magnétomètre (Liu et al., 2004).

295) l’aimantation à saturation (Ms), l’aimantation rémanente spontanée (Mrs), le champ coercitif (Hc) et le champ coercitif rémanent (Hcr), définis à l’aide du cycle d’hystérésis, procédure par laquelle un corps magnétique acquiert une aimantation rémanente (mesures effectuées au laboratoire du C.E.R.E.G.E à Marseille). Les rapports Hcr/Hc et Mrs/Ms dépendent fortement de la taille des grains ferromagnétiques et constituent un moyen de visualiser les variations de taille de la fraction magnétique (Hartstra, 1982). Hcr/Hc augmente avec la taille des grains, tandis que Mrs/Ms montre une évolution inverse.

30Les valeurs critiques pour les différents types de grains ont en outre récemment été précisées (Dunlop, 2002) (tab. 4).

31En pratique, les valeurs du rapport Mrs/Ms et Hcr/Hc permettent de caractériser le type de grains magnétiques présents, ce que permet de représenter le diagramme de Day et al. (1977).

326) la procédure proposée par Lowrie (1990) a également été appliquée à certains échantillons, sur lesquels trois ARI sont successivement appliquées selon trois axes (champ de 1T selon l’axe Z, de 100 mT selon l’axe X et de 50 mT selon l’axe Y). Finalement, les échantillons sont désaimantés thermiquement. Cette procédure permet une bonne séparation des différentes composantes magnétiques et de leurs champs coercitifs (Lowrie, 1990 ; Westphal et al., 1998).

33Les grains ferrimagnétiques atteignent leur saturation dans un champ magnétique inférieur à 200 mT, seuls les grains paramagnétiques, diamagnétiques et antiferromagnétiques répondent au champ magnétique appliqué. L’aimantation induite dans un champ supérieur à Ms peut être utilisée pour calculer la susceptibilité magnétique dans un champ fort (formule 1).

34α est la pente de la ligne de régression du cycle d’hystérésis

35κ 0 est la susceptibilité magnétique dans un champ magnétique faible.

Tab. 3 : Susceptibilité magnétique massique (*10-8 m3/kg), Aimantation Rémanente Isotherme de saturation (Am2/kg) et température de Curie (°C) de quelques minéraux

Tab. 3 : Susceptibilité magnétique massique (*10-8 m3/kg), Aimantation Rémanente Isotherme de saturation (Am2/kg) et température de Curie (°C) de quelques minéraux

d'après Dearing, 1999 & Thompson et al., 1986

Tab. 4: Valeurs critiques des rapports Mrs/Ms et Hcr/Hc mesurés à partir du cycle d'hystérésis.

Tab. 4: Valeurs critiques des rapports Mrs/Ms et Hcr/Hc mesurés à partir du cycle d'hystérésis.

3 - Résultats et interprétation

36L’étude des minéraux magnétiques au sein du remplissage a permis d’individualiser six niveaux magnéto-stratigraphiques (tab. 5), au sein desquels les valeurs de la susceptibilité magnétique et des paramètres magnétiques sont distinctes. Ci-dessous, sont détaillées les caractéristiques de chacun des niveaux, en commençant par la base du remplissage.

Tab. 5: Résultats des différents paramètres magnétiques

Tab. 5: Résultats des différents paramètres magnétiques

37Niveau 6 : (-490 à -450 cm) (fig. 3)

38Situé à la base du remplissage au niveau de la coupe longitudinale 30/31 (actuellement visible), ce niveau se compose d’une couche sableuse, qui correspond à une phase active du réseau karstique. Le faciès révèle en effet un vecteur de dépôt hydrodynamique. Les matériaux sont issus de la désagrégation du substrat calcaire encaissant, ainsi que du calcaire du plateau. Ce niveau est stérile du point de vue archéologique.

Fig. 3 : Représentation graphique de la susceptibilité magnétique volumique sur la coupe transversale 30/31 du remplissage de la Caverna delle Fate.

Fig. 3 : Représentation graphique de la susceptibilité magnétique volumique sur la coupe transversale 30/31 du remplissage de la Caverna delle Fate.

39Concentration en grains magnétiques:

40La susceptibilité magnétique ( χbf), utilisée pour estimer la concentration en grains magnétiques dans les sédiments (Heider et al., 1996), présente de faibles valeurs (1 à 4*10-8 m3/kg) (fig. 4.A), de même pour les valeurs des deux paramètres magnétiques ARIs et ARA (fig. 4.C et D). La concentration en grains magnétiques est donc faible.

Fig. 4 : Mesure des paramètres magnétiques des échantillons prélevés dans le remplissage sur la coupe longitudinale K/L et transversale 30/31.

Fig. 4 : Mesure des paramètres magnétiques des échantillons prélevés dans le remplissage sur la coupe longitudinale K/L et transversale 30/31.

A : Susceptibilité magnétique massique à basse fréquence (10-8 m3/kg), B : Dépendance en fréquence de la susceptibilité magnétique (%), C : Aimantation Rémanente Isotherme de Saturation (mA/m), D : Aimantation Rémanente Anhystéritique (mA/m) (Caverna delle Fate).

41Granulométrie magnétique:

42La dépendance en fréquence de la susceptibilité magnétique (χfd) est très sensible à la présence de grains magnétiques de taille très fine (SP) formés in situ par la pédogenèse (Liu et al. 1990). Les valeurs de χfd varient entre 6 et 13 %. Il est important de savoir que les résultats de ce dernier paramètre ne sont pas fiables pour ce niveau, car il s’agit d’échantillons à très faible signal magnétique, et de plus, la sonde utilisée, de marque Bartington, n’est pas assez sensible. En général, en présence de couches sableuses d’épaisseur importante, les oxydes de fer secondaires sont rares, car la mise en place du sable se fait par un courant d’eau violent. Au moment où le courant perd son énergie, il dépose tout d’abord les éléments grossiers, alors que les éléments fins restent en suspension plus longtemps, et n’ont donc pas la possibilité de se déposer à l’intérieur de la grotte. En revanche, les quelques oxydes de fer présents sont essentiellement de taille large PD.

43Nature des grains magnétiques:

44Les valeurs du rapport ARI-100/ARIs sont très faibles (inférieures à 0.5) (fig. 5.A). Ce résultat confirme la dominance des grains magnétiques d’origine détritique antiferromagnétiques (hématite et goethite) de fort champ coercitif (Lanci et al., 1999).

45Les fortes valeurs du rapport ARIsbf (6 à 30 kA/m, fig. 5.B) mettent en évidence l’abondance des grains magnétiques grossiers de magnétite et les grains antiferromagnétiques et au contraire l’extrême rareté des grains SP. Ces derniers ne portent pas de rémanence, donc ne contribuent pas aux valeurs de l’ARIs. Au contraire, leur présence fait augmenter les valeurs de χbf. Dekkers (1988) a observé que la présence de pyrrhotite était corrélée avec des valeurs élevées de ce rapport, de même pour l’hématite, la goethite et la greigite (Peters & Dekkers, 2003). Cette constatation est renforcée par les valeurs faibles du rapport ARA/ARIs (fig. 5.C) (Banerjee et al., 1981 ; Maher, 1988).

46La mesure du cycle d’hystérésis de l’échantillon Fate-171 (coupe transversale 30/31, - 475 cm) nous a permis d’obtenir les valeurs des paramètres Mr, Mrs, Hc, Hcr et Khf. Ce cycle révèle que les grains ferrimagnétiques sont rares, peut-être accompagnés de grains antiferromagnétiques (champ coercitif = 51 mT, tab. 6).

47Connaissant ces différentes valeurs limites, il est possible de déterminer pour chacun des échantillons analysés le type de grains dominants (fig. 6 et tab. 6) : la susceptibilité ferromagnétique (κferro) représente 61,5 % de la susceptibilité totale de l’échantillon (Fate‑171). Les résultats obtenus montrent donc la grande contribution des matières antiferromagnétiques (hématite et goethite), et probablement aussi des matières paramagnétiques et diamagnétiques aux valeurs de la susceptibilité magnétique (38 %).

48Pour résumer, ce niveau de base du remplissage est contemporain d’un climat froid et humide. Le réseau karstique souterrain a permis la mise en place des sédiments (sable calcaire et galets karstiques), qui n’ont subi dès lors aucune évolution géochimique post-dépositionnelle. Par conséquent, les minéraux magnétiques d’origine détritique dominent et sont représentés essentiellement par l’hématite, la goethite et la magnétite de taille PD.

49Niveau 5 : (- 450 à - 400 cm) (fig. 4)

50On y signale la présence d’une couche d’argile plastique, très compacte, de couleur rougeâtre, qui correspond probablement à une phase de transition entre les dépôts de karst hydrodynamique à forte énergie et les dépôts de karst à faible énergie. Cette transition est marquée par une lacune d’érosion et par la sédimentation locale d’argiles de décantation en flaque. La présence d’argile rouge renforce l’hypothèse d’une amélioration climatique (augmentation de la température), qui favorise les phénomènes d’oxydo‑réduction.

51Concentration en grains magnétiques:

52En conséquence de l’amélioration climatique, les valeurs de la susceptibilité magnétique sont plus fortes que dans le niveau inférieur (60 à 100 *10-8 m3/kg) (fig. 4.A). C’est le cas également pour les valeurs des deux rapports ARIs et ARA (fig. 4.C et D). Les grains de petite taille (MD) donnent de hautes valeurs de l’ARA et l’ARIs, parce qu’ils sont très efficaces pendant l’acquisition de la rémanence, en particulier l’ARA (Maher, 1988 ; Dunlop, 1995). Ce niveau présente donc une forte concentration en grains magnétiques.

53Granulométrie magnétique:

54χfd augmente également (fig. 4.B), avec des valeurs dépassant 10 % : les grains magnétiques sont donc dominés par les SP (Thompson et al., 1986). χfd est très sensible à la présence de grains ultrafins (SP) formés sur place par la pédogenèse (Liu et al., 1990). Les grains de taille MD (0.01 – 0.1 µm) sont également présents (fortes valeurs du rapport ARA/ARIs) (fig. 5.C et tab. 5). De fortes valeurs de ce dernier rapport (supérieures à 0.15) impliquent une forte concentration de grains magnétiques de taille fine (MD) (Geiss et al., 2003).

55Le diagramme de Day et al. (1977) (fig. 6 et tab. 6) révèle que la taille des grains magnétiques est plus fine dans ce niveau que dans l’échantillon 171 du niveau précédent.

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Fig. 5 : Mesure des paramètres magnétiques des échantillons prélevés dans le remplissage sur la coupe longitudinale K/L et transversale 30/31.

Fig. 5 : Mesure des paramètres magnétiques des échantillons prélevés dans le remplissage sur la coupe longitudinale K/L et transversale 30/31.

A : Rapport de l’Aimantation Rémanente Isotherme à -100 mT et de l’Aimantation Rémanente Isotherme de saturation à 1000 mT, B : Rapport ARIs/χbf (kA/m), C : Rapport RIs/ARA , D : Rapport ARA/χbf kA/m.

Fig. 6 : Diagramme du rapport Mrs/Ms en fonction de Hcr/Hc

Fig. 6 : Diagramme du rapport Mrs/Ms en fonction de Hcr/Hc

MD: mono-domaine (single domain): PMD: pseudo-monodomaine (pseudo-mono-domain). PD: polydomaine (multi-domain).

d’après Day et al. 1977, modifié par Dunlop, 2002

Tab. 6 : Résumé des résultats obtenus à l'aide du diagramme de Day et al. (1977).

Tab. 6 : Résumé des résultats obtenus à l'aide du diagramme de Day et al. (1977).

Les valeurs du rapport ARI-100/ARIs sont proches de 1 (fig. 5.B), ce qui confirme la présence d’oxydes de fer de faible champ coercitif et de composante magnétique douce (probablement magnétite et maghémite). L’abondance des grains fins (MD et SP) a provoqué une diminution des valeurs du rapport ARIs/ χbf (fig. 5.B).

57Le diagramme de Lowrie de l’échantillon Fate-155 (fig. 7.D), prélevé sur la coupe stratigraphique transversale 30/31, à -415 cm en dessous du niveau zéro de la grotte, montre que l’ARI de l’échantillon est plus faible que celle des autres échantillons, malgré que la valeur de la susceptibilité magnétique du même échantillon soit la plus forte (106*10-8 m3/kg). Il semblerait que cela soit dû à la forte contribution des grains SP à la valeur de χbf. Par ailleurs, l’ARI en fonction de la température chute sur les trois axes (X, Y et Z). L’ARI selon l’axe X (faible coercivité) commence à chuter à partir de 300 °C et s’annule à 580 °C (point de Curie de la magnétite). L’ARI selon l’axe Y et Z montre une légère diminution à 300 °C (décomposition de la maghémite).

58La courbe de l’aimantation à saturation du même échantillon, montre que ce dernier sature à plus de 90 % dans un champ magnétique faible (100 mT) indiquant la dominance de la magnétite. Le champ coercitif de saturation (B0)cr est faible (16 mT). D’après Thompson (1986), les faibles valeurs du champ coercitif (“soft component”) concernent uniquement les grains de magnétite de taille PD et dans une moindre mesure les grains SMD (stable-mono-domaine) du même minéral. Au contraire, de fortes valeurs du champ coercitif (“hard component”) indiquent la présence de grains anti-ferromagnétiques (hématite) (Oldfield et al., 1990).

59La valeur de la susceptibilité ferromagnétique (kferro) est plus forte que celle de l’échantillon précédent (90 %), ce qui prouve la forte contribution des grains ferromagnétiques à la valeur totale de la susceptibilité magnétique. La valeur des susceptibilités kantiferro + kdia + kpara ne dépasse pas 10 %.

60En conclusion, ce niveau argileux présente une concentration importante en grains magnétiques de taille SP et MD. Les grains magnétiques d’origine primaire (détritique) se transforment en minéraux secondaires de taille très fine de magnétite et de maghémite sous l’effet de la pédogenèse (Ellwood et al., 1997 ; Stanjek et al., 1994) et de l’activité bactérienne (Fassbinder et al., 1990) sous un climat humide et chaud (Ellwood et al., 2004). Les fortes valeurs de l’ARA et du rapport ARA/ARIs confirment l’humidité du milieu et l’abondance des grains MD.

Fig. 7 : Diagrammes de Lowrie des échantillons Fate-83, Fate-107, Fate-132 et Fate-155.

Fig. 7 : Diagrammes de Lowrie des échantillons Fate-83, Fate-107, Fate-132 et Fate-155.

61Niveau 4 : (- 400 à – 285 cm) (fig. 4)

62C’est un niveau sablo-argileux de couleur rougeâtre. Il s’agit d’un mélange de dépôt de karst actif et de dépôts de ruissellement. De nombreuses figures sédimentaires attestent de cette dynamique (granoclassement, litage des argiles de décantation, structures entrecroisées, etc.).

63Concentration en grains magnétiques:

64Dans ce niveau sableux, la susceptibilité magnétique diminue de nouveau (7 à 30*10-8 m3/kg) (fig. 3.A), ce qui s’explique par un très faible pourcentage de grains magnétiques. Cela est confirmé par les faibles valeurs de l’ARIs et l’ARA (fig. 4.C & D).

65Granulométrie magnétique:

66Les valeurs de χfd sont plus faibles que celles du niveau 5 (fig. 4.B) ; ce qui s’explique par un faible pour- centage de grains SP. Selon le diagramme de Day et al. (1977) (fig. 6), les échantillons Fat-150, 144 et 133 se localisent dans une zone caractéristique de grains PD avec faible présence de grains PMD.

67Le rapport Hcr/Hc de l’échantillon Fat-150 (prélevé à -390 cm) est de 5,88. Il s’agit probablement soit de grains PD de magnétite (Day et al., 1977 ; Dunlop, 1986 ; Parry, 1965 ; Rahman et al., 1973 ; Parry, 1981 ; Özdemir & Banerjee, 1982 ; Bailey & Dunlop, 1983 ; Hartstra, 1982), soit de grains de pyrrhotite (Peters, 1995).

68Nature des grains magnétiques:

69Les grains magnétiques ne saturent pas complètement à 100 mT, excepté les grains magnétiques de taille PD de magnétite. Certains échantillons présentent une résistance au champ appliqué et présentent de faibles valeurs du rapport ARI-100/ARIs (0.6) (fig. 5.A). Il s’agit probablement de grains magnétiques de fort champ coercitif d’hématite et de goethite. Le rapport ARIsbf augmente légèrement, contrairement au rapport ARA/ARIs. L’explication pourrait être une forte contribution de grains magnétiques de taille large (Heider et al., 1996) et de grains antiferromagnétiques.

70Le diagramme de Lowrie de l’échantillon Fate-132, prélevé à - 310 cm, (fig. 7.C) montre que l’ARI selon l’axe X (faible coercivité) commence à chuter à partir de 200 °C, ce qui est probablement le résultat de la décomposition des sulfures de fer (pyrrhotite de taille comprise entre 30 et 40 μm) (Roberts et al., 2006). La chute ayant lieu entre 300 et 500 °C peut, quant à elle, être liée à la transformation de la maghémite ou à la faible température de blocage de la magnétite. Enfin, la chute à 580 °C marque le point de Curie de la magnétite.

71La courbe de l’ARI selon l’axe Z (forte coercivité) montre deux ruptures de pente, une première entre 100 et 200 °C – il s’agit probablement de la goethite – puis une deuxième à 300 °C, peut-être liée à la décomposition de la maghémite ou des sulfures de fer.

72L’ARI selon l’axe Y (coercivité moyenne) est faible, et ne diminue que légèrement à partir de 300 °C, confirmant la présence soit de maghémite soit des sulfures de fer.

73La courbe de l’aimantation à saturation du même échantillon (fig. 8.B) montre que ce dernier sature à plus de 90 % dans un champ magnétique faible (100 mT), puis à 100 % dans un champ magnétique relativement faible (200 mT). Ces résultats confirment la dominance des grains magnétiques doux (magnétite et maghémite). Les grains PD de magnétite saturent dans un champ magnétique très faible. Le champ cœrcitif de la rémanence de l’hématite est très variable, mais peut osciller entre 100 et 500 mT pour les grains de taille fine (Collinson, 1983).

74La susceptibilité ferromagnétique de l’échantillon Fate-133 représente plus de 88 % de la valeur de κ0. Son cycle d’hystérésis montre que la concentration en grains ferromagnétiques est légèrement supérieure à celle de l’échantillon Fate-144.

75Cependant, cet échantillon, prélevé dans un petit lit de limon, ne donne pas une idée globale pour tout le niveau.

76Le cycle d’hystérésis de l’échantillon Fate-150 montre de plus la dominance des grains antiferromagnétiques et paramagnétiques. L’importance des susceptibilités magnétique, antiferromagnétique et paramagnétique (plus de 66 % du total) confirme cette constatation. La susceptibilité ferromagnétique au contraire est faible (34 %).

77Quant à l’échantillon Fate-144, la susceptibilité ferro-magnétique représente plus de 86 % de la valeur totale de la susceptibilité magnétique (κ0). Les susceptibilités antiferromagnétique, paramagnétique et diamagnétique ne dépassent pas 14 %.

78En conclusion, ce niveau constitue la suite du niveau 5, les conditions climatiques sont les mêmes (la couleur rougeâtre des sédiments confirme que le milieu était humide et chaud). La présence de quelques niveaux de galets prouve l’existence d’un cours d’eau à forte énergie à certaines périodes, ce qui n’est pas le cas pour le niveau 5, qui présente un milieu de sédimentation plus calme (avec une concentration plus importante en argile et un fort pourcentage d’oxydes de fer). Dans ce niveau on observe les grains magnétiques d’origine primaire (magnétite de taille PD, hématite et goethite) coexistent avec des grains magnétiques d’origine secondaire (magnétite et maghémite de taille plus fine). Ces derniers ont été formés à l’extérieur de la grotte (sur le plateau et les pentes), puis entraînés par les eaux à travers les fissures du karst à l’intérieur de la grotte. Par conséquent, ce niveau n’est pas homogène et la concentration en grains magnétiques varie d’un échantillon à l’autre (exemple : Fate‑150 & Fate-144).

Fig. 8 : Courbes d’acquisition de l’aimantation à saturation des échantillons : Fate 83 et Fate 132.

Fig. 8 : Courbes d’acquisition de l’aimantation à saturation des échantillons : Fate 83 et Fate 132.

79Niveau 3 : (- 285 à – 255 cm) (fig. 4)

80Il s’agit d’un niveau argilo-limono-sableux de couleur jaunâtre à brunâtre.

81On y enregistre une nouvelle augmentation de la susceptibilité magnétique (29 à 50*10-8 m3/kg) (fig.4.A) et de fortes valeurs de l’ARIs (fig. 4.C).

82Concentration en grains magnétiques:

83La concentration en oxydes de fer est plus importante que dans le niveau sous-jacent, et plus particulièrement celle des grains SP, ce qui est confirmé par les valeurs élevées de χbf, ARIs et ARA (fig. 4.A, C et D).

84Granulométrie magnétique:

85Ce niveau se caractérise par une concentration importante en grains magnétiques de taille SP (χfd plus élevée). Les faibles valeurs du rapport ARIs/χbf et les fortes valeurs du rapport ARA/ARIs (fig. 5.B et C) confirment la dominance de grains magnétiques de taille fine. Sur le diagramme de Day et al. (1977) (fig.6 et tab. 6), l’échantillon Fate-124, prélevé à -270 cm, montre une taille inférieure à celle des niveaux sous‑jacent.

86Nature des grains magnétiques:

87Les grains magnétiques présents saturent facilement dans un champ magnétique inférieur à 200 mT (les valeurs du rapport ARI-100/ARIs sont fortes). Les valeurs du rapport ARIsbf sont faibles (faible pourcentage de grains antiferromagnétiques). Au contraire les valeurs des deux rapports ARA/ARIs et ARA/χbf sont élevées (forte concentration de grains ferrimagnétiques, probablement de magnétite et de maghémite, de taille fine).

88Le pic observé au niveau de la courbe du rapport ARIsbf, (avec une valeur de 70,6 kA/m pour l’échantillon Fate-121 prélevé à -255 cm), confirme la présence des sulfures de fer (probablement la greigite) (fig. 5.B), cette affirmation étant renforcée par de très faibles valeurs du rapport ARA/ARIs (fig. 5.C) (Banerjee et al., 1981; Maher, 1988 ; Snowball & Thompson, 1990 ; Dekkers & Schoonen, 1996 ; Snowball, 1997). La greigite (Fe3S4) sature à 100 % dans un champ faible (100 mT). Ce minéral peut se former dans un milieu réducteur très riche en matière organique, associé à des bactéries et accompagné d’une sédimentation rapide, en cours de diagenèse (King et al., 1991). Elle peut être couplée avec la dissolution de titanomagnétite (Snowball & Thompson, 1990 ; Roberts & Turner, 1993).

89De plus, la valeur de la susceptibilité ferromagnétique mesurée à partir du cycle d’hystérésis est supérieure à 94 %, ce qui reflète bien la dominance des grains ferro-magnétiques dans cette couche argilo‑limono‑sableuse de couleur brunâtre.

90Par conséquent, les niveaux 3 et 4 sont caractérisés par la succession de niveaux de sable, d’argile et de limon, les propriétés magnétiques de chaque niveau différant l’une de l’autre. Les valeurs des différents paramètres magnétiques changent donc d’une façon brutale.

91La partie supérieure du niveau 4 et la totalité du niveau 3 sont marquées par l’arrêt des circulations hydriques dans la cavité et l’apparition des niveaux d’argile sableuse, sans stratification apparente. L’étude granulométrique et micromorphologique des sédiments révèle une mise en place par ruissellement d’un matériel sédimentaire issu de l’altération ou de la désagrégation du substrat calcaire et des roches environnantes. L’arrivée de ces matériaux dans le karst se fait par les nombreuses diaclases et fissures du massif. Inversement au niveau 4, les sédiments du niveau 3 ont subi une évolution géochimique et biologique (pédogenèse) post-dépositionnelle.

92Niveau 2 : (- 255 cm à - 225 cm) (fig. 3)

93Il occupe le sommet de la coupe transversale 30/31 et la base de la coupe longitudinale K/L dans les zones K22 et K23. Il s’agit d’une couche sablo‑limono‑argileuse. Au sein de cette couche, quelques lits de limon sont signalés, ainsi que des poches argileuses, surtout dans la partie supérieure droite de la coupe (Djerrab, 2001).

94Concentration en grains magnétiques:

95Les valeurs de la susceptibilité magnétique enregistrent une chute brutale (fig. 4.A). Des résultats semblables ont été observés pour l’ARIs et l’ARA (fig. 4.C et D). Cette diminution est due à un très faible pourcentage de grains magnétique.

96Granulométrie magnétique:

97Les grains magnétiques de taille fine (SP et MD) sont minoritaires (faibles valeurs de χfd). Les valeurs modérées du rapport ARIs/χbf témoignent de la dominance de grains antiferromagnétiques (hématite et goethite) d’origine primaire. Au contraire, les valeurs des rapports ARA/ARIs et ARA/χbf (fig. 5.C et D) sont faibles et confirment que les grains de taille fine sont minoritaires.

98Sur le diagramme de Day et al. (1977) (fig.6 et tab. 6), l’échantillon Fate-119 se localise dans une zone caractéristique des grains PD, ce qui renforce les résultats obtenus à partir des autres paramètres magnétiques. Le rapport Hcr/Hc est très élevé (7,91) et le rapport Mrs/Ms très bas (0,017), ce qui démontre la dominance des grains PD.

99Nature des grains magnétiques:

100Dans ce niveau on assiste à une forte chute des valeurs du rapport ARI-100/ARIs (fig. 5.A). Cette diminution est due à la dominance des oxydes de fer de nature dure (hématite et/ou goethite) (Peters & Thompson, 1998).

101La susceptibilité ferromagnétique mesurée pour l’échantillon Fate-119 à partir du cycle d’hystérésis est très faible (à peine plus de 3 % de la valeur de κ0), tandis que logiquement les susceptibilités paramagnétique, antiferromagnétique et diamagnétique dominent (plus de 96 %). Le cycle d’hystérésis montre une forte dominance de matière paramagnétique. La valeur du Hcr est supérieure à 77 mT, ce qui s’explique par la dominance de grains antiferromagnétiques de nature dure (goethite et hématite).

102En conclusion, ce niveau diffère des autres par la présence d’un fort pourcentage de grains magnétiques de fort champ coercitif, dominés probablement par les minéraux antiferromagnétiques (hématite) et par les hydroxydes de fer (goethite). Les valeurs modérées du rapport ARIs/ χbf et les fortes valeurs de Hcr/Hc confirment la dominance de grains de taille PD d’origine détritique. Cette affirmation est renforcée par les faibles valeurs du rapport ARA/ARIs (de faibles valeurs de l’ARA témoignent de l’abondance de grains de taille PD).

103Il semble évident que le dépôt de ce niveau est contemporain d’un climat froid et sec. L’abondance de sable et de limon évoque un mode de transport éolien. L’argile est présente uniquement dans les poches creusées par les animaux fouisseurs, et serait donc postérieure à la mise en place de ce dépôt. La limite entre le niveau 2 et le niveau 3 (- 255 cm) est marquée par la présence d’un niveau de couleur sombre, riche en matière organique et en greigite. L’enfouissement rapide de la matière organique a favorisé la création d’un milieu réducteur (confiné) pauvre en oxygène et riche en bactéries. Ce milieu a favorisé l’apparition des sulfures de fer authigéniques (greigite).

104Niveau 1 :

105Il occupe la presque totalité de la coupe longitudinale K/L et présente des propriétés magnétiques et sédimentologiques tout à fait différentes de celles de la coupe précédente. De plus, les sédiments des deux coupes n’ont pas le même aspect, et les niveaux sableux en sont absents. Il s’agit en effet d’un niveau argileux de couleur brunâtre, riche en faune, en foyers et surtout en planchers stalagmitiques. L’arrêt des circulations hydriques dans la cavité a permis à l’homme préhistorique de s’installer dans la grotte. L’étude en lame mince indique une action de type périglaciaire sur les sédiments (vésicules, phénomènes de cryoreptation des argiles). Dans la partie supérieure (argile brune), les traits sédimentaires et les manifestations périglaciaires sont totalement oblitérés par une intense activité biologique syn- ou post-sédimentaire qui a complètement homogénéisé les sédiments. Par la suite, l’arrêt de la sédimentation détritique et le développement de conditions climatiques tempérées humides ont permis la mise en place d’un premier plancher stalagmitique qui vient sceller l’argile brune. La partie supérieure du remplissage correspond à l’alternance de niveaux argilo-sableux à blocs et de planchers stalagmitiques de puissance variable. La datation des planchers stalagmitiques (plancher III inférieur, III supérieur et I, coupe stratigraphique 25/26) a livré respectivement les âges 74 ± 10 ka BP, 72 ± 8 ka BP et 60 ± 7 ka BP, couvrant les stades isotopiques 5a, 4 et peut-être 3 (Falguères et al., 1990).

106Concentration en grains magnétiques:

107Les fortes valeurs de χbf (de 30 à 90*10-8 m3/kg) sont accompagnées par des valeurs relativement fortes de l’ARIs et de l’ARA (fig. 4.C et D) et témoignent d’une forte concentration en grains magnétiques. Les niveaux riches en foyers, de couleur grisâtre, enregistrent les plus fortes valeurs de différents paramètres magnétiques et recèlent la plus forte concentration en grains magné- tiques de taille fine (SP).

108Granulométrie magnétique:

109χfd présente des valeurs supérieures à 10 % tout le long du remplissage (fig. 4.B) et prouvent la présence d’une concentration importante en grains magnétiques de taille très fine (SP).

110Les faibles valeurs du rapport ARIs/ χ bf (fig. 5.B) confirment la présence d’une grande quantité de grains SP et l’absence (ou la rareté) de grains antiferromagnétiques. Quant aux fortes valeurs du rapport ARA/ARIs (fig. 5.C) et de l’ARA/ χ bf (fig. 5.D), elles témoignent de l’abondance de grains de taille MD.

111Sur le diagramme de Day et al. (1977), l’échantillon Fate-97, prélevé à -160 cm, se localise dans une zone caractéristique des grains PMD (fig. 6 et tab. 6), et ces grains ont une taille légèrement plus importante que dans le cas de l’échantillon Fate-100, prélevé à -175 cm dans le même niveau (fig. 6).

112Nature des grains magnétiques:

113Le rapport ARI-100/ARIs (fig. 5.A) augmente également, avec des valeurs proches de 1, révélant la dominance de grains magnétiques de faible champ coercitif (magnétite et maghémite).

114La susceptibilité magnétique augmente dans les foyers par la réduction de l’hématite (α-Fe2O3) en magnétite (Fe3O4) ou en maghémite (γ-Fe2O3) (Le Borgne, 1955, 1964). La goethite aussi peut se convertir en magnétite pendant la chauffe et en présence de matière organique (bois ou autres végétaux) (Mullins, 1977 ; Rummery et al., 1979).

115La sidérite (FeCO3), minéral paramagnétique, fréquente dans les roches calcaires peut également se décomposer en magnétite et/ou maghémite dans les foyers (Pan et al., 2002).

116Le diagramme de Lowrie de l’échantillon Fate-107 (fig. 7.B), prélevé à -210 cm, montre une diminution de l’aimantation rémanente isotherme (ARI) selon les trois axes (X, Y et Z). L’ARI diminue fortement entre 300 et 400 °C à cause de la transformation de la maghémite, puis à 580 °C, et s’annule finalement complètement (point de Curie de la magnétite). L’analyse de l’échantillon Fate-83 (fig. 7.A), prélevé à -90 cm, confirme la dominance de maghémite et de magnétite.

117La courbe de l’aimantation à saturation de cet échantillon (fig. 8.A) prouve que ce dernier sature dans un champ magnétique faible (150 mT). Il est par ailleurs caractérisé par un faible champ coercitif de saturation, ce qui exclut la présence d’hématite et de goethite.

118La susceptibilité ferromagnétique mesurée à partir du cycle d’hystérésis représente plus de 93 % de la valeur totale de κ0.

119Par conséquent, ce niveau est caractérisé par des conditions climatiques clémentes (phénomènes de pédogenèse, fort pourcentage de grains magnétiques de taille très fine, présence d’argile et de planchers stalagmitiques). De telles conditions sont attestées par les résultats de l’étude palynologique sur des échantillons prélevés sur la coupe transversale 25/26, qui soulignent l’homogénéité de la végétation observée et témoignent d’un faible contraste climatique : le dépôt de ce niveau serait contemporain à un stade interglaciaire du début du Pléistocène supérieur (Karatsori et al., 2005). Les résultats de l’étude magnétique corroborent avec ces derniers et révèlent la présence d’une forte concentration en grains magnétiques de taille fine de magnétite et de maghémite. Ces derniers sont le résultat de la pédogenèse et des foyers.

120L’échantillon Fate-106, prélevé à -205 cm, montre une valeur élevée de ARA/ARIs, environ 0,25. Une forte valeur de ce paramètre est typique des grains MD de magnétite synthétisées par certaines bactéries (Moskowitz et al., 1993). Cependant il faut une étude plus détaillée pour confirmer la présence de la magnétite d’origine bactérienne.

121Par contre les foyers archéologiques généralement montrent les valeurs de ce paramètre magnétique plus petites (Peters et al., 2000). Pour Fate-97 à -160cm et Fate-100 à -175 cm ARA/ARIs vaut seulement 0.14.

122Ci-après sont évoqués deux graphes, qui concernent des échantillons prélevés tout le long du remplissage (fig. 9 et 10). Il s’agit des représentations de Thompson & Oldfield (1986) d’une part, et de King (1982) d’autre part. Ces deux représentations permettent d’avoir une idée sur la taille et la concentration en grains magnétiques, la première étant utilisée en particulier pour la magnétite.

123Sur le premier diagramme (variation de K en fonction de l’ARIs, fig. 9), on observe trois groupes d’échantillons :

1241 - (partie supérieure du diagramme) : échantillons prélevés dans les niveaux argileux (argiles plastiques rouges et argiles brunes : niveaux 1, 3 et 5). Ces derniers sont donc caractérisés par une forte concentration en oxydes de fer (magnétite-titanomagnétite ou magnétite et maghémite).

1252 - (partie médiane du diagramme) : échantillons prélevés dans les niveaux argilo-limoneux ou limono- argileux (niveau 4). Ceux-ci se caractérisent par une concentration en oxydes de fer moins importante que celle du premier groupe.

1263- (partie inférieure) : échantillons prélevés dans la zone du karst actif (couche sableuse) [niveau 6] associés aux échantillons prélevés dans le niveau 2 (qui serait contemporain d’un climat froid et sec). Ces deux derniers niveaux contiennent une très faible concentration en oxydes de fer.

127La seconde représentation (Karm en fonction de Kbf , fig. 10) donne une idée sur la taille et la concentration en grains magnétiques. Les grains de petite taille donnent de hautes valeurs de Karm parce qu’ils sont très efficaces pendant l’acquisition de la rémanence (Maher, 1988 ; Dunlop, 1995). Cependant, la susceptibilité magnétique permet uniquement d’estimer la concentration des grains magnétiques. Là encore, trois groupes d’échantillons peuvent être isolés :

1281- échantillons prélevés dans les niveaux 1, 3 et 5, caractérisés par des grains magnétiques de taille inférieure à 0.2 μm. Ces derniers sont dominés par les minéraux ferromagnétiques.

1292- échantillons du niveau 4, caractérisés par une concentration en grains magnétiques plus faible, avec des minéraux magnétiques d’une taille inférieure à 0,2 μm.

1303- échantillons des niveaux 2 et 6, dominés par des grains antiferromagnétiques. La taille des grains y est variable, toutefois ceux-ci dont dominés par des grains de taille PD (diamètre entre 5 et 200 μm).

Fig. 9 : Diagramme bi-logarithmique de la susceptibilité magnétique volumique (S.I) en fonction de l’Aimantation Rémanente Isotherme de Saturation (A/m).

Fig. 9 : Diagramme bi-logarithmique de la susceptibilité magnétique volumique (S.I) en fonction de l’Aimantation Rémanente Isotherme de Saturation (A/m).

Fig. 10 : Diagramme de la susceptibilité Anhystérétique (Karm *10-3 SI) en fonction de la susceptibilité magnétique spécifique (kbf *10-3 SI).

Fig. 10 : Diagramme de la susceptibilité Anhystérétique (Karm *10-3 SI) en fonction de la susceptibilité magnétique spécifique (kbf *10-3 SI).

4 - Conclusion

131L’étude magnétique du remplissage de la grotte delle Fate a permis de subdiviser le remplissage en 6 niveaux magnéto-stratigraphiques et en deux unités stratigraphiques. Grâce à cette étude nous avons pu déterminer la nature et la taille des grains magnétiques, leur mode de transport, la nature de la transition entre les différents niveaux stratigraphiques et le climat qui régnait au moment de la mise en place des sédiments.

  • La base du remplissage est caractérisée par l’intercalation de niveaux sableux (dépôts de karst actif) à sablo- limoneux, avec des niveaux argileux à argilo-limoneux.

132Dans les couches sableuses (sable calcaire), les valeurs des paramètres magnétiques sont très faibles (susceptibilité magnétique, fd, ARIs et ARA, du rapport de l’ARI- 100/ARIs). Tous les résultats concordent pour confirmer la dominance de grains magnétiques larges (PD et pseudo-MD) d’origine détritique, les grains SP ne sont présents qu’en faible quantité. Les grains magnétiques de ce niveau ne saturent pas dans un champ magnétique faible, donc la courbe de l’ARI continue à croître légèrement, même au- delà de 1T. Les grains magnétiques sont dominés par la magnétite, accompagnée d’un résidu d’hématite.

133Les niveaux argileux ou argilo-limoneux sont caractérisés par de fortes valeurs de la susceptibilité magnétique et des paramètres magnétiques. Le signal magnétique est contrôlé en grande partie par les grains SP et MD. Les grains PMD et PD sont présents, mais en faible quantité.

134Le diagramme de Lowrie montre l’existence de trois oxydes de fer essentiels, à savoir la magnétite, la maghémite, et enfin la titanomagnétite, qui peut être présente en faible quantité. Aucune trace d’hématite ni de goethite n’est observée. Tous les échantillons saturent à 100 % dans un champ magnétique inférieur à 200 mT. Les sédiments de cette unité ont une origine autochtone, c’est‑à‑dire qu’ils sont issus de la désagrégation de la paroi calcaire (couche sablonneuse) ou introduits dans la cavité par les eaux interstitielles à partir de l’environne- ment immédiat de la grotte.

  • Au sommet du remplissage, le dépôt est tout à fait différent de celui de la base (argiles brunes riches en faune et en charbons de bois). En général, les valeurs de la susceptibilité magnétique et des autres paramètres magnétiques sont fortes, à l’exception de la partie médiane (niveau 2), où on enregistre des valeurs très faibles. Cette partie du remplissage, contemporaine d’un climat froid et sec, est par ailleurs caractérisée par de très faibles valeurs du rapport ARA/ARIs et par une couleur plus claire que les niveaux sous- et sus-jacents. Les minéraux magnétiques présents sont dominés par l’hématite et la goethite. Les sédiments de ce niveau peuvent être issus soit de la désagrégation de la paroi calcaire sous l’effet du froid soit d’un transport éolien.

135Dans la partie supérieure du remplissage (niveau 1), les grains magnétiques saturent facilement et ont un faible champ coercitif. Il s’agit essentiellement de magnétite et de maghémite de taille très fine (SP et MD), formées par l’oxydation réduction des oxydes de fer primaires sous l’effet de la pédogenèse. Les zones riches en foyers présentent, quant à elles, de fortes concentrations en grains ferrimagnétiques de taille très fine. Ces grains sont le résultat de la décomposition des carbonates de fer et des hydroxydes de fer pendant la chauffe dans les foyers en présence de matière organique.

136Il est important de noter aussi la présence de quelques zones concrétionnées, ainsi que de quelques planchers stalagmitiques, formés sous des conditions particulières, exigeant notamment une humidité importante. Ces planchers se seraient formés postérieurement au remplissage de la grotte, entre 78 000 et 40 000 ans (Falguères, 1986).

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Situation géographique de la Caverna delle Fate (Finale Ligurie, Savona, Italie).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-1.jpg
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Titre Fig. 2 : Plan de la Caverna delle Fate (Finale Ligurie, Savona, Italie).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-2.jpg
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Titre Tab. 1: Datation radiométrique de quelques échantillons (Caverna delle Fate).
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Titre Tab. 2 : Définition des paramètres magnétiques utilisés.
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URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-6.jpg
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Titre Tab. 3 : Susceptibilité magnétique massique (*10-8 m3/kg), Aimantation Rémanente Isotherme de saturation (Am2/kg) et température de Curie (°C) de quelques minéraux
Crédits d'après Dearing, 1999 & Thompson et al., 1986
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Titre Tab. 4: Valeurs critiques des rapports Mrs/Ms et Hcr/Hc mesurés à partir du cycle d'hystérésis.
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Titre Tab. 5: Résultats des différents paramètres magnétiques
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Titre Fig. 3 : Représentation graphique de la susceptibilité magnétique volumique sur la coupe transversale 30/31 du remplissage de la Caverna delle Fate.
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Titre Fig. 4 : Mesure des paramètres magnétiques des échantillons prélevés dans le remplissage sur la coupe longitudinale K/L et transversale 30/31.
Légende A : Susceptibilité magnétique massique à basse fréquence (10-8 m3/kg), B : Dépendance en fréquence de la susceptibilité magnétique (%), C : Aimantation Rémanente Isotherme de Saturation (mA/m), D : Aimantation Rémanente Anhystéritique (mA/m) (Caverna delle Fate).
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Titre Fig. 5 : Mesure des paramètres magnétiques des échantillons prélevés dans le remplissage sur la coupe longitudinale K/L et transversale 30/31.
Légende A : Rapport de l’Aimantation Rémanente Isotherme à -100 mT et de l’Aimantation Rémanente Isotherme de saturation à 1000 mT, B : Rapport ARIs/χbf (kA/m), C : Rapport RIs/ARA , D : Rapport ARA/χbf kA/m.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-12.jpg
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Titre Fig. 6 : Diagramme du rapport Mrs/Ms en fonction de Hcr/Hc
Légende MD: mono-domaine (single domain): PMD: pseudo-monodomaine (pseudo-mono-domain). PD: polydomaine (multi-domain).
Crédits d’après Day et al. 1977, modifié par Dunlop, 2002
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-13.jpg
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Titre Tab. 6 : Résumé des résultats obtenus à l'aide du diagramme de Day et al. (1977).
Légende Les valeurs du rapport ARI-100/ARIs sont proches de 1 (fig. 5.B), ce qui confirme la présence d’oxydes de fer de faible champ coercitif et de composante magnétique douce (probablement magnétite et maghémite). L’abondance des grains fins (MD et SP) a provoqué une diminution des valeurs du rapport ARIs/ χbf (fig. 5.B).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-14.jpg
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URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-15.png
Fichier image/png, 76k
Titre Fig. 7 : Diagrammes de Lowrie des échantillons Fate-83, Fate-107, Fate-132 et Fate-155.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-16.jpg
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Titre Fig. 8 : Courbes d’acquisition de l’aimantation à saturation des échantillons : Fate 83 et Fate 132.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-17.jpg
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Titre Fig. 9 : Diagramme bi-logarithmique de la susceptibilité magnétique volumique (S.I) en fonction de l’Aimantation Rémanente Isotherme de Saturation (A/m).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-18.jpg
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Titre Fig. 10 : Diagramme de la susceptibilité Anhystérétique (Karm *10-3 SI) en fonction de la susceptibilité magnétique spécifique (kbf *10-3 SI).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/5534/img-19.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

Abderrezak Djerrab et Ian Hedley, « Étude des minéraux magnétiques du site préhistorique de la Caverna delle Fate (Finale, Ligurie, Savona, Italie) », Quaternaire, vol. 21/2 | 2010, 165-180.

Référence électronique

Abderrezak Djerrab et Ian Hedley, « Étude des minéraux magnétiques du site préhistorique de la Caverna delle Fate (Finale, Ligurie, Savona, Italie) », Quaternaire [En ligne], vol. 21/2 | 2010, mis en ligne le 01 décembre 2013, consulté le 26 octobre 2020. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/5534 ; DOI : https://doi.org/10.4000/quaternaire.5534

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Auteurs

Abderrezak Djerrab

Université de Tébessa, Institut des Sciences de la Terre, Route de Constantine 12002 Tébessa, Algérie, et UMR 5590 du CNRS, CERP de Tautavel, Université de Perpignan, France. Courriel : djerrab@yahoo.fr

Articles du même auteur

Ian Hedley

Université de Genève, Département de Minéralogie, 13 rue des Maraîchers, 1205 Genève, Suisse et Musée de préhistoire des Gorges du Verdon, 04500 Quinson, France. Courriel : ian.hedley@bluewin.ch

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