Nous remercions Jacques Wautier (UCL, CAMST) pour les analyses par microsonde, Eric Dermience (IRSNB) pour l’infographie des figures 2, 7 et 8 et Elizabeth Tallier pour les travaux de laboratoire.

1 - Introduction

1Le site de Remicourt est situé en Hesbaye, 15 km à l’ouest de Liège, sur le tracé du TGV oriental (Haesaerts et al., 1997, 1999) ; il occupe le bord occidental d’une ride loessique du Pléistocène supérieur qui repose sur le substrat crétacé riche en silex (fig. 1 & 2). Il lui est associé un gisement du Paléolithique moyen, fouillé sur une superficie de 630 m² de novembre 1997 à avril 1998 par la Direction de l’Archéologie du Service public de Wallonie, en collaboration avec l’Institut royal des Sciences naturelles de Belgique (Bosquet et al., 2004). Il a livré près de 400 pièces lithiques préservées dans la partie supérieure du Pédocomplexe de Rocourt, lequel enregistre l’Eemien et le Début Glaciaire weichselien (SIM 5) dans la séquence régionale (Haesaerts et al., 1999, 2011a, 2011b ; Juvigné et al., 2008). Le site a fait l’objet d’une large étude interdisciplinaire (Bosquet & Haesaerts (eds.), à paraître) qui permet d’interpréter le campement comme un espace structuré en fonction de diverses activités lors d’une occupation probablement unique et brève (Bosquet et al., 2009).

2A Remicourt, les minéraux du Téphra de Rocourt ont été découverts à l’état dispersé dans le Complexe humifère de Remicourt. Ce téphra a été identifié pour la première fois en Belgique par Gullentops (1954) dans la partie humifère d’un paléosol que l’auteur attribue à l’Eemien, mais qui sera par la suite placé dans le Weichselien inférieur (Paepe, 1966 ; Paepe & Van Hoorne, 1967). Par la suite, ces minéraux volcaniques ont été découverts dans de nombreux sites de Belgique (Juvigné, 1993). Dans tous les sites connus de Moyenne Belgique, ces minéraux volcaniques sont toujours à l’état dispersé dans un paléosol humifère complexe ; il s’agit donc en réalité d’un cryptotéphra (Juvigné et al., 2001), mais pour simplifier le langage, on utilise le terme “téphraˮ dans les articles qui le concernent. Ce matériau doit provenir d’un volcan de l’Eifel occidental, mais ce dernier n’a pas encore été identifié (Pouclet et al., 2008).

3Une synthèse de l’état des connaissances acquises en matière de téphrostratigraphie dans les terrains du Pléistocène supérieur de Belgique a été publiée par Juvigné (1993). Des travaux plus récents ont permis d’apporter des précisions sur la composition chimique des verres et minéraux mafiques du Téphra de Rocourt (Pouclet & Juvigné, 1993 ; Pouclet et al., 2008).

4A Remicourt, la recherche sur le Téphra de Rocourt a eu lieu après la reconnaissance des unités pédosédimentaires décrites en détail par Haesaerts et al. (1999) et résumées ci-après de bas en haut (fig. 2) ; leur numérotation est rapportée sur les coupes détaillées présentées plus loin. La distribution quantitative des fortes concentrations de minéraux d’origine volcanique présentes dans les dépôts humifères sus-jacents au Pédocomplexe de Rocourt est analysée ici dans trois séquences réparties selon la pente du versant. L’étude géochimique des verres et des minéraux mafiques a été réalisée dans le but de confirmer leur attribution au Téphra de Rocourt.

2 - Contexte stratigraphique

5En 1997, les travaux effectués à hauteur de Remicourt, le long du tracé du TGV à l’ouest de Liège, ont donné accès à une longue séquence loessique du Pléistocène supérieur. Sa partie basale, soulignée par un épais limon argileux de type “Sol de Rocourtˮ, présentait un degré de résolution pédosédimentaire supérieur à celui de la Sablière Gritten (Haesaerts et al., 1999, 2011a). A Remicourt, l’équivalent du “Sol de Rocourtˮ enregistre trois phases de pédogenèse de type sol lessivé à sol gris forestier séparées par des apports colluviaux avec épisodes de gel profond. Ces trois phases correspondent respectivement à l’unité 28 et aux sous-unités 27b et 27a. L’ensemble, désigné ici sous le nom de Pédocomplexe de Rocourt (Haesaerts et al., 2011a, 2011b), est coiffé par un horizon enrichi en silt dénommé Horizon blanchi de Momalle (unité 26), lequel traduit un dernier épisode de gel saisonnier profond avec migration des éléments fins liée à un processus de gel-dégel de qui affecte la partie supérieure du sol gris forestier de 27a.

6Le Complexe humifère de Remicourt, qui regroupe les unités 25, 24 et 23, est localement séparé du Pédocomplexe de Rocourt par une phase d’érosion soulignée par un cailloutis. Il traduit une emprise progressive de conditions plus froides continentales dans un contexte qui demeure relativement humide. Cette évolution se marque dès l’horizon bioturbé 25b, développé dans des colluvions enrichies en papules remaniées des unités sous-jacentes, puis se poursuit avec la formation de l’horizon humifère brun sombre 25a associé à une première génération de limon homogène d’origine éolienne.

7Après un épisode de gel-dégel qui affecte le sommet de l’horizon humifère 25a, le limon homogène brun clair 24 traduit une seconde phase de sédimentation éolienne probablement alimentée par des apports locaux, suivie par une pédogenèse de type subarctique associée à l’horizon gris-brun bioturbé 23 qui coiffe le Complexe humifère de Remicourt.

8La suite de l’enregistrement, accessible dans la paroi orientale du site, établit la connexion avec la couverture loessique du Pléniglaciaire weichselien inférieur. L’unité 22 est représentée par une couche de limon jaune verdâtre homogène de ± 35 cm d’épaisseur, dont la partie supérieure est pénétrée par un réseau de galeries tubulaires (sous-unité 22a). Ce limon, qui paraît bien enregistrer un apport de loess allochtone, s’inscrit en continuité avec le Complexe humifère de Remicourt, excepté dans la partie basse du gisement où sa base incorpore en partie les dépôts humifères des unités sous-jacentes (sous-unité 22c). Enfin, l’unité 21 correspond à un épais dépôt brun-ocre lité, constitué pour l’essentiel de lamines sablo-limoneuses et limono-argileuses avec localement des passées plus humifères. L’ensemble contient d’abondants fragments de sol et traduit une phase de redéposition du produit de l’érosion du Complexe humifère de Remicourt et du Pédocomplexe de Rocourt situés sur la partie haute du versant.

3 - Les prélèvements

9Trois séries de prélèvements ont été réalisées dans la paroi orientale du site de Remicourt afin de couvrir la moitié supérieure du Pédocomplexe de Rocourt, le Complexe humifère de Remicourt et la couche de limon loessique sus-jacente (fig. 2). Les prélèvements furent effectués par raclage continu sur des tranches de 10 cm de hauteur jusqu’à obtenir environ 50 grammes d’échantillon brut.

10Située dans la partie orientale du site, la séquence n°1 couvre la partie supérieure du Pédocomplexe de Rocourt (horizons 27b, 27a et 26) et le Complexe humifère de Remicourt réduit aux deux tiers et quelque peu compacté (unité 25 et 24 pro parte) ; elle couvre également le limon loessique de l’unité 22 qui présente ici son développement maximal. La séquence n°2, située à mi-pente, présente l’enregistrement le plus complet du Complexe humifère de Remicourt (unités 25 à 23) en continuité avec le sommet du Pédocomplexe de Rocourt (unités 27a et 26) ; elle se termine par le limon loessique sus-jacent, réduit aux sous-unités 22b et 22a. Enfin, la séquence n°3, située sur la partie haute du versant, est réduite aux horizons 27a et 26 du Pédocomplexe de Rocourt, surmontés par l’horizon bioturbé 25b du Complexe humifère de Remicourt.

4 - Les minéraux d’origine volcanique

11Cette recherche a été effectuée au microscope polarisant par comptage dans chaque lame de tous les minéraux mafiques transparents (clinopyroxènes, amphiboles brunes et enstatites). Les clinopyroxènes se présentent principalement sous la forme d’éclats de mégacristaux limpides de couleur verte, et secondairement en prismes automorphes vert grisâtre sombre. L’enstatite consiste essentiellement en éclats de mégacristaux pratiquement incolores. L’amphibole est systématiquement automorphe et brun foncé. Il existe également des traces de spinelle brun très foncé dans les frottis, mais leur transparence est faible, et de ce fait leur détermination incertaine au microscope.

4.1 - Traitement des échantillons pour la détermination au microscope

La méthode appliquée et décrite ci-après a pour objectif d’augmenter considérablement les parts de minéraux denses volcaniques dans les frottis représentant les niveaux étudiés.

121 : Extraction de la fraction granulométrique comprise entre 63 et 420 µm par : élimination de la fraction de moins de 63 µm particulièrement riche en minéraux denses détritiques (environ 3 %-poids), et dans laquelle les minéraux volcaniques sont largement minoritaires ; élimination de la fraction supérieure à 420 µm, car bien que rares, ces grains sont peu ou non transparents et provoqueraient une épaisseur des frottis nuisible à la détermination.

131.a : Ebullition dans l’eau de l’échantillon brut, et tamisage sous eau de façon à isoler la fraction comprise entre 63 et 420 µm.

141.b : Dispersion des grains agglomérés par des ciments en attaquant cette récolte successivement par H₂O₂, pour dissoudre les ciments organiques, puis HCl-10 % pour dissoudre les ciments carbonatés, et enfin par ajout progressif d’eau régale jusqu’à blanchissement des grains felsiques, ce qui atteste la dissolution des enduits ferro-manganiques susceptibles de diminuer la transparence des minéraux.

151.c : Deuxième tamisage sous eau à 63 µm de façon à éliminer les grains < 63 µm issus de la dispersion des agglomérats, et isoler uniquement les grains dont la taille est comprise entre 63 et 420 µm.

161.d : Séchage de la récolte à l’étuve, puis prélèvement de 1 g de cette fraction pour l’extraction des minéraux denses.

172 : Extraction des minéraux denses par trois centrifugations successives de chaque récolte dans le bromoforme (densité 2,8), mais après la première centrifugation, on ne disperse que les grains flottant.

183 : Récolte des minéraux denses.

19a. Congélation des culots de tubes de centrifugeuse ; élimination du surnageant et rinçage des tubes à l’acétone.

20b. Dégel des culots contenant les minéraux denses et récupération de ceux-ci sur filtre.

214 : Montage de l’entièreté de chaque récolte sur lame dans le baume de Canada pour détermination et comptage de tous les minéraux volcaniques.

22a. Calcul du nombre de grains par gramme sec de la fraction comprise entre 63 et 420 µm.

4.2 - Les analyses chimiques

23Elles ont été réalisées sur un échantillon spécifique provenant du niveau de plus forte concentration de la séquence 1. Les minéraux mafiques en ont été extraits en respectant la méthode décrite plus haut. Quant aux concentrations de verres, elles ont été obtenues par une séparation densimétrique de la fraction comprise entre 1,5 et 2,4, suivie d’une séparation magnétique à 0,6 A.

24Les analyses ont été réalisées dans deux laboratoires différents : 1) à l’Université de Louvain-la-Neuve au centre d’Analyses des Sciences de la Terre ; 2) au Centre d’Analyses des Sciences de la Terre à l’Université d’Orléans (France) au laboratoire conjoint CNRS-BRGM. Dans les deux cas, la microsonde électronique est une Cameca SX50, dont le calibrage était : 15 kV, 6 à 10 nA, et un faisceau de 3 à 10 µm selon les surfaces disponibles.

4.3. Composition chimique des verres et des minéraux

25Les verres volcaniques consistent en hyaloclastes sub-isométriques à surfaces curviplanaires et dépourvus de vacuoles, ce qui en fait des hyaloclastes massifs (fig. 3). Ils ont un aspect brunâtre et légèrement corrodé. La phase vitreuse est transformée en illite (tab. 1) et colorée par de l’hydroxyde de fer. Cette altération s’est produite in situ après le dépôt du téphra. Dans d’autre sites du Téphra de Rocourt, les verres peuvent aussi être transformés en différentes proportions de kaolinite et de smectites en fonction des conditions locales de drainage (Pouclet et al., 2008), ce qui explique les variations de composition que l’on constate dans le tableau 1.

26Les orthopyroxènes sont des enstatites magnésiennes (tab. 2a) provenant soit de nodules lherzolithiques, soit de mégacristaux de haute pression (fig. 4A).

27Les clinopyroxènes se répartissent dans les deux groupes précédemment définis dans le Téphra de Rocourt (Pouclet & Juvigné, 1993). Le premier groupe rassemble des augites magnésiennes et des diopsides riches en aluminium hexacoordonné et en sodium (tab. 2b).

28Le deuxième groupe correspond à des diopsides et diopsides fassaïtiques (fig. 4A). Les pyroxènes du groupe 1 proviennent d’enclaves de péridotites mantelliques et de xénocristaux magmatiques de haute à moyenne pression, alors que ceux du groupe 2 sont des pyroxènes de basse pression d’un magma alcalin (fig. 4B & C).

29Les amphiboles appartiennent au groupe calcique (tab. 3), et consistent principalement en pargasite titanifère et secondairement en kaersutite. Elles proviennent de mégacristaux de moyenne pression et de phénocristaux de basse pression d’un magma alcalin (fig. 5).

30Les spinelles chromifères (tab. 4) sont présents à concurrence de quelques pour-cent. Ils peuvent être d’origine magmatique, ou éventuellement provenir de nodules de harzburgite (fig. 6).

4.4 - L’association de minéraux mafiques

31En prenant en compte l’ensemble des minéraux déterminés en frottis dans les trois séquences étudiées (soit 3906 minéraux), on obtient une association minéralogique dominée par les clinopyroxènes (67,05 %) devant les amphiboles (23,12 %) puis l’enstatite (9,83 %). Par ailleurs, les analyses par microsonde ont montré la présence de quelques spinelles chromifères. Cette association est comparable à celles reconnues dans les autres coupes de loess de Moyenne Belgique (tab. 5 : Rocourt et Kesselt).

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5 - Répartition stratigraphique des minéraux d’origine volcanique

33Les trois séquences étudiées (fig. 7) révèlent une distribution stratigraphique relativement cohérente des minéraux du Téphra de Rocourt, avec toutefois une répartition différente des minéraux selon la position des séquences le long du versant. Dans ce contexte, les éléments suivants ont été pris en considération lors de l’interprétation des données minéralogiques : 1) la complémentarité stratigraphique des trois séquences ; 2) la distinction des épisodes de sédimentation et des processus de pédogenèse qui les affectent, principalement dans le cas des horizons supérieurs du Pédocomplexe de Rocourt et de l’horizon bioturbé 25b du Complexe humifère de Remicourt ; 3) le positionnement stratigraphique des limites des raclages par tranches constantes de 10 cm, localement discordantes par rapport aux subdivisions pédosédimentaires.

34Les diagrammes de distribution situent le maximum de concentration de minéraux d’origine volcanique dans le Complexe humifère de Remicourt avec des valeurs comprises entre 100 et plus de 400 grains par gramme. Aucune lamine susceptible de correspondre à la couche de téphra en place n’a pu être localisée au sein des tranches présentant un maximum de concentration. Ceci est certainement la conséquence des bioturbations qui ont eu lieu dans le Complexe humifère de Remicourt après la retombée volcanique.

35A tous les niveaux du complexe humifère, les trois minéraux mafiques du Téphra de Rocourt se présentent dans l’ordre de fréquence de l’ensemble de l’association en contexte loessique : clinopyroxènes, amphibole brune, puis enstatite. Ces minéraux se rencontrent également dans les unités qui encadrent le complexe humifère, mais en nombre nettement plus réduit. Les concentrations présentent une tendance globalement décroissante lorsqu’on s’éloigne du complexe humifère. La décroissance vers le bas est liée aux bioturbations, alors que la décroissance vers le haut s’explique par le remaniement sédimentaire.

36Dans la séquence n°1, la concentration des minéraux volcaniques croît progressivement d’environ 200 grains/g dans l’horizon bioturbé de l’unité 25 à près de 450 grains au sommet tronqué de l’unité 24.

37Dans la séquence n°2, qui constitue l’enregistrement le plus complet du Complexe humifère de Remicourt, deux niveaux de concentration maximale, de l’ordre de 450 grains/g, sont enregistrés. Le premier maximum correspond aux deux échantillons compris entre 70 et 50 cm qui couvrent en succession la moitié supérieure de l’horizon bioturbé 25b, l’horizon humifère 25a et la partie inférieure du limon de l’unité 24 ; le second maximum compris entre 40 et 30 cm couvre la partie sommitale de l’unité 24 et l’essentiel de l’unité 23 qui termine le complexe humifère.

38Dans la séquence n°3, située plus haut sur le versant, le contenu en minéraux volcaniques avoisine 40 grains/g dans la partie inférieure de l’horizon bioturbé 25b.

6 - Position lithostratigraphique de la retombée volcanique

39Si l’on accepte le schéma situant la surface topographique qui a reçu la retombée volcanique au niveau de la concentration maximale, la position initiale de la retombée du Téphra de Rocourt est à situer au sein du Complexe humifère de Remicourt. Dans la séquence n°2, c’est le milieu de l’unité 25 qui enregistre le premier maximum de minéraux volcaniques. Le positionnement de la retombée par rapport à l’interface des horizons 25a et 25b demeure cependant problématique en raison du recouvrement de ces horizons dans les prélèvements, et des nombreuses bioturbations qui affectent cette interface.

40Toutefois, l’hypothèse situant la retombée volcanique au cours de la phase éolienne associée à l’horizon humifère 25a nous paraît plausible, si l’on prend en compte le caractère colluvial de l’horizon bioturbé sous-jacent (sous-unité 25b), et aussi le petit nombre de minéraux volcaniques présents à ce niveau dans la séquence n°3 située plus haut sur le versant.

41Ce schéma est également compatible avec l’enregistrement de la séquence n°1 où l’absence d’un maximum de minéraux volcaniques dans l’unité 25 pourrait être attribuée, soit au faible degré de résolution de l’horizon humifère 25a à cet endroit, soit au fait que 25a et 25b sont mélangés dans l’échantillon 70-80 cm.

42Dans les trois séquences, la présence à des degrés divers des minéraux volcaniques dans l’horizon 25b s’expliquerait essentiellement par des bioturbations qui ne sont pas prolongées dans le Pédocomplexe de Rocourt sous-jacent.

43Par ailleurs, si la présence à l’état remanié de minéraux volcaniques dans le limon de l’unité 24 s’avère en accord avec le caractère éolien de ce dépôt en partie alimenté par des apports locaux, en revanche, l’existence d’un second maximum de minéraux dans la partie sommitale de ce limon et dans l’horizon gris-brun sus-jacent (unité 23) pose problème. Ce second maximum devrait résulter du remaniement de dépôts locaux. Dans ce contexte, la brusque diminution de la concentration des minéraux volcaniques enregistrée dans le limon loessique correspondant aux sous-unités 22b et 22a paraît en bon accord avec le caractère remanié de ce dépôt, lequel s’inscrit en continuité avec le sommet du Complexe humifère de Remicourt.

7 - Age de la retombée

44Pour terminer, un dernier aspect de la problématique du Téphra de Rocourt concerne l’âge de la retombée volcanique, lequel est directement lié au contexte chronostratigraphique du Complexe humifère de Remicourt et du Pédocomplexe de Rocourt sous-jacent. En particulier, la tripartition du Pédocomplexe de Rocourt, également bien exprimée dans la carrière de Romont à Eben-Emael (Juvigné et al., 2008) et au Mont Saint-Martin à Liège (Haesaerts, et al., 2008 ; van der Sloot et al., 2009, 2011), conduit à rapporter les trois phases de pédogenèse enregistrées à Remicourt, respectivement à l’Eemien et au Début Glaciaire Weichselien (fig. 8). De même, dans le bassin de la Haine, ce pédocomplexe regroupe la succession des sols d’Harmignies, de Villers-Saint-Ghislain A et de Villers-Saint-Ghislain B (fig. 8), que l’on peut valablement mettre en parallèle avec les sols de Elbeuf I, de Bettencourt-Saint-Ouen et de Saint-Sauflieu I reconnus dans le nord-ouest de la France (Antoine et al., 1999, 2003 ; Antoine, 2002).

45Dans ce contexte, le Complexe humifère de Remicourt, mis en place au cours d’une phase steppique accompagnée d’une reprise des apports éoliens, correspondrait à la phase terminale du Début Glaciaire weichselien, le loess allochtone (unité 22) et les limons sableux (unités 21 à 18) qui portent le sol de Malplaquet étant attribués au Pléniglaciaire weichselien (Haesaerts & Mestdagh, 2000 ; Haesaerts et al., 2011a). La retombée du Téphra de Rocourt serait donc à situer dans la partie supérieure de l’interstade de Dansgaard-Oeschger 21, comprise entre 78 et 80 ka dans la chronologie NGRIP (Andersen et al., 2004). Cette fourchette chronologique est en bon accord avec les âges IRSL obtenus en Moyenne Belgique pour les dépôts encadrant le Complexe humifère de Remicourt (van den Haute et al., 2003). Elle permet également de restreindre l’âge du Téphra de Rocourt proposé récemment par Pouclet et al. (2008) et par Pirson et Juvigné (2011).

46Enfin, il doit être rappelé ici que Haesaerts et al. (1981) ont obtenu des âges ¹⁴C compris entre 28 130 ± 350 BP (GrN-9794) et 47 800 ± 2100 BP (GrN-9080) pour l’horizon humifère qui à Kesselt et à Rocourt contient le Téphra de Rocourt. Il apparaît que ces âges qui sont à la limite du champ de mesures par le ¹⁴C doivent être considérés aujourd’hui comme des valeurs sous-estimées à ne plus prendre en compte.

8 - Conclusion

47A Remicourt, la présence d’un cryptotéphra rapporté au Téphra de Rocourt dans le Complexe humifère de Remicourt conforte la corrélation de ce téphra avec des sédiments humifères qui ont été décrits antérieurement avec moins de détails dans d’autres coupes de loess de Moyenne Belgique. Les verres sont des hyaloclastes massifs altérés en illite. Dans l’association de minéraux mafiques, on trouve dans l’ordre de fréquence : 1) des clinopyroxènes qui sont majoritaires et se répartissent en deux groupes : d’une part des augites magnésiennes et des diopsides alumineux, d’autre part des diopsides et diopsides fassaïtiques ; 2) des amphiboles brunes qui consistent en pargasite titanifère et kaersutite ; 3) un orthopyroxène qui est de l’enstatite magnésienne. Il existe également quelques grains de spinelle chromifère.

48Le maximum de concentration de minéraux volcaniques, qui devrait correspondre au moment de l’éruption, a pu être localisé dans le Complexe humifère de Remicourt, dans l’horizon 25a, associé à la première génération de limon d’origine éolienne enrichi in situ en humus. L’interprétation chronostratigraphique de cette séquence conduit ainsi à situer le moment de la retombée volcanique dans la partie supérieure de l’interstade de Dansgaard-Oeschger 21 comprise entre 78 et 80 ka, période qui se situe dans celle plus large proposée antérieurement (entre 74 et 90 ka ; Pouclet et al., 2008).