Les auteurs remercient tout particulièrement M^me Chantal Bonnot pour ses conseils scientifiques avisés ainsi que Axel Ehrhold et Arnaud Gaillot (Ifremer) pour la synthèse des données bathymétriques de la Baie de Quiberon. Les auteurs tiennent également à remercier les équipages du N/O Côte d'Aquitaine (CNRS INSU) et de la V/O Haliotis (Ifremer) ainsi que les plongeurs, Jean-Marc Rousset, Dominique Sellier, Thibaud Abiven, Bertrand Perrin et Sandy Poirier. Le carottage CALYPSO a été réalisé grâce à la collaboration avec David Menier (Université Bretagne Sud). Enfin, les auteurs remercient l’AFEQ et Pierre Stéphan qui ont permis de réunir plusieurs papiers sur cette thématique d’actualité des variations du niveau marin.

1 - Introduction

1Le milieu littoral est un espace particulièrement dynamique, très convoité en raison des multiples secteurs d’activités qui s’y sont installés depuis des siècles. Cet espace est naturellement lié à la remontée du niveau de la mer qui amplifie les perturbations environnementales agissant sur le trait de côte (submersion des plaines maritimes ou renforcement des tempêtes). Les études menées sur les variations relatives du niveau marin pour la période holocène le long des rivages de Bretagne ou de Normandie concernent des sites littoraux comme la Baie du Mont-Saint-Michel (Morzadec-Kerfourn, 1974 ; L'Homer et al., 2002). Les travaux récents menés sur la pointe bretonne (Stéphan, 2011a,b ; Goslin et al., 2013 ; Goslin, 2014 ; Stéphan et al., 2014) amènent à réévaluer les données plus anciennes. En particulier, le caractère oscillatoire de la transgression post-glaciaire, avancé par la plupart des auteurs, a été progressivement remis en cause au cours des deux dernières décennies car l’absence d’oscillations importantes du niveau global des mers au cours des 6 000 dernières années fait désormais l’objet d’un assez large consensus. Sont-elles de simples événements ponctuels ou liées à des variations climatiques holocènes de plus grande ampleur (Bond et al., 1997, 2001 ; Broecker, 2000 ; Mayewski et al., 2004) ? L’élaboration d’une courbe des variations du niveau marin holocène plus exacte, s’appuyant sur différents types de marqueurs, devrait permettre de répondre à cette question, tout en soulignant l’existence des cyclicités les plus influentes sur l’évolution du littoral et, par voie de conséquence, sur l’activité humaine. Dans ce cadre, la Baie de Quiberon et le Golfe du Morbihan (fig. 1A) constituent des zones privilégiées, mondialement reconnues pour la richesse de leurs sites mégalithiques. L’utilisation d'une double approche archéologique et sédimentologique permet d’utiliser des marqueurs complémentaires que sont les alignements de stèles et les archives sédimentaires.

2La présence de mégalithes subtidaux, immergés lors de la remontée holocène du niveau marin, matérialise la position du paléo-rivage de l'époque, ou plus exactement une limite maximum jamais atteinte par les plus hautes marées. Différentes techniques de géophysique marine ont été déployées afin de localiser précisément les mégalithes sous l’eau. Associé à une reconnaissance classique du remplissage sédimentaire via des profils sismiques calibrés par un carottage long, cet ensemble de données a permis de reconstituer les différentes étapes de la remontée du niveau marin dans la baie et d'évaluer les conséquences de sa submersion sur l’activité des peuplements néolithiques.

2 - Matériel et méthodes

3Les mégalithes submergés sont apparus comme un champ d’investigation prometteur, débuté avec la découverte de l’alignement de Kerdual, conservé sous la mer entre Carnac et La Trinité-sur-Mer (Cassen, 2003 ; Cassen et al., 2011). Les sites de Kerbougnec, à Saint-Pierre-Quiberon (Cassen & Vaquero Lastres, 2003) ont confirmé l’existence de vestiges archéologiques sous le niveau actuel des basses mers. Puis, la découverte en 2007 de lames de haches en jadéitite dans le secteur du Petit Rohu/Porh Fetan, entre Quiberon et Saint-Pierre-Quiberon, a permis de découvrir un nouvel alignement de stèles vers le plus bas niveau des marées (Cassen et al., 2010a,b).

4Cinq campagnes océanographiques se sont succédées de 2006 à 2009 dans la zone d’étude, déployant dans un premier temps des outils géophysiques “classiques” comme le sonar latéral et le Seistec Boomer, afin de déterminer les différentes phases de remplissage sédimentaire de cette Baie, puis dans un second temps du sonar interferométrique (vedette océanographique ‘Haliotis’) permettant d'établir une bathymétrie fine.

5Les profils acoustiques, acquis lors des campagnes Quitilla et QuibDolmen en 2006 avec le navire océanographique ‘Côte d’Aquitaine’, ont été calibrés par une carotte longue CASQ (MD08-2834) (fig. 1B) réalisée en 2008 à partir du navire océanographique ‘Marion Dufresne’ lors de la campagne Mycrosystem (Baltzer et al., 2014). Seul l’apport nouveau des différents instruments de la vedette ‘Haliotis’ sera détaillé ici. Ils permettent l’acquisition simultanée d’une bathymétrie très haute résolution et de profils, caractérisés par un système de positionnement très précis.

2.1 - La vedette océanographique Haliotis

6La vedette océanographique ‘Haliotis’ est une vedette spécialisée d'une dizaine de mètres de longueur pour un tirant d’eau de 40 cm, équipée d’un sonar interférométrique, d’un sondeur de sédiments Chirp et d’un sondeur monofaisceau associé à un système de navigation centimétrique qui permet de positionner le navire avec une grande précision.

2.1.1 - Le sondeur à sédiments Chirp

7Ce sondeur à sédiments, adapté aux très petits fonds (< 20 m), est caractérisé par une fréquence modulée (Chirp) entre 1,8 et 5,3 kHz pour une pénétration d’environ 25 m, avec une résolution verticale de l’ordre de 30 cm.

2.1.2 - Le sonar interférométrique Geoacoustics GeoSwath

8Comme pour un sonar multifaisceaux (SMF), le sonar interférométrique, caractérisé par une fréquence de 250 kHz, permet d'effectuer des relevés bathymétriques et d'obtenir des images sonar présentant la réflectivité du fond. Plusieurs centaines de faisceaux de réception sont obtenus par formation des voies, la distance au fond étant mesurée pour chaque faisceau. Le sonar interférométrique comprend deux faisceaux de réception très larges dont l'angle de retour est mesuré pour chaque échantillon temporel du signal. Pour chaque échantillon temporel du signal on mesure le déphasage entre les signaux reçus par les deux antennes (positionnées de part et d'autre du sonar), l'angle d'incidence par rapport à l'axe de l'interféromètre, la distance latérale et la profondeur par rapport à la donnée de distance oblique. La profondeur d’acquisition maximum est de 100 m avec une largeur de fauchée égale à 10 fois la profondeur d’eau en imagerie et 5 fois la profondeur en bathymétrie.

9

2.1.3 - Le bathycélérimètre Valeport SVP (Sound Velocity Profiling) et le marégraphe

10Le bathycélérimètre permet d’acquérir des profils de célérité qui sont appliqués aux données bathymétriques lors du traitement dans le logiciel CARAIBES®. Afin d’obtenir une bathymétrie de très grande précision, un marégraphe Valeport est mouillé lors de chaque mission pour enregistrer les variations de la hauteur d’eau en un point donné et constitué ainsi le fichier de marée.

2.1.4 - Le système de navigation GPS Aquarius Thalès

11Une antenne RTK (Real Time Kinematic) a été installée sur un point haut attenant à la zone d’étude afin de récupérer des données GPS altimétriques et d’obtenir un parfait positionnement du navire avec une précision centimétrique. De cette façon, il a été possible d’appliquer une correction de marée lors du traitement des données. En outre, une centrale de navigation (ou d’altitude, Cinna) a été intégrée au dispositif de navigation afin de procéder aux corrections de tangage, roulis et pilonnement du navire.

2.2 - Méthodologie

2.2.1 - Le logiciel CARAIBES®

12Ce logiciel, développé par IFREMER, permet d’effectuer la cartographie Appliquée à l’Imagerie et la Bathymétrie des Sonars et sondeurs multifaisceaux. Il propose un ensemble de fonctions de traitement de la bathymétrie et de l’imagerie des sondeurs multifaisceaux, et des sonars latéraux, ainsi que des traitements de capteurs « classiques » comme la gravimétrie ou le magnétisme. Ces modules peuvent être chaînés grâce à un éditeur de chaîne de traitement, les sorties d’un traitement alimentant le traitement suivant. Ces chaînes de traitement, une fois sauvegardées, permettent d’exécuter en série plusieurs opérations sur les données.

2.2.2 - Bathymétrie

13Une première mission bathymétrique a eu lieu en mai 2009 dans la zone de Kerbourgnec avec le sonar interférométrique GeoSwath de l’Haliotis. Ce sonar acquiert une bathymétrie extrêmement fine et s’avère donc être une manière de positionner très précisément les mégalithes immergés dans cette zone. Cette première campagne a permis d’identifier la signature acoustique d’un mégalithe immergé en cartographiant le secteur du rocher nommé « l’Ours de Kerbourgnec » visible à marée basse (fig. 1A). En mai 2010, une deuxième mission a permis de réaliser 527 profils représentant toute la couverture de la zone littorale interne de la Baie de Quiberon, à des profondeurs situées entre 0 et 20 m, ainsi que l’entrée du Golfe du Morbihan (fig. 2). Ces nouvelles données, intégrées aux données des campagnes REBENT (en 2003) et PICCARD (en 2010) ont été compilées (Ehrhold, 2013) dans une nouvelle carte morpho-bathymétrique de la presqu’île de Quiberon (fig. 1B).

2.2.3 - Imagerie acoustique et validation

14Les sonogrammes, acquis avec le sonar latéral, sont assimilables à des photographies acoustiques du fond marin qui présentent une bande blanche et noire (la zone aveugle, non insonifiée) en leur milieu. La juxtaposition des bandes acoustiques permet de reconstituer une mosaïque du fond marin, où les mégalithes apparaissent comme des points blancs (roches) sur un fond gris clair (fond sableux). Cinq campagnes de sonar latéral (sonar Edgetech 272 TD, fréquence 100 kHz, et sonar Sture Hultqvist bi-canal SH1, fréquence 500 kHz) ont été effectuées entre 2006 et 2009 afin de connaître la signature acoustique d’un mégalithe immergé connu puis, à l'aide de celle-ci, de cartographier tous les mégalithes de la zone. Des alignements de mégalithes subtidaux ont donc été détectés sur les images sonar, puis validés par une reconnaissance en plongée. Dans la zone de Kerbougnec, deux campagnes de plongées (juin et octobre 2009) ont permis d’authentifier des mégalithes subtidaux. Aucune plongée n’a pu y être menée dans la passe d’entrée du Golfe en raison des courants violents et de la fréquentation de ce secteur.

3 - Résultats

3.1 - L’approche archéologique

15La bathymétrie générale de la zone d'étude (fig. 1B) ne permettait pas la détection des stèles. C’est pourquoi, seule une étroite bande longeant la partie la plus proche de la côte a été analysée en détail avec un maillage des MNT de 0,3 m. Cette méthode a permis d'identifier de nouvelles zones potentiellement riches en mégalithes et de confirmer la signature acoustique d’une stèle. Deux zones particulièrement intéressantes sont présentées ici (fig. 1A) : la zone de Kerbougnec (fig. 2A) et la zone de Kerpenhir, à l’entrée de l’estuaire des rivières de Vannes et d’Auray (fig. 2B).

3.1.1 - La zone de Kerbougnec

16Les campagnes de sonar latéral ont permis de cartographier les points d’anomalies, c’est-à-dire les roches posées sur un environnement meuble. La figure 3 montre la répartition, et les photographies ou images sonar associées, (1) des mégalithes à terre sur le site du Moulin, au milieu des maisons (fig. 3A), puis (2) des stèles identifiées à marée basse sur l’estran lors de campagnes archéologiques précédentes (fig. 3B, Cassen & Vaquero Lastres, 2003), puis (3) des points cibles reconnus au sonar dans la zone immergée et validés par des plongées (fig. 3C, Cassen et al., 2010a,b, 2011). Les points annotés (de 101 à 110) correspondent à des stèles immergées, dégagées partiellement de leur couverture végétale et animale, et prises en photo (fig. 3D). Un total de 150 monolithes inédits a été reconnu à Kerbougnec et 20 au Petit Rohu. Les premiers représentent le prolongement sous-marin de l’ouvrage néolithique situé 600 m à l’ouest sur le site du Moulin (à Saint-Pierre-Quiberon) ce qui confirme l’existence de vestiges archéologiques monumentaux se prolongeant en mer jusqu’à -5 m NGF. Ce qui était un petit ensemble de stèles coincées sur une trentaine de mètres au sein d’un tissu urbain s’avère être un énorme complexe de plus d’une vingtaine de rangées de stèles orientées sur des points d'affleurement selon une direction de 108°N, et présentant un développement total d’environ 900 m dont l’extrémité reste en permanence submergée.

17L’identification de la limite haute du paléo-rivage permet de reconstituer le paysage littoral tel qu'il existait probablement au Néolithique, où les alignements de mégalithes sous-marins prolongent en mer les éperons rocheux naturels.

3.1.2 - La zone de Kerpenhir

18La zone de Kerpenhir recouvre l’entrée de l’estuaire des rivières de Vannes et d’Auray entre la pointe sud-est de Locmariaquer et la pointe ouest de Port-Navalo (fig. 4). Sa profondeur minimale est de -0,73 m pour une profondeur maximale de -32,9 m par rapport au zéro hydrographique.

19L’image sonar (profil 135, fig. 4C), réalisée à proximité de l’alignement de menhirs identifié par Cassen et al. (2010a) et photographié à marée basse au Nord-est de la pointe de Kerpenhir (fig. 4B), révèle de nouvelles stèles immergées. Comme dans la zone de Kerbougnec, la limite de répartition de la plupart des cibles reconnues en bathymétrie se situe autour de -5 m NGF. Sur cette image, certains points, plus profonds, pourraient également correspondre à des stèles, mais leur position actuelle est probablement due à une remobilisation par les courants, particulièrement violents dans cette passe.

20Les mégalithes immergés semblent souligner un relief naturel, en le prolongeant vers le large. Cela est particulièrement visible sur la côte est de la Baie de Quiberon (fig. 1B). Par ailleurs, la limite bathymétrique de l’extension de ces mégalithes subtidaux, située autour de -5,5 m NGF, est en accord avec la reconstruction paléogéographique de l’Archipel de Molène réalisée par Pailler et al. (2011). Soulignons que cette limite est une limite haute, car les mégalithes étaient probablement en retrait du paléo-rivage de cette époque.

3.2 - L’approche sédimentologique

21En 2006, une campagne de sismique utilisant le Boomer Seistec, dont la résolution verticale est de 25 cm, a permis d'obtenir une image 3D très précise du remplissage sédimentaire de la Baie et de ses différentes unités (unités U1 à U4, fig. 5A). L'analyse sédimentologique de la carotte longue MD08-3204CQ a permis de calibrer l'image sismique de ce remplissage et d'en établir une chronologie précise pour la période Holocène (fig. 5B ; Baltzer et al., 2014).

22Il y a 15 000 ans, le niveau marin se situe à -120 m par rapport au niveau actuel. La zone carottée au centre de la Baie de Quiberon se trouve alors en domaine continental. La dernière baisse du niveau marin a creusé des vallées créant une surface d'érosion principale R1 dans le substratum rocheux U0. Pendant la stagnation du niveau marin à -120 m, ces vallées se comblent au fur et à mesure par des alluvions fluviatiles U1. Par la suite, une remontée rapide du niveau marin de 60 m s'effectue de 15 000 à 8 700 ans cal. BP. Une surface transgressive R2 est alors créée. L'espace disponible est comblé par des sédiments fins vaso-silteux (U2) témoins du début de l'influence marine dans le domaine estuarien.

23La surface d’incision R3, datée d’environ 8 700 ans cal. BP, ré-incise les chenaux existants et serait liée à l’existence de courants tidaux très importants entraînant un ravinement extrêmement efficace. Le niveau marin relatif remonte ensuite rapidement jusqu'à 5 600 ans cal. BP et permet le comblement des dépressions par des sédiments marins et estuariens (U3) jusqu'à la surface d'inondation maximale R4. Le niveau marin se stabilise alors autour de 4 200 ans cal. BP. Depuis, le niveau marin augmente très lentement, permettant le remplissage de la baie par des sédiments marins actuels (U4).

24Les caractéristiques granulométriques (médiane, proportions d'argiles, sables fins et sables grossiers) de ces différentes unités sédimentaires reconnues grâce au carottage MD08-3204CQ peuvent être corrélées à la chronologie de leur dépôt (fig. 5). Cette carotte ayant été prélevée par 17 m de fond au milieu de la Baie, la présence de lits sableux plus grossiers (de E1 à E13, fig. 5) correspondraient à des événements de forte énergie capables d’apporter du sable marin (présence d’organismes marins tels que des coquilles et des foraminifères) jusqu’en milieu de baie.

4 - Discussion

25Les différentes courbes de niveaux marins relatifs, ainsi que les périodes de changements rapides de climat décrits par Mayewski et al. (2004), les périodes de tempêtes reconnues par Sorrel et al. (2012) et les événements de forte énergie reconnus dans la Baie de Quiberon (E1 à E13) sont reportées sur la figure 6.

26Plusieurs auteurs s’accordent à relier l’origine des variations climatiques à des changements de l’activité solaire (Bond et al., 1997, 2001 ; Stuiver et al., 1998 ; Niggemann et al., 2003) mais ces variations “rapides” impliquent aussi des mécanismes à plus long terme tels que la circulation thermohaline ou le couplage océan-atmosphère (Keigwin, 1996 ; Broecker, 2000 ; deMenocal et al., 2000). Ces modifications climatiques “rapides” sont caractérisées par une périodicité d’environ 1 500 ans (cycles de Bond) et semblent ponctuer toute la période Holocène. Le dernier cycle de Bond correspondrait au « Petit Age Glaciaire » (cycle 1) ; les précédents se situeraient respectivement vers le VII^e siècle de notre ère, vers 800 av. J.-C. (cycle 2), vers 2 200 av. J.-C. (cycle 3 : transition Néolithique final/Bronze ancien), vers 3 700 av. J.-C. (cycle 4 : Néolithique moyen), vers 4 700 av. J.-C. (cycle 5) et vers 6 000 av. J.-C. (cycle 6). Ce diagramme de synthèse (fig. 6) montre que la plupart des événements de forte énergie, comme les tempêtes, signalés par une ligne verticale en pointillés) coïncident avec des « rebonds » des courbes de remontée du niveau marin relatif. Ces signaux sédimentaires ont pu correspondre à des événements ponctuels, se traduisant en domaine littoral par des transgressions relatives. Cette observation est compatible avec l'absence d’oscillations majeures du niveau marin. Dans la plaine littorale hollandaise, la détérioration climatique du I^er millénaire avant J.-C. (cycle 2) s’est traduite par une modification brutale des environnements côtiers, une invasion marine et l’abandon des occupations humaines de l’âge du Bronze. D’une manière générale, l’activité humaine va réagir aux modifications de l’environnement naturel dans lequel elle se situe, et notamment aux variations du niveau marin sur la frange littorale.

27En Bretagne, un changement culturel s'établit vers 4 300 av. J.-C. avec la fin du phénomène des « tumulus carnacéens » qui fut un épisode marquant du Néolithique européen. Architectures funéraires et symboliques démesurées, importations de biens très valorisés (roches alpines et ibériques) pour une seule personne, révèlent de fortes inégalités sociales (Cassen et al., 2012a). L’arrêt de ce phénomène, qui aurait pu encore se développer entre la ria d'Etel et la presqu'île des Rhuys, est à ce jour inexpliqué. On peut imaginer que si le sel marin, par exemple, fut une des richesses pouvant expliquer cette distinction sociale, une brusque remontée du niveau marin a pu anéantir une telle production assez rapidement (Cassen et al., 2012b). Mais cela n'est qu'un début d'explication. La perte du contrôle des voies maritimes en est un autre, tout comme un bouleversement de l’ordre politique et religieux.

28Le diagramme de la figure 6 montre l'existence de quatre périodes (figurées sous la forme de colonnes vertes) pendant lesquelles des cycles de changement climatique rapide (colonnes jaunes ; Mayewski et al., 2004) se sont superposés à des phases d’accélération de la transgression flandrienne (colonnes bleues ; Jelgersma et al., 1979). Deux de ces périodes de superposition, aux alentours de 3 500 et 1 200 ans av. J.-C. (flèches rouges, figure 6), coïncident avec la fin des périodes de fortes remontées du niveau marin signalées par Morzadec-Kerfourn (2005). Deux autres périodes de superposition sont observées autour de 4 400 av. J.-C. et vers 800 ap. J.-C. La première d'entre elle correspond aussi à l'important changement culturel observé en Bretagne durant le Néolithique.

29Les impacts des fluctuations des niveaux marins ou des niveaux lacustres sur les occupations humaines ont été signalées par de nombreux auteurs (Pailler et al., 2011 ; Magny et al., 2012, 2013 ; Van Vliet-Lanoë, 2014 ; Velez et al., 2014). Une hypothèse peut être avancée selon laquelle les périodes où l'activité humaine sur le littoral disparaît correspondent à la conjonction de périodes de forte instabilité climatique et de périodes d'accélération de la remontée du niveau marin, influencée par la géomorphologie locale de l’avant-côte. L’étendue de la zone d’estran a été déterminée en considérant que le marnage n’a pas varié au cours des derniers millénaires. Cependant, dans l'environnement mégatidal de la Baie du Mont Saint Michel, L'Homer et al. (2002) montrent que la configuration des fonds amplifie les différences de hauteur d'eau et qu'ainsi « la valeur du marnage a varié au gré des variations successives du niveau marin » depuis 8 000 ans. Par ailleurs, à l'échelle globale, Keeling et Whorf (2000) mettent en évidence une variation périodique de 1 800 ans dans l’amplitude des cycles tidaux, liée à un changement graduel de la déclinaison lunaire. L’amplitude du marnage était donc plus importante vers 4 000, 2 200 et 400 av. J.-C., ainsi que vers 1 425 ap. J.-C. Même s'il n'est pas exactement synchrone avec les périodes critiques observées, ce paramètre pourrait augmenter l’efficacité des événements de type tempêtes sur le littoral.

5 - Conclusion

30Des prolongements des alignements de stèles, érigées par l’Homme il y a 6 500 ans (Néolithique) sur la côte est de la Baie de Quiberon et dans le Golfe du Morbihan, ont été reconnus en mer grâce à une bathymétrie fine et une imagerie acoustique haute résolution. Une cartographie de ces mégalithes subtidaux a ainsi été établie et les mesures bathymétriques fournissent une cote de -5 m NGF pour leur limite d’extension vers le large, qui coïncide avec la position du paléo-rivage néolithique. Les enregistrements sédimentaires analysés sur une carotte longue, calibrant la couverture sismique, ont permis de reconstituer les différentes phases de comblement de la Baie de Quiberon au cours de la transgression holocène et de les relier à la position des mégalithes subtidaux. Des événements de plus forte énergie de type tempête, combinés à des périodes d’accélération de la remontée du niveau marin, semblent coïncider avec la fin de l’exceptionnelle expérience carnacéenne, qui ne traduit cependant pas par une moindre densité de peuplement sur le littoral morbihannais.