Ces recherches sont menées conjointement par les laboratoires du CHEC EA 1001 (Clermont Université) et de EVS-ISTHME UMR 5600 - CNRS (Université de Lyon à Saint-Étienne) dans le cadre du programmes AGES cofinancé par l’Union Européenne – FEDER et l’Agence de l’Eau Loire-Bretagne et du programme DYSPATER. Les auteurs remercient André-Marie Dendievel pour son soutien technique à la réalisation des graphiques. Les auteurs remercient également les deux relecteurs pour leur critique constructive du texte.

1 - Introduction

1Depuis plusieurs décennies, les espaces montagnards ont suscité l’intérêt des paléoenvironnementalistes et des archéologues. De nombreuses études ont ainsi été menées dans les Alpes (de Beaulieu et al., 2003 ; Court-Picon et al., 2007 ; Segard, 2009), les Pyrénées (Galop, 1998 ; Galop et al., 2013 ; Rendu et al., 2013), le Jura (Gauthier, 2001 ; Richard et al., 2000 ; Richard & Vignot, 2002), sur les Hautes-Chaumes des Vosges (Goepp, 2007) et dans le Massif Central (Morvan : Jouffroy-Bapicot et al., 2013 ; Livradois-Forez : Argant & Cubizolle, 2005 ; Fassion, 2013 ; Cubizolle et al., 2014 ; Mézenc : Dendievel et al., 2014 ; Cantal : Surmely et al., 2009 ; Cézallier : Miras & Guenet, 2011 ; plateau des Millevaches : Miras, 2004 ; Combrailles : Prat, 2006 ; Massounie, 2015). Cependant, aucune recherche récente n’a été effectuée sur les versants nord-est et est des monts du Cantal. Ce secteur de moyennes montagnes offre un cadre d’étude original car, d’une part, de nombreuses tourbières susceptibles d’avoir enregistré les diverses évolutions environnementales à l’Holocène y sont présentes et, d’autre part, cet espace, situé en périphérie des grandes « places centrales » entre le second âge du Fer et le haut Moyen Âge, n’a fait l’objet que de recherches archéologiques et historiques ponctuelles depuis le XIX^e siècle. L’objectif de cette étude était donc double :

2- préciser l’évolution de l’emprise humaine sur les milieux telle qu’elle apparaît à travers les analyses du pollen, des macrorestes végétaux et des flux de charbons et de sables ;

3- confronter les données paléoécologiques au corpus de données archéologiques disponibles pour le secteur.

4Nos efforts se sont concentrés sur le haut bassin versant du Frau dans le Massif volcanique du Cantal (commune de Chavagnac, Cantal). Cette tête de bassin versant offre un potentiel archéologique important compte tenu de la présence de parcelles déboisées favorables aux recherches archéologiques. Elle comporte également dans la partie médiane du vallon une tourbière basse épaisse d’environ 176 cm surmontant quelques décimètres de sédiments organiques d’origine colluviale. La démarche adoptée associe des analyses paléoécologiques conduites sur la carotte extraite de la tourbière du Frau à des recherches archéologiques.

2 - Secteur d’étude et contexte historique

5Le secteur d’étude est localisé à l’extrémité nord-est du massif du Cantal (Massif Central, France) (fig. 1). Il est situé au sein du plus grand strato-volcan d’Europe dont la superficie actuelle atteint 2 700 km² et le point culminant 1 855 m. Ce strato-volcan se présente sous la forme d'un cône surbaissé dont les dimensions à la base sont de 60 km nord-sud et de 70 km est-ouest (Vuittenez, 1964 ; Valadas, 1984 ; Nehlig, 2007). Le vallon du Frau appartient à la planèze de Chalinargues, qui est une table basaltique située en périphérie des points d’éruption et entaillée par de profondes vallées. Les altitudes dans ce secteur sont comprises entre 1 000 et 1 200 m. Le contexte climatique est de type océanique ouest-européen mais avec une dégradation montagnarde sensible et des oppositions relativement marquées entre les versants exposés aux vents pluvieux d’ouest et ceux sous le vent, exposés à l’est (Bressolette, 1983). Sur le plateau de Chalinargues les hauteurs annuelles d’eau moyennes varient entre 1 000 et 1 200 mm. L’altitude moyenne élevée explique les températures plutôt basses. Les températures estivales sont fraîches – bien que des températures supérieures à 30°C soient parfois rencontrées – alors que les hivers sont froids et que les précipitations prennent souvent une forme neigeuse (durant environ quatre mois dans le secteur du Frau), phénomène accentué par l’« écir », vent qui forme d'importantes congères dans ce secteur (Bressolette, 1983). Le paysage actuel dans les vallons est dominé par les pâtures à poacées, auxquelles il faut ajouter la présence de bosquets de saule (Salix sp.) alors que les fonds de vallon plus hydromorphes sont dominés par des jonçaies (Juncus effusus et Juncus acutiflorus) avec quelques bosquets arborés (Betula pubescens et Salix sp.). En dehors des espaces pâturés et jusqu’à 1 400 m d’altitude, le paysage se compose principalement de forêts de sapins pectinés (Abies alba) et de pins sylvestres (Pinus sylvestris), ces derniers étant un écho des plantations récentes sur les terres agricoles abandonnées depuis le début du XX^e siècle. Dans la tourbière du Frau, qui s’étend sur 3,24 hectares, on trouve essentiellement des linaigrettes engrainées (Eriophorum vaginatum) et des joncs (Juncus effusus et Juncus acutiflorus).

6D’un point de vue archéologique, cet espace est situé dans la partie méridionale du territoire des Arvernes, en périphérie des principaux centres politiques, économiques et cultuels (Trément, 2013 ; Trément et al., 2014) (fig. 1). À une échelle plus locale, il est localisé à une cinquantaine de kilomètres de deux agglomérations secondaires attestées, Ydes au nord-ouest et Aurillac au sud-ouest (Baret, 2013). Au Moyen Âge, cet espace est successivement sous l'influence de plusieurs seigneurs laïcs et ecclésiastiques (Chassang, 2003) puis a connu un semblant d'unité administrative, religieuse et politique en pays de Haute-Auvergne. D’importants pôles de peuplement se développent ensuite, comme Saint-Flour ou Murat, qui restent encore aujourd'hui d'importants bourgs sur ce territoire (Charbonnier, 1999) (fig. 1).

3 – Méthode

7Le travail préparatoire a consisté en une restitution des contextes topographiques, géomorphologiques, hydrologiques et stratigraphiques. Les relevés ont été réalisés à l’aide d’une station totale et d’un tachéomètre Leica 403 L et un GPS Trimble GéoXT. Plusieurs reconstitutions topo-stratigraphiques ont été réalisées le long de deux profils, l’un longitudinal et l’autre transversal (fig. 2). L’épaisseur des sédiments organiques a été estimée au moyen de sondages à la barre graduée de 1 cm de diamètre. Les épaisseurs d’histosol ont été mesurées tous les 5 à 7 m en dehors de la tourbière, et tous les 2 m dans la tourbière. Ce n’est qu’à l’issue de ce travail préparatoire que trois carottes ont été extraites (C-3152, C-3111, C-3153) dans le secteur le plus profond, considéré comme a priori le plus ancien (fig. 2). On a pour cela utilisé un carottier manuel russe, dont le corps présente une longueur de 60 cm et un diamètre de 50 mm. Le code Munsell et le test de von Post ont été utilisés pour la détermination du type de tourbe et de son degré de décomposition (Parent, 2001 ; Cubizolle, 2009). La carotte C-3111, la plus longue, a été sélectionnée pour les analyses paléobotaniques. Elle a été conditionnée dans un demi-cylindre en PVC et emballée d’un film plastique, puis conservée au réfrigérateur.

8La carotte a été découpée en tranches de 2 cm. Chaque échantillon a été divisé en deux, l’un pour l’analyse palynologique et l’autre pour l’analyse des macrorestes végétaux. L’analyse des macrorestes végétaux porte sur 27 échantillons espacés de 8 cm, parfois resserrés à 4 cm afin de mieux identifier les changements de végétations. Le pas d’échantillonnage de 8 cm retenu également pour l’analyse pollinique correspond au souhait de cerner rapidement les grandes lignes de l’évolution du paysage autour de la tourbière, sans prétendre en saisir le détail. Il s’agit donc seulement d’une approche laissant une étude plus fine toujours possible par la suite.

3.1 - Datations et chronologie

9Six datations par le radiocarbone ont été effectuées par le Centre de Datation par le Radiocarbone de l’Université Claude Bernard (Lyon I, France) ; elles sont présentées en annexe dans le tableau 1. Elles ont été calibrées à l’aide du programme OxCal 2013 v. 4.1.7. qui utilise la courbe de calibration IntCal 2013 (Reimer et al., 2013). Enfin, une courbe âge-profondeur a été réalisée à partir de l’application « clam » (Blaauw, 2010), l’outil statistique du logiciel de statistique R (fig. 3).

10La chronologie culturelle et historique utilisée dans cet article repose sur celle de L. Carozza & C. Marcigny (2007), J.-P. Demoule (2007), V. Georges (2007) et I. Catteddu (2009) et est synthétisée dans le tableau 2. Les chronozones de l’Holocène reposent sur les travaux de H. Richard (1999) ; elles sont présentées dans le tableau 3.

3.2 - Macrorestes végétaux

11Le volume de chaque échantillon a été mesuré par déplacement d’eau dans un bécher (Bhiry & Filion, 2001). Puis les échantillons ont été portés à ébullition pendant 2 à 3 minutes dans une solution à base de KOH à 5 %. Les échantillons ont ensuite été tamisés avec une maille de 0,8, 0,5 et 0,2 µm. Selon la nature des macrorestes végétaux, certains ont été dénombrés (graines, fragments de graines, charbons et cenococcum auxquels s’ajoutent les sables) alors que pour les autres leurs volumes ont été estimés et exprimés en pourcentages (racines d’Herbaceae, restes de Sphagnum et de mousses, etc.). Les résultats obtenus pour chaque échantillon ont été recalculés sur la base d’un volume constant de 13,65 cm³ qui correspond au volume moyen des échantillons analysés (Beaulieu-Audy et al., 2009). L’identification des différentes pièces des macrorestes végétaux repose sur la comparaison avec des collections et atlas de références (Berggren, 1969 ; Crum & Anderson, 1981 ; Ireland, 1982 ; Lévesque et al., 1988 ; Daniels & Eddy, 1990 ; Smith, 1996 ; Bastien & Garneau, 1997 ; Mauquoy & Van Geel, 2007 ; Cappers et al., 2012 ; UNIVEGE - Herbiers Universitaires de Clermont-Ferrand). La terminologie des espèces de plantes provient de Marie-Victorin (1995) pour les vasculaires et de Crum et Anderson (1981) pour les non vasculaires. Deux diagrammes ont été réalisés à l’aide du logiciel Palaeo Data Plotter Beta test version 1.0 (Juggins, 2002) (fig. 4a & 4b).

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3.3 - Palynologie

13Bien que la majeure partie des échantillons correspondent à de la tourbe, ils ont été traités suivant la méthode classique de concentration en liqueur dense (Thoulet, d = 2) destinée aux sédiments minéraux (Argant, 1990), après décarbonatation par l’acide chlorhydrique, désilicification par l’acide fluorhydrique (40 % à froid), traitement par la potasse à chaud (10 min) pour éliminer le maximum de matière organique.

14Pour l’analyse, 20 µl du culot obtenu montés dans la glycérine ont ensuite été observés au microscope optique (G = 500). Les déterminations ont été réalisées avec l'aide des atlas photographiques de Reille (1999) et les collections de comparaison (ARPA). Les données palynologiques ont été représentées sous la forme de diagramme en silhouette à l'aide du logiciel Tilia (Grimm, 1987, 1991-2011, version 1.7.16). Les pourcentages sont exprimés en fonction de la somme pollinique totale, à l'exclusion des Cyperaceae, des autres taxons hygrophiles ou aquatiques, et des spores de Ptéridophytes. Des zones locales d'assemblage pollinique (ZP) ont été définies à l'aide d'une analyse statistique de classification hiérarchique stratigraphiquement contrainte de type CONISS (Grimm 1987).

15Malgré un état de conservation médiocre, 400 grains de pollen et spores par échantillon ont en moyenne été comptés, et le nombre de taxons reconnus, compris entre 20 et 36 (sauf pour 2 échantillons avec 15 et 18 taxons seulement), donne une image valable de la végétation représentée par le diagramme figure 5.

3.4 - Archéologie

16Les recherches archéologiques décrites dans cet article s’inscrivent dans le cadre de la thèse de doctorat de M. Delpy-Coursol sur la reconstitution de l’occupation du sol dans le haut bassin de l’Alagnon (massif du Cantal, France). Ces investigations, dont certaines en cours, portent sur cinq fenêtres d’étude dont une concerne le vallon du Frau. Les recherches conduites dans cette dernière fenêtre couvrent une superficie d’environ 215 hectares. Elles ont débuté par un dépouillement de la bibliographie disponible (rapports scientifiques, publications, inventaires communaux, archives, ouvrages généraux) afin de dresser un état des lieux des connaissances. Ce dépouillement a été complété par des enquêtes orales auprès de différents acteurs du territoire (érudits locaux, membres d’associations du patrimoine, agriculteurs). Dans un deuxième temps, une reprise pour étude du mobilier découvert antérieurement (conservé dans les musées d’Arts et d’Archéologie d’Aurillac et de la Haute-Auvergne à Saint-Flour, au service régional de l’archéologie d'Auvergne ainsi que dans des collections privées) a été effectuée afin de préciser les fourchettes chronologiques des sites déjà connus. Le travail s'est poursuivi par une étude de carto/photo-interprétation réalisée à partir de photographies aériennes verticales anciennes et récentes fournies par l’IGN, d’images satellites disponibles dans le domaine public et de cartes anciennes (carte de Cassini, cadastre « napoléonien » et carte d’état-major principalement). En parallèle, des prospections aériennes et des prospections pédestres ont été réalisées afin de vérifier les informations précédentes et de recueillir de nouvelles données. Les prospections ont été menées en terrain non labouré, le plus souvent dans des zones d'estive. Une attention particulière a été portée aux anomalies micro-topographiques, aux taupinières et aux chemins de passage des bêtes, qui sont des lieux préférentiels de remontée du matériel archéologique du fait des perturbations causées par les animaux. Ce travail de prospection a permis de dater et de mieux comprendre l'agencement des sites à l'échelle du plateau de Chalinargues. La dernière étape de ce travail consistait à effectuer des sondages sur des structures agro-pastorales afin d'acquérir un maximum de données sur ce type de vestiges : architecture, phase(s) d'occupation, fonction… L’ensemble des données a été compilé dans un SIG pour être cartographié, analysé, croisé et interprété dans l'espace et dans le temps. À l'issue de ces opérations, il est apparu que le corpus de données archéologiques était très hétérogène, avec une qualité très variable de l'information. Une typologie descriptive des données archéologiques a donc été créée afin de classer ces derniers en six catégories (site, indice de site, découverte isolée, bruit de fond, autre donnée bibliographique, épandage) selon la qualité des informations connues (Trément, 2011 : 88 ; Delpy et al., 2011).

4 - Résultats

4.1 - Archéologie

17Au total, 29 sites, 23 indices de sites, 3 découvertes isolées et 8 autres données bibliographiques ont été recensés. Deux ensembles pastoraux ont été sondés durant l'été 2012 (Delpy, 2012). À partir de tous ces éléments, il est possible d'esquisser une première image de l'occupation humaine de cet espace dans la longue durée. Les plus anciennes traces reconnues de la présence de l’Homme sont datées de la Protohistoire, vraisemblablement de l’âge du Fer (fig. 6). Le dépouillement bibliographique a permis de recenser une dizaine de tumuli, mais certains d'entre eux n'ont pas été retrouvés en prospection (disparus depuis ? mauvaise géolocalisation ?). En l’absence d’informations complémentaires, la qualification de tumulus reste hypothétique ; il peut également s’agir d’épierrements dont la datation reste indéterminée. Un seul d’entre eux est caractérisé avec certitude de par sa forme et ses dimensions. Cependant, et en l'absence de fouille, il est impossible de préciser davantage sa chronologie. Les témoignages d’occupation sont plus nombreux pour l’Antiquité et en particulier le Haut-Empire (fig. 6), période pour laquelle une petite villa et un cimetière attenant ont été fouillés (Vinatié, 1977). Une première phase d'occupation du site est datable de La Tène III-début du Haut-Empire. L’occupation la plus dense de la villa couvre les 1^er et 2^e siècles ; une extension du site a lieu durant le 2^e siècle ; enfin cinq tombes sont datées des 1^er/2^e siècles. À côté de ce site, d’autres indices d’occupation antique ont été mis au jour comme l’attestent les concentrations de mobilier découvert en trois points distincts de cet espace (Vinatié & Baillargeat, 2002). Enfin, citons les structures interprétées par A. Vinatié comme des enclos (Vinatié & Baillargeat, 2002), mais dont la caractérisation fonctionnelle est incertaine en l’absence de fouille. Il s'agit de deux structures espacées d'environ 30 m, l'une rectangulaire de 45x35 m, et l'autre quasiment carrée de 12x13 m. Le mobilier découvert antérieurement (Vinatié & Baillargeat, 2002) et plus récemment en prospection pédestre (Delpy, 2012) atteste que ces sites ont été occupés au cours de l'antiquité, sans qu’il soit malheureusement possible de déterminer la nature de cette occupation. Cependant, et en l’absence de fouilles, on ne peut pas exclure que les enclos aient été mis en place postérieurement à cette occupation antique. Enfin, et en l’état de la documentation archéologique, aucun indice n’atteste une occupation de ce secteur durant la transition Bas-Empire/haut Moyen Âge.

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19Au Moyen Âge, ce secteur semble occupé même si les vestiges archéologiques connus et datés avec certitude sont peu nombreux (fig. 6). La présence d'une digue à un kilomètre au nord-est de la tourbière peut être rattachée à la tradition orale d'un petit lac à cette période. Par ailleurs, plusieurs éléments attestent la présence d’habitats groupés. Les vestiges d’un ancien village ont également été retrouvés en prospection pédestre avec l’aide des érudits locaux en 2012. De plus, différentes archives médiévales mentionnent la présence des hameaux de Fortuniès dès 1273 (Boudartchouk, 1998) et de la Boissonnière à partir de 1498 (Amé, 1897) (fig. 6).

20L’occupation du secteur à l'époque moderne prend la forme d’un habitat permanent constitué des deux hameaux de la Boissonnière et de Fortuniès, et par un habitat temporaire composé de proto-burons et de burons, parmi lesquels trois ensembles certains et deux hypothétiques sont situés dans un rayon d’un kilomètre autour de la tourbière du Frau (fig. 6).

21Enfin, une trentaine de vestiges agro-pastoraux ont été découverts en prospection. Ils présentent une grande variété de formes et leur état de conservation est très variable – de structures encore en élévation à des structures très arasées. Leur fonction et leur chronologie restent indéterminées. Outre les burons modernes et contemporains, avec ou sans enclos et avec ou sans annexes, on observe un important parcellaire en pierres sèches ainsi que de nombreuses structures en creux, aussi appelées « burons en peignes » (Fournier & Fournier, 1983), « cases » ou « tras ». Ces dernières présentent différents aspects : cases isolées, groupées ou alignées. Les sondages réalisés sur deux de ces ensembles (fig. 6), un alignement (BdB1) et un groupement (BdB2), ont permis d’identifier des cases semi-enterrées (Delpy, 2012). Il semble qu’il y ait eu une élévation de murs en pierres sèches comprenant au moins une assise, si ce n’est l’ensemble du mur. L’absence de matériaux de couverture, de type lauze ou ardoise, laisse supposer une couverture en matériaux périssables. Le mobilier céramique laisse supposer un habitat temporaire et/ou des espaces de stockage selon les modules fouillés. Ce même mobilier a permis de définir une fourchette chronologique large qui va de la période médiévale à la fin de l’époque moderne. Cette phase d’utilisation du site est appuyée par la datation ¹⁴C d’un charbon daté du XIII^e siècle (tab. 1) qui a été prélevé à partir d’un niveau correspondant vraisemblablement à un sol dans l'alignement BdB1.

4.2 - Lithostratigraphie et modèle âge-profondeur

22La partie située au-dessous de 176 cm de profondeur est composée d’un faciès organo-minéral très riche en sables et en graviers (fig. 2). Au-dessus et jusqu’à 154 cm de profondeur, la tourbe est saprique. Peu de matériel est visible à l’œil nu contrairement aux sables. On note cependant un changement de couleur à 169 cm (fig. 2). Au-dessus, et jusqu’à 38 cm, la tourbe mésique à fibrique est assez homogène ; de longues fibres y sont bien visibles. De plus, des fragments de racines d’arbres sont présents de 43 à 39 cm. Au-dessus, et jusqu’à 8 cm de profondeur, la tourbe est saprique. Une rupture nette s’opère à 23 cm où la tourbe est plus sèche, friable et contient beaucoup de racines d’arbres. Enfin, les huit derniers centimètres de la carotte sont constitués d’une forme d’humus de type hydromoder qui comprend la végétation de surface et la végétation en décomposition.

23En parallèle, un modèle âge-profondeur a été réalisé à partir des cinq datations par le radiocarbone (fig. 3, tab. 1). Le démarrage de la tourbière semble avoir eu lieu vers 6 000 BP (4 050 av. J.-C.). On observe deux phases bien distinctes dans les dynamiques d’accumulation de tourbe. La première phase couvre une vaste période chronologique, entre 6 000 BP (4 050 av. J.-C.) et 1 695-1 423 ans cal. BP (255-527 ans cal. ap. J.-C.) et s’étend de -176 à -138/-136 cm. L’accumulation de matière organique, très lente, varie de 0,07 à 0,11 mm.an^-1. Cette faible vitesse d’accumulation semble résulter de mauvaises conditions de conservation comme l’atteste la présence de tourbe saprique. La seconde phase s’étend de -138/-136 cm à la surface. On observe une nette rupture de la vitesse d’accumulation de tourbe, qui augmente fortement et atteint jusqu’à 1,79 mm.an^-1. Cette hausse très importante et brutale semble résulter de meilleures conditions de conservation attestées par la présence de tourbe mésique à fibrique.

4.3 - Analyse pollinique

24Trois zones polliniques (ZP) principales ont été distinguées.

25- La zone pollinique FR-1 (échantillons -187 et -184 cm), correspond à la couche organo-minérale sur laquelle s’est formée la tourbe. Les deux spectres correspondants, datés vers 5 787 et 5 315 av. J.-C. selon le modèle âge-profondeur (fig. 3), sont pauvres en pollen d'arbres (21 et 10 %) représentés surtout par le pin (Pinus), le bouleau (Betula) et le noisetier (Corylus). Ils sont aussi caractérisés par un cortège d'herbacées steppiques dominées par les Poaceae accompagnées de diverses Asteraceae (dont les Cichorioideae et Artemisia), Caryophyllaceae, Chenopodiaceae, Rumex, qui évoquent des conditions climatiques rigoureuses. L'abondance de matériel détritique sableux plus ou moins grossier indique que la mise en place de ce sédiment peut être liée à un phénomène érosif. On ne peut exclure dans ces conditions la conservation des seuls taxons les plus résistants, donnant une image biaisée et incomplète de la végétation antérieure à la mise en place de la tourbe. Le matériel pollinique représenté est probablement en partie remanié à partir de dépôts plus anciens qu’il n’est donc pas possible de dater précisément (fin du Tardiglaciaire ? Préboréal ou Boréal ?).

26- La zone pollinique FR-2 (échantillons -180 à -161 cm), correspond au démarrage de la turfigenèse. Elle est marquée surtout par la fermeture relative du paysage due au développement de la sapinière. Les composants classiques de la chênaie mixte (Quercus, Tilia, Ulmus, Fraxinus) sont tous présents mais en faible quantité, et les herbacées steppiques ont toutes fortement régressé. Dans la partie septentrionale du massif du Cantal, ni le sapin ni le hêtre n'apparaissent en courbe continue avant la fin de l'Atlantique (vers 5 000 BP), mais leur présence aléatoire peut être notée beaucoup plus tôt dès la fin du Boréal selon les sites (de Beaulieu et al., 1982). La présence du sapin en quantité importante ici à partir de -169 cm peut caractériser le Subboréal, conforme avec la date 5 470-5 088 cal. BP (3 520-3 138 cal. av. J.-C.) obtenue à -172 cm. Cette chronozone apparaît peu développée et peut-être tronquée, soit par des phénomènes d'érosion naturels soit par l'action de l'homme comme le montre la suite du diagramme.

27- La zone pollinique FR-3 rassemble les échantillons de -155 à -14 cm. Elle se caractérise par la présence constante d'indices de cultures et d'activités pastorales et par la baisse régulière du pollen d'arbres, qui permet de distinguer trois sous-zones :

28- FR-3-a (-155 à -95 cm) voit passer le pourcentage de pollen d’arbres de 90 % à 70 % à cause de la chute importante des taux de sapin, puis la légère remontée des essences héliophiles (bouleau, pin), du hêtre et du chêne permet sa stabilisation autour de 80 %. Cette légère ouverture du milieu qui s’accentue vers 450 cal. ap. J.-C. (datation ¹⁴C obtenue à 138/136 cm, tab. 1), à la fin de l’époque romaine, est à mettre en relation avec des indices de cultures discrets qui apparaissent bientôt régulièrement. On note également une courbe presque continue de plantain (Plantago) et d'oseille (Rumex), une progression des Poaceae et la présence de rudérales, le tout indiquant le développement d'activités agricoles et pastorales aux alentours du marais, où on assiste à l'accroissement des valeurs des Cyperaceae et de l'aulne (Alnus). À noter une occurrence de châtaignier (Castanea) à -113 cm, que l’on peut dater vers 520 ap. J.-C. selon le modèle âge-profondeur (fig. 3). L'augmentation des pourcentages de bouleau et l'apparition de la callune à la surface de la tourbière entre 120 et 95 cm (que l’on peut dater entre 520 à 625 ap. J.-C. selon le modèle âge-profondeur et de 580 à 670 cal. ap. J.-C. par le ¹⁴C, datation obtenue à 96/94cm, fig. 3 & tab. 1) sont une conséquence possible des feux mis en évidence par l'étude des macrorestes végétaux.

29- FR-3b (entre 625 et 1 421 ap. J.-C. selon le modèle âge-profondeur, -95 à -50 cm) est caractérisée par une nouvelle baisse des AP (de 80 à 40 % en moyenne) due à la réduction drastique à la fois de la sapinière et de la hêtraie. L'ouverture qui en résulte profite au pin et aux Poaceae, et la progression du genévrier signe la dégradation de la végétation. Le taux de céréales progresse nettement, jusqu'à 5,9 % à -54 cm, ce qui, étant donné le faible taux de dispersion du pollen de ces plantes (Diot, 1992), suppose la proximité des champs cultivés. Sont également en hausse les taux de rudérales et de la callune. À partir de la fin du haut Moyen Âge l’accentuation de la pression anthropique devient donc évidente.

30- FR-3c (-50 à -14 cm). L’évolution constatée au Moyen Âge se poursuit à l’époque moderne. À partir de 1 450 ap. J.-C. environ, le taux de pollen d'arbres diminue de nouveau en se fixant aux alentours de 25 %, ce qui correspond à la disparition quasi totale du sapin et du hêtre. Seul le chêne se maintient mais reste faiblement représenté. La courbe continue du châtaignier amorcée vers 900 ap. J.-C. s’accentue nettement vers 1 770 ap. J.-C. Les indices de pâturage et de cultures restent stables et la zone humide fortement marquée par les Cyperaceae. Près de la surface, à -14 cm, soit vers 1 850 ap. J.-C., l'augmentation du taux de pollen de pin révèle peut-être une déprise agricole récente.

4.4 - Macrorestes végétaux

31D’une manière générale, les macrorestes végétaux étaient peu nombreux et relativement fragmentés sur l’ensemble de la carotte. Trois zones ont été identifiées (fig. 4a & 4b).

32La zone Fr1, de la base de la carotte à 179 cm de profondeur, correspond à la végétation avant la mise en place de la tourbière. Elle était composée essentiellement de Pteridophytae (ptéridophytes), de phragmites et de Cyperaceae/Juncus (cypéracées/joncs), ce qui reflète la présence d’une zone humide (fig. 4a). Celle-ci devait également connaître des périodes de bas niveaux d’eau comme le suggère la très faible quantité de matière organique conservée (fig. 4a). De plus, de très nombreux grains de sable ont été rencontrés, parmi lesquels certains d’un diamètre supérieur à 0,8 mm, ce qui atteste des apports en eau de ruissellement provenant du versant (fig. 4a).

33Le début de la zone Fr2, qui s’étend de 169 cm à 58,5 cm de profondeur, est caractérisé d’un point de vue sédimentologique par la mise en place et le développement d’une tourbière. Cette zone comporte trois sous-zones.

34- La première sous-zone, Fr2a de 169 cm à 161 cm de profondeur, marque la mise en place d’une flore potentiellement turfigène. Les ptéridophytes et les phragmites issus de la zone précédente sont toujours présents, mais en faible quantité. La végétation est ainsi dominée par les joncs (Juncus acutiflorus, J. articulatus, J. capitatus, J. compressus, J. effesus, J. subnodulosus) et par plusieurs espèces de Carex, l’ensemble étant accompagné de Stellaria sp. / Cerastium sp., de Potentilla palustris (Potentille), et de quelques bryophytes (Meesia triquetra, Phylonatis fontana var. aepitosa, M. fontana var. punula, M. marchia, M. rigida, M. tomentella) (fig. 4b). La présence de fragments ligneux d’essence indéterminée indique celle d’arbres dans la tourbière. Cette sous-zone est également caractérisée par de mauvaises conditions de conservation révélées par la présence de tourbe à faciès saprique (fig. 2), par des sédiments organiques mais non tourbeux, par une accumulation très lente de sédiments (fig. 3), mais encore par la présence d’un grand nombre de champignons ectomycorhiziens du genre Cenococcum (fig. 4a) qui indiquent généralement une situation de stress hydrique (Hunt & Fogel, 1983). De nombreux grains de sable d’un diamètre maximal de 0,2 mm sont toujours présents dans cette sous-zone et indiquent des apports en eau de ruissellement provenant des versants (fig. 4a). Enfin, de nombreux charbons de bois d’un diamètre maximal de 0,425 mm ont été observés, ce qui permet d’envisager la présence d’incendies aux abords de la tourbière (fig. 4a). Ces événements sont à replacer entre 5 470-5 088 cal. BP (3 520-3 138 cal. av. J.-C., date obtenue à -172 cm) et 3 826-3 498 cal. BP (1 876-1 548 cal. av. J.-C., date obtenue à -162/-160 cm).

35- La sous-zone Fr2b, de 157 cm à 89 cm de profondeur, s’inscrit dans la continuité des phénomènes observés antérieurement. On constate une hausse de la quantité de matière organique conservée (fig. 4a) concomitante à la présence d’une tourbe mésique à fibrique (fig. 2) ainsi qu’à une baisse rapide et importante du nombre de Cenococcum et de grains de sable (fig. 4a). Cette sous-zone est également caractérisée par la diversité de la végétation qui se compose de joncs et de plusieurs espèces de carex associées à Phragmites australis/ Molinia sp., Stellaria sp./ Cerastium sp., Potentilla palustris, Portulaca sp./ Silene sp./ Saponaria sp. et à plusieurs bryophytes (Drepanocladus sp., D. badius, D. revolvens, Meesia triquetra, Tomenthypnum nitens) (fig. 4b). L’association de plusieurs espèces de joncs et de carex, de Drepanocladus badius, D. revolvens, de Meesia triquetra et de Potentilla palustris évoque un habitat humide volontiers rencontré en bordure de cours d’eau ou de source, voire submergé (fig. 4b). De plus, cette tourbière était arborée comme l’attestent les nombreuses graines de plusieurs espèces de Betula sp. (bouleau), parmi lesquelles vraisemblablement Betula nana (bouleau nain) (fig. 4b). Il n’est donc pas étonnant de constater une augmentation de la quantité de matière organique conservée (fig. 4a) ainsi qu’une nette accélération de la vitesse d’accumulation de matière organique (fig. 3). Enfin, la présence récurrente de charbons de bois d’un diamètre inférieur à 0,2 mm indique la présence de feux dans ce secteur (fig. 4a). Seule la découverte de fragments d’un diamètre compris entre 0,425 et 0,2 mm de 139 à 120 cm prouve la présence de feux aux abords de la tourbière même, événements que l’on peut dater entre 216 et 486 ap. J.-C. (fig. 3).

36- La sous-zone Fr2c, de 81 cm à 58,5 cm de profondeur, est caractérisée par des modifications dans le fonctionnement hydrologique de la tourbière et de son bassin versant. On constate la raréfaction des carex et des bouleaux alors que l’association de Drepanocladus badius, D. revolvens, Meesia triquetra et de Sphagnum contortum, S. denticulatum, S. inundatum, S. subsecundum indique toujours une humidité importante au sein de la tourbière puisque ces espèces sont rencontrées dans des habitats humides voire submergés (fig. 4b). La réapparition de grains de sable associée à la hausse des charbons de bois à 73 cm atteste non seulement de défrichements à proximité du site de sondage mais également de sols mal protégés par la couverture végétale autour de la tourbière (fig. 4a) ; observations que l’on peut dater vers 890 BP (1 060 ap. J.-C.) (fig. 3).

37- La zone Fr3, de 54 cm de profondeur à la surface, évoque de profonds changements du couvert végétal et du fonctionnement de la tourbière. Le début de cette zone est marqué par un pic de grains de sable d’un diamètre de 0,2 mm, ce qui évoque un apport en eau de ruissellement important, mais aussi de nombreux fragments de charbons, ce qui semble indiquer des incendies et la présence de sols partiellement dénudés à proximité de la tourbière (fig. 4a). À 46 cm, la découverte de tiges de mousses carbonisées suggère qu’un incendie a parcouru la tourbière. Ces événements sont à replacer entre 1 358 et 1 545 ap. J.-C. (fig. 3). Cette modification du fonctionnement hydrologique et l’utilisation du feu autour de la tourbière et dedans ont totalement bouleversé son fonctionnement et son couvert végétal. Très peu de fragments de plantes ont été conservés. La végétation se composait essentiellement de joncs, qui se raréfient à partir de 35 cm, associés à quelques bryophytes et bouleaux (fig. 4b). Cette mauvaise conservation des macrorestes végétaux est concomitante d’une baisse significative de la quantité de matière organique conservée, surtout à partir de 30 cm, où la tourbe redevient saprique (fig. 2), puis d’une hausse spectaculaire du nombre de Cenococcum (fig. 4a).

5 - Discussion

38L’interprétation des données paléoécologiques (pollen, macrorestes végétaux, flux de sables et de microcharbons) et leur confrontation avec le corpus de données archéologiques apportent des éléments à la fois convergents et complémentaires sur l’histoire de la végétation du vallon du Frau et le rôle des sociétés humaines dans les changements du paysage depuis l’âge du Fer.

39Il est difficile de décrire avec précision la végétation qui précède le développement de la tourbière, celle-ci se mettant en place à partir de 5 470-5 088 cal. av. J.-C. (3 520-3 138 cal. BC) soit le cœur du Subboréal et le Néolithique final.

5.1 - Origines et premiers développements de la tourbière

40La mise en place d’une tourbière constitue une rupture hydro-sédimentaire majeure. Cette modification se traduit par une modification des bilans hydriques, passant de négatif à nul ou positif, et par un changement pédologique avec le passage d’un sol hydromorphe de type rédoxisol à un histosol (Cubizolle, 2005 : 43). Ce constat est appuyé par la découverte de grandes quantités de sable, la hausse de l’humidité édaphique et l’augmentation, certes modeste, de la quantité de matière organique conservée (fig. 7). Cependant, on peut s’interroger sur les origines, naturelles ou anthropiques, de la turfigenèse.

41On ne dispose pas de données paléoclimatiques pour le massif du Cantal. La période au cours de laquelle la tourbière du Frau se met en place correspond à une période climatique humide identifiée par M. Magny (2004) dans le Jura et par K. Barber et al. (2004) en Europe centrale et orientale. La mise en place de cette tourbière pourrait donc résulter d’une péjoration climatique humide qui aurait déstabilisé les écoulements.

42Cependant, la quantité importante de sable, la hausse de l’humidité édaphique, l’augmentation de la quantité de matière organique conservée ainsi que la présence de charbons et des premiers grains de pollen de rudérales (fig. 7) peuvent également être imputées aux activités humaines. Ainsi, l’extension des activités agro-pastorales dans ce secteur pourrait être à l’origine de la modification des bilans hydriques qui ont permis la mise en place de cette tourbière. Ce modèle d’apparition des tourbières a été mis en évidence par exemple dans l’est du Massif Central oriental (Cubizolle et al., 2004, 2012), mais aussi dans les îles Britanniques (Moore, 1975 ; Caseldine & Hatton, 1993). Compte tenu de l’absence de données archéologiques pour cette période dans le vallon du Frau, de la faible quantité de matière organique conservée et de la faible vitesse d’accumulation de matière organique qui en découle, il est difficile de trancher entre influences climatique et anthropique qui ont dû probablement se conjuguer pour provoquer le démarrage de la turfigenèse.

43Une seconde rupture hydro-sédimentaire est identifiée entre 157 et 154 cm de profondeur, séquence que l’on peut dater entre 3 311 et 2 961 BP (1 361 et 1 011 av. J.-C.), soit au Bronze final. La tourbe change de faciès pour devenir mésique à fibrique, c'est-à-dire très organique, ce qui dénote de meilleures conditions de conservation et une vitesse d’accumulation plus importante. Cette rupture s’accompagne d’une hausse de l’humidité édaphique et de la matière organique conservée, ainsi qu’une baisse du nombre de grains de sable. Si l’on se réfère aux travaux de M. Magny (2004) et de K. Barber et al. (2004), cette période ne correspond pas à une période climatique humide. En revanche, on constate que la hêtraie-sapinière héritée du Subboréal subit des coupes régulières (fig. 7). La diminution du couvert forestier a pu déstabiliser les bilans hydriques de ce bassin versant en faisant baisser la quantité d’eau captée par la végétation et en augmentant ainsi l’humidité édaphique. Sans totalement écarter le facteur climatique, les activités humaines semblent être à l’origine de cette rupture hydro-sédimentaire.

5.2 - Des modifications du fonctionnement hydro-sédimentaire

44On constate une nouvelle déstabilisation des écoulements hydriques de versant jusqu’à la fin de l’Antiquité et le début du haut Moyen Âge. En effet, on observe de meilleures conditions de conservation, une augmentation de la matière organique conservée, une accélération de la vitesse d’accumulation de tourbe et le développement d’une flore turfigène rencontrée dans des milieux humides voire submergés, associée à la présence d’aulnes autour de la tourbière. Si l’on se réfère une nouvelle fois aux travaux de M. Magny (2004), deux phases climatiques humides sont identifiées, la première de 2 750 à 2 350 cal. BP (800 à 400 cal. av. J.-C.) et la seconde de 1 800 à 1 700 cal. BP (150 à 250 cal. ap. J.-C.). K. Barber et al. (2004) a mis en évidence deux phases climatiques humides, l’une de 2 800 à 2 200 cal. BP (850 à 250 cal. av. J.-C.), l’autre de 1 800 à 1 700 cal. BP (150 à 250 cal. ap. J.-C.). Si ces variations climatiques ont pu initier des modifications du fonctionnement hydrologique du vallon du Frau, cette hypothèse n’est pas tout à fait satisfaisante car le massif du Jura connaît également des périodes climatiques plus sèches. En effet, si ces phases climatiques ont entraîné un abaissement conséquent du niveau des lacs jurassiens, il est étonnant que cette baisse de l’humidité n’ait eu aucun impact sur le fonctionnement hydrologique du bassin versant du Frau. En revanche, cette période est marquée par un accroissement, certes modeste, des activités humaines dans ce secteur. On constate une extension des cultures et des pâturages au détriment de la forêt, qui subit des coupes conséquentes (fig. 7). De plus, la présence de deux incendies à cette période (fig. 7) peut témoigner d’un défrichage par le feu. Par ailleurs, c’est également à l’âge du Fer et au Haut-Empire que les vestiges archéologiques attestent une densification notable de l’occupation humaine, en particulier à proximité immédiate de la tourbière (fig. 7). Ainsi, il semble que l’accroissement des activités humaines associé à des périodes climatiques plus humides soit une nouvelle fois à l’origine d’une déstabilisation des écoulements hydriques de versant et d’une hausse de l’humidité édaphique au sein de la tourbière et de son bassin versant.

5.3 - L’extension des activités agricoles

45De la fin de l’Antiquité jusqu’au Moyen Âge central, on constate, une fois de plus, une modification du fonctionnement de la tourbière du Frau marquée par la raréfaction des carex et des bouleaux en faveur d’une flore se développant dans des habitats humides voire submergés. Cette période est bien individualisée par deux datations ¹⁴C (niveau 96/94 cm daté entre 1 280 et 1 370 cal. BP, soit 580 et 670 cal. ap. J.-C.) jusqu’au XIII^e siècle (niveau 64/62 cm daté entre 653 et 731 cal. BP soit 1 219 et 1 297 cal. ap. J.-C.). Cette période est caractérisée par trois phases climatiques humides, une identifiée par M. Magny (2004) entre 1 300 et 1 100 cal. BP (650 à 850 cal. ap. J.-C.), et deux par K. Barber et al. (2004) entre 1 400 et 1 300 cal. BP (550 à 650 cal. ap. J.-C.) et entre 1 100 et 1 000 cal. BP (850 à 950 cal. ap. J.-C.). Là aussi, cette hypothèse climatique n’est pas totalement satisfaisante. Cette période connaît au moins une phase climatique plus sèche dans le massif du Jura, qui n’a laissé aucune trace dans le vallon du Frau. En revanche, les données paléobotaniques montrent distinctement une forte hausse des activités agro-pastorales de la fin de l’Antiquité jusqu’au Moyen Âge central, avec des défrichages importants de la hêtraie-sapinière et un développement des cultures, particulièrement des céréales. De plus, on observe un pic de charbons et de sable qui peuvent refléter des défrichements par le feu et la présence de sols cultivés à proximité de la zone humide (fig. 7). Même si l’on ne peut pas totalement écarter l’influence de péjorations climatiques, il semble à nouveau que les modifications observées soient directement liées à l’extension des activités humaines.

5.4 - Le changement dans la configuration du paysage au XIII^e siècle

46À partir du XIII^e siècle, on constate des signes de dégradation de la végétation avec le développement des genévriers, mais aussi des sols avec une hausse de l’érosion, comme le suggère la présence concomitante de sables et de charbons traduisant l’existence de sols dénudés (fig. 7). Dans le même temps, on observe une modification rapide et importante du fonctionnement de la tourbière, marquée par un changement rapide de la végétation, une baisse de la quantité de matière organique conservée et une augmentation de la décomposition, ce qui a pour effet un ralentissement de la vitesse d’accumulation de matière organique (fig. 3 & 7). Les changements climatiques du Petit Âge Glaciaire ont pu jouer un rôle, notamment dans l’accentuation des phénomènes érosifs. Mais il n’y a pas de preuve évidente sur le plan végétal tant est importante l’empreinte des pratiques agro-pastorales, qui sont prépondérantes dans les spectres polliniques. En effet, cette période marque l’extension maximale des activités humaines dans ce secteur. On constate le défrichement par le feu des derniers lambeaux de la hêtraie-sapinière et une extension maximale des activités agro-pastorales. La mise en place de hameaux, d’habitats temporaires, de vestiges agro-pastoraux et d’un parcellaire en pierres sèches, sont les témoignages très concrets d’une occupation et d’une mise en valeur intenses de ce secteur (fig. 7).

47Ces différents constats démontrent le rôle indubitable de l’agriculture et de l’élevage dans ces modifications environnementales. Il est plus difficile de préciser si la dégradation de la végétation et des sols résulte seulement de la pression agro-pastorale sur le milieu, en lien avec une occupation humaine croissante, ou bien aussi de modifications des pratiques agro-pastorales au cours du temps.

48Quoi qu’il en soit, la mise en valeur de l’espace par les défrichements et la mise à nu des sols par les labours et le pâturage ont dû combiner leurs effets avec la modification climatique du Petit Âge Glaciaire, et permettre le franchissement d’un seuil qui conduit à la dégradation de l’environnement du vallon du Frau.

49Enfin, la déprise agricole bien attestée dans ce secteur au XX^e siècle est illustrée par le retour des pins, qui apparaissent dans le dernier échantillon de l’analyse palynologique.

6 - Conclusion

50Les recherches archéologiques et paléobotaniques conduites dans le vallon du Frau apportent un éclairage nouveau sur les dynamiques de l’occupation du sol et les évolutions paysagères et hydro-sédimentaires. Dès la mise en place de la tourbière au Subboréal, les facteurs climatiques et anthropiques paraissent étroitement associés. Mais ces derniers semblent prendre de plus en plus d’importance au fil du temps, jusqu’au franchissement d’un seuil durant le Moyen Âge. Cette évolution générale s’accorde bien avec les dynamiques observées par ailleurs dans les Alpes et les Pyrénées, où la période médiévale apparaît également comme la grande phase de conquête agro-pastorale du milieu montagnard. Dans les Monts du Cantal (mais également les Monts Dore et le plateau du Cézallier), le spectaculaire phénomène des « tras » (ou « burons en peignes ») pourrait être le signe tout autant que l’instrument de cette mise en valeur systématique de la moyenne montagne auvergnate.