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Interprétation d’un levé de spectrométrie gamma pour la connaissance des dépôts silico-clastiques fluviatiles en centre France (Loire et Sologne)

Contribution of airborne gamma spectrometry to both characterisation and mapping of fluvial silico-clastic deposits in Loire Valley and Sologne (Centre, France)
Hélène Tissoux, François Prognon, Guillaume Martelet, Bruno Tourliere, Jackie Despriée, Morgane Liard et Frédéric Lacquement
p. 87-103

Résumés

Un programme de datation par une méthode paléodosimétrique (ESR) a été initié en 2010 sur les formations fluviatiles déposées par la Loire orléanaise et par ses affluents solognots en région Centre (France). Sur le terrain, il a été souvent complexe d’identifier et de caractériser les formations fluviatiles quaternaires par rapport aux formations tertiaires de la cuvette de Sologne et d’en reconnaître leur extension. De même, l’utilisation de la carte géologique, établie uniquement à partir des observations de terrain, a été rendue difficile par des manques ou des imprécisions et parfois des erreurs ponctuelles. Une nouvelle méthode de cartographie a donc été proposée. Elle consiste à reporter spatialement les variations des données de spectrométrie gamma aéroportée, qui renseignent sur les teneurs en uranium, potassium et thorium du premier mètre sous la surface du sol. Cette méthode a été appliquée au domaine sédimentaire sur la totalité de la région Centre-Val de Loire (France). Après recoupement avec des données de la topographie et les données lithologiques extraites de la banque de données du sous-sol (BSS) pour la proche surface, il a été possible de produire une cartographie lithologique prédictive de la surface. Cette cartographie a ensuite été vérifiée par des observations de terrain et confrontée avec des cartes de sols indépendantes.

En Sologne et en Loire Orléanaise, trois entités géologiques, à savoir les Sables et Argiles de Sologne, les alluvions de la Loire les remaniant, et les alluvions des cours d’eau solognots, ont toujours posé de nombreux problèmes de caractérisation et de cartographie. Dans ce travail, les variations des teneurs en radioéléments contenus dans les différentes unités lithologiques ont mis en évidence des origines différentes pour les apports sédimentaires initiaux, en particulier pour les alluvions issues du Sancerrois, fournissant ainsi des informations sur les sources possibles des matériaux et sur leurs évolutions postérieures. Lors de la poursuite des programmes de reconnaissance et de datation des formations fluviatiles de la cuvette de Sologne, cette nouvelle carte lithologique prédictive devrait donc faciliter l’attribution des sédiments aux formations qui les ont produits et contribuer à une meilleure compréhension de l’évolution géodynamique régionale au Plio-Quaternaire.

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Texte intégral

Les auteurs remercient la Région Centre-Val-de-Loire, le BRGM et l’action CARNOT pour le financement de la campagne de géophysique aéroportée et pour le projet REGOCENTRE ainsi que les relecteurs pour avoir amélioré grandement la qualité de ce manuscrit.

1 - Introduction

1La plus grande partie du bassin de la Loire moyenne est recouverte par des dépôts sédimentaires paléogènes, néogènes ou quaternaires variés (fig. 1). La Sologne est une région naturelle formant une cuvette dans laquelle les dépôts détritiques, fluviatiles ou fluvio-deltaïques tertiaires atteignent des épaisseurs parfois importantes (jusqu’à 90 m). La surface actuelle de ces puissants cortèges argilo-sableux est drainée par un réseau hydrographique très dense à l’origine du dépôt de nouvelles formations sablo-argileuses quaternaires, ou de la remobilisation des formations antérieures. Ce réseau hydrographique est tributaire de la Loire qui contourne la cuvette de Sologne par le nord.

2Malgré le couvert forestier et marécageux de la Sologne qui rend difficile les repérages de terrain, les sédiments fluviatiles ou fluvio-deltaïques qui ont comblé la cuvette de Sologne au Tertiaire, et les sédiments de surface remaniés ou déposés postérieurement par la Loire et ses affluents solognots ont fait l’objet d’une étude par Denizot dès 1927, puis en 1930 (tab. 1). A partir de 1960, les notices successives des feuilles de la carte géologique à 1/50 000 et de très nombreuses études ont cherché à étudier et notamment à établir la chronologie relative des différentes formations (le Houerou, 1961 ; Gigout et al., 1972 ; Mégnien & Mégnien, 1980 ; Rasplus, 1982 ; Fleury, 1991, 1992 ; Debrand-Passard, 1995 ; Tourenq & Pommerol, 1995 ; Debrand-Passard et al., 1998 ; Larue & Etienne, 2001 ; Larue, 2003 ; Etienne & Larue, 2011 ; Tissoux et al., 2013). Elles font toutefois encore l’objet de grandes incertitudes, tant sur l’organisation des unités que sur leur âge. En 1998, le système fluviatile de la Loire en bordure de la Sologne a été redéfini par Debrand-Passard et al. (1998) qui a corrélé les nappes ligériennes avec celles de certains des affluents solognots (Sauldre, Beuvron, Cosson) et qui a également intégré dans ce système les niveaux de cailloutis élevés reconnus sur les plateaux (tab. 1).

3Toutefois, sur les diverses feuilles de la carte géologique à 1/50 000, de grandes disparités persistent entre les attributions aux formations dites « de Sologne » et aux alluvions plio-pléistocènes. Ces disparités se manifestent soit dans les dénominations des nappes, soit dans leurs altitudes relatives, soit les deux en même temps. Ainsi les différences entre les altitudes relatives des nappes dénommées Fv peuvent atteindre 20 m d’une feuille à l’autre (tab. 1). Sur le terrain, lors des prélèvements en vue de datations numériques, les critères d’identification ne sont pas aisés. A l’œil nu, il est difficile de distinguer les dépôts cartographiés comme « alluvions » de ceux dénommés « Sables de Sologne » que le fleuve ou des cours d’eaux secondaires ont pu éventuellement remanier. Les « Sables de Châtillon » ne présentent pas non plus de différences notables avec les « Sables de Sologne ». Seules les alluvions des affluents solognots issues du Sancerrois sont caractérisées par une composition pétrographique et une matrice différentes. Cette difficulté d’identification a été de nouveau constatée lors des différentes campagnes de prélèvement pour datation effectuées dans les alluvions fossiles déposées par la Loire et par ses affluents solognots, parfois difficiles à distinguer des formations de Sologne sous-jacentes. Il a donc été délicat d’interpréter les résultats obtenus par la méthode de résonance de Spin électronique appliquée à ces différentes formations, les âges obtenus les plaçant toutes dans le Pléistocène moyen (Tissoux et al., 2013).

4Récemment, de nouvelles techniques ont été développées pour tenter de préciser et améliorer les contours géologiques, et également pour apporter des informations supplémentaires sur les formations superficielles, également appelées « régolithe ». L’une de ces méthodes, dénommée Spectrométrie gamma aéroportée, est une méthode géophysique qui permet de capter le signal radiométrique du premier mètre de sol au moyen d’un capteur embarqué dans un avion. En 2009, le BRGM a mené une campagne d’acquisition géophysique aéroportée combinant les mesures du magnétisme et des rayonnements gamma naturels émanant de la sub-surface en région Centre (Terrasquest Ltd, 2009). Ce levé géophysique a ensuite fait l’objet d’une valorisation (Projet « RegoCentre ») qui a permis l’établissement d’un protocole d’interprétation lithologique des données de spectrométrie gamma (U, Th, K) en domaine sédimentaire. Le croisement de ces données avec d’autres permettant de caractériser le signal (forages de la Banque de Données du Sous-Sol (BSS), contrôles de terrain, analyses hyperspectrales, traitement du modèle numérique de terrain) a été réalisé sur une « zone atelier » en Sologne et en région Orléanaise (fig. 1). Cela a conduit à proposer une cartographie lithologique prédictive des ensembles sédimentaires affleurants (Lacquement et al., 2015).

5Alors que la carte géologique renseigne sur les formations superficielles en termes de génétique, la carte lithologique renseigne sur les lithologies présentes en surface. Celles-ci peuvent être identiques aux apports sédimentaires initiaux, qui sont à l’origine des unités géologiques, mais également résulter de modifications postérieures qui ont affecté les dépôts (altération/remobilisation). Ces deux approches sont complémentaires et utiles à la reconstitution de l’évolution des paysages.

6Dans ce travail, le protocole ayant permis la réalisation de la carte lithologique sera présenté rapidement et les résultats obtenus sur le bassin de la Loire moyenne, en Sologne et en région Orléanaise sont discutés (fig. 1). Les données radiométriques, croisées avec les données de forage de la Banque du Sous-Sol (BSS-BRGM) et associées à une étude morphostructurale du Modèle Numérique de Terrain (MNT) seront présentées et discutées, plus particulièrement sur trois objets géologiques de la région Centre : les Sables et Argiles de Sologne, les alluvions de la Loire les remaniant et les alluvions des cours d’eau solognots dont les alluvions du Sancerrois.

Fig. 1 : Carte géologique de la zone d’étude.

Fig. 1 : Carte géologique de la zone d’étude.

À gauche : Carte géologique de la Région Centre-Val de Loire à 1/1 000 000. À droite : carte géologique à 1/50 000 harmonisée de la Région Centre-Val de Loire avec localisation des formations tertiaires et quaternaires et le tracé des principaux éléments hydrographiques dans la zone atelier.

Tab. 1 : Nomenclatures des terrasses de la Loire orléanaise selon les auteurs au cours du xxe siècle.

Tab. 1 : Nomenclatures des terrasses de la Loire orléanaise selon les auteurs au cours du xxe siècle.

Des mises en relation avec les phases glaciaires alpines sont également proposées. Les altitudes relatives sont celles du sommet des formations alluviales; elles sont données « au-dessus de l’étiage ».

2 - Des données de spectrométrie gamma aéroportée vers une cartographie lithologique

7La spectrométrie gamma aéroportée est une méthode géophysique qui permet de mesurer le signal radioactif du premier mètre de sous-sol au moyen d’un capteur embarqué dans un avion. Outre l’activité totale, les mesures réalisées renseignent sur les teneurs en U, Th et K contenues dans le sol et le proche sous-sol au droit des lignes de vol. Ces teneurs en U, Th et K du sol et du proche sous-sol sont directement liées à la nature des minéraux qui les composent. La spectrométrie gamma aéroportée serait alors susceptible d’apporter indirectement une information sur la lithologie des formations géologiques et/ou pédologiques de (sub-)surface.

8Cette technique, développée initialement à des fins minières pour la prospection de l’uranium (IAEA, 1976) est également couramment mise en œuvre en appui des projets de cartographie géologique dans des domaines de socle, là où les signatures sont contrastées (Erdi-Krausz et al., 2003), dans des programmes de cartographie régionales pour le régolithe (Craig et al., 1999) et pour la cartographie des sols (par exemple Wilford & Minty, 2006).

9Par ailleurs, plusieurs auteurs ont essayé de relier les mesures de spectrométrie gamma aéroportées à la géochimie des roches (par exemple Dickson & Scott, 1997), la lithologie (Galbraith & Saunders 1983) ou les caractéristiques du sol (Bierwith, 1996). Mais ces études, menées sur de vastes zones géographiques et donc avec des géologies très variées, ne permettaient pas de systématiser l'interprétation des données. Leur conclusion était que les gammes de variation radiométrique étaient trop grandes et avec des chevauchements entre les lithologies, ce qui interdisait la discrimination lithologique systématique.

10Pour surmonter cette limite méthodologique, ce travail se concentre sur un milieu sédimentaire détritique bien délimité, où les minéraux argileux sont les principaux émetteurs gamma (voir ci-dessous). Dans une certaine mesure, ce travail rencontre et complète les résultats publiés dans les années 1980, basés sur l'analyse des données d'enregistrement des rayons gamma dans les bassins (Serra et al., 1980) et les travaux menés par Schlumberger dans les années 80, sur des diagraphies gamma en forages (Schlumberger, 1985). Cette approche innovante a été menée dans le cadre d’un projet de recherche du BRGM, le projet RégoCentre (Lacquement et al., 2015). Ce projet a permis l’établissement d’un abaque d’interprétation des données de spectrométrie gamma en termes de lithologies sablo-argilo-carbonatées dominantes. Cet abaque est en passe d’être breveté.

11Dans le cadre de ce travail, nous illustrons et discutons la capacité de cette nouvelle méthode à discriminer les différentes formations sédimentaires de la vallée de la Loire orléanaise et de la Sologne.

2.1 - Le levé de gammamétrie aéroportée

12Le levé de spectrométrie gamma aéroportée a été réalisé sur l’ensemble de la région Centre-Val de Loire en 2009 (Terraquest Ltd. 2009). Le survol a été réalisé selon un maillage régulier constitué de lignes de vol orientées nord-sud et espacées de 1 km, et de traverses de contrôle équidistantes de 10 km, orientées perpendiculairement (est-ouest). Les grandes agglomérations et quelques sites protégés ont été contournés pour des raisons de sécurité. Le plan de vol représente au total 43 450 kilomètres de lignes de vol utiles. Le long d’une ligne de vol, les mesures sont acquises toutes les secondes, soit tous les 70 m environ. Les spectres des émissions « gamma » naturelles ont été acquis à l’aide de détecteurs NaI de très grande capacité en prévision des faibles taux de comptage attendus en zone sédimentaire. La gamme d’énergie enregistrée s’étend de 0,4 à 3,0 MeV. Le comptage total (débit de dose absorbée, nanoGray/heure), les teneurs en uranium (ppm), thorium (ppm) et potassium (%) ont été obtenus à partir des spectres après étalonnage. Différentes corrections liées à la présence de radon atmosphérique, des rayonnements cosmiques ou de l’effet Compton et les atténuations liées à l’altimétrie, à la présence d’eau ou de couvert forestier ont été prises en compte (détails et références dans Lacquement et al., 2015).

13Les données de spectrométrie gamma aéroportées obtenues renseignent sur les teneurs en uranium, thorium et potassium (fig. 2). Le signal émis au niveau du sol et du proche sous-sol est un signal gamma total intégrant la somme des signaux gamma émanant à plus de 90 % des minéraux du premier mètre du sous-sol (Wilford, 2002).

Fig. 2 : Carte de la composition ternaire en U-Th-K du premier mètre du sous-sol en Région Centre-Val de Loire (d’après Terraquest Ltd.,2009).

Fig. 2 : Carte de la composition ternaire en U-Th-K du premier mètre du sous-sol en Région Centre-Val de Loire (d’après Terraquest Ltd.,2009).

U-bleu, K-rouge et Th-vert, drapé sur le MNT ombré.

Fig. 3 : Répartition des points de mesure gamma aéroportés acquis en région Centre sur le diagramme K-Th (Schlumberger, 1985).

Fig. 3 : Répartition des points de mesure gamma aéroportés acquis en région Centre sur le diagramme K-Th (Schlumberger, 1985).

2.2 - De la donnée aéroportée à la cartographie lithologique prédictive

14Les travaux menés au BRGM dans le cadre du projet RégoCentre ont tout d’abord permis d’établir un mode de traitement des données gamma-spectrométriques, propre au contexte de bassin sédimentaire où de faibles variations radiométriques étaient attendues, par contraste avec les zones de socle (Lacquement et al., 2015).

15Avant de traiter les données, il a notamment été mis en évidence la nécessité de travailler uniquement sur les points de mesure acquis le long des lignes de vol, et non pas sur des grilles interpolées. Il a également été nécessaire de filtrer les données issues d’effets anthropiques (routes, toitures) ou en fonction de l’occupation du sol (champs/forêts).

16Dans une première phase d’interprétation, il a été réalisé une Classification Ascendante Hiérarchique (CAH) sur les données aéroportées permettant de regrouper les valeurs U, Th, K par ensemble d’affinité(s) proche(s), appelés « groupes CAH » (Lacquement et al., 2015). Afin de déterminer quels minéraux étaient à l’origine du signal radiométrique, de nombreuses analyses hyperspectrales et par diffraction des Rayons X (DRX) ont été réalisées sur des échantillons prélevés dans les différents groupes CAH (Drufin, 2012, Martelet et al., 2013). En parallèle, les teneurs en K et Th de chaque point de mesure ont été reportées sur le diagramme K-Th proposé par Schlumberger en 1985 (fig. 3). Dans ce dernier, sur la base des diagraphies gamma en forages, Schlumberger propose de mettre en relation les valeurs K et Th et la nature des minéraux qui composent les roches sédimentaires. Pour de fortes valeurs de potassium, et selon la concentration en thorium, l’origine du signal est considérée comme liée à la présence d’évaporites, de feldspaths, de glauconie, de micas ou d’illites. Pour de faibles valeurs de potassium on identifie selon la concentration en thorium, des chlorites ou des kaolinites. Pour des valeurs intermédiaires, les minéraux associés sont des montmorillonites ou des argiles interstratifiées.

17Dans ce travail, le report de l’ensemble des valeurs K et Th des points de mesure sur le diagramme (fig. 3) met en évidence que les minéraux lourds ne sont pas les principaux porteurs du signal radiométrique dans ce contexte sédimentaire, mais que les minéraux argileux le sont. En effet, la très grande majorité des points se situe entre la zone à chlorites-kaolinite et la zone à illites. Cette observation est concordante avec l’interprétation des spectres de réflectance hyperspectrale mettant en évidence la présence de minéraux argileux des familles des kaolinites, smectites et interstratifiés, quantifiés par DRX.

18Dans notre zone d’étude, les teneurs en U, K et Th obtenues par spectrométrie gamma aéroportée ont donc pu être corrélées avec la teneur et/ou la nature des argiles présentes dans les formations survolées. La projection cartographique de ces données peut donc renseigner sur leur lithologie. La méthode permettant de passer d’une composition de données U, K, Th à la lithologie a été établie sur la zone atelier de la région Centre-Val de Loire (fig. 1).

19Deux étapes ont été nécessaires à l’établissement du protocole:

20- La première étape a consisté à définir des entités cartographiques du régolithe morphologiquement homogènes et correspondant à des valeurs U, Th et K proches. Cela a permis de dessiner une carte où chaque polygone correspond à un domaine homogène radiométriquement et morphologiquement, interprété comme une unité géologique de régolithe.

21- La seconde étape a consisté à définir la nature lithologique des entités cartographiques. Pour cela, sur chaque polygone morpho-radiométrique on a replacé des lithologies dominantes extraites des données de terrain (sondages réalisés dans l’emprise des polygones, BSS).

22La combinaison de ces deux étapes a permis de proposer une lithologie dominante pour chaque polygone de valeurs spectrométriques (U, Th & K) proches ; ce sont des polygones de « litho-spectrofaciès ».

23A partir de ce travail, un abaque a été réalisé permettant de diviser le nuage de points U-Th-K en 16 domaines correspondant à 16 lithologies prédictives (Lacquement et al., 2015). Il était dès lors possible d’attribuer, en dehors de la zone atelier mais en contexte sédimentaire, une lithologique dominante à chaque point de mesure géophysique à partir de l’abaque réalisée sur la zone atelier. Ceci a alors été effectué à l’échelle de toute la région Centre-Val-de-Loire (fig. 4). La carte lithologique présentée en figure 4 est donc le résultat de l’interprétation des données de spectrométrie gamma aéroportée, de la topographie et des sondages de la BSS (BRGM). Elle a été réalisée en ne tenant volontairement pas compte des données de la carte géologique existante (fig. 1), elle en est donc indépendante.

24Ces résultats ont fait l’objet d’une évaluation à la fois par des observations de terrain et par confrontation avec une carte de sols établie indépendamment par l’INRA (référentiel pédologique du Loiret) à partir de nombreuses observations en coupes ou à la tarière ; dans l’ensemble, ces évaluations montrent que la méthode mise au point fournit des indications de lithologies correctes (Lacquement et al., 2015).

2.3 - Description de la carte gamma-lithologique de la région Centre-Val-de-Loire

25Plusieurs observations concernant les lithologies dominantes et leur répartition peuvent être faites sur la carte de la région Centre dressée à partir les données de géophysique aéroportées ponctuelles auxquelles sont affectées les lithologies prédites (fig. 4). Dans l’ensemble, il se dégage une cohérence dans la répartition géographique des lithologies. Leur distribution ne parait pas aléatoire mais correspond, pour partie, à la répartition des formations géologiques déjà connues.

2.3.1 - Les lithologies dominantes

26La classification des différentes lithologies est réalisée par ordre de décroissance du signal radiométrique (Lacquement et al., 2015) :

27- La lithologie 0 est caractérisée par le signal radiométrique le plus fort, vraisemblablement lié à la présence de minéraux lourds, provenant de l’érosion du socle cristallin du Massif central ;

28- La lithologie 1 est caractérisée par l’absence d’argile. Les observations de terrain ont mis en évidence que cette classification, fondée sur le signal radiométrique, ne permettait pas de distinguer les sables quartzeux des accumulations de silex ou siliceuses en général ;

29- Les lithologies 2, 3 et 4 sont des sables argileux, dont la composante argileuse augmente respectivement de 2 à 4 et est de type « illites », ce qui est compatible avec les données du graphique Schlumberger (fig. 3). Cette illite provient de l'altération des feldspaths et micas issus du démantèlement du Massif central ;

30- Les lithologies 5, 6, 7, et 8 montrent le passage progressif d’un sable très argileux (6) à une argile de moins en moins sableuse (8). La fraction argileuse est d’affinité smectitique, d’après la très bonne corrélation aux zones à aléa retrait-gonflement (Prognon, observations inédites) ;

31- Les lithologies 9 et 10, toujours avec une composante smectitique correspondent aux argiles et aux marnes ;

32- Les lithologies 11 et 12 correspondent clairement aux lœss, respectivement sableux et carbonatés ;

33- Les lithologies 13, 14 et 15 sont développées sur carbonates, elles présentent un enrichissement progressif en kaolinite lié à l’altération progressive de la craie.

Fig. 4 : Représentation spatiale à l’échelle de la Région Centre-Val de Loire des lithologies dominantes attribuées aux points de mesures gamma.

Fig. 4 : Représentation spatiale à l’échelle de la Région Centre-Val de Loire des lithologies dominantes attribuées aux points de mesures gamma.

2.3.2 - La répartition à l’échelle de la région

34Les répartitions géographiques des différentes lithologies dans la région Centre sont bien marquées (fig. 4) :

35- La lithologie 0 n’est présente que dans les lits majeurs de la Loire et du Cher, dans leur traversée des terrains sédimentaires ;

36- Les lithologies 2 à 5 (sables et argiles) se retrouvent dans la Formation de Sologne s.l. et dans les alluvions. Elles sont absentes des couvertures des plateaux calcaires comme la Beauce et les formations carbonatées qui forment la Champagne berrichonne ;

37- Les lithologies 12 à 15 qui correspondent aux lœss carbonatés et aux altérites de carbonates sont largement dominantes en Beauce, dans le Sancerrois et au sud du Cher ; on les retrouve en petite extension dans les alluvions des cours d’eau solognots ;

38- Les lithologies 1, 6, 7, 8, 9 et 11 (argiles plus ou moins sableuses et lœss sableux) semblent plus ubiquistes et sont présentes sur l’ensemble de la région ;

39- La lithologie 10 qui correspondrait à des marnes sableuses est présente majoritairement sur la zone de répartition de la Formation de Sologne s.l.

3 - Application de la méthode aux formations détritiques plio-quaternaires

40Les formations détritiques plio-quaternaires couvrent de très grandes surfaces dans la vallée de la Loire orléanaise et dans la cuvette de Sologne (fig. 1). Ces formations, mal connues dans leur extension, pourraient-elles être repérées par l’interprétation cartographique des données de lithologie prédictive obtenues à partir des mesures de spectrométrie gamma aéroportée ? Nous avons donc essayé d’analyser les données obtenues dans le cadre du projet RégoCentre et de comparer la cartographie lithologique prédictive avec les éléments enregistrés dans les travaux géologiques antérieurs. La région étudiée correspond à la vallée de la Loire orléanaise et à la cuvette de Sologne parcourue par trois de ses affluents.

3.1 - Situation géographique et géologique

3.1.1 - Les formations détritiques tertiaires

41Deux formations détritiques tertiaires ont été décrites ici:

42- Les Sables et Marnes de l’Orléanais, formation dite aussi de « l’Orléanais » par Gigout et al. (1972) sont visibles en forêt d’Orléans. Cette formation est plus sableuse qu’argileuse et contient assez fréquemment des lentilles d’argiles marneuses. Les sables de la Formation de l’Orléanais ont été attribués au Burdigalien sur la base de la faune décrite par Ginsburg (1963).

43- Les Sables et Argiles de Sologne, ou formation dite de « Sologne » par Gigout et al. (1972), sont une association de sables et d’argiles très hétérogène dans le détail. En l’absence de minéraux volcaniques, de faune ou de flore, l’âge des sables et des argiles de la Formation de Sologne a été estimé uniquement par encadrement stratigraphique.

44Les Sables et Argiles de Sologne au sens strict (Formation de Sologne) reposent sur les Sables et Marnes de l’Orléanais (Formation de l’Orléanais). L’ensemble terminal de la Formation de Sologne est constitué d’apports plus grossiers qui correspondraient aux " cailloutis culminants ou pré-ligériens tertiaires " de Denizot (1927).

45Ces deux formations ont été réunies dans un groupe « Sologne » au sens large qui se caractérise par une sédimentation détritique qui fait suite à la sédimentation lacustre des calcaires de Beauce. Ce groupe « Sologne » est considéré comme un ensemble stratigraphique unique (Denizot, 1927; Gigout et al., 1972).

46Le caractère fluviatile à sub-fluviatile (fluvio-lacustre, fluvio-deltaique ou torrentiel) des dépôts sableux des deux formations est suggéré par des stratifications entrecroisées, la présence d’ensembles lenticulaires et les morphologies des grains de quartz. Toutefois, les interprétations plus précises sur les modes de dépôts diffèrent sensiblement selon les auteurs (voir Denizot, 1927 ; Rasplus, 1982 ; Fleury, 1991).

3.1.2 - Le cas particulier des « sables à silex » du Sancerrois

47Dans la partie orientale de la Sologne, dans le massif et les contreforts occidentaux du Sancerrois, sont décrits « des sables quartzeux fins, assez bien classés englobants des silex en éclats aux arêtes peu ou non émoussées […] » (Fleury et al., 1994) correspondant aux « sables à silex » Ces sables à silex, dont l’âge est mal contraint, reposent sur les formations d’altérations des argiles à silex. Selon la notice de la carte géologique (Fleury et al., 1994), « la fraction lourde du cortège minéralogique, caractérisée par la présence de glauconie, atteste d’une origine marine du matériel avant son remaniement. Le démantèlement des assises crétacées du Sancerrois a pu fournir l’essentiel des matériaux ». Il est possible d’observer ces sables à l’affleurement localement sur les Argiles à Silex du Massif du Sancerrois. Plus à l’ouest, on les retrouve en sondage sous les Sables et Argiles de Sologne (données BSS).

48L’analyse sur le terrain confirme cette analyse bibliographique puisque l’essentiel des dépôts étudiés et prélevés dans une zone comprise entre le nord du Cher et le sud de la Sauldre est constitué de sable et sables à silex. Ces dépôts se caractérisent par leur extrême pauvreté en argiles. Ils sont souvent peu, voire non consolidés et seule une végétation de bruyère et de conifères se développe sur ce substrat très pauvre. Selon les auteurs de la carte géologique (Fleury et al., 1994) « les sables à silex se seraient mis en place au Tertiaire inférieur ».

3.1.3 - Les formations fluviatiles quaternaires

49Les alluvions fossiles de la Loire sont en cours d’étude (Tissoux et al., 2013 ; Liard et al., ce volume) en amont d’Orléans (Loire orléanaise) ainsi que les alluvions de trois de ses affluents qui drainent la cuvette de Sologne au sud d’Orléans : le Cosson, le Beuvron et la Grande Sauldre.

50Les formations fluviatiles fossiles quaternaires sont très difficiles à observer, à individualiser et à caractériser du fait de l’incision progressive au cours du Quaternaire des cours d’eaux dans la couverture pliocène (Debrand-Passart et al., 1998) et dans les formations fluviatiles fossiles pléistocènes (Tissoux et al., 2013 ; Lacquement et al., 2015) ; des faibles différences altimétriques ; des vallées peu marquées dans le paysage (moins de 40 m) ; du couvert végétal important dans cette région qui ne permet que des observations partielles.

51Sur les coupures à 1/50 000 de la carte géologique, les cartographies de l’extension de ces formations n’ont donc souvent été établies qu’à partir de photographies aériennes, en fonction de leur morphologie et de leur position altimétrique. Les alluvions quaternaires sont décrites dans les notices géologiques sous les appellations classiques Ft à Fz.

52Les caractéristiques morphologiques et pédo-lithologiques des différentes alluvions fossiles ont été décrites par Debrand-Passard et al. (1998) et sont rappelées ci-dessous.

3.1.3.1 - Les formations fluviatiles de la Loire orléanaise

53Les alluvions de la Loire sont à dominante sablo-graveleuse et sont riches minéralogiquement. Les éléments qui les composent sont issus à plus de 50 % du socle magmatique et métamorphique du Massif central (granites, gneiss, basaltes, quartz…). Les apports depuis les premières auréoles sédimentaires secondaires sont des calcaires et des silex en proportions variables et diffèrent selon les formations présentes dans les zones-sources. La fraction sableuse est quartzo-feldspathique. Jusqu’à 3 à 4 % des grains sableux sont des minéraux lourds, ubiquistes résistants, pyroxènes, grenats, amphiboles, olivine et magnétite. La composition a varié au cours du temps, les apports anciens (terrasses fossiles) sont plus pauvres minéralogiquement que les apports récents du lit majeur (Macaire, 1985).

54Les alluvions fossiles de la Loire ont subi postérieurement à leur dépôt plusieurs phases d’altération et de pédogénèse qui ont modifié leur lithologie initiale. Elles ont aussi été érodées et/ou recouvertes par une couverture colluviale importante ayant une composition minéralogique potentiellement différente (Horemans, 1962 ; Debrand-Passard et al., 1998).

55Les descriptions, appellations et altitudes des nappes sont tirées de Debrand-Passard et al., 1998 (tab. 2). On observe depuis la plaine alluviale de la vallée de la Loire jusqu’à la pénéplaine six formations étagées ; les alluvions récentes notées Fz et Fy et les alluvions fossiles, notées de Fx à Ft. Toutefois, ces dénominations ont été appliquées à des formations présentant des évolutions comparables mais situées à des altitudes relatives parfois très différentes. Ainsi à la Ferté-Saint-Aubin, la nappe Fv culmine à +40 m environ tandis qu’elle est représentée à une altitude relative de environ +20 m au contact avec Fw à Saint-Cyr en Val (Gigout, 1971).

Tab. 2 : Système alluvial schématique de la Loire orléanaise et évolution des altérations selon l’ancienneté supposée de chaque nappe (d’après Debrand-Passard et al., 1998, modifié).

Tab. 2 : Système alluvial schématique de la Loire orléanaise et évolution des altérations selon l’ancienneté supposée de chaque nappe (d’après Debrand-Passard et al., 1998, modifié).

Les altitudes relatives sont celles du sommet sont celles du sommet et de la base de la formation. Elles sont données par rapport à l’étiage.

3.1.3.2 - Les formations fluviatiles des cours d’eau solognots

56La composition des alluvions des principales rivières solognotes (Cosson, Beuvron, Sauldres) est plus complexe que celle de la Loire, compte-tenu de leur parcours globalement est-ouest depuis le Sancerrois jusqu’à la Loire (fig. 1). Ces alluvions auraient été alimentées par trois sources distinctes : les formations des sables à silex du Sancerrois, la Formation de Sologne, et les formations alluviales anciennes de la Loire (fig. 5) (Fleury, 1992).

57De manière générale, les alluvions solognotes sont plus sableuses que les alluvions de la Loire (Debrand-Passard et al., 1998). Elles se distinguent également de la Formation de Sologne par leur proportion plus élevée en éléments grossiers (cailloux). Leur fraction sableuse est pauvre minéralogiquement ; le quartz et le silex y sont prédominants.

58Dans les cas des terrasses des cours d’eau prenant leur source dans le Massif du Sancerrois (les Sauldres, la Rère, la Nère, etc., fig. 1 & 5), les sables qui constituent les alluvions sont issus du remaniement quaternaire (Tissoux et al., 2013) de la formation tertiaire continentale détritique des « sables à silex du Sancerrois ». Ils sont placés stratigraphiquement au-dessus des Sables et Argiles de Sologne. Ces alluvions seront nommées ici « alluvions issues du Sancerrois » (« matériaux d’origine sancerroise » sur la fig. 5). Ces alluvions récentes alimentées par les « sables à silex du Sancerrois » se développent sur une vaste étendue de 1 300 km² comprise entre le Cher et la grande Sauldre. Elles se distinguent des Sables et Argiles de Sologne (quartz gros sel et alternance régulière de niveau argileux) et des alluvions ligériennes (sable quartzo-feldspathique plus ou moins argileux).

59Les systèmes alluviaux des cours d’eau solognots ont été décrits par Fleury (1990). Ils auraient d’abord consisté en un épandage alluvial initial (témoins dénommés Fw). L’analyse sédimentologique montre une organisation caractéristique d’un remaniement alluvial sous un régime très dynamique (présence de silex décimétriques). Se superpose à cet épandage initial un système alluvial emboîté postérieur (Fx à Fz) qui s’est progressivement enfoncé (tab. 3).

60La distinction des unités alluviales qui a été faite par les différents auteurs (par exemple Fleury 1991, 1992 ; Fleury et al., 1994) ainsi que leur caractérisation en termes de sources des matériaux et de degré d’altération ne sont pas représentées sur les cartes géologiques (fig. 1). Les alluvions de la Loire, des cours d’eau solognots et issues du Sancerrois y figurent indistinctement. Basées sur l’interprétation lithologique, les cartes prédictives obtenues pour la région Centre permettent potentiellement de compléter nos connaissances sur ces formations, et en particulier sur la zone étudiée entre Loire et Cher.

Fig. 5 : Origine, composition, répartition et épaisseur des alluvions quaternaires des cours d’eau du Sancerrois (d’après Fleury, 1992, modifié).

Fig. 5 : Origine, composition, répartition et épaisseur des alluvions quaternaires des cours d’eau du Sancerrois (d’après Fleury, 1992, modifié).

Tab. 3 : Système alluvial schématique des cours d’eau solognots et évolution des altérations selon l’ancienneté supposée des nappes (d’après Debrand-Passard et al., 1998, modifié).

Tab. 3 : Système alluvial schématique des cours d’eau solognots et évolution des altérations selon l’ancienneté supposée des nappes (d’après Debrand-Passard et al., 1998, modifié).

Les altitudes relatives sont celles du sommet et de la base de la formation. Elles sont données par rapport à l’étiage

3.2 - Données lithologiques prédictives et discussion

61Dans la gamme de valeurs radiométriques, la lithologie 0 est la plus élevée, de par la présence d’une proportion de minéraux lourds plus importante. Cette lithologie a été identifiée dans les matériaux des alluvions récentes (Fy, Fz) de la Loire Orléanaise et du Cher. Ceci est cohérent avec les informations fournies par les notices géologiques de la carte à 1/50 000 qui indiquent que les sables de la Loire et de ses principaux affluents sont essentiellement constitués par des minéraux provenant de la désagrégation des roches granitiques et métamorphiques du Massif Central : grains de quartz hyalin et laiteux, feldspaths alcalins et plagioclases roses ou gris, micas en paillettes, et minéraux accessoires tels que grenat, tourmaline, staurotide, corindon, sphène, rutile et zircon. Une proportion d'un vingtième est fournie par des grains de roches volcaniques tertiaires d'Auvergne et des minéraux qui en dérivent : augite, hornblende, magnétite, ilménite, olivine. Ces matériaux sont altérés ou ont disparu dans les nappes plus anciennes ou la lithologie 0 n’est donc pas présente. Elle est également absente des alluvions des rivières solognotes et du groupe Sologne.

62La répartition des lithologies correspondant aux sables et argiles (codes 3, 4 & 5) marque clairement la Formation de l’Orléanais (forêt d’Orléans) ainsi que les alluvions des moyennes terrasses (Fw, Fx) de la Loire et du Cher (fig. 1 & 4).

63Les sables et argiles de lithologies 3 et 4 sont également représentés, mais de manière hétérogène à la surface des nappes fossiles des hautes terrasses, et certaines zones apparaissent beaucoup plus riches en argiles et marnes (codes lithologiques 8, 9 & 10). Ainsi, en rive gauche de la Loire, la nappe Fv à la Ferté-Saint-Aubin (environ + 40 m d’altitude relative par rapport à l’étiage) présente une lithologie de surface dominée par les sables et argiles riches en illites (lithologies 3 & 4) tandis que la nappe plus au nord dénommée aussi Fv, mais située environ 10 m plus bas, présente des lithologies dominantes 8 et surtout 10 riches en smectites. Ces lithologies 8 à 10 sont également observées en rive droite pour les alluvions de la nappe de Briare dénommée Fu.

64Certaines lithologies sont totalement absentes des Formations de Sologne et de l’Orléanais ainsi que des alluvions de la Loire : ce sont les argiles à kaolinite résultant de l’altération des carbonates (lithologies 9, 13, 14 & 15). Elles ont par contre une large distribution en dehors de ces domaines. Elles correspondent aux faciès calcaires marins du Jurassique, aux formations crayeuses du Crétacé au sud (Cuesta du Sancerrois) et aux calcaires lacustres de Beauce. Les argiles à silex et les sables et argiles à silex sont largement représentés (lithologies 13, 14 & 15).

65Des sables siliceux ou des accumulations de silex (lithologie 1), très pauvres d’un point de vue minéralogique et radiométrique, sont également présents localement en sommet de la cuesta du Sancerrois. Ils recouvrent également une grande surface comprise entre le Cher et la grande Sauldre, au pied du massif du Sancerrois.

66Les sables argileux à illite ou smectite (codes 2, 6 & 7) sont présents dans les alluvions des cours d’eau Solognot (Beuvron, Sauldre en rive droite, Cosson).

67Les observations faites ci-dessus ont été représentées cartographiquement, par la création de polygones en utilisant l’analyse morphologique réalisée lors de l’établissement du protocole sur la zone atelier (Lacquement et al., 2015). Il a alors été possible de proposer une carte « morpho-lithologique interprétée » de la zone correspondant à la boîte Sologne (fig. 6).

3.3 - Interprétations en termes de géologie plio-quaternaire locale

3.3.1 - Le groupe Sologne

68En 1972, Gigout et al. écrivaient « il est raisonnable de considérer les sables de l’Orléanais comme un faciès au nord d'Orléans de la partie inférieure du groupe de Sologne qui est argilo-sableux dans son ensemble mais il paraît impossible de distinguer sur les cartes ces deux faciès, très voisins, par un contour qui ne peut qu'être arbitraire et très approximatif ». Aujourd’hui il est possible de mettre clairement en évidence les zones à dominance sableuse présentant un facies typique de l’Orléanais (lithologies essentiellement 3, 4 & 5), des zones à teneur en marnes ou argiles plus importante, telles que celles présentes dans les Sables et Argiles de Sologne ou au pourtour de la Formation de l’Orléanais (lithologies 9 & 10) (fig. 4 & 7). Il est donc possible de distinguer les faciès marneux, argileux et sableux de ces formations complexes d’un point de vue lithologique.

69Les sables de l’Orléanais et les dépôts alluviaux qui les remanient (lithologie 3, 4 & 5) se distinguent aisément des faciès plus marneux (lithologie 9 & 10) incluant les marnes de l’Orléanais. Les couleurs non mentionnées dans la légende sont celles de la figure 4.

Fig. 6 : Carte morpho-lithologique interprétée de la boîte Sologne (Lacquement et al., 2015).

Fig. 6 : Carte morpho-lithologique interprétée de la boîte Sologne (Lacquement et al., 2015).

La légende reprend les principales formations décrites dans l’article.

Fig. 7 : Polygones morphologiques auxquels a été attribuée une lithologie dominante au niveau de la forêt d’Orléans.

Fig. 7 : Polygones morphologiques auxquels a été attribuée une lithologie dominante au niveau de la forêt d’Orléans.

3.3.2 - Les sables à silex du sancerrois

70Les « sables à silex », se localisent en amont, à l’est, du système des « alluvions quaternaires ». Ils recouvrent les premiers piémonts puis les replats au sommet des reliefs du Sancerrois où il est parfois possible de trouver des niveaux sableux ou d’accumulation de silex.

71La radiométrie spectrale met en évidence la continuité, assise par la monotonie minéralogique, du système sancerrois depuis l’amont vers l’aval caractérisé par la lithologie 1 de notre classification.

72La bibliographie (Fleury et al., 1994), les analyses radiométriques et les observations de terrain montrent que les reliefs de la cuesta du Sancerrois sont constitués d’argiles kaoliniques (lithologie 13 & 14) issues de l’altération des dépôts carbonatés mésozoïques sous-jacent. L’appauvrissement progressif en radioéléments (fig. 8) des classes lithologiques depuis les argiles à silex (classe 9, 13 & 14) jusqu’au sable à silex (classe lithologique 15 & 1) au sommet de la cuesta crétacée traduit un processus d’altération important. L’interprétation des données gammamétriques présentées ici couplée à nos études de terrains nous conduisent à interpréter les « sables à silex du Sancerrois » comme le produit de l’érosion du profil d’altération, et non comme un dépôt sédimentaire. L’altération pourrait avoir affecté les niveaux c3a-b (craie marneuse à silex blanc-gris) et C2a (Alternance d’argile calcaires et de bancs de calcaires gréseux) cartographiés au sud du Cher (Manivit 1994) mais qui ne sont plus observables sur la cuesta du Sancerrois. L’altération de ces faciès carbonatés cénomaniens à passées gréseuse expliquerait la présence relictuelle des amas de silex et des sables quartzitiques fins au-dessus des assises plus argileuses de la formation des argiles à silex. Les sables à silex auraient donc bien une origine sédimentaire mésozoïque marine, mais leur mise en place ne relèverait pas d’un processus de remaniement sédimentaire tertiaire. Dépourvus de minéraux lourd, le lessivage (probablement éocène) des carbonates de ces faciès marins a conduit à l’accumulation de matériel siliceux non radiogénique (quartz et silex). Il en découle une lithologie (lithologie 1 de notre classification) très singulière qui se distingue aisément des autres cortèges sableux.

73L’origine locale des sables à silex du Sancerrois est confortée par l’absence de mélange de quartz de sources différentes, comme suggéré par la caractérisation par ESR (Tissoux et al., 2015). Localement éolisés, ces « sables à silex », altérites tertiaires des dépôts cénomaniens, ont ensuite été démantelés pour conduire à un grand épandage initial puis à l’alimentation des alluvions de la Sauldre et des cours d’eau solognot situés entre la Sauldre et le Cher.

3.3.3 - Les alluvions de la Loire

74Au sein de celles-ci, la carte gamma-lithologique met clairement en évidence la distinction entre les terrasses du lit majeur, les moyennes terrasses et les terrasses anciennes (fig. 4). Ainsi, les matériaux contenus dans le lit majeur actuel (Fy-Fz) ne se retrouvent pas dans les terrasses fossiles (mais uniquement dans les lits majeurs des affluents de la Loire tel que le Cher par exemple). Les moyennes terrasses (Fw, Fx) présentent une composition « simple » (deux à trois lithologies dominantes) caractérisée par une grande similitude avec celle de la surface actuelle de la formation de l’Orléanais (lithologies 3, 4 & 5). Les terrasses anciennes (Fu à Fv) présentent une composition plus complexe, qui peut être liée à une altération plus poussée. Le dépôt initial de ces nappes peut également être plus complexe d’un point de vue lithologique, si l’on prend pour postulat que la Loire avait alors remobilisé la Formation de Sologne, qui est une association de sables et d’argiles très hétérogène dans le détail (Gigout et al., 1972), tandis que les terrasses Fw et Fx remobilisent la Formation de l’Orléanais, plus homogène et plus sableuse.

75Les terrasses anciennes fossiles de la Loire et les épandages supposés pliocènes observables actuellement correspondent essentiellement aux terrains non remobilisés par les cours d’eau solognots. La proportion d’argiles smectitiques plus importante à la surface des formations et épandages alluviaux anciens (lithologies 8, 9 & 10) pourrait être interprétée comme résultant de phénomènes d’altération poussés. La proportion moindre d’argile sur certaines de ces formations anciennes (lithologies 3 & 4) peut avoir une origine diverse : formations plus récentes, ou ayant subi une ou plusieurs phases d’éluviation, ou d’érosion (Debrand-Passart et al., 1998), ce qui pourrait être le cas des cailloutis pré-ligériens de Denizot (1927) par exemple. Cette information est à prendre en compte dans l’interprétation d’âges ESR obtenus sur des échantillons prélevés dans ces dépôts. Les variations en termes d’argiles dans les hautes terrasses de la Loire pourraient par contre être utiles pour distinguer les alluvions très anciennes (dénommées Fu) visibles en rive droite de celles reconnues en rive gauche en vue de déterminer un éventuel ancien tracé de la Loire vers la Manche.

Fig. 8 : Polygones morphologiques auxquels a été attribuée une lithologie dominante dans la région de la cuesta sancerroise et de son piémont ouest.

Fig. 8 : Polygones morphologiques auxquels a été attribuée une lithologie dominante dans la région de la cuesta sancerroise et de son piémont ouest.

Les reliefs de la cuesta du Sancerrois (à droite de la carte) sont constitués d’argiles kaoliniques (lithologies 13 et 14) montrant un appauvrissement progressif en radioélément lors du passage à une argile sableuse (lithologie 15) puis à un sable à silex (lithologie 1) que l’on retrouve également sous forme de grand épandage sur le Piedmont à l’ouest de la Cuesta, repris localement sous forme de dépôts alluviaux des cours d’eau du sancerrois. Les couleurs non mentionnées dans la légende sont celles de la figure 4.

3.3.4 - Les alluvions des cours d’eau solognot 

76Entre la Grande Sauldre et le Cher, dans la partie amont des systèmes alluviaux, la spectrométrie gamma met en évidence la grande monotonie minéralogique des « alluvions issues du Sancerrois ». Ce caractère discriminant, par rapport aux systèmes ligériens, à la formation tertiaire de Sologne et aux autres alluvions des cours d’eau solognots, permet donc maintenant une cartographie « à part » de cet épandage caractérisé par la classification lithologique 1. Outre, la monotonie minéralogique, le lever géophysique met en lumière une certaine monotonie géométrique et structurelle (fig. 8 & 9).

77Les lithologies 0, 11, 12, 13, 14 et 15 sont absentes de l’ensemble des alluvions des cours d’eau solognots (Beuvron, Sauldre, Cosson). Les sables argileux à illite ou smectite (codes 2, 6 & 7) présents dans ces alluvions, peuvent indiquer un enrichissement en fraction sableuse des sédiments par rapport à ceux de la Loire, signe du mélange des sources pour ces alluvions (Formation de Sologne + alluvions de la Loire + formations d’altération crétacées du Sancerrois) avec des influences variables des sources selon les cours d’eau. En effet, la composante lithologique « 3, 4 & 5 », signature de la Formation de Sologne et des alluvions des terrasses moyenne de la Loire, tend à diminuer vers le sud (elle est plus présente dans les alluvions du Cosson), tandis que les sables argileux à illite ou smectite (codes 2, 6 & 7) augmentent sous l’influence sableuse de la source « Sancerrois » (ils sont plus présents dans les alluvions de la Sauldre). Enfin, les alluvions du Beuvron présentent une signature lithologique dominée par les fractions sablo-argileuses 2, 6 et 7 mais également argilo-sableuses 8, 9 et 10 issues des alluvions des hautes terrasses de la Loire (fig. 9).

78Il semble que les sables argileux 2, 6 et 7 sont issus d’un mélange entre source argilo-sableuse et source sableuse, et que, dans un tel contexte, la nature des argiles qui les composent ne soient pas un marqueur pertinent pour distinguer les unités sédimentaires.

79Les observations faites sur l’origine des matériaux constituant les terrasses fossiles des cours d’eau solognots sont comparées avec les observations faites par Fleury (1992) lors de l’élaboration de la carte (fig. 5). Il en ressort que l’influence variable des trois sources telle que décrite par Debrand-Passard et al. (1998) et par Fleury (1992) est clairement mise en évidence par l’interprétation de la spectrométrie gamma aéroportée.

80La représentation des formations alluviales des cours d’eau solognots sur les figures 6 et 9 (en bleu clair) met en évidence la très grande surface de la Sologne qui a été remobilisée au Quaternaire par ces alluvions. La quasi-totalité de la surface des Sables et Argiles de Sologne semble ainsi avoir été remaniée au Quaternaire. Cette importante remobilisation est liée à la présence sous les alluvions d’un substrat constitué essentiellement par ces Sables et Argiles de Sologne. Dans un contexte de bassin où les pentes des versants soumis à l’érosion sont faibles (0,5 %), c’est ce substrat particulièrement meuble qui a facilité la reprise de l’érosion par les cours d’eau : malgré de très faibles pentes longitudinales comprises entre 0,2 et 0,5 ‰, la très basse énergie des courants a été suffisante pour entraîner les remobilisations successives du stock sédimentaire que constituent les Sables et Argiles de Sologne (Debrand-Passard et al., 1998). Cette très grande surface des formations du Groupe Sologne ou des alluvions anciennes de la Loire qui a été remobilisée au Quaternaire par les cours d’eau Solognot n’a pas toujours été représentée avec exactitude sur les cartes géologiques. Cela nous permet aujourd’hui d’expliquer les âges « récents » obtenus par Tissoux et al. en 2013 sur des échantillons prélevés pour datation dans des alluvions attribuées à la Loire (Fu) mais qui selon toute vraisemblance ont été repris il y a environ 400 ka par le Beuvron. De manière générale, l’ensemble des échantillons prélevés pour datations ces dernières années dans la zone d’étude verront leur attribution corrigée si nécessaire et les âges discutés à la lumière de ces nouveaux éléments. Par la suite, ces nouvelles informations seront également prises en compte dans choix des prélèvements d’échantillons à dater.

Fig. 9 : Répartition des lithologies au sein des alluvions des cours d’eau solognots (Cosson, Beuvron et Sauldres) illustrant l’influence des sources des matériaux pour chacun.

Fig. 9 : Répartition des lithologies au sein des alluvions des cours d’eau solognots (Cosson, Beuvron et Sauldres) illustrant l’influence des sources des matériaux pour chacun.

4 - Conclusion

81La carte lithologique prédictive présente les résultats cartographiques des lithologies attribuées aux polygones dessinés lors de l’analyse morpho-topographique croisée avec l’analyse des données radiométriques aéroportées ponctuelles. Nous la dénommons « carte des litho-spectrofaciès ». Cette méthode est applicable en domaine sédimentaire, dans une région avec un relief peu marqué, ce qui, en France, lui confère un grand potentiel. Il est à noter que les lithologies décrites ci-dessous ont été définies en domaine sédimentaire et ne peuvent donc être utilisées pour interpréter la surface dans d’autres contextes.

82Cet article concerne plus particulièrement certaines formations géologiques plio-quaternaires de la région Centre-Val-de-Loire. Les données de lithologie prédictive acquises ont pu être réinterprétées en termes de géologie de surface, permettant de distinguer des unités qui ne l’étaient pas sur la carte géologique à 1/50 000, et en outre, de fournir des informations sur les sources possibles des matériaux et d’aider à la compréhension de l’évolution géodynamique régionale. Ces données seront indispensables et constitueront une base solide pour la réinterprétation des âges qui ont été obtenus jusqu’à présent dans les formations plio-quaternaires et la continuation de la datation de ces formations. La carte lithologique prédictive offre par ailleurs une base fiable et riche pour produire des cartes lithologiques sensu stricto qui apporteront des informations différentes et complémentaires de la carte géologique.

83En ce qui concerne la totalité des formations représentées sur la carte de litho-spectrofaciès en région Centre-Val-de-Loire, la méthode permettrait de revoir, en injectant la notion de lithologie, toutes les formations à l’affleurement, et ce quel que soit leur âge. Ce travail est en cours de réalisation et nécessite de comparer la carte de lithologie prédictive avec les autres données disponibles. Elle a déjà été confrontée, avec une bonne corrélation, à la carte des unités cartographique des sols de l’INRA (Lacquement et al., 2015), et pourra être comparée avec les cartes existantes, par exemple celles de répartition des lœss (Haase et al., 2007 ; Bertran et al., accepté). Par ailleurs, l’abaque qui permet de passer les données U, Th, K à la lithologie a toujours vocation à être amélioré et complété, notamment par le croisement avec plus de données ou des données acquises dans d’autres contextes sédimentaires.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 : Carte géologique de la zone d’étude.
Légende À gauche : Carte géologique de la Région Centre-Val de Loire à 1/1 000 000. À droite : carte géologique à 1/50 000 harmonisée de la Région Centre-Val de Loire avec localisation des formations tertiaires et quaternaires et le tracé des principaux éléments hydrographiques dans la zone atelier.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 3,5M
Titre Tab. 1 : Nomenclatures des terrasses de la Loire orléanaise selon les auteurs au cours du xxe siècle.
Légende Des mises en relation avec les phases glaciaires alpines sont également proposées. Les altitudes relatives sont celles du sommet des formations alluviales; elles sont données « au-dessus de l’étiage ».
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 44k
Titre Fig. 2 : Carte de la composition ternaire en U-Th-K du premier mètre du sous-sol en Région Centre-Val de Loire (d’après Terraquest Ltd.,2009).
Légende U-bleu, K-rouge et Th-vert, drapé sur le MNT ombré.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 5,6M
Titre Fig. 3 : Répartition des points de mesure gamma aéroportés acquis en région Centre sur le diagramme K-Th (Schlumberger, 1985).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 708k
Titre Fig. 4 : Représentation spatiale à l’échelle de la Région Centre-Val de Loire des lithologies dominantes attribuées aux points de mesures gamma.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 5,0M
Titre Tab. 2 : Système alluvial schématique de la Loire orléanaise et évolution des altérations selon l’ancienneté supposée de chaque nappe (d’après Debrand-Passard et al., 1998, modifié).
Légende Les altitudes relatives sont celles du sommet sont celles du sommet et de la base de la formation. Elles sont données par rapport à l’étiage.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 64k
Titre Fig. 5 : Origine, composition, répartition et épaisseur des alluvions quaternaires des cours d’eau du Sancerrois (d’après Fleury, 1992, modifié).
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 596k
Titre Tab. 3 : Système alluvial schématique des cours d’eau solognots et évolution des altérations selon l’ancienneté supposée des nappes (d’après Debrand-Passard et al., 1998, modifié).
Légende Les altitudes relatives sont celles du sommet et de la base de la formation. Elles sont données par rapport à l’étiage
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 48k
Titre Fig. 6 : Carte morpho-lithologique interprétée de la boîte Sologne (Lacquement et al., 2015).
Légende La légende reprend les principales formations décrites dans l’article.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 3,0M
Titre Fig. 7 : Polygones morphologiques auxquels a été attribuée une lithologie dominante au niveau de la forêt d’Orléans.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 2,8M
Titre Fig. 8 : Polygones morphologiques auxquels a été attribuée une lithologie dominante dans la région de la cuesta sancerroise et de son piémont ouest.
Légende Les reliefs de la cuesta du Sancerrois (à droite de la carte) sont constitués d’argiles kaoliniques (lithologies 13 et 14) montrant un appauvrissement progressif en radioélément lors du passage à une argile sableuse (lithologie 15) puis à un sable à silex (lithologie 1) que l’on retrouve également sous forme de grand épandage sur le Piedmont à l’ouest de la Cuesta, repris localement sous forme de dépôts alluviaux des cours d’eau du sancerrois. Les couleurs non mentionnées dans la légende sont celles de la figure 4.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 3,7M
Titre Fig. 9 : Répartition des lithologies au sein des alluvions des cours d’eau solognots (Cosson, Beuvron et Sauldres) illustrant l’influence des sources des matériaux pour chacun.
URL http://journals.openedition.org/quaternaire/docannexe/image/7848/img-12.jpg
Fichier image/jpeg, 2,4M
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Pour citer cet article

Référence papier

Hélène Tissoux, François Prognon, Guillaume Martelet, Bruno Tourliere, Jackie Despriée, Morgane Liard et Frédéric Lacquement, « Interprétation d’un levé de spectrométrie gamma pour la connaissance des dépôts silico-clastiques fluviatiles en centre France (Loire et Sologne) »Quaternaire, vol. 28/1 | 2017, 87-103.

Référence électronique

Hélène Tissoux, François Prognon, Guillaume Martelet, Bruno Tourliere, Jackie Despriée, Morgane Liard et Frédéric Lacquement, « Interprétation d’un levé de spectrométrie gamma pour la connaissance des dépôts silico-clastiques fluviatiles en centre France (Loire et Sologne) »Quaternaire [En ligne], vol. 28/1 | 2017, mis en ligne le 01 mars 2019, consulté le 27 janvier 2023. URL : http://journals.openedition.org/quaternaire/7848 ; DOI : https://doi.org/10.4000/quaternaire.7848

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Morgane Liard

 Centre de recherches archéologiques de Saint-Cyr-en-Val, 525 rue de la Pomme de Pin, FR-45590 SAINT-CYR-EN-VAL; GEOLOAB, UMR 6042, MSH-GEOLAB, 4 rue Ledru, FR-63057 CLERMONT-FERRAND cedex. Courriel : morgane.liard@inrap.fr

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