1 - Introduction

1Depuis une dizaine d’années, les recherches sur l’évolution des systèmes fluviaux de Basse-Normandie au cours de l’Holocène se sont multipliées (Lespez et al., 2005a, 2005b, 2008 ; Germain-Vallée & Lespez, 2011 ; Lespez, 2012). L’identification d’un remplissage limoneux qui se généralise depuis l’âge du Fer est un des constats de ces recherches (Lespez et al., 2005a ; Germain-Vallée & Lespez, 2011 ; Lespez, 2012). Il marque le point de départ d’une transformation durable des systèmes fluviaux de la région. En effet, cette métamorphose en relation avec l’extension et l’intensification de la mise en valeur des bassins versants ouvre un nouveau chapitre dans les relations Nature/Société dans les vallées normandes. Malgré cela, la connaissance des dynamiques hydrosédimentaires reste encore très fragmentaire. Ainsi, on ne connaît que peu de chose sur les rythmes d’érosion et de sédimentation du dernier millénaire et sur la nature des forçages anthropiques et climatiques qui ont déterminé ces processus. Il en est de même pour les conséquences de la multiplication des aménagements hydrauliques de fond de vallée (fossés de drainage, biefs, moulins, etc.) sur les flux hydrosédimentaires et sur la mise en place accélérée du remplissage limoneux. Dans le détail, la temporalité du remplissage limoneux demeure largement inconnue et la transition entre les milieux encore palustres de la fin de l’âge du Bronze et les milieux totalement atterris de la fin de l’époque médiévale reste à décrypter.

2 - Objectifs

2L’enjeu est de comprendre et de mesurer la part des héritages dans le fonctionnement actuel des cours d’eau bas-normands afin d’aider à leur gestion contemporaine notamment dans le cadre de nouvelles lois européennes et nationales (DCE, LEMA). La méthode choisie repose sur une approche géomorphologique et géoarchéologique qui permet de sonder et d’analyser les sédiments alluviaux ainsi que sur des recherches historiques et archéologiques centrées sur les aménagements présents dans les fonds de vallée normands. L’hypothèse retenue est que ces aménagements hydrauliques ont eu un impact sur les flux hydrologiques (quantité et qualité de l’eau) et sédimentaires (limons sous forme de Matière En Suspension (MES) principalement). Les rares études effectuées en Europe de l’ouest et en Amérique du Nord suggèrent que la mise en place systématique des seuils, des barrages et des biefs a contribué à transformer les rythmes hydrologiques du fait de la multiplication des retenues et des réservoirs le long des fonds de vallées alors que la sédimentation de matériel fin (limons) qui domine les transports solides des cours d’eau de faible énergie a dû être favorisée (Walter et Merritts, 2008 ; Merritts et al., 2011 ; Pearson et al., 2016 ; Donovan et al., 2016). Afin de démontrer cette hypothèse et de dépasser l’approche théorique, il s’agit de montrer, où, comment, à quel rythme se sont mis en place les ouvrages hydrauliques des fonds de vallée bas-normands puis de démontrer, à partir d’études de cas variées, leur impact sur les flux hydrologiques et sédimentaires depuis les premiers aménagements, il y a près de 2 millénaires maintenant.

3 - Démarche et méthodes

3Ce projet croise recherches géomorphologiques, paléogéographiques, paléoenvironnementales, archéologiques et historiques selon une démarche pratiquée aujourd’hui classiquement en géoarchéologie (Brown, 1997 ; Allée & Lespez, 2006 ; Carcaud & Arnaud-Fassetta, 2014). Suivant une démarche géographique, l’approche menée est également multiscalaire. Elle s’appuie, d’abord, sur l’étude de sites situés en fond de vallée selon les opportunités proposées par les opérations de diagnostics ou de fouilles archéologiques. L’objectif est de multiplier les études de cas correspondant à des ouvrages de différentes natures (seuils, barrages, biefs) situés dans des contextes géographiques différents et en relation avec des cours d’eau au fonctionnement différent. Sur chacun des sites, les recherches géomorphologiques et géoarchéologiques exploitent les archives sédimentaires correspondantes aux sédiments accumulés au cours des derniers millénaires dans le fond de vallée. Elles permettent de montrer la succession des milieux alluviaux et de lire dans la transformation des faciès sédimentaires du chenal et de la plaine alluviale l’impact des aménagements hydrauliques sur les flux liquides et solides des cours d’eau. Les investigations de terrain (prospections géophysiques, coupes stratigraphiques, sondages et carottages) sont couplées à des études en laboratoire (sédimentologie, micromorphologie, susceptibilité magnétique) et à des datations numériques par la méthode du radiocarbone afin de fixer la chronologie sédimentaire et de la mettre en relation avec les données archéologiques et historiques. Parallèlement des prospections exhaustives centrées sur les aménagements hydrauliques ont été menées sur l’ensemble de la Basse-Normandie afin de comprendre les rythmes et les modalités d’équipement des cours d’eau normands par des aménagements hydrauliques dont les premières traces remontent à 2000 ans (Beauchamp, 2012). Dans cette démarche, le site du Heuzé, situé dans la plaine alluviale de la moyenne vallée de la Seulles, a été sondé en octobre 2014. Ce site se situe au niveau de la zone de contact entre les terrains pré-cambrien et secondaire (fig. 1A). La Seulles y présente un débit moyen annuel de 1,27 m³.s^-1 pour un bassin versant de 110,7 km². Le site présente un contexte historique intéressant avec une occupation médiévale dès le xii^e siècle sous la forme d’une forteresse en surplomb de la Seulles et d’un moulin à eau daté de la fin du Moyen-Âge (fig. 1B). Les recherches ont été menées sous la forme de tranchées discontinues creusées en travers du lit majeur (fig 1B et 1C). Ces sondages ont permis d’observer les dépôts alluviaux holocènes de la Seulles et de reconstituer leur stratigraphie (fig 1C). L’enjeu était d’identifier dans l’évolution de ces dépôts, les conséquences des aménagements hydrauliques anciens et notamment la mise en place d’un moulin à la fin du Moyen-Âge sur le fonctionnement hydrosédimentaire de ce cours d’eau. La chronologie a été mise en place à l’aide de 8 analyses radiocarbone AMS réalisées par le laboratoire radiocarbone de Poznan (Pologne) et de Beta Analytics (USA) sur des échantillons de matières organiques (bois, charbon et fibre végétale). Elles ont été calibrées à 2 sigmas grâce au logiciel OxCal 4.2 (Bronk Ramsey & Lee, 2013) avec la courbe de calibration IntCal 13 atmospheric curve (Reimer, et al., 2013).

Fig. 1 : Localisation du site et stratigraphie du fond de vallée de la Seulles sur le site du Heuzé.

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(A) Carte de localisation générale. (B) Carte du fond de vallée sur le site du Heuzé. (C) Coupe simplifiée des formations sédimentaires du fond de la vallée

4 - Résultats

4L’évolution sédimentaire observée peut-être représentée par une coupe synthétique à partir de laquelle l’organisation stratigraphique peut-être découpée en unités successives (fig. 2). Ces recherches montrent que la base du remplissage de la vallée de la Seulles est constituée de sédiments grossiers émoussés (sable grossier à blocs décimétriques) (US1a) et peu émoussés (US1b) mis en place très probablement à la fin du Weichselien (Lespez et al., 2008). Ensuite, durant les deux premiers tiers de l’Holocène, on constate l’absence d’aggradation du système fluvial et seulement le remaniement des formations grossières héritées de la fin du Pléistocène. La dimension des sédiments déposés diminue en passant progressivement d’un cailloutis très grossier à un sable moyen (US2). De nombreux fragments végétaux ont été retrouvés dans ces niveaux allant de la petite brindille jusqu’à des troncs d’arbres entiers. Pour les périodes suivantes de l’âge du Fer à l’Antiquité, on observe la mise en place de limons argileux qui viennent recouvrir tout le fond de vallée (US3) avec un resserrement progressif des chenaux.

5Le passage au haut Moyen-Âge marque un temps d’arrêt dans la sédimentation de fond de vallée (US4). Cette interruption est accompagnée par une incision du lit mineur de la Seulles. Cette phase provoque la chenalisation complète de la Seulles en un chenal unique qui méandre alors au sein d’une plaine alluviale limoneuse qui ne présente pas d’aggradation. Les coupes stratigraphiques réalisées dans les paléochenaux montrent bien que le cours de la Seulles ne présente pas de migration latérale par érosion/dépôts, mais juste un ajustement vertical du chenal avec la mise en place de sables moyens à grossiers (US7). Vers le milieu du Moyen-Âge, la sédimentation limoneuse reprend sur la plaine alluviale. Cette époque coïncide avec la construction de la forteresse de Saint-Vaast-sur-Seulles sur un éperon rocheux qui surplombe la Seulles au niveau du site (fig. 1b). Cette anthropisation marque le début d’une occupation pérenne du fond de vallée. On assiste alors à une reprise de l’aggradation rapide de la plaine alluviale avec une arrivée massive de limons de débordement et de colluvions limoneuses avec des vitesses de dépôts qui oscillent entre 0,2 et 0,3 cm.an^-1 (US5). Ces sédiments limoneux présentent des caractéristiques granulométriques et minéralogiques similaires au loess présents sur les plateaux environnants (Lautridou, 1985). À la fin de cette période, le cours de la Seulles est déplacé artificiellement au pied du versant est pour permettre l’implantation d’un moulin à eau en dérivation du cours principal de la rivière (fig. 1b). Ainsi, une grande partie de l’ancien lit mineur est abandonnée et comblé rapidement par l’arrivée de limons. Le cours de la Seulles sur le site du Heuzé trouve alors sa situation actuelle avec des tronçons rectifiés et des tronçons plus « naturels ».

6Cette situation a perduré jusqu’à l’époque contemporaine avec un alluvionnement continu de la plaine d’inondation par des limons bruns très homogènes (US6). Vers le milieu du xx^e siècle, le moulin est abandonné et reconverti en lieu d’habitat. Le seuil en travers du lit de la Seulles est détruit afin de faciliter l’écoulement de l’eau et limiter les inondations en cas de crue. Aujourd’hui la Seulles sur le site du Heuzé s’écoule toujours dans le chenal en partie artificialisé par l’homme à la fin du Moyen-Âge. Cependant, on n’observe plus aujourd’hui de dépôts de limon de débordement sur la plaine alluviale.

7La comparaison du tracé actuel avec celui de 1955 à partir des photos aériennes fait ressortir que le cours de la Seulles sur les tronçons non rectifiés par l’homme présente une mobilité latérale (jusqu’à 9 mètres en 57 ans). Cette information est confirmée par des mesures de reculs de berges mesurés actuellement qui atteignent à certains endroits 15 cm/an (Viel, 2012 ; Carbon, 2016).

5 - Interprétation et discussion

8Les recherches sur le site du Heuzé montrent que l’évolution hydrosédimentaire de la Seulles et de sa plaine alluviale est contrôlée par les actions anthropiques depuis plus de 2000 ans. En effet, ces deux derniers millénaires sont marqués par une sédimentation quasi exclusivement limoneuse. Celle-ci provient de l’érosion des sols lœssiques présents localement sur les plateaux et versants alentour soumis à des pressions agro-pastorales de plus en plus fortes (Lespez et al., 2005a, 2008, 2015). Elle témoigne de la hausse des connectivités sédimentaires au sein du bassin versant depuis l’âge du Fer et l’augmentation de l’arrivée de limons dans les fonds de vallées comme cela a été régulièrement observé en Europe de l’ouest (Foulds & Macklin, 2006 ; Notebaert & Verstraeten, 2010). Cette arrivée sédimentaire dans le fond de vallée est marquée par une interruption au cours du haut Moyen Âge qui pourrait révéler une période de déprise agricole comme cela a pu être observé dans la basse vallée de la Vienne (Macaire et al., 2006) ou sur certains cours d’eau du Bassin parisien (Pastre et al., 2002). La construction de cette plaine alluviale limoneuse s’est effectuée quasi entièrement au cours des derniers 600 ans avec la mise en place d’un chenal unique sans mobilité latérale. Elle a subi aussi une influence anthropique directe avec l’aménagement du chenal à la fin du Moyen-Âge. En effet, l’implantation du moulin sur le cours d’eau avec une défluviation du chenal conduit à une simplification du tracé, une diminution de la pente et un étagement de la ligne d’eau avec la mise en place du seuil. Cela va entraîner localement un ralentissement des vitesses d’écoulement et donc favoriser localement la sédimentation. Cette diminution de la pente sur le tronçon recreusé avec des faibles hauteurs de berges a pu favoriser des débordements plus fréquents de la Seulles hors de son lit et un engraissement plus rapide de la plaine alluviale en limon de débordement. Ainsi, sur le site du Heuzé, la moitié du remplissage sédimentaire holocène de la plaine alluviale s’est mis en place au cours des derniers 600 ans lorsque le cours de la Seulles était presque totalement artificialisé. Cette situation se trouve aujourd’hui déstabilisée d’une part avec la déprise agricole et la fermeture des paysages de vallée qui s’opère depuis le milieu du xix^e siècle dans la vallée de la Seulles (Germaine, 2009 ; Germaine & Lespez, 2012) diminuant les connexions hydrosédimentaires entre les parcelles cultivées et le cours d’eau (Viel, 2012 ; Viel et al., 2014). Et d’autre part avec l’abandon du moulin et la destruction des structures en lit mineur responsable d’une augmentation de la pente (de 0.011 m.m^-1 à 0.035 m.m^-1) avec un gain en énergie hydraulique. On assisterait donc depuis une cinquantaine d’années à une déstabilisation de la plaine alluviale de la Seulles sur le site du Heuzé avec un retour d’une mobilité latérale du chenal qu’il n’a jamais présentée depuis au moins 600 ans.

6 - Conclusion

9Cette recherche dans la vallée de la Seulles apporte un nouveau regard sur l’impact des ouvrages hydrauliques sur le cours d’eau. Les sondages ont permis de reconstituer l’évolution hydrosédimentaire de la Seulles au cours de l’Holocène et mettent en évidence l’établissement d’un chenal unique avec une plaine alluviale limoneuse depuis le début de l’Antiquité. Ils montrent aussi que l’accélération de la mise en place de limon de débordement au cours du Moyen-Âge et de l’époque Moderne est synchrone de l’artificialisation quasi-complète du cours d’eau pour l’alimentation de moulin. Cette structuration a joué un rôle majeur dans la mise en place de la plaine alluviale limoneuse. La déconstruction récente des ouvrages hydrauliques liés à l’utilisation des moulins déstabilise l’équilibre établit entre le lit mineur et son lit majeur et provoque une nouvelle mobilité latérale du cours de la Seulles.