Composition du jury : Jean-Jacques DELANNOY – Professeur – Université de Savoie Directeur Stéphane JAILLET – Ingénieur de recherches – EDYTEM/CNRS Co-directeur Fabien ARNAUD – Chargé de recherches – EDYTEM/CNRS Examinateur

LES PIEGES ENDOKARSTIQUES A SEDIMENTS DETRITIQUES FINS Fonctionnement, Typologie & Intérêt

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Apport aux études paléogéographiques et paléoenvironnementales.

Travail d’Etude et de Recherche – Master de Géographie soutenu publiquement le 09 Juin 2010

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Matthieu THOMAS

Université de Savoie UFR CISM - Centre Interdisciplinaire Scientifique de la Montagne

Laboratoire EDYTEM – Environnements Dynamiques et Territoires de la Montagne

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REMERCIEMENTS.

J’aimerais remercier ici, Jean-Jacques DELANNOY et Stéphane JAILLET qui m’ont proposé ce sujet et qui ont su me guider dans l’aboutissement de ce mémoire tout en me faisant confiance. Les analyses sédimentologiques traitées par ce mémoire n’auraient vu le jour sans l’aide et le soutien de Fabien ARNAUD et Cécile PIGNOL. De nombreuses discussions sur ces analyses me furent profitables, merci donc à Anne-Sophie PERROUX, Charline GIGUET-COVEX, Jean-Philippe JENNY et Bruno WILHELM. Merci à Bernard FANGET et Jérôme POULENARD pour leur aide et leurs connaissances en ce qui concerne les analyses géochimiques. Mes pensées vont aussi aux personnes qui ont pris la patience et j’espère du plaisir à m’accompagner sur les différents terrains de cette recherche : Didier CAILHOL, Sophie DENIMAL, Christophe GAUCHON, Stéphane JAILLET et Elodie SUAREZ. Je n’oublie pas toute l’équipe du programme Climanthrope du site de Choranche qui par leur curiosité, leur sympathie ont permis une ambiance de travail fort appréciable au long de ce programme. Merci donc à Jean-Jacques DELANNOY, Stéphane JAILLET, Vincent LIGNIER, Emmanuel MALET, Laurent MOREL, Yves PERRETTE et Anne-Sophie PERROUX. Mes remerciements vont également à Laurent GARNIER et son équipe du site touristique des Grottes de Choranche qui ont su me faire confiance pour le respect de ce site fabuleux. Merci à Clémentine EYMERY, Charlotte MALGAT, Guillaume GERBAUX, Matthieu BURE et Timothée MICHON, mes collègues de bureau avec qui les moments de détente furent nombreux, agréables et nécessaires. Merci enfin aux personnes qui m’ont soutenu moralement tout au long de ce master : Valérie, Rémi et Floriane, maman et papa !

Illustrations de 1ére de couverture : Dessin de Philippe RABAGNAC pour les actes du congrès international de karstologie de 1988 (Suisse). Site internet : http://www.rabagnac.com/ http://www.rabagnac.com/Carnet/Carnet2.html

NB : Sauf autres indications, les photographies sont de l’auteur.

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RESUME & ABSTRACT. Résumé : Le milieu endokarstique est bien connu pour son extraordinaire préservation d’archives sédimentaires et est donc fortement investigué par des recherches de reconstitutions géographiques et environnementales. Pourtant sa spécificité de milieux hypogés contraint l’information événementielle portée par les sédiments détritiques. Dans ce mémoire est développée une approche conceptuelle et méthodologique permettant de discriminer la part du forçage externe de la part du contrôle interne sur la sédimentation. Ainsi plusieurs sites d’études (actifs, temporaires et fossiles) en milieux montagnards sont enquis pour permettre un essai de typologie dynamique des pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins. Cette recherche, qui s’inscrit dans le programme ANR ‘’Climanthrope’’ dirigé par R. MAIRE a pour finalité la création d’un outil géographique permettant l’investigation de terrains multiples spatialement et temporellement déconnectés pour des modélisations paysagères. Mots clés : Effet de site, endokarst, cartographie géomorpho-sédimentaire, sédimentologie, géochimie, reconstitutions géographiques et environnementales. Abstract : The endokarstic field is well-known for its extraordinary preservation of sedimentary archives, and is therefore highly investigated by geographic and environmental reconstructions researches. Yet, its specificity in hypogeal fields restrains the factual information carried by detrital sediments. This dissertation offers a conceptual and methodological approach that allows a discrimination between the external forcing part and the internal control part on sedimentation. That is why several study sites – active, temporary, and fossil – in mountain areas are searched for enabling an attempt of dynamic typology of thin detrital sediments endokarstic traps. This research, in line with the ANR ‘’Climanthrope’’ programme directed by R. MAIRE, is aiming at the creation of a geographic tool that will enable the investigation of multiple fields, spatially and temporally disconnected, for landscape modelling. Key-words: Site effect, endokarst, geomorphology and sedimentary cartography, sedimentology, geochemistry, geographic and environmental reconstructions.

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SOMMAIRE.

Résumé. Page 03 INTRODUCTION GENERALE. Page 06 PARTIE I : CADRE ET METHODOLOGIE DE LA RECHERCHE. Page 07 Vers la caractérisation d’un contenant et de son contenu. CHAPITRE 1 : Cadre de la recherche. Page 08 I. Environnement intellectuel. Page 08 II. Objet de recherche. Page 09 III. Problématique. Page 09 CHAPITRE 2 : Méthodologie de la recherche. Page 12 I. Approche naturaliste. Page 12 II. Outils géographiques. Page 12 III. Etudes sédimentologiques. Page 13 IV. Analyse géochimique. Page 14 V. Datations. Page 14 VI. Sites d’études. Page 14 PARTIE II : LES PIEGES ENDOKARSTIQUES : CARACTERISATION. Page 17 Vers une compréhension de la dynamique des pièges endokarstiques. CHAPITRE 3 : Des pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins. Page 18 I. La salle de décantation des Biefs Boussets. Page 18 II. La galerie du Boulevarve de la grotte Sous Les Sangles. Page 21 III. Le piège de la Borne Aux Cassots. Page 24 IV. La galerie Eurêka du réseau Garde-Cavale. Page 27 CHAPITRE 4 : Un piège endokarstique étagé à sédiments détritiques fins. Page 30 I. Le réseau Coufin-Chevaline. Page 30 II. Un piège hypogé étagé. Page 37 III. Sédimentations actuelles. Page 37 IV. Interactions dynamiques. Page 38 V. Discussions. Page 41

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PARTIE III : LES SEDIMENTS DETRITIQUES DE GROTTE : Page 43 Vers une typologie et une dynamique du piégeage. CHAPITRE 5 : Intérêt pour des reconstitutions géographiques et environnementales.

Page 44 I. Structure et localisation du piège. Page 44 II. Hydrodynamisme. Page 45 III. Evolution. Page 45 IV. Datations. Page 46 V. Informations géographiques et environnementales. Page 46 CHAPITRE 6 : Typologie des pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins.

Page 48 I. Classifications des sédiments détritiques fins endokarstiques. Page 48 II. Classifications dynamiques des pièges endokarstiques. Page 49 CONCLUSION GENERALE. Page 51 BIBLIOGRAPHIE. Page 52 Table des illustrations Page 58 Annexes. Page 61

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INTRODUCTION GENERALE. Cette recherche s’inscrit dans le cadre des travaux menés sur les archives continentales et plus particulièrement de l’endokarst. Ces dépôts et remplissages accumulés sous terre, qui archivent l’information environnementale à haute résolution, peuvent être utilisés pour des reconstitutions environnementales à différentes échelles (MAIRE – 2000 ; PERROUX – 2005). Cette information peut être influencée par l’environnement lors de son transport et/ou lors de son archivage. Il est ainsi important d’appréhender cette influence pour s’y astreindre. C’est dans cette volonté que s’inscrit le programme Climanthrope (Caractérisation de l’effet de site dans l’enregistrement du signal climatique et anthropique dans les sédiments de grotte – de l’actuel à la préhistoire) financé par l’Agence Nationale de Recherche et dirigé par Richard MAIRE. Les études portant sur l’archivage détritique en milieu endokarstique se développent de plus en plus grâce au fort potentiel informationnel (enregistrement à haute résolution, archives à l’abri des érosions de surface…). Ainsi nous pouvons citer les travaux de RENAULT (1967), MAIRE (1976), LE FILLATRE (2001), LIGNIER & DESMET (2002), LOSSON (2003), PERROUX (2005)… Dernièrement, une étude a permis d’amener une méthodologie pour appréhender la structure et l’évolution d’un piège sédimentaire endokarstique (THOMAS – 2009). Pour comprendre efficacement ce dernier, et par le triptyque de toutes recherches géographiques d’un objet naturel, il est intéressant de développer une approche fonctionnelle. Ainsi, partant d’une dynamique de recherche spéléo-karstologique, plusieurs sites d’étude ont été sélectionnés pour comprendre l’influence de la géomorphologie pariétale et sédimentaire sur l’archivage environnemental en milieu hypogé. La recherche exposée dans ce manuscrit se concentre sur ce questionnement : Une archive endokarstique à sédiments détritiques fins est-elle influencée par son environnement ? Si oui, comment ce dernier influence-t-il le potentiel informationnel de l’enregistrement à haute résolution que sont les archives endokarstiques ? Ce mémoire qui cherche à décrypter les conditions du transfert sédimentaire dans l’endokarst, à discriminer la part des contrôles internes des forçages externes, sera décomposé en trois parties. La première partie exposera le cadre de cette recherche dans un premier chapitre où un état de l’art sera effectué ainsi que l’exposé du concept systémique de la recherche pour énoncer la problématique et son intérêt. Le second chapitre exposera la construction d’une méthodologie pour répondre à cette problématique en fonction des sites d’étude choisis. La deuxième partie relatera différents fonctionnements de l’archivage en fonction des sites d’étude. Un point sur le site d’étude des grottes de Choranche sera développé plus amplement car ce dernier est riche en enseignements. La troisième partie correspondra à la synthétisation des différents comportements fonctionnels des pièges sédimentaires endokarstiques. Un premier chapitre soulignera l’intérêt d’une telle approche pour des reconstitutions paléogéographiques et environnementales. Un dernier chapitre s’essayera à une typologie de l’objet d’étude.

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PARTIE I. CADRE ET METHODOLOGIE DE LA RECHERCHE Vers la caractérisation d’un contenant et de son contenu.

La première partie de ce mémoire se veut de développer l’environnement de pensée de cette recherche en identifiant la volonté de s’interroger sur la mise en place de pièges sédimentaires détritiques endokarstiques et leurs fonctionnements, mais aussi d’exposer et soutenir les méthodes développées dans le cadre de cette étude afin de répondre à la problématique que nous nous sommes fixée. Ainsi le premier chapitre montrera l’intérêt que porte ce genre d’étude dans le climat actuel de la recherche. En posant cet environnement, des questions sur le sujet et les méthodes analytiques de ce sujet de recherche émergeront et pourront permettre l’élaboration d’une problématique. Le second chapitre, quant à lui, proposera, pour répondre à cette problématique, une méthodologie adaptée. Cette dernière, au vu des objectifs fixés, se décompose via des outils naturalistes, géographiques, sédimentologiques et géochimiques. Elle s’appliquera à différents sites d’étude soigneusement choisis.

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CHAPITRE I. CADRE DE LA RECHERCHE. Comme toute recherche, ce travail entre dans un environnement intellectuel et une volonté de comprendre et d’expliquer un fait, une réalité physique. Cette compréhension passe par l’élaboration d’hypothèses et d’explications pour répondre à une problématique. Ainsi ce chapitre sera décomposé en plusieurs parties. La première approche sera d’exposer l’environnement actuel pour pouvoir, dans un second point, argumenter sur l’intérêt de l’objet de recherche qu’est le piège sédimentaire endokarstique à sédiments fins. Ces deux items permettront de construire une problématique autour du fonctionnement de l’objet de recherche. I. Cadre sociétal La gestion de l’environnement est devenue un enjeu stratégique majeur pour la société comme en témoignent les nombreuses prospectives autour du concept de développement durable. Pour mener à bien toute forme de gestion durable des ressources et patrimoines, il apparaît aujourd’hui incontournable de mieux connaître le fonctionnement et l’évolution de notre environnement ainsi que notre géographie. Prévoir le futur proche et appréhender les modes adéquats de gestion durable nécessitent de bien connaître le fonctionnement et l’évolution récente des milieux mais également de disposer de chroniques plus anciennes permettant d’analyser d’autres formes d’interactions entre l’homme et le milieu. Or le décryptage des signaux environnementaux présente des difficultés spécifiques car il n’existe pas aujourd’hui de méthode directe permettant de remonter la flèche du temps, c’est-à-dire de déchiffrer l’histoire des milieux naturels et anthropisés sans relais, notamment de type sédimentaire. Comme l’enregistrement des sédiments océaniques et lacustres, l’enregistrement des sédiments souterrains est également indirect. Mais il a une spécificité : c’est la grotte qui est un réceptacle fermé protecteur et qui est ainsi considérée de plus en plus comme l’un des meilleurs

milieux enregistreurs par sa dimension souterraine, à l’abri de l’érosion externe. L’étude des sédiments souterrains, détritiques et chimiques (concrétions) est l’objet d’une discipline nouvelle qui a été développée depuis une trentaine d’années par les spéléologues scientifiques, rejoints ensuite par d’autres spécialistes. L’émergence de ce champ scientifique est directement liée au développement des explorations spéléologiques en France et dans le monde depuis 1970-80 et des nouveaux modes d’analyse des sédiments (surtout depuis 1990). La présence de grottes dans tous les domaines climatiques et environnementaux ainsi que les calages chronologiques (datations U/Th des spéléothèmes, comptage de lamine) et les nouveaux procédés d’analyse (imagerie laser, imagerie chimique) ont montré la richesse du milieu souterrain, la validité de la fonction de transfert, la reproductibilité des interprétations et la pertinence chronostratigraphique des séries sédimentaires souterraines. En enregistrant les oscillations, les cycles et les ruptures géographiques et le fonctionnement de l’environnement (biostasie, rhexistasie, relations avec l’homme), les sédiments de grotte constituent désormais des outils précieux pour mieux comprendre les mécanismes de stabilité et de crise des milieux à travers le filtre karstique. (Extrait du programme Climanthrope)

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II. Objet de recherche Ici sera présenté rapidement ce que la communauté scientifique entend sous le terme ‘’Piège endokarstique à sédiments détritiques fins’’. Par la suite, le dernier chapitre de ce mémoire, sera consacré à préciser la définition et à énoncer une typologie de ce terme de façon plus précise. L’environnement endokarstique de l’objet de recherche est la première caractéristique de celui-ci. En effet, ce milieu va rendre compte de phénomènes nouveaux ou modifiés par rapport aux conditions de surface de ces mêmes phénomènes. Cette influence, qui est la base de la problématique de ce mémoire, sera développée dans le prochain point de ce chapitre. En précisant la nature de l’environnement, cela permet de préciser le milieu hypogé dans lequel cette recherche fut effectuée et ainsi exclure les autres types de milieux. La deuxième caractéristique de cet objet porte sur la présence de sédiments détritiques fins. Ils se manifestent par deux points : leurs natures granulométriques qui permettent un mode de dépôt bien particulier. La granulométrie des fins se situe sous la gamme des 2mm. Pour cette recherche, la classification de C.K. WENTWORTH (1922) est retenue et est développée dans le tableau 1 page 15. Ces granulométries fines permettent un transport et un dépôt en milieu à faible énergie. Dans le karst, ce vecteur de transit est caractérisé par les écoulements hydriques. Il est dès à présent important de différencier dépôt et remplissage en milieu karstique. En effet, on parle de dépôt lorsque les sédiments sont contemporains de la création des vides karstiques et plutôt de remplissage lorsqu’ils se mettent en place postérieurement et tendent à combler ces vides (DELANNOY – 1997). Cette précision tient par le fait que la volonté

d’étudier les pièges endokarstiques a pour point de mire des reconstitutions géographiques. Depuis les travaux de R. MAIRE (1976), J.-J. DELANNOY (1981), V. LIGNIER (2001), B. LOSSON (2003), A.-S. PERROUX (2005)… les sédiments détritiques fins en milieu endokarstique sont considérés comme de très bons enregistreurs. En effet, ils permettent des analyses à haute résolution, ce qui permet de contraindre les modèles d’âges et donc d’affiner les reconstitutions géographiques. En somme, l’objet de recherche est un environnement favorable à une succession de dépôts ou remplissages au sein d’un réseau spéléologique qui permettent des reconstitutions géographiques. Mais avant d’arriver à cette modélisation du paysage, il est nécessaire de comprendre comment fonctionnent les pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins. III. Problématique Bien qu’une série sédimentaire porteuse d’informations se retrouve à l’abri de l’érosion dans un milieu hypogé, ce dernier influe le signal informationnel de l’événement. Ici est reprise la trame de ce courant de pensée tout en l’améliorant.

Le caractère principal de ce concept est que l’environnement géomorphologique d’une archive sédimentaire influe sur cette dernière. Cette influence s’exprime de différentes façons ; l’environnement géomorphologique joue soit le rôle de barrière, soit de filtre, soit de catalyseur, soit de retardant. Développons ces quatre points.

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i. Le caractère de barrière du contexte géodynamique ne permettrait pas un enregistrement sédimentaire d’un événement se produisant en amont de cette barrière. Cette fermeture serait hermétique et seuls des événements en aval pourraient être enregistrés. Mais le contexte géodynamique, encore en aval, jouerait là-aussi un rôle de filtre ou de catalyseur.

ii. Le caractère de filtre du contexte

géodynamique impliquerait une réduction de l’information dans l’archive sédimentaire. Cela peut concerner la période, l’intensité mais aussi la nature de l’événement filtré.

iii. Le caractère de catalyseur du

contexte géodynamique supposerait, tout au contraire du filtre, une amplification exagérée de l’information, concernant un événement en amont, contenu dans l’archive sédimentaire.

iv. Le caractère de retardant du

contexte géodynamique valorise le temps qui passe. En effet, un événement n’est pas forcement enregistré immédiatement dans l’archive sédimentaire ; il peut être stocké un temps certain avant d’arriver dans la série sédimentaire étudiée.

Ces quatre caractères peuvent s’égrener

le long du transit de l’information entre l’événement et l’archivage sédimentaire, ce qui rend encore plus complexe l’analyse. Mais cela vaut pour des événements brefs. En ce qui concerne les événements longs, ces caractères (barrière, filtre, retardant, catalyseur) peuvent s’appliquer ou pas, une ou plusieurs fois, de manière forte ou discrète, le temps de l’événement et rendre ainsi l’enregistrement encore plus difficile à analyser.

Le contexte géodynamique n’étant pas

le même dans le temps et dans l’espace, l’archivage sédimentaire ne se fera pas de la même façon pour un même événement d’un lieu à l’autre ou pour deux

événements d’intensité de nature identique pour un même lieu.

Cette évolution du contexte géodynamique peut engendrer un bruit de fond sur l’enregistrement. En effet, si l’acteur de l’étude cherche à comprendre des événements se situant dans l’environnement proche ou éloigné du sédiment, les deux coïncideront et l’un d’eux, en fonction de la recherche, deviendra un bruit de fond que l’acteur cherchera à identifier et à s’en soustraire.

La série sédimentaire portant

l’information étant elle-même un objet géomorphologique, elle influence le contexte géométrique et inscrit ainsi une boucle de rétroaction (positive ou négative) dans le système. Cette dernière peut engendrer une dérive générale (linéaire, cyclique ou chaotique) du signal.

Enfin des événements peuvent être enregistrés mais ne peuvent être détectés avec les techniques et les connaissances actuelles ; il n’y a donc pas d’enregistrement exploitable.

L’expression de cette idée est

schématisée dans la figure suivante. Ce ne sont pour le moment que des hypothèses. En effet, une recherche analytique est nécessaire pour identifier et comprendre le rôle potentiel de la géomorphologie dans la mise en place d’une archive sédimentaire.

Cette recherche vise à valider ce

courant de pensée en élaborant une méthodologie permettant d’aborder cet effet de site et comprendre comment ce dernier fonctionne en ce qui concerne les complexes à sédiments détritiques fins en milieux endokarstiques.

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Figure 1 :

Schéma de l’influence du contexte géométrique endokarstique sur l’enregistrement sédimentaire.

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CHAPITRE 2. METHODOLOGIE DE LA RECHERCHE. Suite à l’élaboration d’un cadre théorique en ayant exposé une problématique, une recherche doit construire une méthodologie adaptée vis-à-vis des objectifs fixés. Cette réflexion sur l’intérêt et l’apport informationnel de chaque méthode envisagée permet de justifier nos choix méthodologiques. Ainsi, au vu des travaux précédents (LIGNIER, PERROUX…) ce chapitre défendra des outils naturalistes, géographiques, sédimentologiques et géochimiques (figure 2 page 16). Un point supplémentaire sera développé pour rendre compte des choix des sites d’étude. I. Approche naturaliste. L’approche naturaliste reste un fondement de toute étude en géographie physique. Si elle n’est pas suffisante pour comprendre les fonctionnalités d’un milieu ou d’un objet, elle n’en reste pas moins indispensable. L'approche naturaliste n'est ni une science, ni une technique, mais une manière de concrétiser une aspiration à se rapprocher de la spécialisation plurielle que représente la nature. Mais c'est aussi une forme de recherche d'identité de l’objet. Ainsi par le ressenti et l’observation, cette approche semble primordiale dans toute étude géographique. Elle a pour but dans un premier lieu de reconnaître les influences du contexte géométrique sur la sédimentation avant même de réaliser des mesures cartographiques ou sédimentologiques. Cet exercice entre pleinement dans la méthodologie proposée pour l’étude des effets de site. En effet cela permet d’identifier au premier abord la présence d’une telle contrainte et rend possible une prise de décision sur la façon de mener la recherche sur celui-ci si cela est nécessaire. L’approche naturaliste va permettre de développer des outils analytiques plus communs comme les outils géographiques caractérisés essentiellement par la cartographie.

II. Outils géographiques. En master 1, nous avions montré l’intérêt d’estimer correctement la structure et l’évolution d’un objet géographique endokarstique pour mieux cerner son fonctionnement actuel. Ainsi les outils permettant de caractériser structure et évolution restent les mêmes. L’outil développé ici est la cartographie topographique (structure) et géomorphologique (évolution). En ce qui concerne les outils et méthodes de relevés, nous dirigerons le lecteur sur les ouvrages de DELANNOY & al. (2001), SADIER (2004), THOMAS (2009). La cartographie topographique et géomorphologique d’un objet endokarstique a pour finalité, par le relevé des différentes familles et générations de formes et formations hypogées, d’amener un complément d’informations à l’étude spéléogénique de celui-ci. Elle compile une somme d’informations sur les contextes paléoenvironnementaux, et paléogéographiques et permet ainsi de rendre compte de la structure et de l’évolution de l’objet hypogé sous l’action de phénomènes internes et externes à la cavité. Cette synthétisation en document cartographique permet d’avoir une base commune à toutes les études faites sur un même objet et donc s’astreindre à un grand nombre de paradigmes démonstratifs.

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III. Etudes sédimentologiques. Pour comprendre efficacement le fonctionnement d’un piège endokarstique à sédiments détritiques fins, il est important de réaliser des études sédimentologiques. Cette approche a été réalisée exclusivement sur le piège étagé à l’aval de la rivière souterraine de Chevaline (Vercors). En effet, seul ce site d’étude a été prélevé pour des raisons de chronophagie de ce genre d’analyses. Suite aux prélèvements effectués (JAILLET & LIGNIER – 2009) dans le siphon amont de la rivière de Chevaline grâce à des techniques de prélèvement développées par LIGNIER (2001), les échantillons sont traités en laboratoire de sédimentologie. Ces études portent sur une description photographique et de spectrocolorimétrie qui caractérisent et identifient l’échantillon. Puis une étude plus poussée sur la granulométrie de cet échantillon, via des outils statistiques, permettra d’avancer des hypothèses et d’en confirmer d’autres en ce qui concerne l’influence du contexte géométrique sur la sédimentation. La description photographique est la seule méthode que l’on peut assimiler à une acquisition de données en continu. Cette technique possède une des meilleures résolutions. Cette dernière est seulement limitée par la résolution de l’appareil photographique utilisé. Elle consiste en la description de l’échantillon (ici une carotte) via un outil photographique. Cette méthode est décrite par PERROUX dans sa thèse de 2005. Comme la technique précédente, la spectrocolorimétrie permet d’appréhender et de spécifier les variations dans la sédimentation tout le long de l’échantillon et cela grâce à des critères de couleur (CHAPMAN & SHAKLETON – 1998 ; BARRETT – 2002). Le pas d’échantillonnage fut réalisé tout les 3mm avec un MINOLTA CM 2600 dTM et les données traitées avec le logiciel

d’exploitation SpectraMagicTM. Ces deux méthodes d’acquisition de données permettent de travailler avec une bonne résolution et de disposer de plusieurs clés de lecture complémentaires. La granulométrie est la donnée centrale de toute étude sédimentologique, surtout lorsqu’on se pose la question de la dynamique de mise en place des sédiments (PERROUX – 2005). L’utilisation d’un microgranulomètre laser MastersizerTM Hydro 2000 G de Malverne Instruments du LGCA (Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines) a été préférée à une technique de tamisage car plus appropriée pour les sédiments fins. Les données recueillies permettent d’initier une étude dynamique qui caractérise le piégeage sédimentaire. Les spectres granulométriques et leur évolution apportent des renseignements de fond sur la dynamique sédimentaire responsable du transport et du dépôt. La comparaison des courbes granulométriques et leur analyse en fonction des lois de distribution peuvent renseigner sur l’évolution des dynamiques de dépôt (SUN & al. – 2002). Les données granulométriques calculées sont également riches d’enseignements. Certaines fournissent des données ‘’comportementales’’ et structurales sur la composition de l’échantillon, d’autres sur la dynamique de transport et de dépôt et leur succession. Ces données seront développées en temps voulu dans le chapitre 4. Les paramètres qui régissent la sédimentation peuvent être appréhendés par la réalisation de graphiques croisant les critères granulométriques entre eux. A l’exemple du diagramme de R. PASSEGA (1964) (médiane et percentile le plus grossier) qui permet de donner une carte d’identité de la série sédimentaire et ainsi de reconnaître et caractériser les contextes de dépôt. La spécificité induite par le milieu karstique sera prise en compte (PERROUX – 2005)

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IV. Analyse géochimique. L’analyse géochimique fut nécessaire pour caractériser la nature pétrographique des éléments constituant les échantillons. Ces analyses furent principalement guidées par des mesures en Infrarouge (Nicolet 380 FT-IR Smart Diffuse Reflectance de ThermoScientific). Cette technique, qui fournit un spectre moyen pour chaque échantillon, permet, en comparant les données, d’extraire l’information sur l’évolution de plusieurs types pétrographiques (silicates, carbonates, matière organique) le long de la série sédimentaire. Ce procédé d’analyse permet entre autre, en fonction des données récoltées sur la pétrographie des sédiments et en extrapolant sur la granulométrie de ceux-ci de palier des quantités de sédimentes insuffisants pour des analyses granulométriques. Cette démarche a été utilisée pour la caractérisation des sédiments piégés dans les trappes à sédiments mises en place (LIGNIER & JAILLET – à paraître) le long du siphon amont de la rivière de Chevaline. V. Datations Toute étude sédimentologique est basée sur la compréhension des différents paramètres régissant la sédimentation et sur l’étude de leur évolution au fil du remplissage. Bien que cette étude soit portée sur le fonctionnement d’un piège sédimentaire et non sur des reconstitutions géographiques, il est tout de même intéressant d’aborder ce point. La datation par radioéléments peut être utilisée dans les sédiments détritiques. Elle permet d’énoncer un taux de sédimentation ainsi qu’un début du modèle âge-profondeur de la série sédimentaire. Cette méthode est marquée par la présence

dans le sédiment de Plomb 210, de Césium 137 et 134 anthropique respectivement dû à l’arrêt du plomb dans les essences plombées en 1975, de l’apogée des essais nucléaires en 1962/1963 et de l’accident de Tchernobyl en 1986. Cette analyse fut réalisée par le Laboratoire Souterrain de Modane en Maurienne (France) par J.-L. REYSS par spectrométrie gamma. Le détecteur en germanium utilisé a une géométrie de type puits. Pour la compréhension de mise en place des pièges endokarstiques de Chevaline, il est apparu important de réaliser deux prélèvements de spéléothèmes (V. LIGNIER & S. JAILLET). Pour le moment une datation U/Th en MC-ICPMS est effectuée au sommet de l’échantillon CHE-STALAG-204 et réalisée par le le Dr. D. HOFFMANN du laboratoire CENIEH de Burgos en Espagne. La préparation du spéléothème fut effectuée par I. COUCHOUD du laboratoire EDYTEM. VI. Sites d’études Ce travail d’étude et de recherche, a pour objectif de décrypter les conditions du transfert sédimentaire dans l’endokarst et de discriminer la part des contrôles internes des forçages externes Il a permis d’investiguer plusieurs sites d’étude. Cette multiplicité de sites permettra de proposer une typologie des pièges endokarstiques à sédiments fins. Quatre d’entre eux ont été choisis pour leur diversité de mise en place : la salle de décantation dans les Biefs Boussets à DESERVILLERS dans les hauts plateaux du Doubs, la galerie du Boulevarve dans la Grotte Sous les Sangles à BURBANCHE dans le Jura méridional, le remplissage en aval de la galerie du gypse dans la Borne aux Cassots à NEVY-SUR-SEILLE dans le Jura et la salle de la galerie

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Eurêka dans le Trou du Garde à LA FECLAZ dans les Bauges. Un cinquième site fut investigué plus en détail car il présente un système de piège sédimentaires endokarstiques étagés ainsi que de nombreuses données produites depuis de nombreuses années (DELANNOY – 1981, PERRETTE – 2000 & PERROUX – 2005). Ce site de référence se situe à l’aval de la rivière de Chevaline à CHORANCHE dans le Vercors.

Tableau 1 : classe granulométrique selon WENTWORTH (1922)

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Figure 2 :

Démarche méthodologique de la caractérisation de l’effet de site pour un piège endokarstique à sédiments détritiques fins.

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PARTIE II. LES PIEGES ENDOKARSTIQUES : CARACTERISATION. Vers une compréhension de la dynamique de ces pièges. La seconde partie de ce mémoire a pour objectif de décrire un certain nombre de pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins qui nous semblent intéressants. Cette approche de terrain est complétée par une cartographie détaillée pour chacun des sites. Seul le terrain d’étude de référence fera l’objet d’études approfondies avec des outils sédimentologiques, géochimiques et la réalisation de quelques datations. Ainsi le premier chapitre de cette partie tentera de relater différents fonctionnements de l’archivage grâce à l’investigation de quatre sites sélectionnés dans des environnements montagnards. Cette fonctionnalité sera discutée pour y retirer de l’information nécessaire à des reconstitutions géographiques. Le chapitre suivant fera de même en incorporant des outils sédimentologiques, géochimiques et des datations permettant de contraindre les hypothèses qui ont émergé lors de l’étude des sites précédents. Cette approche pluridisciplinaire sera réalisée sur le laboratoire souterrain de Choranche.

Photographie 1 : Salle de la décantation dans le réseau des Biefs Boussets à DESERVILLERS dans les hauts plateaux du Doubs. A noter que l’amont se trouve en arrière plan du cliché.

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CHAPITRE 3. DES PIEGES ENDOKARSTIQUE A SEDIMENTS

DETRITIQUES FINS. Ce chapitre, présentant quatre sites d’étude bien distincts dans l’espace et dans le temps, se veut défendre la méthode de l’étude comparée. Ainsi pour chaque terrain de cette recherche, il sera précisé le nom de l’objet d’étude, la localisation géographique du massif karstique, le contexte géographique et environnemental connu depuis sa mise en place ainsi que la localisation de l’objet d’étude dans le réseau endokarstique. Puis, suite à la création d’une carte géomorphologique de l’objet, nous nous essayerons à une reconstitution spéléogénétique avant de discuter sur les conditions de mise en place des séries sédimentaires qui la composent pour pouvoir en retirer toute l’information nécessaire à une étude plus approfondie voire à une reconstitution géographique. Ce chapitre exposera les sites de la salle de décantation dans les Biefs Boussets à DESERVILLERS dans les hauts plateaux du Doubs, de la galerie du Boulevarve dans la Grotte Sous les Sangles à BURBANCHE dans le Jura méridional, du remplissage en aval de la galerie du gypse dans la Borne aux Cassots à NEVY-SUR-SEILLE dans le Jura et de la salle de la galerie Eurêka dans le Trou du Garde à LA FECLAZ dans les Bauges. I. La salle de décantation des Biefs Boussets. Le gouffre des Biefs Boussets, dont l’entrée (x : 884.21 y : 228.32, z : 765 m en Lambert II étendue) se trouve au dessus du village de DESERVILLERS, fait partie d’un réseau plus vaste : le Verneau. Cette rivière souterraine bien connue des spéléologues se développe sous le deuxième plateau du Jura, parallèlement au chevauchement du Faisceau Salinois. Le Verneau, dont le gouffre des Biefs Boussets ne représente qu’un petit affluent, s’est formé en faveur des décrochements et chevauchements du Faisceau Salinois, dans une gouttière synclinale dont les faciès lithologiques appartiennent tous au jurassique supérieur (de bas en haut : Rauracien, Séquanien, Kimméridgien, Portlandien). La rivière souterraine se développe sur les marnes de l’Argovien (FOLTETE – 1985). Le gouffre des Biefs Boussets s’est formé sur un accident tectonique oblique. Ce dernier se retrouvant au toit des écoulements a permis, par une dynamique

d’érosion régressive, la formation d’un escalier de puits entrecoupé de méandres (MAIRE – 1990, AUDRA – 1994, JAILLET – 2005) D’après PETREQUIN (1985), la délimitation du complexe fluvio-glaciaire du plateau d’Amancey indique un englacement prolongé du Faisceau Salinois, au moins pendant les épisodes glaciaires anté-würmiens. Le drainage sous-glaciaire et juxta-glaciaire privilégiant les pertes situées au point le plus bas, c'est-à-dire les gouffres aujourd’hui pénétrables, le bassin d’alimentation du Verneau a donc participé à ces écoulements à plusieurs reprises pendant le quaternaire. En est pour exemple les rythmites rencontrées dans la salle des Dolois dans le gouffre de la Baume des Crêtes. Le piège endokarstique constitué par la salle de décantation (Photographie 1 page 17) se situe en aval de la perte suite à une succession de ressauts et portions de méandres. Cette salle, située à une profondeur de -78 m, précède un long méandre (Carte 1 page 19). Elle possède les dimensions suivantes : 11,10 m de large, 18,60 m de long et en moyenne de 3 m de hauteur.

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Cette salle d’effondrement (Carte 2 page 20) s’est mise en place à la faveur d’accidents tectoniques ultérieurement au creusement d’un méandre dont l’on retrouve une relique au toit de la salle. Puis, à la suite d’événements ponctuels (crues), la salle s’est comblée de matériaux détritiques (argiles de décantation, sables, graviers, galets, bois flottants, ossements d’animaux) qui sont actuellement d’une part remaniés par une faune souterraine et d’autre part soutirés lors de l’étiage. L’écoulement hydrologique, vecteur des sédiments détritiques fins, se propageant d’un conduit à section restreinte à une salle plus vaste, voit sa vélocité réduite par perte de charge. Cette dernière permet une sédimentation des particules les plus grossières en amont de la salle et des particules les plus fines en aval. A cet endroit la sédimentation est d’autant plus importante que la galerie qui fait suite à la salle, par ses dimensions réduites, force la sédimentation.

En crue, la section mouillée dépasse les banquettes latérales (communication orale de D. CAILHOL) ce qui peut permettre une sédimentation fine en aval d’objets (blocs) dans un courant mort. Cette information est importante sachant que, lors de la cartographie de ce piège, nous nous sommes aperçus de la présence de clastes de desquamations incorporés dans la série sédimentaire. Nous pouvons espérer que ces clastes se retrouvent seulement à certains endroits (en amont) du piège. Sans cela, l’étude à haute résolution de la série sédimentaire sera techniquement ardue. Enfin des concrétions sales ont été observées et peuvent faire l’objet de datation pour contraindre dans le temps cette série sédimentaire.

SHAG - 1985

Carte 1 : Localisation du gouffre des Biefs Boussets

Carte 2 : Représentation géomorpho-sédimentaire de la salle de Décantation du gouffre des Biefs Boussets à DESERVILLERS dans le Doubs.

II. La galerie du Boulevarve de la grotte Sous les Sangles. L’entrée de la grotte Sous les Sangles (x : 849.09 y : 99.5 z : 473 m en Lambert II étendue) se trouve sur la commune de BURBANCHE dans l’Ain. Elle est située au front des Alpes nord occidentales à la limite entre les parties externes et internes du Jura méridional en rive Ouest de la Cluse des Hôpitaux. Cette grotte se développe dans une lithologie calcaire du Kimméridgien. Ce faciès repose sur des calcaires argileux à intercalations marneuses (KERRIEN & MONJUVENT – 1990) qui représentent le niveau de base de ce réseau. La surrection du massif du Jura a, par compression N65-245, génère des failles (décrochantes : N110-120, N170-NO5 et chevauchantes : N150-160) qui ont structuré ce réseau et façonné la sédimentation (LIGNIER & DESMET – 2002). Comme pour de nombreuses cavités régionales, le creusement de la grotte sous les sangles peut être considéré au moins d’âge pliocène (AUDRA – 1994, DELANNOY – 1997). En période glaciaire, les glaciers alpins et locaux remplissent la Cluses des Hôpitaux, leurs moraines sont injectées dans les cavités karstiques et leurs eaux de fonte les ennoient, tendant à les colmater par leurs apports. En période tempérée, la vallée libre de glace redevient le point bas des écoulements, et les eaux drainant le massif s’écoulent à nouveau d’amont en aval de la cavité. Elles remobilisent les remplissages et reprennent leur érosion (LIGNIER & DESMET – 2002). Le remplissage des vallées par les glaciers semble localement inverser les gradients hydrauliques entraînant des inversions des écoulements endokarstiques (DELANNOY – 2002). Le piège sédimentaire constitué par la galerie du Boulevarve (photographie 2

page 22) se situe en amont de la grotte sous les sangles à 170 m de l’entrée et à +26 m par rapport à celle-ci, suite au Réseau Aval et à La Plage aux dimensions plus modestes (Carte 3 page 22). Elle possède les dimensions suivantes : 110 m de long, 7 m de large et 8 m de hauteur à son maximum. Contrairement aux conditions extérieures, dans le milieu souterrain, les contraintes géométriques exercées par les formes et formations ainsi que l’environnement géographique de la cavité, conditionnent l’hydrodynamisme de sédimentation. Ces contraintes géométriques, conditionnent la nature et la répartition des sédiments endokarstiques. Au sein de la grotte Sous les Sangles, plusieurs types de sédimentations sont observables, ce qui induit un fonctionnement polyphasé de la cavité. En ce qui concerne la galerie du Boulevarve (Carte 4 page 23), plusieurs types de sédiments peuvent y être rencontrés (Photographie 3 page 22). Cette diversité tient compte d’un fonctionnement polyphasé dont chaque phase a subi des contraintes différentes. Tout d’abord la sédimentation est influencée par l’environnement géographique de la cavité, l’englacement de la cluse soulève le niveau de base qui fait fonctionner la cavité en perte et où les sédiments transportés par le glacier remplissent la cavité. Au fil de celle-ci les remplissages sont influencés d’une part par la géomorphologie de la cavité et d’autre part par les remplissages eux-mêmes. En effet, en amont de La Plage et en aval du piège sédimentaire du Boulevarve, un rétrécissement de la galerie permet une perte de charge des écoulements ou une sédimentation forcée selon le sens d’écoulement ainsi qu’un barrage aux plus grossiers sédiments (moraines). Dans un premier temps (pulsion würmienne et/ou glaciation plus ancienne) ces influences se sont caractérisées par la géomorphologie de la cavité faisant apparaître des remplissages fluvio-glaciaires qui ont contraint les

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dimensions des galeries et qui ont généré une circulation en chenaux. Puis la création d’un ‘’bouchon’’ en aval de la galerie du Boulevarve a permis à celle-ci d’avoir une sédimentation glacio-lacustre (déglaciations pleniglaciaires du würm) (LIGNIER & DESMET – 2002).

La diversité des sédiments ainsi que leur organisation au sein de la cavité laisse espérer un fort pouvoir informationnel pour des reconstitutions géographiques et environnementales.

LIGNIER & DESMET - 2002

Photographie 2 : Galerie du Boulevarve.

Photographie 3 : Série sédimentaire de la galerie du Boulevarve

Carte 3 : Localisation de la grotte Sous Les Sangles

Clichés de E. VARREL & V. SHAEFFER

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Carte 4 : Représentation géomorpho-sédimentaire de la galerie du Boulevarve de la grotte Sous Les Sangles à BURBANCHE dans l’Ain.

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III. Le Piège de la Borne Aux Cassots. La Borne Aux Cassots (x : 852.56 y : 198.23 z : 305 m) se développe sous la commune de NEVY-SUR-SEILLE dans le Jura. Elle se situe en limite Ouest du massif du Jura, au débouché de la reculée de BAUME-LES-MESSIEURS, en rive droite de la Seille (Carte 5 page 25) sous le plateau de LONS-LE-SAUNIER. Le réseau se développe principalement dans les dalles nacrées du Callovien le long d’un axe structural Nord-Sud. Depuis les travaux de M. CAMPY (1982) il est intéressant de noter l’importance de l’action d’érosion des marges glaciaires dans la formation d’une reculée. Ainsi la morphologie de la reculée de BAUME-LES-MESSIEURS s’est formée essentiellement au cours du Riss, quelques ajustements par érosion karstique et cryoclastique ont été réalisés à l’interglaciaire Riss-Würm et au début du Würm. L’englacement du plateau de LONS-LE-SAUNIER au cours du Riss expliquerait dans un premier temps la mise en équilibre des parois et voûtes de la Borne aux Cassots dûe à l’application et au retrait de cette masse de glace. Dans un second temps, elle expliquerait, par des pertes sous-glaciaires lors du Riss et juxtaglaciaires à la fin du Riss, la mise en charge du réseau et la création de remplissages détritiques fins d’origine glaciaire dans l’endokarst. Le piège (photographie 4 page 25) situé en amont de la galerie du Bénitier (Carte 6 page 26) s’est formé suite à une mise en équilibre des parois et de la voûte, créant une trémie qui, par son volume, a induit un rétrécissement de la galerie ainsi qu’un barrage aux écoulements. Il possède les dimensions suivantes : 45 m de long, 17 m de large et 18 m de hauteur.

Ainsi et au vu des écrits de M. CAMPY, le remplissage sédimentaire fin endokarstique de ce piège pourrait être daté du Riss. Bien que n’étant pas inscrits dans le piège étudié, plusieurs spéléothèmes ‘’sales’’ ont été observés, au cours de la progression spéléologique, dans des remplissages que nous pourrions associer à ceux du piège étudié. Ces concrétions, ainsi que celles scellant les éboulis, pourraient faire l’objet de datations pour étayer cette hypothèse. De même que le piège précédemment illustré, la diversité des sédiments détritiques fins et leurs dispositions rencontrées dans ce piège, peuvent non seulement être utilisées pour des reconstitutions environnementales mais surtout géographiques.

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Photographie 4 : Amont de la galerie du Bénitier dans La Borne Aux Cassots à NEVY- SUR-SEILLE dans le Jura. Cliché de Stéphane JAILLET Le cliché regarde vers l’aval.

Carte 5 : Localisation de La Borne Aux Cassots.

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Carte 6 : Représentation géomorpho-sédimentaire de l’amont de la galerie du Bénitier dans La Borne Aux Cassots à NEVY-SUR-SEILLE dans le Jura.

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IV. Galerie Eurêka du réseau Garde-Cavale. Le Trou du Garde (x : 79.02 y : 884.17 z : 1362 m) s’ouvre dans une doline d’effondrement au nord de LA FECLAZ aux limites occidentales des Bauges en Savoie (carte 7 page 28). Il fait partie d’un réseau plus vaste : La Cha. Ce réseau encore en cours d’exploration se développe aujourd’hui sur 62 468 m. Le plateau de la Feclaz, où se développe le réseau de La Cha (Garde-Cavalle-Pleuracha-Doria), est constitué principalement par les calcaires Urgoniens. Ce réseau se trouve dans une gouttière synclinale d’axe Nord-Sud. Depuis la fin du Pliocène et au cours du Quaternaire, les Préalpes ont subi bon nombre de glaciations. Les glaces ‘’cristalines’’ (allochtones) (MAIRE R. – 1976) y sont majoritaires et ont fait varier, au cours du temps, le niveau de base des systèmes endokarstiques les environnant. La galerie Eurêka (carte 8 page 29), qui possède les dimensions suivantes : 5 à 10 m de large, 140 m de long et 20 m de hauteur au maximum, se trouve entre -170 m et -200 m sous l’entrée et à plusieurs kilomètres de celle-ci. Selon B. WILHELM (2007) la galerie Eurêka a une genèse polyphasée. En effet, en retenant la première hypothèse qu’il développe, qui semble la plus pertinente, cette portion de cavité a subi un creusement noyé, puis une incision en régime vadose, ensuite une phase paragénétique, qui inscrit dans le paysage des ‘’laminites’’ (photographie 5 page 28), associée à des banquettes limites et un remodelage de la voûte de la galerie, enfin de nouveau un régime vadose qui permit le surcreusement de ce paysage sédimentaire endokarstique. Cette élévation du niveau de base, qui fait passer la galerie Eurêka d’un

régime vadose à une genèse paragénétique est certainement due à un englacement conséquent de la vallée au cours du Quaternaire. Cela pourrait être vérifié en datant via les spéléothèmes ‘’sales’’ que l’on peut rencontrer dans ce piège sédimentaire. Bien qu’actuellement nous remarquons certaines formes de solifluxions dans la série sédimentaire de la galerie Eurêka, cette dernière, présentant une série de rythmites dépassant certainement 15 m de commandement et possédant en son sein des sédiments chimiques datables, est un site phare pour des études de reconstitutions géographiques et environnementales. Ainsi, il serait intéressant de préciser la spélèogenèse et d’appliquer des outils de sédimentologie et de géochimie pour pouvoir obtenir des informations, à l’exemple des travaux effectués dans la rivière souterraine de Chevaline à Choranche dans le Vercors.

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Photographie 5 : Série sédimentaire rythmée de la galerie Eurêka dans le trou du Garde.

Carte 7 : Localisation du réseau de Garde-Caval.

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Carte 8 : Représentation géomorpho-sédimentaire de l’amont de la galerie Eurêka dans le Trou du Garde à LA FECLAZ dans les Bauges (Savoie).

CHAPITRE 4. UN PIEGE ENDOKARSTIQUE ETAGE A SEDIMENTS DETRITIQUES FINS. Le laboratoire souterrain de Coufin-Chevaline à Choranche dans le Vercors possède en son sein un piège endokarstique étagé à sédiments détritiques fins. Il fut l’objet de nombreuses recherches : DELANNOY & Al. (1988), DELANNOY (1997), BLOIS (2000), PERRETTE (2000), PERROUX (2005), JAILLET & LIGNIER (2009), THOMAS (2009). De même que précédemment, la première approche de cette étude fut de construire un portrait de cet objet hypogé grâce à une approche naturaliste et des outils géographiques. Ceux-ci ont permis d’élaborer une hypothèse de spéléogénèse pour ce piège (THOMAS-2009) en apportant des informations sur sa structure et son évolution. La seconde approche fut d’utiliser des outils sédimentologiques et géochimiques pour comprendre le fonctionnement dynamique de cet objet. Ainsi dans ce chapitre, nous exposerons le portrait de ce piège, puis via les études sédimentologiques et géochimiques, couplées à des mesures de datation, nous essayerons de comprendre les interactions dynamiques entre les deux réservoirs de ce piège. De plus, ces analyses permettront de saisir les influences géomorphologiques endokarstiques sur cet objet, afin de discriminer la part des contrôles internes des forçages externes. I. Le réseau Coufin-Chevaline. Le réseau Coufin-Chevaline se trouve dans le Vercors septentrional (carte 9 page 31). Il développe 30 198 m de galeries sous le plateau des Coulmes dans les calcaires urgoniens. Ces calcaires, reposant sur les marno-calcaires de l’Hauterivien 300 m en contre haut de la vallée de la Bourne, en font un réseau perché. L’aval de ce réseau fut structuré sur des accidents N 15° associés à la faille de Gournier. Les Coulmes sont constitués par un vaste anticlinal faillé dont le pendage principal de l’axe descend vers la vallée de la Bourne. Ce plateau, dont l’altitude moyenne est de 800 m, n’a, au cours des derniers temps géographiques, jamais été englacé. L’exutoire pérenne du réseau Coufin-Chevaline est Coufin (x : 841.01 y : 312.76 z : 590 m) alors que Chevaline (x : 841.10 y : 312.39 z : 610 m) est l’exutoire temporaire en période de crue. En période d’étiage, les eaux de Chevaline sont

capturées par la galerie Serpentine (carte 10 page 31). Actuellement, ce réseau a atteint son état d’équilibre (maturité maximale), l’énergie qui en sort (dissolution & remplissage) est une remobilisation. Ce réseau présente, dans la rivière Chevaline, un siphon amont qui fait suite à la galerie des marmites et en aval la salle de la cathédrale avec en son sein un lac. Ces trois ensembles du système sont en connection via le vecteur hydrique (la rivière). Chacun présente des remplissages détritiques fins qui, par le fonctionnement particulier lié à leur étagement, en font un objet très intéressant pour cette étude (carte 11 page 32). Nous développerons se point par la suite.

Carte 9 : Localisation du réseau de Coufin-Chevaline.

Carte 10 : Toponymie du réseau aval de Coufin-Chevaline.

La cartographie géomorpho-sédimentaire de l’aval de la rivière Chevaline (Choranche-Vercors) est le fruit de plusieurs auteurs. La cartographie du siphon a été réalisée par Vincent LIGNIER et Stéphane JAILLET de 2007 à 2009. Le relevé topographique fut réalisé grâce à un décamétre et une boussole. La galerie fossile de Chevaline a été réalisée par Marjolaine VAUCHER en 2008. Le relevé topographique fut réalisé grâce à un lasermètre-clinomètre numérique (inpulse D3E – MapStar Systeme de Laser Technologie). La cartographie de la salle de la Cathédrale a été réalisée par Matthieu THOMAS en 2009. Le levé topographique fut réalisé grâce à un laserscan 3D (Leica HDS6100). Les données topographiques sont analysées par les logiciels : Surfer (Golden Software), Polyworks (InnovMetric). Les dessins sont réalisés sous le logiciel Illustrator CS3 (Adobe).

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II. Un piège hypogé étagé. Cette étude s’est concentrée sur le siphon de Chevaline tout en comparant les résultats obtenus par A.-S. PERROUX (2005) sur le lac de Chevaline. Le Siphon de Chevaline présente 234 m de développement de galerie noyée (122 m) et vadose (112 m) variant de 2 à 8 m de diamètre. Le Lac de Chevaline quant à lui se trouve en aval du siphon. De dimensions volumétriques plus modestes (60 m de long pour 50 m de large, profond au maximum de 7 m), il présente tout de même un épais remplissage détritique fin (10ene de mètres). Ces pièges ont la particularité de se trouver le long d’un même vecteur : la rivière Chevaline et sont espacés de quelques centaines de mètres l’un de l’autre. Cette proximité permet d’énoncer plusieurs hypothèses sur l’influence interne de la dynamique de sédimentation. En effet, d’après JAILLET & LIGNIER (2009), cet étagement permettrait une modification du signal événementiel le long du transit. Dans la suite de ce chapitre, nous essayerons de comprendre le fonctionnement de cette modification en nous appuyant sur les analyses faites dans le siphon et les travaux antérieurs réalisés sur le lac. III. Sédimentations actuelles. Nous avons tenté d’apprécier la dynamique de sédimentation par la pose de trappes à sédiments dans le siphon (au nombre de 20), la rivière (5) et le lac (4). Celles-ci permettent de quantifier et de qualifier cette sédimentation. Suite à leurs relevés, le matériel sédimentaire est analysé au laboratoire par des mesures massiques et granulométriques ou spectroscopiques (infrarouge).

Les trappes du siphon (graphique 1 page 37), disposées le long de son développement, ont été ouvertes le 27 Novembre 2008 et prélevées le 07 Octobre 2009. L’analyse massique a démontré une sédimentation moyenne de 0.8 g pendant cette période (maximum : 0.21 g ; minimum : 0.02 g). L’analyse Infrarouge de ceux-ci a révélé une forte hétérogénéité compositionnelle entre les différentes trappes. En effet, les trappes situées dans l’axe de développement du siphon ont une proportion similaire entre carbonates et silicates mais celles situées en aval, voient leur quantité de matière organique augmenter par rapport à celles situées en amont. Les trappes situées sur les banquettes latérales ont des compositions bien différentes. Elles sont plus fournies en matière organique et voient une diminution des carbonates au profit des silicates en allant vers l’aval.

Graphique 1 : Proportion pétrographique des sédiments piégés dans les trappes 1 à 8.

Graphique 2 : Proportion pétrographique des sédiments piégés dans les trappes de la rivière.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8

MO

Carbonates

Silicates

0%

20%

40%

60%

80%

100%

3iG 4tG L1tG L3iG L4tG

MO

Carbonates

Silicates

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Les trappes disposées dans la rivière (graphique 2 page 37) présentent une forte teneur en carbonates et matière organique au détriment des silicates. Cela est du à une disposition plus en aval encore de cette mesure pour la composition en matière organique et dans un environnement à plus forte vélocité pour la composition en silicates et carbonates. Sachant qu’il n’y a pas eu assez de matériel pour réaliser des mesures granulométriques, l’analyse géochimique permet d’extrapoler sur la nature granulométrique des sédiments. En considérant les carbonates pour des sables et les silicates pour des silts ou des argiles, il est possible d’identifier les dynamismes de sédimentation le long du siphon. Ainsi, ces analyses étayent les conclusions développées dans le prochain point de ce chapitre. IV. Interactions dynamiques. Suite aux travaux de A.-S PERROUX, trois carottages ont été effectués dans le siphon de Chevaline par V. LIGNIER et S. JAILLET : deux dans des banquettes latérales actives (CHE-SED-108 et CHE-SED-204) et une dans un ancien remplissage (CHE-SED-217) Les carottes CHE-SED-108 (PERROUX – 2006) et CHE-SED-204 mesurent 20.5 cm et ont été prélevées, en aval du siphon pour la carotte 108 et en amont de celui-ci pour la carotte 204, en rive gauche dans une banquette latérale inclinée à 45°. La carotte CHE-SED-204 présente une composition très argileuse, homogène à dominance brunâtre. (AnnexeI) La carotte CHE-SED-217 mesure 39.5 cm. Elle fut prélevée en amont du siphon, dans une banquette latérale en rive droite du canyon dont le toit de cette formation sédimentaire a été érodé (donc antérieur aux séries sédimentaires précédentes). Elle présente trois faciès

principaux : un fond brun similaire aux carottes précédentes, des passées à granulométrie sableuse claire et d’autres à granulométrie fine très sombre. (Annexe II) Des analyses granulométriques ont été effectuées sur les carottes 108 et 217. Il en résulte l’observation de deux séries sédimentaires ainsi que deux dynamiques sédimentaires bien distinctes. Ainsi la carotte 108 (graphique 5&6 page 39) à dominance silteuse ne présente aucune variation de granulométrie en son long. Cette sédimentation, d’après PASSEGA (1964) est le résultat d’une suspension uniforme antérieure à une sédimentation par décantation. Quant à la carotte 217 (graphique 3&4 page 39), elle présente une forte hétérogénéité granulométrique en son long. En effet, il est possible d’observer dans celle-ci des passées plus sableuses qui sont des niveaux de crues. Cette série sédimentaire s’est mise en place suite à de forts contextes hydrodynamiques qui ont permis aux sédiments de transiter par suspension et par roulement. L’approche spectrométrique sur la carotte 217 a été réalisée via une caractérisation par l’Infrarouge. Celle-ci est une première approche sur la pétrographie des sédiments qui composent la série sédimentaire. Elle permet, outre l’identification des principaux constituants (graphique 9 page 40), de les quantifier et donc d’étudier leur répartition le long de l’échantillon (graphique 8 page 40). Ainsi il a été possible de mettre en évidence que les passées à forte granulométrie associées à des phénomènes de crues sont caractérisées par une augmentation des carbonates au détriment des silicates, ce qui fait penser à une remobilisation de sédiments autochtones à l’endokarst. Il est possible d’observer également que la proportion de matière organique est constante le long de l’échantillon, même à proximité des faciès à sédiments fins noirs, ce qui exclut l’origine organique de ces faciès tout en favorisant l’idée qu’ils correspondent à des passées d’oxydes.

Evolution des contributions des trois grandes classes granulométriques sur CHO-SED-217

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40Longueur de la carotte en cm

Prop

ortio

n en

%

SablesSiltsArgiles

Evolution des contributions des trois grandes classes granulométriques sur CHO-SED-108

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

19,0

20,0

Longueur de la carotte en cm

Prop

ortio

n en

%

sablessiltsargiles

Image C/M de la Carotte CHE-SED-108

100

1000

10 100 1000Médiane

Q99

Image C/M de la carotte CHE-SED-217

100

1000

10 100 1000

Médiane

Q99

Graphique 5 : Evolution des contributions des trois grandes classes granulométriques sur CHE-SED-108 (PERROUX – 2006)

Graphique 3 : Evolution des contributions des trois grandes classes granulométriques sur CHE-SED-217

Graphique 4 : Image C/M de CHE-SED-217

Graphique 6 : Image C/M de CHE-SED-108 (PERROUX – 2006)

Image C/M modèle des sédiments du lac de la Cathédrale.

100

1000

10 100 1000

Médiane

Q99

Evolution pétrographique de la carotte CHE-SED-217

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75

n° Ech

Prop

ortio

n en

%

MOCarbonatesSilicates

Graphique 7 : Image C/M modèle des sédiments du lac de la Cathédrale.

Graphique 8 : Evolution pétrographique de la carotte CHE-SED-217

Graphique 9 : Spectre infrarouge de l’échantillon n°1 de CHE-SED-217

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V. Discussions. Les images C/M réalisées sur l’ensemble des carottes prélevées dans le système de Choranche permettent de mettre en évidence une structuration de la sédimentation. En effet, alors que les particules les plus grossières se déposent dans l’axe principal du siphon, les particules les plus fines se déposent en banquettes à 45° de part et d’autre de cet axe dans des courants morts où la sédimentation s’effectue par décantation. Ces sédiments sont remobilisés par de forts courants associés aux fortes crues et composent l’essentiel de la série sédimentaire du lac (graphique 7 page 40). Cette observation est soutenue par le monitoring, via des luirographes, mis en place par L. MOREL. Ce dernier démontre aussi l’existence d’une zone de stockage des eaux dans le regard, bien que tout le système réagisse à des proportions gardées, de la même façon pour un même épisode. Cela est étayé par les quantités importantes de sédiments argileux dans la trappe 8, mise en place dans le regard. Une volonté de connaître plus précisément le taux de sédimentation dans le siphon a amené la réalisation des datations dans la carotte ‘’active’’ CHE-SED-204. Cette datation, faite dans le Laboratoire Souterrain de Modane et réalisée à partir des propriétés des radioéléments, n’a rien donné. En effet, l’absence de ces derniers dans la carotte ne permet pas d’établir ce taux de sédimentation. Au vu des travaux de POURCHET & al. (1997) cette absence peut s’expliquer de deux manières : soit la sédimentation active est le fruit d’une production autochtone, soit le sédiment allochtone fut enfui dans le karst avant les pollutions atmosphériques, ce qui induit un transit assez lent dans l’endokarst jusqu’au site de sédimentation. Les outils de datation ont également été utilisés pour contraindre la temporalité

de l’ennoiement du siphon (THOMAS-2009). De ce fait deux concrétions (Figure 3 page 42) ont été prélevées et l’une d’elles a fait l’objet de datations U/Th. Ces mesures sont, pour le moment, toujours en cours. Ces observations sur la mise en place des sédiments détritiques fins dans les pièges endokarstiques étudiés pourraient permettent de mettre en évidence le fort potentiel informationnel de ceux-ci pour des reconstitutions géographiques et environnementales.

Figure 3 : Localisation des prélèvements effectués aux points topographiques 202 & 204.

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PARTIE III. LES SEDIMENTS DETRITIQUES DE GROTTE : Vers une typologie et une dynamique du piégeage. L’étude d’un objet géographique n’a souvent pas pour seul but de comprendre comment il fonctionne. Ces études géographiques, développant une méthodologie adaptée à la problématique posée, permettent d’être utilisées pour rendre compte d’une évolution d’un paysage qui est aujourd’hui investigué par la société humaine. Dans la dernière partie de ce mémoire, nous exposerons le fort potentiel informationnel des pièges endokarstiques à sédiments fins au vu de reconstitutions géographiques et environnementales. Pour cela, cette dernière est décomposée en deux chapitres. Le premier chapitre montrera l’intérêt des sédiments détritiques fins pour des reconstitutions géographiques et environnementales ainsi que l’importance de bien connaître la dynamique de sédimentation pour identifier les contrôles internes et les forçages externes. Le second chapitre s’essayera à une typologie dynamique des pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins afin de faciliter l'analyse, la classification et l'étude de systèmes sédimentaires complexes.

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CHAPITRE 5. INTERET POUR LES RECONSTITUTIONS GEOGRAPHIQUES ET ENVIRONNEMENTALES.

Depuis une cinquantaine d’années, les sédiments détritiques endokarstiques font l’objet d’études approfondies où les auteurs (CAVAILLE – 1960 ; RENAULT – 1967 ; BASTIEN & Al. – 1986 ; FERRIER – 1988 ; GOSPODARIC – 1988 ; CAMPY & Al. – 1992 ; BINTZ – 1995 ; DEBARD – 1997 ; DELANNOY – 1997 ; TEXIER – 1997 ; QUINIF & MAIRE -1998 ; KARVAZO & Al. – 2003 ; LE FILLATRE – 2001 ; LIGNIER & DESMET – 2002 ; LOSSON – 2003, PERROUX – 2005) leur reconnaissent une importance pour des reconstitutions géographiques et environnementales. L’étude de l’effet de site permet une approche à haute résolution pour ces reconstitutions. Dans ce chapitre, on montre l’importance de la localisation du piège, de sa mise en place ainsi que la dynamique sédimentaire qui lui est propre pour de telles reconstitutions. Une discussion sera effectuée sur la nécessité de pouvoir caler chronologiquement, de façon relative et/ou absolue, les différents complexes sédimentaires. I. Structure et localisation du piège. La régionalisation du piège et sa localisation dans l’endokarst conditionnent les modes de sédimentation (Tableau 2 page 47). Ce milieu, qu’est l’endokarst, tamponne l’enregistrement sédimentaire. En effet, dans la région de moyenne montagne où s’est développée cette étude, il est rare de trouver une sédimentation d’âge ante-Pliocène. De plus, l’étagement d’un système endokarstique au cours du temps permet un enclavement spatio-temporel des séries sédimentaires qui le composent. Par contre, suivant la région où se trouve le piège endokarstique, celui-ci n’enregistrera pas les mêmes événements de façon identique. Si la distance entre deux pièges devient trop importante, ils n’enregistreront pas les mêmes événements : c’est le forçage externe. Cette particularité spatiale s’affiche aussi à plus grande échelle. La position, dans cette région (talweg, plateau…), du réseau dont fait partie le piège, influence

également la sédimentation (type, nature, structure…) : c’est le contrôle spatial. Le contrôle interne est lui identifié sur la position du piège au sein du réseau endokarstique. Sa position par rapport à la source des sédiments autochtones ou par rapport à l’entrée dans l’endokarst des sédiments allochtones va influencer le temps de transit du sédiment et donc déphaser et réduire, voir même bloquer, l’information. L’environnement pétrographique du piège, par la présence de sédiments autochtones et allochtones de même nature ou de natures différentes, va lui aussi influencer (amplifier ou réduire) localement l’enregistrement. Cet environnement associé à celui de la structurale va conditionner la nature du piège (salle, méandre, lac…) et donc son hydrodynamisme. Cette mise en abyme des plans scalaires est nécessaire pour mieux cerner la part des contrôles internes et des forçages externes. Cela implique l’adoption d’une méthode d’étude à des échelles spatio-temporelles différentes mais surtout pluridisciplinaires.

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II. Hydrodynamisme Le contrôle interne est également identifié par l’hydrodynamisme qui siège dans le piège. En effet, suivant la nature du piège, mais aussi son organisation spatiale, celle-ci engendre une pétrographie sédimentaire bien différente. La première caractérisation de ce contrôle s’effectue sur le régime vadose ou noyé du piège. Ceux-ci vont influencer la nature granulométrique du sédiment et donc la résolution de l’information qu’il contient. Dans chacun de ces environnements, la répartition granulométrique s’effectue de façon bien particulière, suivant la compétence du vecteur hydrique en leur sein. De ce fait, bien qu’il existe une ségrégation des particules d’amont en aval, il existe aussi des pièges sédimentaires inclus dans d’autres. En effet, dans un piège sédimentaire délimité par les parois du volume endokarstique, il existe d’autres pièges, plus petits mais souvent d’une résolution supérieure, délimités par la vélocité de l’écoulement. Ainsi dans une zone noyée, il y a une décantation fine en banquettes inclinées à 45° en dehors de l’axe principal de circulation des eaux et donc dans des courants morts. Ces derniers peuvent être caractérisés également en aval d’obstacles, en zone noyée ou vadose, où la perte de charge se modèle selon le profilé de l’objet. Dans la zone vadose, la sédimentation fine s’effectue essentiellement par des mécanismes de perte de charge suite à l’ouverture brutale des conduits ou des mécanismes de sédimentation forcée en amont d’objet (trémie…) barrant totalement l’écoulement. Seule une étude attentive et descriptive via des outils cartographiques permet de reconnaître la disposition de cette sédimentation fine au sein d’un piège endokarstique. Ces séries sédimentaires fines, par des taux de sédimentation faible,

sont souvent de haute résolution pour des reconstitutions géographiques et environnementales. III. Evolution. Connaître l’évolution d’un piège sédimentaire permet une première approche sur la spéléogenése de la série sédimentaire qu’il contient. En effet, cette dernière ne pourra pas lui être antérieure. De plus, connaître l’état de maturité du réseau karstique et donc du piège, permet de réfléchir sur l’origine du sédiment (plus la maturité est grande plus la sédimentation active est le fruit de remobilisations). L’évolution syn-sédimentaire et post-sédimentaire est également très importante pour des reconstitutions géographiques et environnementales. En effet, la série sédimentaire peut subir des modifications plastiques, comme par exemple au piège de la galerie Eurêka dans le Trou du Garde, ou des modifications cassantes comme dans la galerie du Boulevarve dans la grotte Sous Les Sangles. Ces modifications renseignent sur la dynamique d’évolution et doivent être prises en compte pour des études à haute résolutions. De plus, la sédimentation par la création d’un volume sédimentaire va produire une modification (réduction) du volume géométrique. Cela va engendrer une dérive de l’information au sein de la série. Comme il est possible de l’observer dans le lac de la Cathédrale, dans la rivière Chevaline, le delta progradant diminue la tranche d’eau disponible et augmente donc la vitesse de circulation de l’eau.

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IV. Datations Une reconstitution, quelle qu’elle soit ne peut se passer de contrôles chronologiques. Cette dernière peut être appréciée de façon relative, en disposant les éléments entre eux, mais des études nouvelles (PERROUX – 2005) montrent que cette approche n’est pas forcément possible au sein même de la série sédimentaire. Il est donc indispensable de passer par des méthodes de datation absolue qui peuvent ensuite faire l’objet de datations relatives (exemple : spéléothème ‘’sale’’). De ce fait, plusieurs méthodes peuvent être utilisées suivant la nature du sédiment et de son âge supposé. La méthode des datations cosmogéniques (synthétiques ou naturelles) n’est applicable que sur des sédiments allochtones à l’endokarst. Ces datations indiquent le temps depuis lequel le sédiment se trouve sous terre (POURCHET & Al. – 1997 ; GRANGER & AL. – 2001 ; HÄUSELMANN & GRANGER – 2004) et renseignent donc sur le temps de transit et le taux de sédimentation sur des échelles temporelles réduites. La méthode de datation par paléomagnétisme (AUDRA & Al. – 1997) permet d’investiguer des durées plus importantes et peut être applicable à des sédiments autochtones à l’endokarst. Mais elle ne donne pas un âge direct. Les événements spontanés inscrits dans les archives écrites (séismes, crues…) peuvent eux aussi permettre une datation absolue par l’identification de la pétrographie associée à ces événements. Une plus grande précision temporelle peut être approchée via des méthodes de datation par proxy (environnementaux et isotopiques). L’étude fine de ces derniers peut également amener à un gain d’informations sur l’environnement auquel ils appartiennent.

Enfin, la datation des couples isotopiques dans les sédiments chimiques incorporés dans la série sédimentaire détritique, permet de raisonner sur des échelles de temps bien plus importantes. V. Informations géographiques et environnementales La lecture d’une série sédimentaire peut s’effectuer sur plusieurs plans scalaires, permettant pour chacun d’eux de gagner des informations géographiques ou environnementales. La structure de la série sédimentaire, son agencement dans l’espace et la nature des sédiments qui la composent, permettent de renseigner sur la géographie contemporaine à sa mise en place ou antérieure à celle-ci, si le temps de transit du sédiment dans le karst est trop important. Les proxy contenus dans cette série sédimentaire (tableau 4 page 47), quant à eux, renseignent sur l’environnement syngénétique ou, pour la même raison antegénétique. La diversité de ces proxy permet de renseigner sur un grand nombre de paramètres environnementaux. Aujourd’hui, les informations contenues dans les sédiments détritiques fins endokarstiques peuvent être lues à haute résolution (infra-annuelle) via des méthodes d’observation microscopique et d’analyses géochimiques (PERROUX & Al. – 2010).

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Tableau 2 : Synthétisation des informations sur les terrains investis.

Tableau 3 : Typologie sédimentaire (modifiée d’après DELANNOY – 1997)

Tableau 4 : Les différentes mémoires environnementale incluses dans les archives détritiques endokarstiques (PERROUX – 2005)

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CHAPITRE 6. TYPOLOGIE DES PIEGES ENDOKARSTIQUES A SEDIMENTS DETRITIQUES FINS. Une typologie permet de faciliter l’analyse, la classification et l’étude d’un ensemble d’objets présentant des caractéristiques partagées. Les pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins peuvent être identifiés par la nature des sédiments qui les composent, ainsi que par la dynamique de mise en place de ces sédiments. Ainsi, les systèmes sédimentaires complexes qu’ils représentent peuvent être hiérarchisés selon ces deux critères. Ce dernier chapitre nous permettra de classer les sédiments détritiques fins que l’on peut rencontrer dans un milieu hypogé, en prenant le temps de développer l’intérêt qu’ils portent pour des reconstitutions géographiques et environnementales. Puis nous pourrons, en fonction du sédiment rencontré, s’essayer à une classification dynamique de l’objet de cette recherche où pourront être dégagées les différentes influences internes sur l’information sédimentaire par le contexte géométrique. I. Classification des sédiments détritiques fins endokarstiques. La classification des sédiments détritiques fins rencontrés dans l’endokarst a pour but de les répertorier et d’établir leurs caractérisations minéralogiques. Elle permet donc de reconnaître la mise en place des séries sédimentaires. Cette classification ne se veut pas interprétative pour éviter d’induire en erreur sur la signification de la sédimentation (forçage externe climatique ou anthropique). Il est essentiel dès à présent de reconnaître les dépôts et les remplissages endokarstiques. En effet, selon leurs origines et leurs temporalités vis-à-vis de la formation du piège sédimentaire qui les contient, les dépôts sont syngénétiques alors que les remplissages sont postgénétiques. De plus, ces deux caractères de la série sédimentaire sont nuancés par l’origine même des sédiments. Ils sont autochtones si les sédiments sont le fruit d’une dissolution, d’une désagrégation ou d’un démantèlement de la roche encaissante. Ils sont para-autochtones s’ils proviennent d’un lessivage des alentours. Enfin ils sont allochtones s’ils proviennent d’un espace

autre que celui où ils se déposent. Cette spatialité peut être elle-même nuancée suivant l’échelle de l’étude réalisée. Ainsi, suivant cette échelle, nous parlerons de dépôt ou remplissage autochtone, para-autochtone ou allochtone. Les classifications antérieures à cette recherche hiérarchisent les sédiments suivant leurs origines (QUINIF – 1989 ; RENAULT – 1987 ; MAIRE – 1990), leurs mécanismes de dépôt (RENAULT – 1987 ; DELANNOY -1997) ainsi que par les processus de mise en place (DELANNOY -1997 ; LE FILLATRE – 2001) mais tous s’accordent à définir les sédiments par leurs tailles granulométriques (tableau 1 page 14). Pour les sédiments détritiques endokarstiques, les mécanismes de sédimentation sont les accumulations gravitaires et le transport par les eaux courantes. Ces dernières induisent les processus de mise en place qui sont fluviatiles, de ruissellement ou de décantation (idem). La classification de 1997 de J.-J. DELLANOY semble la plus représentative pour ces sédiments (Tableau 3 page 47) Ainsi, il est possible de réaliser une synthèse de ces travaux et permettre d’initier une approche typologique

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dynamique des pièges endokarstiques qui contiennent ces sédiments. II. Classification dynamique des pièges endokarstiques. Comme il a été énoncé dans le chapitre précédent, la mise en abyme des plans scalaires pour l’étude sédimentaire endokarstique est nécessaire. Il est important de reconnaître premièrement, l’agencement du piège sédimentaire au sein du réseau endokarstique et deuxièmement, l’agencement des pièges sur un même vecteur de transit (JAILLET – 1999). En effet, dans un réseau étagé ou même à fort développement, l’information recherchée sera conditionnée par la position de la série sédimentaire dans celui-ci. A plus grande échelle, le piège sédimentaire en lui-même et par son contexte géométrique, va contrôler l’information via le caractère dynamique du vecteur de l’information : l’écoulement libre des eaux. Ce dernier, par son hydrodynamisme, va permettre l’établissement d’une variation de l’information ainsi que de la résolution de celle-ci au sien même du piège. Les sédiments portant cette information répondent à des lois physiques en ce qui concerne leur sédimentation. D’après le diagramme de HJULSTRÖME (1935) il y a deux possibilités d’atteindre une sédimentation ; soit en augmentant la taille des particules, soit en diminuant le débit de l’eau. Ces deux alternatives peuvent s’observer sur le terrain. Ainsi les variations de granulométrie des sédiments vont, sous l’influence de la capacité du courant, permettre une ségrégation des sédiments d’amont en aval comme on peut l’observer dans la salle de décantation du gouffre des Biefs Boussets. La diminution

du débit de l’eau, qui s’observe dans tout piège endokarstique à sédiments fins, est due soit à un barrage en aval, soit à une perte de charge. Cette dynamique s’observe dans les différents plans scalaires, à l’échelle du piège et au sein de celui-ci. Le barrage des écoulements conduit à une sédimentation forcée. Ce barrage peut être de plusieurs natures, il peut être le fruit d’une trémie (La Borne Aux Cassots) ou d’un rétrécissement fort du volume endokarstique (La Grotte Sous Les Sangles) à l’échelle du piège. Il est exprimé par une stalagmite ou un bloc au sein du piège. La perte de charge, quant à elle, est due au passage d’une section réduite (méandre) à une portion plus large (salle) par les écoulements (Gouffre des Biefs Boussets). Cette perte de charge s’effectue également au sein du piège à l’aval d’un obstacle ou dans des courants morts (Siphon de Chevaline). Ces exemples portent tous sur des dynamiques sédimentaires réalisées dans des galeries syngénétiques. Le cas particulier du paragénétisme a été approché via le site de la galerie Eurêka dans le trou du Garde. Cette genèse bien spécifique à l’endokarst permet pourtant des dépôts souvent de grand commandement. Et leur seule existence renseigne sur un niveau de base élevé et donne donc de l’information paléo-géographique. Cet essai de typologie des pièges endokarstiques à sédiments fins n’est pas exhaustif. En effet, le temps qui a été imparti à cette recherche n’a pas permis de visiter un grand nombre de sites. Il est donc important que cette étude se poursuive pour compléter cette classification. Nous proposons une typologie fonctionnelle sous forme de tableau mais aussi sous forme de schéma d’influence, des différentes composantes d’un système endokarstique, sur ces pièges :

Figure 4 : Typologie fonctionnelle des pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins sous forme de schéma d’influence.

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CONCLUSION GENERALE. Cette recherche portait sur le contexte géométrique du piège endokarstique et de son environnement immédiat. Elle s’inscrit dans les travaux de recherches à hautes résolutions sur les séries sédimentaires détritiques permettant des reconstitutions paléogéographiques et environnementales. Elle s’appuyait sur une méthodologie analytique, se traduisant par des observations, des cartographies géomorpho-sédimentaires ainsi que par des analyses sédimentaires (granulométriques, pétrographiques…) et géochimiques. Différents terrains d’étude ont été investis et ont permis de mettre en avant la grande diversité des contrôles internes sur la dynamique sédimentaire et donc sur l’information sédimentaire. La typologie proposée rend compte de deux grands phénomènes d’influence sur cette dynamique : la perte de charge et la sédimentation forcée. Celles-ci se caractérisent dans différentes géométries souterraines (méandres, salles, obstacles, marmites, lacs…) qui sont chacun caractérisés par leur structure, leur évolution et un fonctionnement propre. L’agencement des pièges entre eux, dans l’espace karstique, l’étagement ou l’emboîtement de ces pièges influencent l’information sédimentaire et ceci pour un même événement externe. En effet, les exemples étudiés montrent que l’information peut être amplifiée (exemple du réseau Coufin-Chevaline), réduite (exemple du gouffre des Biefs Boussets), bloquée, et/ou déphasée (exemples du réseau Coufin-Chevaline et de la Borne aux Cassots). Finalement, bien que le nombre de terrains investis soit encore insuffisant, la typologie présentée ici constitue une piste de classification et de structuration des forçages externes et des contrôles internes sur l’information sédimentaire. Les conditions de sédimentation influencées par le contexte géométrique (effet de site) ainsi que l’apport de sédiments autochtones et para-autochtones (source interne), s’ajoutant aux sédiments allochtones (source externe) dans la série sédimentaire, engendrent un signal complexe qu’il convient de mieux caractériser pour permettre des reconstitutions paléogéographiques et/ou environnementales. Cette étude ne cherchait ici qu’à discriminer les parts du contrôle interne sur cette sédimentation. De fait, il n’a pas été proposé d’interprétations pour des reconstitutions climatiques ou paléo-environnementales. Cependant, sur le site de Choranche (réseau de Coufin-Chevaline), il a été possible de mettre en œuvre un arsenal analytique plus conséquent sur deux carottes courtes et de proposer quelques interprétations quant à l’évolution du site. Cette approche qui visait à mieux appréhender le contrôle géométrique endokarstique doit à présent être étendue à d’autres sites et sur une problématique de recherche plus large. Dans les Alpes occidentales, on sait que le dernier maximum du froid (LGM : Last Glacial Maximum) s’est traduit par une importante avancée glaciaire, un remplissage glaciaire majeur des vallées alpines et la mise en place de vastes lobes de piémont. Les marqueurs externes de cette glaciation (morphologies et dépôts) ont été récemment contraints avec efficacité et les extensions spatiales bien identifiées (Thèse COUTTERAND, 2010). Les implications endokarstiques d’une glaciation (ennoiement des réseaux souterrains, indigence des écoulements, apports détritiques allochtones, libération des colmatages…) restent certes à définir précisément, mais les méthodes analytiques réalisées dans le cadre de ce mémoire pourraient être utilement mises en œuvre sur différents grands karsts des Préalpes françaises du Nord. A la clef, il devrait être possible d’affiner les paléo-altitudes de l’englacement et par l’étude de la reprise du concrétionnement de compléter le modèle chronologique de la déglaciation alpine.

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WILHELM B. – 2007 Contribution à la connaissance des systèmes karstiques dans les Préalpes septentrionales (réseau Garde-Caval, La Feclaz, Bauges) Mémoire de Master 1, Univ Savoie, 174 p. X-Y-Z

TABLE DES ILLUSTRATIONS. Liste des cartes : Carte 1 : Page 19 Localisation du gouffre des Biefs Boussets Carte 2 : Page 20 Représentation géomorpho-sédimentaire de la salle de Décantation du gouffre des Biefs Boussets à DESERVILLERS dans le Doubs. Carte 3 : Page 22 Localisation de la grotte Sous Les Sangles Carte 4 : Page 23 Représentation géomorpho-sédimentaire de la galerie du Boulevarve de la grotte Sous Les Sangles à BURBANCHE dans l’Ain. Carte 5 : Page 25 Localisation de La Borne Aux Cassots. Carte 6 : Page 26 Représentation géomorpho-sédimentaire de l’amont de la galerie du Bénitier dans La Borne Aux Cassots à NEVY-SUR-SEILLE dans le Jura. Carte 7 : Page 28 Localisation du réseau de Garde-Caval. Carte 8 : Page 29 Représentation géomorpho-sédimentaire de l’amont de la galerie Eurêka dans le Trou du Garde à LA FECLAZ dans les Bauges (Savoie). Carte 9 : Page 31 Localisation du réseau de Coufin-Chevaline. Carte 10 : Page 31 Toponymie du réseau aval de Coufin-Chevaline. Carte 11 : Page 32 Représentation géomorpho-sédimentaire de l’aval de la rivière Chevaline à CHORANCHE dans le Vercors (Isére).

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Liste des figures : Figure 1 : Page 11 Schéma de l’influence du contexte géométrique endokarstique sur l’enregistrement sédimentaire. Figure 2 : Page 16 Démarche méthodologique de la caractérisation de l’effet de site pour un piège endokarstique à sédiments détritiques fins. Figure 3 : Page 42 Localisation des prélèvements effectués aux points topographiques 202 & 204. Figure 4 : Page 50 Typologie fonctionnelle des pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins. Liste des graphiques : Graphique 1 : Page 37 Proportion pétrographique des sédiments piégés dans les trappes 1 à 8. Graphique 2 : Page 37 Proportion pétrographique des sédiments piégés dans les trappes de la rivière. Graphique 3 : Page 39 Evolution des contributions des trois grandes classes granulométriques sur CHE-SED-217 Graphique 4 : Page 39 Image C/M de CHE-SED-217 Graphique 5 : Page 39 Evolution des contributions des trois grandes classes granulométriques sur CHE-SED-108 (PERROUX – 2006) Graphique 6 : Page 39 Image C/M de CHE-SED-108 (PERROUX – 2006) Graphique 7 : Page 40 Image C/M modèle des sédiments du lac de la Cathédrale. Graphique 8 : Page 40 Evolution pétrographique de la carotte CHE-SED-217 Graphique 9 : Page 40 Spectre infrarouge de l’échantillon n°1 de CHE-SED-217

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Liste des photographies : Photographie 1 : Page 17 Salle de la décantation dans le réseau des Biefs Boussets à DESERVILLERS dans les hauts plateaux du Doubs. Photographie 2 : Page 22 Galerie du Boulevarve. Cliché de E. VARREL & V. SHAEFFER Photographie 3 : Page 22 Série sédimentaire de la galerie du Boulevarve Cliché de E. VARREL & V. SHAEFFER Photographie 4 : Page 25 Amont de la galerie du Bénitier dans La Borne Aux Cassots à NEVY-SUR-SEILLE dans le Jura. Cliché de Stéphane JAILLET Photographie 5 : Page 28 Série sédimentaire rythmée de la galerie Eurêka dans le trou du Garde. Liste des tableaux : Tableau 1 : Page 15 classe granulométrique selon WENTWORTH (1922) Tableau 2 : Page 47 Synthétisation des informations sur les terrains investis. Tableau 3 : Page 47 Typologie sédimentaire (modifiée d’après DELANNOY – 1997) Tableau 4 : Page 47 Les différentes mémoires environnementales incluses dans les archives détritiques endokarstiques (PERROUX – 2005) Tableau 5 : Page 50 Typologie fonctionnelle des pièges endokarstiques à sédiments détritiques fins.

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ANNEXES.