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Géologie du Quaternaire : les formations superficielles Définition du Quaternaire= Le quaternaire est la période géologie qui a vu apparaître l’Homme en Europe. Il y a deux grandes périodes au Quaternaire: -Pléistocène ( 3sous périodes, inférieur, moyen et supérieur ) -Holocène (actuel, -11000 à nos jour) Les caractéristiques principales du quaternaire sont les glaciations. En effet, le Quaternaire est marqué par des alternantes entre des périodes chaudes et périodes froides (glaciations). Ces glaciations étaient d’abord étudié dans les Alpes qui a commencé au début 20e siècle et on établit une chronologie alpine. A la suite, les chercheurs scandinaves ont également établit un chronologie qui est de plus en plus précise et qui se base sur la paléonologie. Ces variations du climat sont appelé les stades isotopiques et vont être dût aux changements orbitaires des variations de la Terre. Par exemple, sa distance par rapport au soleil etc. On utilise le terme isotopique car on étudie, à partir des glaces polaires, la variation de deux isotopes de l’oxygène, oxygène 16 et 18. En fonction de la quantité du rapport entre ces deux isotopes on va avoir un température plus chaude lorsque l’oxygène 16 va se trouver dans les océans. Lorsque cet oxygène 16 va âtre stocké dans les calottes glaciaires on va avoir des températures froides. On explique ce phénomène par la différence de poids en ces deux oxygènes. Ces isotopes de l’oxygène vont permettre d’établir la chronologie isotopique ou stade isotopique. Ces stade isotopiques sont composés de périodes chaudes qui correspond au stade impair et les périodes froides vont correspondre au stade pair. Ces variations climatiques vont avoir plusieurs effets. L’effet le plus caractéristique est les variations du niveau marin. En effet, lorsque la glace est piégée dans les glaciers, le niveau d’eau étant constant sur Terre, le niveau marin va diminuer. En période froide, la mer est plus basse par rapport à la période chaude. On va également avoir territoires tour à tour émergés/immergés, par exemple la manche qui va être a sec en période froide, et des zones habitables/inhospitaliers. Ces variations vont forcer la migration des flores et faunes. Approche géoarchéologique= L’approche archéologique est d’abord sur un site archéologique, c’est-à-dire étude de la séquence sédimentaire. On définit l’unité statigraphique correspond à la plus petite subdivision de la séquence stratigraphique Le But : reconstituer l’histoire sédimentaire d’un site par la description de la séquence stratigraphique sédimentaire, des phénomènes remarquables afin de reconstituer les environnements et les climats passés → Connaissance nécessaire des processus de mise en place des sédiments notamment par le recours à des référentiels actualistes spécifiques : exemples de dépôts sédimentaires actuels afin de comprendre les enregistrements passés. → Corrélation avec des séquences régionales bien établies servant de référentiel

Sur les sites archéologiques: → étude de la séquence sédimentaire → position des vestiges anthropiques au sein de la séquence et interrelations avec les unités stratigraphiques L’approche géoarchéologique est également l’étude des conditions de formations d’un site et son évolution=> taphonomie. C’est aussi la définition du contexte paléoenvironnemental et chronostratigraphique (corrélation avec des séquences régionales) plutôt hors site archéologique. Le cadre chronostratigraphique breton= Cela a été un travail de longue haleine, depuis les années 1970 par un géologue nommé Jérôme Ramonier. Ce travail consistait a étudié des grandes coupes sur les falaises de la coupe nord de Bretagne et établir des corrélations entre ces falaises pour obtenir la séquence cumulée la plus complète possible. Ce travail a été révisé au début des années 2000 par une géo-archéologue nommée Marine Laforge. Elle a ajouté des datations absolues par exemple. Le cadre chronostratigraphique breton s’appuie a la fois sur les coupe de référence sur la coupe nord de la Bretagne mais également sur les coupes du Finistère Sud. Elle s’est appuyée sur plusieurs ypes de dépôts sédimentaires qu’elle a rencontré dans les formations pléistocènes du pourtour du Massif armoricain :

→ cordons de galets → dunes littorales → colluvions → icoulées de sol iluxion → loess et dunes périglaciaires Ces différentes formations sont affectées par des pédogenèses et d'autres perturbations postdépositionnelles (bioturbations, cryoturbations, hydromorphie, …).

I) Définition d’un sédiment Dépôt meuble mise en place à la surface de la Terre entre la partie immergée des continents et les grands domaines de sédimentation (ex : océans). Sédiment détritique → résulte de l’altération et de l'érosion d'une roche antérieure (de tout type) Il n’a pas subi le processus de diagénèse : pas d’évolution vers une roche sédimentaire

Regroupés selon diverses appellations : → roches meubles → dépôts sédimentaires → formations superficielles (terme le plus utilisé) → couverture sédimentaire → formations plio-quaternaires → formations pléistocènes et holocènes

Les éléments détritiques sont transportés des versants vers la mer mais sur ce chemin, nous avons ce qu’on appelle des pièges à sédiments, soit milieux de sédimentation ! Cela signifie qu’il y a des interruptions de la progression des matériaux des zones d'érosion vers le domaine marin => alternance d'érosion (ablation des éléments d’une roche antérieure, ou d’un sédiment de son dépôt primaire) et de sédimentation (dans des pièges sédimentaires, dépôt en position secondaire, …)

Il existe plusieurs types de milieux de sédimentations tel que le littorale, continental et le milieu marin.

II) le cycle sédimentaire 1) Altération (et érosion) La matière sédimentaire s’élabore par les roches qui subissent, sur le continent des altération sous l’effet des conditions météorologiques. Cette altération va avoir pour effet de rendre les roches moins cohérente, de faciliter leur désintégration ainsi que l’érosion. Il s’agit d’une modification des propriétés physico-chimiques des roches

Plusieurs types : - mécanique. Ex : altération météorique (eaux de pluie), gélifraction (cryoclastie) due au gel

- biologique Ex : terriers, racines, activité biologique, bactéries, microbes…

- chimique par dissolution et hydrolyse (altération ménagée en pays tempérés) Souvent les 3 types d’altération coexistent. L’altéraion est la désagrégation des roches qui favorise l'érosion mécanique et la production sédimentaire 2) Érosion et transport L’exportation de ces produi d’alération vont s’établir à parir de plusieurs agents de transports et d’érosion. → les glaciers lorsqu’ils dévalent les pentes va éroder la vallée. → l'eau, les cours d'eau, la mer. Le transport par l'eau par plusieurs types selon les éléments charriés ou fondu. Nous allons retrouver des figures d’érosion, caractéristique du passage de l’eau. Nous allons avoir par exemple des encoches marines par l’érosion de la mer.

→ le vent, très important lorsque le couvert végétal est réduit.

→ la gravité. Par exemple, des débris se détache et descendent sur la paroi. Ils s’arrêtent lorsque la pente est trop faible 3) La sédimentation La sédimentation se définit comme le stockage des produits d’altération. On va retrouver du dépôt lorsque l’agent de transport n’a plus la capacité de transporter le produit, on va donc avoir un dépôt. A partir des différents milieux de sédimentations, on va pouvoir définir les différents types de formation=>de versant, glaciaires, fluviatiles, littorales et éoliennes

III) Les principaux types de dépôts et figures sédimentaires 1) Les dépôts de pente continentaux : Processus sédimentaires Un versant( dépôt de pente) est l’espace qui est compris entre une ligne sommet ou autre point haut et le fond de la vallée qui représente un point bas. Dans le point bas peut circuler un vecteur organisé (rivière ou cours d’eau). Les dépôts et mode de dépôt pour un versant vont s’appliquer à cette caractéristique. Il y a deux types de contexte=> en équilibre et déséquilibre, c’est-à-dire un versant avec une pente forte où la matière se déplace de manière rapide discontinue dans le temps et localisé dans l’espace. La gravité joue le rôle majeur et va définir un talus d’équilibre qui va dépendre de la taille des particules présents dans les débris. Pour des particules fines, un talus d’équilibre sera à 35° , pour des moyens ce sera à 40°, pour des gros comme des galets ce sera à 45°. Des facteurs contribuent au déséquilibre des versants. Le facteur le plus important est la teneur en eaux, il y a aussi la topographie, le climat et l’homme.

Puis nous avons les versants en équilibre où la pente est faible et déplacements de matière peu perceptibles → cas du Massif armoricain, socles de vieilles montagnes, Bassins parisien et aquitain En contexte climatique tempéré on va avoir une absence de substrat à nu, mais couverture d'altérites meubles ± déplacées (versant couvert) 3 types de processus de migrations élémentaires des particules et des débris sur le versant: - migrations à l'intérieur du profil: Eaux d'infiltration, chargées en éléments dissous qui migrent du sommet à la base : +- synonyme de lessivage (notamment des argiles) - ruissellement superficiel en sommet de profil : Précipitations, saturation des sols, écoulement de surface, ravines et rigoles : lavage et résidualisation Tri partiel des débris = départ des éléments fins - ruissellement superficiel en sommet de profil : Précipitations, saturation des sols, écoulement de surface, ravines et rigoles : lavage et résidualisation Tri partiel des débris = départ des éléments fins - reptation : mouvement lent, attesté par témoignages indirects comme les arbres penchés, poteaux, … Favorisée par eau et gel, mais existe à sec. Issue de multiples processus : action biologique, impacts gouttes de pluie, altération, gel, gravité… Nous avons 6 processus sédimentaires qui sont à l’oeuvre sur le versant 1. Éboulisation, éboulement 2. Reptation 3. Solifluxion 4. Glissements de terrain 5. Coulées de débris et coulées sèches 6. Ruissellement

L'éboulisation = chute et sédimentation au pied d'une paroi raide de débris rocheux isolés ou de groupes de débris au sein desquels les interactions dues aux collisions sont faibles. Chaque fragment suit une trajectoire qui lui est propre.

Éboulisation → chute de fragments au volume < 1 m³ Eboulement → volumes de 1 à 100 m³ Ecroulement → volumes supérieurs

L’écroulement et l’éboulement vont se faire dans l’air, sous l’effet de la gravité seul. Nous allons avoir une accumulation des éboulis au pied de la paroi=> formation du talus. Ces éboulis vont former un cône. Lorsque les cônes vont être côte à côte, on va avoir un ensemble de cône que l’on appelle un voile.

Les éboulis sont notamment particulièrement intéressant dans le cas d’abris-sous-roche ou de grottes occupées par les Hommes car ils permettent de figer les occupations. La sédimentation primaire liée à l'éboulisation (production de débris) s'accompagne toujours d'une redistribution des débris sur la pente : surtout par reptation et par coulées sèches.

Reptation=>La reptation est un mouvement lent du sol ou de la couverture de débris superficiels qui n'est perceptible que sur de longues périodes d’observation Facteurs principaux : - impact des gouttes de pluie (splash), - activité biologique, - piétinement animal,

- transferts en suspension liés au lessivage, dissolution des minéraux - variations de volume de sol dues aux alternances d'humectation et dessiccation et aux variations thermiques Formes indicatrices de reptation : fauchage des couches en coupe, surface de sol ondulée, arbres incurvés vers l'aval

La reptation peut se voir en coupe dans les formations pléistocène, c’est ce qu’on appelle Les arènes litées, issues du déplacement lent et du fauchage. Déformation par étirement des roches meubles, dont la structure originelle est parfois reconnaissable. Déplacement de l'ordre du mm/an. Déplacement relatif de particules selon d'innombrables mouvements infimes, continus dans le temps, ou temporaires (saisons)

Notamment présentes en moyenne montagne (Massif central), et activées par le gel (cryoreptation). En effet, dans le sol, nous avons des aiguilles de glace qui vont se créer, le sol va se contracer rétracter suivant les saisons. On va avoir des mouvements verticaux par ces aiguilles de glaces qu’on appelle pipracte.

La reptation va permettre l’apparition de types de reptation particuliers : 1°l'érosion mécanique des labours : colluvions anthropiques liées aux déplacements cumulés des mottes de terre par les outils agricoles. Elles sont issues du déplacement lent des particules par les labours. → Matériau sombre, riche en fraction fine (limons et argiles) et en matière organique. Issues de l'érosion des horizons supérieurs du sol formés en haut de versant, accumulation en bas de versant Présentes dans toutes les régions soumises à l'agriculture, et associée également au ruissellement 2° l'érosion mécanique des labours : colluvions anthropiques la solifluxion= reptation particulière l'action du gel-dégel domine sur les autres facteurs La solifluxion correspond à un déplacement lent de formations détritiques meubles sur une pente sous l'effet des cycles de gel-dégel, sans zone de rupture distincte.

solifluxion = lente reptation due aux cycles gel-dégel. Déplacement qui associe 2 principaux types de processus : → la cryoreptation = mouvement lié au soulèvement du sol provoqué par la cristallisation de la glace:soulèvement cryogénique par des aiguilles de glace → la gélifluxion = fluage du sol proche de la saturation en eau lors du dégel. Définition réservée à des phénomènes périglaciaires La solifluxion est souvent sous forme de lobe, on peut avoir également des nappes,formant des plis dans la couverture superficielle → liés à répartition hétérogène des vitesses de déplacement sur le versant Ce sont des phénomènes que l’on observe dans des lieux très froid. Nous avons des paysages caractéristiques de cette solifluxion, c’est ce qu’on appelle des sols striés.=>Sur le versant, les coulées de solifluxion peuvent former des bandes de cailloux allongées dans la pente

Caractéristiques des dépôts : ils contiennent en général en abondance des débris grossiers et mal classés, provenant du remaniement de formations glaciaires ou d'éboulis. Ils peuvent être lités, mais le plus souvent les litages sont flous ou absents mais il existe souvent une orientation préférentielle des débris selon la pente.

Nous retrouvons de nombreux exemples sur le terrain:

Glissement sur le terrain=>Les glissements sont des mouvements gravitaires de terrain sur une surface de rupture de pente variable mais marqué. Donne naissance à une zone d'arrachement en amont, c’est-à-dire un zone de dépression délimitée par un escarpement principal. Donne également naissance une zone d'accumulation à l'aval formant un bourrelet frontal ou front du glissement. Pour provoquer un glissement de terraijn, il faut des facteurs déclenchants : pluies, séismes, ou activité humaine. Cela va causer un déséquilibre du sol. Les vitesses de déplacement peuvent aller de quelques centimes par an à quelques mètres par jour

Coulées de débris=>Les coulées de débris sont des écoulements en masse rapides de débris dont le fluide interstitiel (le fluide qui coule entre les espaces des particules) est composé d'eau ou d'eau additionnée de particules argileuses. Selon l'abondance des éléments grossiers, nous pouvons émettre des distinctions : coulée de débris et coulée boueuse

Cas particuliers : les lahars, formés sur les volcans actifs. Eau → fonte de glaciers, vidange de lac, fortes pluies.

Caractéristiques des dépôts : ressemble aux dépôts de solifluxion; débris grossiers et mal classés pouvant recouvrir des villes entières

Coulées sèches=>Les coulées sèches correspondent à des écoulements rapides de débris dans lesquels le fluide interstitiel est essentiellement constitué d'air. Selon leur granulométrie : coulées de pierres sèches, avalanches de sable ou coulées de sable. Caractéristiques des dépôts : stratification bien développé et une pente toujours très forte et régulière, supérieur à 33 %. Les couches de débris ouverts ou faiblement colmatés dominent (pas de matrice fine entre les éléments grossiers)

Ruissellement=>Le ruissellement, ou écoulement superficiel, désigne le déplacement d'une mince couche d'eau libre en surface vers l'aval sous l'effet du potentiel gravitaire. Cet écoulement est : - d'abord diffus, lorsque les filets d'eau contournent les parties hautes de la microtopographie, - puis en nappe, lorsque l'épaisseur de la lame d'eau qui ruisselle recouvre une grande partie de la surface. - enfin, il peut devenir concentré à l'aval, avec la formation d’un «chenal» Nous pouvons dire que le ruissellement est l’agent d'érosion, de transport et de dépôt des sédiments à l'échelle du versant.

Causes du ruissellement sont difficiles à identifier pour plusieurs raisons: → jeu complexe de facteurs interdépendants. → un facteur prime sur la production de sédiments => la végétation L’influence de la végétationest multiple : - rôle protecteur du sol : interception gouttes d'eau, et obstacle aux écoulements, - rôle stabilisateur sur les particules du sol (structure), permet l’infiltration et le rétention de l’eau dans le sol. Les colluvions anthropique est le matériaux issu du ruissellement. Ces collusions s’accumule à la faveur d’une diminution locale de la pente sur le versant (zones concaves, bas de pente), et sur des sols peu ou pas couverts de végétation.

Cause en Europe des moyennes latitudes : déforestation pour agriculture, depuis le Néolithique. On va alors assister à une lente transformation des environnements naturels à forêt dominante (7000 ans) vers des paysages marqués par les pratiques agricoles (bocages, landes régressives). Cette érosion anthropique est une érosion accélérée. On va avoir un remblayage colluvial des fonds de vallons du au défrichement (mise à nu) et à l’agriculture(travail du sol, piétinement d’animaux d’élevage) Le processus important qui provoque le ruissellement est appelé «l’effet splash», c’est-à-dire l’intensité pluie importante, l’eau n’a pas la possibilité de s’infiltrer lentement dans le sol. -Gouttes frappent énergiquement les agrégats du sol → particules de boue giclent autour du point de chute -Déplacement des particules de l'ordre du dm Piégeage de ces particules à proximité : pas d'érosion, mais constitution d'une croûte compacte et imperméable → croûte de battance = modification de la surface du sol qui favorise le ruissellement sur sols en pente et/ou engorgés (la pluie persiste)

Érosion par ruissellement en 3 types : 1° en nappe (ruissellement diffus) L’écoulement d'eau sur croûte de battance, en fine couche continue ou en filets épars. L’énergie de l'eau suffisante pour entraîner les éléments fins, c’est-à-dire les limons, argiles, sables fins et matières organiques en suspension. Ce ruissellement en nappes va être favorisé sur sols limoneux y compris sur des pentes faibles 2°- érosion concentrée en rigoles et ravines qui découle du précédent mais accentuée par un versant qui se prolonge ou qui devient plus raide. On va avoir une concentration des eaux de ruissellement, ce qui va provoquer une énergie plus forte. Ainsi, nous obtenons creusement de rigoles puis de ravines non pérennes. On peut également avoir des déplacement des graviers par le courant. 3°Formation de ravin qui vont être pérennes qui vont avoir une profondeur métrique à plurimétrique. Le temps de formation rapide : quelques heures, lors d'une forte pluie (torrentialité) et durable dans le temps. Sur le terrain et dans les dépôts pléistocène, on peut voir Quelques manifestations du ruissellement dans les dépôts anciens. On a la présence des éléments résiduels qui peuvent formé un pavage.

Nous pouvons également trouver des lits ou séquences de sables ou graviers dans un dépôt plus f...