La Spectroscopie Infrarouge révèle l’origine des sédiments de la plaine de Jalès (Berrias, Ardèche)

Une campagne de carottage exploratoire dans la plaine de Jalès s’est déroulée en novembre 2020. Elle permet d’aborder quelques éléments de discussion relatifs à la composition et la provenance des sédiments. Cette campagne s’inscrit dans le Projet Collectif de Recherches (PCR) consacré à la Commanderie de Jalès (Régagnon et D’Agostino, 2019). Déployé sur 4 ans, ce programme a développé une approche interdisciplinaire pour préciser l’histoire de la commanderie, son bâti et son domaine associé.

Le secteur d’étude se trouve dans la plaine de Berrias (Ardèche), située à la sortie des gorges du Chassezac et sur le piémont des Cévennes (fig. 1). La commanderie de Jalès surplombe légèrement cette plaine à l’altitude de 138m. Le secteur d’étude entoure la Commanderie de Jalès sur ses façades nord et est, de la route D104, proche de la lisière de l’ancien de bois de Jalès, au ruisseau du Tégoul. Il est ici désigné comme “plaine de Jalès” bien qu’il ne s’agisse pas d’une plaine à part entière, mais bien d’une zone de la plaine de Berrias. Lors des précédentes années du projet, la plaine de Jalès a été étudiée principalement à travers la documentation écrite, mais aucune étude in situ n’a été réalisée. Les Templiers, propriétaires de la Commanderie, sont connus pour avoir aménagé les terres (défrichement, drainage etc.) dans d’autres régions, mais sur notre zone d’étude nous ne disposons pas d’information sur d’éventuels travaux réalisés par ceux-ci. (Abbé, 2005 ; Caucanas, 1995 ; Crépy, 2019). L’étude des sédiments, grâce à des carottages, peut ainsi apporter des indices sur l’occupation historique de la plaine et permettre de connaître la provenance des sédiments autour de la Commanderie.

Figure 1 : Carte de localisation des prélèvements de la campagne (M. Le Doaré 2021)

En sédimentologie, l’étude de la provenance a pour objectif de reconstituer la dynamique des sédiments en s’intéressant à leur histoire depuis l’érosion de la roche jusqu’au dernier dépôt. L’étude de la provenance des sédiments, par l’application de diverses méthodes de traçage (géochimie, minéralogie etc.), permet d’améliorer la compréhension spatio-temporelle des dynamiques environnementales en contexte archéologique. Efficace, rapide et non-destructive, la Spectroscopie Moyen Infrarouge (SMIR) est une approche alternative pour étudier les propriétés physiques, minéralogiques et bio-chimiques des sédiments et par conséquent leur origine (Chapkanski et al., 2020a). Le principe de la spectroscopie repose sur l’interaction entre le rayonnement infrarouge et la matière étudiée. Cette interaction permet d’obtenir un spectre d’absorbance qui reflète la composition moléculaire de la matière étudiée et constitue la signature de l’échantillon (Farmer, 1974).

Nous avons fait l’hypothèse que la SMIR doit permettre de différencier les potentielles sources sédimentaires dans la plaine de Jalès et donc de savoir si les sédiments proviennent de l’alluvionnement du Chassezac ou du Granzon. En effet, le Tégoul prend source d’une résurgence et ne peut vraisemblablement pas mobiliser une charge solide suffisante pour contribuer significativement à la sédimentation de la plaine. Pour tester les hypothèses, nous avons procédé à l’analyse par la SMIR des échantillons provenant des carottages dans la plaine d’une part, et des alluvions récentes (prélevées dans les lits du Chassezac, du Granzon et du Tégoul) d’autre part. Nous avons ensuite effectué des analyses multivariées pour comparer les échantillons.

Les lieux de carottage ont été déterminés par le croisement des résultats de prospections pédestres et d’observations des photos satellitaires à différentes périodes de l’année. Ces carottages ont été réalisés à l’aide d’une tarière manuelle (fig. 2A) permettant d’extraire les sédiments pour les décrire et les analyser. En complément, des échantillons ont été prélevés dans les trois rivières à proximité (le Chassezac, le Granzon et le Tégoul) afin de constituer une base de références des potentielles sources sédimentaires (fig. 2B). Au laboratoire, des mesures spectroscopiques ont été réalisées sur l’ensemble de ces échantillons (carottages et alluvions récents) permettant ainsi d’obtenir des spectres infrarouges. Ils ont été comparés à une base de données spectrale (Chapkanski et al., 2020b) afin de pouvoir interpréter les pics d’absorbance et ainsi de déterminer les minéraux présents dans les sédiments. Une analyse en composante principale a été réalisée pour synthétiser l’ensemble de l’information spectrale, permettant de mieux comprendre les ressemblances minéralogiques entre les échantillons et d’appréhender la provenance des sédiments de la plaine.

Fig. 2 : Journée de carottage (A – C) et prélèvements des échantillons sur le Granzon (D).

Un transect de quatre carottes a été réalisé (Fig. 1 et 3 PDJ-1 à PDJ-4) selon un axe SO-NE, de la Commanderie de Jalès au Tégoul. Elles ont été nommées PDJ pour Plaine de Jalès. En complément, une carotte (PDJ-5) a été réalisée en dehors de cet axe dans une zone marécageuse repérée lors de prospections pédestres au printemps. L’ensemble du transect met en évidence une accumulation de sédiments meubles allant de 1 à 3 m d’épaisseur qui reposent sur des altérites du substrat marneux. Elles sont surmontées par des argiles limoneuses au SO et par des sables fins à moyens limoneux lités, consolidés et oxydés au milieu du transect (fig. 3). La sub-surface au NE, près du Tégoul, est occupée par des limons sableux relativement homogènes et consolidés qui reposent sur des graviers.  

Fig. 3 : Transect des carottages réalisés dans la plaine de Jalès
(nov. 2020, DAO M. Le Doaré 2021)

La figure 4 donne un aperçu des spectres infrarouges obtenus à partir des analyses d’échantillons des carottes ainsi que d’échantillons d’alluvions récentes (données de référence) prélevées dans les lits actuels des rivières. Les spectres de minéraux ont permis d’associer les pics à des composés minéralogiques. Les spectres d’alluvions récentes mettent en évidence des pics correspondant aux bandes d’absorbance de : quartz, feldspaths, inosilicates telles que les amphiboles, l’horneblend, le diopside, l’ortho-pyroxène, nésosilicates, notamment l’olivine, et les carbonates, principalement la calcite.  La différence entre les échantillons issus des carottes semble se manifester principalement par des variations de teneur en carbonates et en feldspaths.

Fig. 4 : Aperçu de la base de données minéralogique spectrale, obtenue par la réflectance totale atténuée, et les spectres d’échantillons analysés.

Afin de mieux comprendre les variations minéralogiques entre les échantillons, les données spectrales ont été traitées par l’analyse en composantes principales (ACP) afin de mettre en évidence le groupement naturel de sédiments en fonction de leur composition minéralogique. L’ACP a produit sept axes dont les deux premiers résument 93 % de la variance totale. La première composante met en évidence une opposition entre les spectres du Granzon et du Tégoul d’un côté et ceux du Chassezac de l’autre (fig. 5). Cette opposition repose sur des pics d’absorbances relatifs à la calcite, les micas, les feldspaths (orthose, microcline et albite) et les inosilicates (hornblend orthopyroxène et diopside). La deuxième composante permet d’opposer les alluvions récentes et les échantillons de carottes. Ces derniers se regroupent majoritairement avec les alluvions du Chassezac à l’exception du substratum marneux et les échantillons issus de la carotte PDJ-3 qui forment des groupes distincts. Cette opposition est attribuée à des pics d’absorbance relatifs à la calcite, la dolomite et certains feldspaths tels que l’orthose et l’albite. 

Fig. 5 : Les résultats de la première et de la deuxième composante de l’analyse en composantes principales mettant en évidence le regroupement naturel d’échantillons en fonction de leur empreinte spectrale.  

L’intégration de plusieurs sources cartographiques et topographiques (c.f. plan du bois de Jalès de 1771, carte géologique et modèle numérique de terrain) dans un SIG a permis de révéler une forte corrélation spatiale entre l’extension d’une terrasse alluviale, mise en place durant la glaciation de Riss (300 000 – 130 000 ans), sur la rive concave du Chassezac (fig. 1) et l’emplacement de l’ancien bois de Jalès. Dominant topographiquement le paysage en proximité et fournissant un sol plus sableux, la terrasse rissienne a pu prédisposer la durabilité du terrain boisé à l’abri des crues. Aujourd’hui, seule la lisière du bois reste visible dans le paysage et dessine ainsi les contours de la terrasse alluviale. Bien que le caractère topographiquement élevé de la terrasse rissienne protège la plaine de Jalès des crues du Granzon et du Chassezac, encaissés dans leurs lits fluviaux respectifs, les carottes ont révélé des dépôts fluviatiles. Ces derniers consistent en une succession de lits sableux et de limons de débordement oxydés (fig. 3) laissant supposer un environnement inondé régulièrement par des crues. En outre, l’observation visuelle des sédiments a montré une large gamme de minéraux tels que les micas ou les feldspaths, inexistants dans le bassin versant du Tégoul, drainant quasi exclusivement du calcaire. Très sensible aux composants organiques et inorganiques des sédiments, la Spectroscopie Moyen Infrarouge a permis d’établir des liens entre les alluvions récentes des rivières en proximité et les sédiments des carottes. La forte ressemblance spectrale entre les échantillons du Chassezac et les dépôts fluviatiles de la plaine de Jalès (fig. 5) repose sur des assemblages minéralogiques similaires (les micas, les feldspaths et certains inosilicates) typiques de la grande variété lithologique des Cévennes (Laruelle, 1995). La présence de ces minéraux laisse fortement supposer une provenance sédimentaire du Chassezac (fig. 4 et 5). Cependant, le talweg de cette rivière se trouve aujourd’hui éloigné et environ 10 m plus bas que la plaine de Jalès, résultat de la dynamique fluviale latérale et d’un enfoncement significatif durant le Quaternaire (Jacob-Rousseau, 2003). Par conséquent, il semble peu probable que les dépôts fluviatiles de la plaine de Jalès, perché en hauteur, aient pu sédimenter durant l’Holocène. En outre, ces dépôts sont situés à proximité de la terrasse rissienne du Chassezac, laissant penser qu’il s’agit probablement d’une continuité au sud de la même terrasse alluviale. La stratigraphie limoneuse homogène de la carotte PDJ-3 (fig. 3), dépourvue de structures litées, se distingue clairement des autres carottes. De plus, les spectres mettent en évidence un assemblage minéralogique qui se différencie des autres carottes par une forte teneur en carbonates. Néanmoins, des minéraux tels que les feldspaths sont présents. Par conséquent, compte tenu de sa position près du Tégoul (fig. 1), il est possible de supposer que les sédiments contenus dans la PDJ-3 résultent d’un mélange de lessivage de la terrasse rissienne enrichi en carbonates par les eaux de débordement du Tégoul.      

Ces premiers travaux sédimentologiques, motivés par la recherche d’une stratigraphie éclairant sur des pratiques de drainage et de mise en culture de la zone depuis le Moyen-Âge, ont plutôt révélé des aspects inconnus de la formation de la plaine et permettent de préciser la carte géologique. La corrélation entre l’ancien bois de Jalès et une terrasse alluviale rissienne du Chassezac apporte par ailleurs des éléments sur la localisation de ce bois et son emprise. Cette campagne a permis de mieux poser la question de l’origine naturelle de la sédimentation de la plaine et ouvert ainsi un point de vue enrichi de la composition du sol. Les templiers de la Commanderie de Jalès, spécialisée entre autres dans la culture de la vigne et la production de vin, ont vraisemblablement tiré parti de la nature sableuse du sol enrichie par les minéraux originaires des Cévennes et apportés par les eaux du Chassezac. Une étude plus ambitieuse, croisée avec le volet archivistique de l’étude de la Commanderie, permettra d’établir un cadre méthodologique adapté : elle facilitera la définition de l’emprise et de la densité des carottages et elle contribuera au choix des méthodes d’analyse à mettre en œuvre. Les résultats prendront par ailleurs place dans une monographie consacrée au PCR de Jalès.

Références

Abbé J.-L., 2005. L’eau et la terre. Les transformations du milieu humide en Languedoc méditerranéen au Moyen-Âge, 21e colloque des Archives d’Agde, 11 juin 2005, 16p.

Caucanas S., 1995. Assèchements en Roussillon (XIIe-XIVe siècles) », in Sénac Philippe (dir.), Histoires et Archéologie des Terres Catalanes au Moyen-Âge, PUP, Perpignan, p. 269-278.

Chapkanski S., Ertlen D., Rambeau C. & Schmitt L., 2020a. Provenance discrimination of fine sediments by mid‐infrared spectroscopy: Calibration and application to fluvial palaeo‐environmental reconstruction, Sedimentology 67(2), 1114-1134.

Chapkanski S., Vittori C., Barge O., Régagnon E. & Goiran J.-P., 2020b. Activités en 2018-2019 de l’antenne CNRS d’Archéorient à Jalès. Aperçu de la plate-forme sédimentologique, un outil pour la reconstitution des paysages anciens, Ardèche archéologie 37.

Crépy M., 2019. « Géographie du territoire de la Commanderie » in D’Agostino L. et Regagnon E. (dir), La Commanderie de Jalès (Berrias-et-Casteljau, Ardèche), Un établissement des ordres religieux et militaires entre Uzège et Cévennes. Projet Collectif de Recherche (2017-2020) – Rapport intermédiaire 2019, 304 p.

Elmi S., Brouder P., Berger G., Gras H., Busnardo R., Bérard P., Vautrelle C., 1989. Carte géologique de la France au 1/50 000, feuille Bessèges. BRGM, Orléans, 1 carte + notice, 115 p.

Farmer V.C., 1974. Infrared Spectra of Minerals. Mineralogical Society, London, 539 pp.

Jacob-Rousseau N., 2003. Les vallées en gorges de la Cévenne vivaraise: montagne de sable et château d’eau, thèse pour obtenir le grade de docteur de l’université de Paris IV-Sorbonne, discipline géographie et aménagement, Thèse de doctorat, Paris 4, 458 p.

Laruelle S., 1995. La vallée du Chassezac (Vivarais), Étude géomorphologique, Mémoire de maîtrise, UFR de Géographie de l’Université de Paris 1 Panthéon-Sorbonne. 197 p.

Régagnon E., et D’Agostino L., 2019. Étude archéologique de la Commanderie de Jalès : une enquête au pluriel, ArchéOrient – Le Blog, https://archeorient.hypotheses.org/11801.

Saint-Martin M., 2009. Carte géologique harmonisée du département de l’Ardèche. BRGM/RP-57097-FR, 423 p.

Iconographie :

Plans des bois de la Commanderie de Jalez (Peyraube, près de Jalez et Sobeyradel près de Gras) ; Plan du Bois de Jalès datant de 1771 : « Plan geometral de la forest de Jalles du chef-lieu et comenderie de Jalles jouie par frère Paul Augustin de Rolland de Reauville Chevalier de l’Ordre de St Jean de Jérusalem, comendeur de Jalles […] »  (1771, Cote 56 H 2359 / Archives Départementales des Bouches-du-Rhône)

Les auteurs

Stoil Chapkanski est ingénieur d’étude en Spectroscopie Infrarouge à l’Université Lumière Lyon 2 (projet Thalassocraties sans ports), UMR 5133 – Archéorient, Maison de l’Orient et de la Méditerranée, Lyon et doctorant en Géographie Physique (année de césure 2020-2021) à l’Université de Paris 1 Panthéon-Sorbonne, UMR 8591 – Laboratoire de Géographie Physique (LGP).

Maureen le Doaré est ingénieure d’étude en cartographie et SIG à l’Université Lumière Lyon 2 (projet Thalassocraties sans ports), UMR 5133 – Archéorient, Maison de l’Orient et de la Méditerranée, Lyon.

Olivier Barge est ingénieur de recherche au CNRS. Géographe, Cartographe. UMR 5133 – Archéorient, Maison de l’Orient et de la Méditerranée, Lyon.

Emmanuelle Régagnon est ingénieure d’étude au CNRS. Topographe, Cartographe. UMR 5133 – Archéorient, Maison de l’Orient et de la Méditerranée, Lyon.

Pour citer ce billet : Stoil Chapkanski, Maureen le Doaré, Olivier Barge et Emmanuelle Régagnon. La Spectroscopie Infrarouge révèle l’origine des sédiments de la plaine de Jalès (Berrias, Ardèche), ArchéOrient - Le Blog, 2 avril 2021, [En ligne] https://archeorient.hypotheses.org/15922

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