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Introduction au numéro spécial 

Introduction to the special issue
Stéphane Cordier et David R. Bridgland
p. 391-404

Résumés

Cet article introduit le numéro spécial issu de la session organisée lors du 28e congrès de l’INQUA à Berne (Suisse) en 2011 par le Fluvial Archives Group (FLAG), en partenariat avec la sous-commission GLOCOPH (Global Continental Palaeohydrology) de l’INQUA. La thématique de ce numéro s’inscrit dans le cadre des problématiques développées au sein du FLAG. Elle porte sur l’étude des dynamiques fluviales à des échelles temporelles variées et en réponse à différents forçages. Cette thématique est à l’interface des travaux de géomorphologie fluviale, qui s’intéressent notamment aux processus régissant le fonctionnement des systèmes fluviaux, et des recherches des quaternaristes, qui visent entre autres à appréhender à différents pas de temps l’influence des changements climatiques et celui, plus récent, des sociétés humaines sur les cours d’eau. L’article souligne l’intérêt d’une approche pluridisciplinaire, comme celle appliquée à la gestion des risques d’inondation ou en géoarchéologie fluviale. Une telle approche doit permettre à terme le développement d’une démarche environnementale dans l'étude des systèmes fluviaux, intégrant les données actuelles et les apports des quaternaristes sur la connaissance des forçages climatiques et anthropiques. L’étude des archives fluviales, tant sédimentaires que morpho-stratigraphiques, peut être menée à des échelles temporelles très diverses, allant des périodes historiques et de l’Holocène aux séquences plus longues, préservées dans les régions qui n’ont pas été englacées lors des périodes froides du Pléistocène moyen et supérieur. Le recours à de nouvelles méthodes et les améliorations technologiques récentes dans le champ des datations numériques, des études géophysiques, ou encore de la modélisation, ont largement renouvelé ces recherches sur les séquences longues et mis en évidence la diversité des réponses des cours d’eau. Les articles présentés dans ce numéro spécial s’inscrivent dans ce cadre méthodologique et conceptuel. Ils couvrent des échelles temporelles variées, allant de quelques siècles à plusieurs centaines de milliers d’années, et portent sur diverses régions d’Europe de l’Ouest, allant des Alpes à la Méditerranée et du Bassin parisien au Massif schisteux rhénan.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 13 novembre 2012, accepté le 16 novembre 2012.

Texte intégral

Introduction

1Ce numéro spécial est issu de la session organisée lors du 28e congrès de l’INQUA, qui s’est tenu à Berne (Suisse) du 21 au 27 juillet 2011, par le Fluvial Archives Group FLAG, en partenariat avec la sous-commission GLOCOPH (Global Continental Palaeohydrology) de l’INQUA. Le FLAG est un groupe de recherche international indépendant créé en 1996 et consacré à l’étude de l’évolution récente – d’un point de vue géologique – des systèmes fluviaux, abordés à la fois sous l’angle sédimentaire et morphologique (fig. 1). Le FLAG organise régulièrement des sessions lors des colloques de l’INQUA (2011, 2007), de l’EGU (2005) ou de l’IAG (2009). Une sous-session FLAG-GLOCOPH sera proposée lors du colloque IAG en 2013 à Paris. Le FLAG a également initié et participé à un colloque multidisciplinaire en Allemagne en 2005, réunissant une dizaine d’organisations scientifiques travaillant sur les environnements fluviatiles (tab. 1). Outre ces sessions, le FLAG organise tous les deux ans ses propres colloques qui se déroulent à chaque fois dans un pays différent. Les derniers colloques se sont ainsi déroulés en Hongrie (2008), au Portugal (2010) et au Luxembourg (2012), et le prochain aura lieu en Espagne en 2014. Ces colloques d’une durée de deux jours sont prolongés par une excursion de trois jours permettant la découverte des systèmes fluviaux de la région. Les recherches présentées lors des colloques ou sessions du FLAG ont débouché sur la réalisation de plusieurs numéros spéciaux (tab. 1). Le présent numéro s’inscrit ainsi dans la continuité des numéros spéciaux publiés dans Geomorphology (2007, 2008, 2012) et dans Proceedings of the Geologists’ Association (2010).

Fig. 1 – Approches, échelles temporelles et couverture thématique du FLAG
Fig. 1 – Approaches, timescales and the FLAG fields of interest

Fig. 1 – Approches, échelles temporelles et couverture thématique du FLAGFig. 1 – Approaches, timescales and the FLAG fields of interest

Tab. 1 – Présentation des activités du FLAG depuis sa création
Tab. 1 – Synthesis of the FLAG activity since its inception

Année

Événement

Lieu

Publication associée

2014

Colloque biennal

Sorbas (Espagne)

2013

Sous-session FLAG-GLOCOPH au colloque de l’Association Internationale de Géomorphologie (IAG)

Paris (France)

2012

Colloque biennal

Remich (Luxembourg)

2011

Session FLAG-GLOCOPH au colloque INQUA (Union Internationale pour la Recherche sur le Quaternaire)

Berne (Suisse)

Géomorphologie : relief, processus,environnement, 4 (2012)

2010

Colloque biennal

Vila Velha de Ródão (Castello Branco), Portugal

Geomorphology, 165-166 (2012)

2009

Session FLAG au colloque de l’Association International de Géomorphologie (IAG)

Melbourne (Australie)

2008

Colloque biennal

Budapest (Hongrie)

Proceedings for Geologists’ Association, 121 (2010)

2007

Session FLAG-GLOCOPH au colloque INQUA (Union Internationale pour la Recherche sur le Quaternaire)

Cairns (Australie)

2006

Colloque biennal

Izmir (Turquie)

2005

Session FLAG au colloque de l’EGU (European Geosciences Union)

Vienne (Autriche)

Geomorphology, 100 (2008)

2005

The fluvial system – past and present dynamics and control

Bonn (Allemagne)

Geomorphology, 92 (2007)

2004

Colloque biennal

Sienne (Italie)

Quaternary International, 4 (2008)

2002

Colloque biennal

Clermont-Ferrand (France)

Quaternaire, 15 (2004)

2000

Colloque biennal

Mayence (Allemagne)

Netherlands Journal of Geosciences, 81 (2002)

1998

Colloque biennal

Cheltenham (Royaume-Uni)

Balkema (2001)

1996

Colloque inaugural du FLAG

Durham (Royaume Uni)

La géomorphologie fluviale entre approches et forçages

2Du fait de leur présence dans de nombreuses régions du globe et de leur importance pour les sociétés humaines, les systèmes fluviaux occupent depuis longtemps une place importante dans les études géomorphologiques (Schumm, 1977). Réciproquement, l’apport des géomorphologues à l’étude des systèmes fluviaux est aujourd’hui indéniable (Gregory et al., 2008). La Directive Cadre Européenne a d’ailleurs souligné cette importance, en faisant du suivi des caractéristiques du lit fluvial (‘hydromorphologie fluviale’) un élément de la gestion des cours d’eau en Europe. Pour autant, les contours de la notion de système fluvial ne recoupent pas exactement, loin s’en faut, ceux de la géomorphologie (Thorndycraft et al., 2008). L’étude du système fluvial implique en effet classiquement la combinaison de trois grandes approches (Arnaud-Fassetta et al., 2010) : hydrologique, hydrographique, hydraulique. L’approche hydrologique permet de replacer les écoulements fluviatiles dans le contexte plus large du cycle de l’eau. Elle s’inscrit en France dans la continuité des travaux menés par M. Pardé (1968) ou R. Frécaut (1975) et s’intéresse essentiellement aux fluctuations de débit et en particulier aux fluctuations extrêmes (crues et étiages), les plus à mêmes d’avoir un impact sur les sociétés humaines comme sur l’environnement (Cosandey et al., 2005 ; Lang et Gille, 2006). L’approche hydrographique porte pour sa part essentiellement sur les modifications visibles du système fluvial que sont les changements de tracé (captures, défluviations) auxquels on peut ajouter les métamorphoses fluviales (Marston et al., 1995 ; Bravard, 1998). Enfin l’approche hydraulique s’intéresse fondamentalement à la géométrie du système fluvial et à la recherche de lois régissant son fonctionnement physique, tant dans ses composantes liquide (les écoulements) que solide (la charge sédimentaire ; Corbonnois, 1998 ; Piégay et al., 2004). L’étude du système fluvial ne peut ainsi se faire sans une prise en compte, d’une part des processus régissant la dynamique fluviale, d’autre part des formes et formations fluviales qui, issues de ces processus, peuvent aussi largement les influencer.

3En dépit de sa cohérence et de son intérêt pédagogique, et bien qu’elle ait guidé pendant plusieurs décennies les travaux menés sur les cours d’eau, cette analyse du système fluvial suivant plusieurs champs thématiques a pu aboutir parfois à un cloisonnement des recherches, réduisant la vision globale des systèmes fluviaux, pourtant essentielle en vue de leur gestion. Le développement d’une approche intégrée, pluridisciplinaire, dans la gestion des risques fluviaux (inondations notamment) ou en géoarchéologie fluviale peut de fait également déboucher sur une vision environnementale des cours d’eau. Au cœur de cette évolution se trouve la notion de forçage, très en vogue dans les pays anglo-saxons (« forcing »), et souvent traduite dans les travaux francophones par la notion de réponse. Les études menées durant le XXe siècle ont conduit à faire émerger trois grands éléments de forçage (Vandenberghe et al., 2010) : le forçage extrinsèque est déjà annoncé dans les premiers travaux de géomorphologie (Davis, 1899), avec la mise en avant d’une réponse des cours d’eau à la dynamique interne (tectonique) dans le cadre des cycles d’érosion. Il sera par la suite largement intégré à de nombreuses études (Schumm, 1986 ; Vandenberghe et al., 2010). La seconde composante du forçage extrinsèque (le terme doit être préféré à externe, qui peut sous-entendre l’exclusion de la géodynamique interne) correspond au climat. L’influence climatique sur la dynamique fluviale, mise en évidence au début du XXe siècle, a par la suite largement influencé les travaux, notamment sous l’impulsion de J. Büdel (1977) et, en France, de J. Tricart et A. Cailleux (1965). Alors que les premières reconstitutions proposaient des modèles linéaires reliant climat et dynamique fluviale, ce forçage s’est par la suite avéré d’une grande complexité, car combinant des influences directes (rôle du climat sur les variations de débits) et indirectes (eustatisme, changements environnementaux portant sur la présence et l’état de la végétation, l’englacement ou la présence de permafrost). Les travaux menés durant les dernières décennies (Vandenberghe, 1995, 2003) ont toutefois permis de mieux appréhender les relations entre climat et fonctionnement du système fluvial. Il convient toutefois de préciser que les premières études ont souvent été menées en privilégiant un forçage au détriment de l’autre. Le cas du bassin de la Moselle est particulièrement représentatif de cette tendance (Cordier, 2004) : les travaux menés dans la section française de la vallée s’intéressaient essentiellement au forçage climatique (rôle des glaciations ayant affecté le Massif vosgien à l’amont durant le Quaternaire ; Tricart, 1952 ; Flageollet, 2002), aboutissant à la reconnaissance de quatre terrasses associées aux glaciations alpines (fig2). En revanche, les recherches menées en Allemagne et (pour des raisons plus culturelles que géographiques) au Luxembourg ont pendant longtemps surtout abordé les formes fluviales sous l’angle de la tectonique (Negendank, 1983 ; Weidenfeller, 1990 ; Meyer et Stets, 1998). Des déformations tectoniques variées ont été reconnues, allant du rejeu de failles à des bombements locaux (fig2). La combinaison de ces divergences épistémologiques avec la présence de frontières politiques a ainsi retardé l’émergence d’une compréhension globale de l’évolution du cours d’eau, initiée durant la dernière décennie (Cordier, 2004 ; fig2). Parallèlement à la mise en évidence de l’influence du climat, les travaux menés notamment aux États-Unis ont souligné que des changements de dynamique fluviale (i.e., modifications du style fluvial) pouvaient intervenir sans influence tectonique ou climatique. Ils ont ainsi conduit à démontrer l’existence de mécanismes intrinsèques de contrôle (Leopold et al., 1964 ; Harvey, 2002), associés au franchissement de seuils par le cours d’eau (Schumm, 1979). La prise en compte du forçage anthropique est plus récente et peut être replacée dans le cadre global de la prise de conscience de l’impact des sociétés humaines sur l’environnement à partir des années 1970. À l’instar du climat, l’influence anthropique s’exerce suivant des modalités très variées correspondant soit à des interventions directes et volontaires sur le cours d’eau (canalisation, constructions de barrage), soit à des interventions directes et involontaires (extraction de sédiments, irrigation), soit à des interventions indirectes (défrichements dans le bassin-versant et, plus largement, changements dans le mode d’occupation des sols). Cette prise en compte de l’impact des sociétés humaines est contemporaine de l’évolution de la géomorphologie fluviale vers une science plus appliquée (Bravard et al., 1999 ; Gregory et al., 2008), et accompagne le passage d’une logique d’aménagement à une logique de gestion des cours d’eau. Les recherches portant sur le fonctionnement du système fluvial ont au final conduit à superposer trois grands éléments de contrôle (les facteurs extrinsèques, tectonique et climatique ; le fonctionnement intrinsèque du système fluvial ; l’influence anthropique) aux trois approches (hydrologie, hydrographie, hydraulique) précédemment définies. Cette prise en compte des facteurs de forçage est fondamentale car elle souligne que les cours d’eau sont des systèmes dynamiques pour lesquels la notion d’équilibre n’a qu’un sens très relatif. En outre, la prise en compte des éléments de contrôle facilite le passage d’une démarche impliquant des spécialistes hydrologues ou hydrauliciens, exclusivement centrée sur la connaissance et l’utilisation du système fluvial, à une démarche pluridisciplinaire (à laquelle les géomorphologues ont largement contribué) privilégiant les interactions entre les cours d’eau et les autres composantes du système Terre (Downs et Gregory, 2004).

Fig. 2 – Profil longitudinal des terrasses de la Moselle entre Thionville et Trèves
Fig. 2 – Longitudinal profile of the Moselle terrace staircase between Thionville and Trier

Fig. 2 – Profil longitudinal des terrasses de la Moselle entre Thionville et Trèves Fig. 2 – Longitudinal profile of the Moselle terrace staircase between Thionville and Trier

Lignes pointillées grises (1, 2, 3, 4) : sommet des terrasses climatiques reconnues par J. Tricart en France. Plages grisées : système de terrasses reconnu dans la vallée luxembourgeoise et allemande par N.A. De Ridder. Les terrasses sont définies par référence au forçage tectonique et non corrélées avec les terrasses reconnues en amont. BT : basse terrasse ; MTI : moyenne terrasse inférieure ; MTS : moyenne terrasse supérieure ; TPI : terrasse principale inférieure ; TPM : terrasse principale moyenne ; TPS : terrasse principale supérieure ; HT : haute terrasse ; TO : terrasse à oolithes. Lignes noires : base des terrasses (pointillés) et du fond de vallée reconnues dans l’ensemble de la vallée par S. Cordier (2004).
Grey dashed line (1, 2, 3, 4): top of the climatic terraces of Tricart (French valley). Grey areas: the classic staircase of terraces in the Luxembourgian and German valleys by N.A. De Ridder, defined focusing on the tectonic forcing on terrace formation and which does not match with the terraces recognised in France. BT: lower terrace; MTI: lower middle terrace; MTS: upper middle terrace; TPI: lower main terrace; TPM: middle main terrace; TPS: upper main terrace; HT: high terrace; TO: Oolithe terrace. Black lines: bedrocks of the terraces (dashed) and of the present valleyfloor that have been recognised along the whole valley in France, Luxembourg and Germany by S. Cordier (2004).

D’après Tricart, 1952, De Ridder, 1957 et Cordier, 2004.
After Tricart, 1952, De Ridder, 1957 and Cordier, 2004.

Systèmes fluviaux et échelles temporelles

4Il découle de ce qui précède que les forçages mis en évidence peuvent et doivent être abordés à différentes échelles, à la fois spatiales et temporelles. On peut classiquement distinguer quatre échelles spatiales (Bravard, 1998) : l’échelle locale (celle du chenal ou de la coupe, permettant d’identifier les dynamiques en un point donné ; Cordier et al., 2012a) ; celle de la portion de vallée ou du bassin-versant élémentaire (dynamique d’une crue ; Arnaud-Fassetta et al., 2005) ; celle du bassin hydrographique (étant admis que la taille des bassins est éminemment variable selon le cours d’eau considéré) ; enfin, l’échelle régionale à globale permettant la comparaison entre différents bassins hydrographiques (Pinter et al., 2006) ou la prise en compte des changements climatiques globaux (Bridgland, 2000 ; Bridgland et al., 2007 ; Bridgland et Westaway, 2008a ; Westaway et al., 2009). Une attention particulière doit en revanche être ici portée à la dimension temporelle de l’étude des systèmes fluviaux. Cette dimension, qui est inhérente à la géomorphologie, est présente dès l’origine de la discipline, avec l’affirmation du rôle des cours d’eau dans la formation des reliefs (Davis, 1899). Pour autant, son importance a longtemps été sous-estimée, aussi bien par les aménageurs qui ne considéraient que l’évolution très récente des cours d’eau, que dans la recherche fondamentale : celle-ci a pendant plusieurs décennies privilégié la prise en compte des processus (Leopold et al., 1964). Ce n’est ainsi qu’à la fin du siècle dernier qu’elle s’est réellement affirmée (Bravard, 1998 ; Gregory, 2000), permettant de replacer les phénomènes observés dans une continuité avec l’évolution ancienne des vallées. Ce fait est d’autant plus significatif que les cours d’eau constituent un enregistreur privilégié des multiples changements ayant affecté dans le passé la surface du globe, que ces changements soient d’ordre tectonique (soulèvement ou subsidence, rejeu de failles), climatique (fluctuations thermiques et/ou pluviométriques), ou qu’ils relèvent des aménagements anthropiques. En cela, la géomorphologie fluviale se distingue de l’étude des systèmes glaciaires ou éoliens, qui sont par exemple beaucoup moins sensibles au forçage tectonique. Le rôle morphogénique des glaciers et du vent est de surcroît limité par leur extension spatiale qui, sans être négligeable, n’offre pas une distribution aussi bien répartie que les cours d’eau. Ceux-ci sont – ou ont été – présents sur l’ensemble des continents (hormis aux plus hautes latitudes), ouvrant des perspectives importantes en termes de comparaisons régionales voire globales. Par ailleurs, les recherches menées dans de nombreuses régions ont clairement mis en évidence l’inertie du système fluvial, en d’autres termes l’existence de délais entre les changements environnementaux et la réponse du cours d’eau. Ce phénomène, évident par exemple dans le cas des crues (délai entre la phase de précipitation, la formation de l’onde de crue et sa propagation en aval) se retrouve pour des périodes beaucoup plus longues, couvrant notamment les cycles climatiques (i.e., délai entre le changement climatique et l’incision; Vandenberghe, 2003). Les deux exemples ci-dessus soulignent la nécessité d’étudier les systèmes fluviaux à différentes échelles temporelles. À l’instar des échelles spatiales, les limites peuvent varier suivant les composantes du système fluvial prise en compte (Vandenberghe, 1995 ; Bravard, 1998 ; Herget et al., 2007 ; Macklin et al., 2012). Trois échelles seront ici distinguées : le temps court (de quelques décennies/siècles à l’événement récent) ; le temps long (du Cénozoïque au Tardiglaciaire-Holocène) ; et un temps intermédiaire (Holocène-historique) assurant le continuum entre les deux échelles précédentes.

5Le temps court porte sur l’évolution durant les dernières années/décennies et peut s’étendre au maximum les deux derniers siècles. Cette période est caractérisée par un renforcement de l’instrumentation permettant la collecte de données (hydrologiques, météorologiques, cartographiques) de plus en plus fiables. Les principales recherches à ce pas de temps concernent l’hydraulique (dans le cadre en particulier des aménagements), l’hydrologie (crues et étiages) et l’évolution hydrogéomorphologique des cours d’eau (Ballais, 2006 ; Gregory et al., 2008 ; Scheffer et al., 2008 ; Loczy et al., 2009). La gestion des risques, abordée aussi bien en termes d’impact morphologique des crues (Arnaud-Fassetta et al., 2009) que de régime des crues (Macklin et al., 2012), constitue un enjeu majeur pour ces travaux. Il convient également de souligner l’existence de travaux portant sur le fonctionnement écologique des systèmes fluviaux (Gautier et al., 2000 ; Corenblit et al., 2007), sur la renaturalisation des cours d’eau en relation avec la Directive Cadre Européenne (Melun et al., 2012), ou encore sur les géomorphosites fluviaux (Gregory, 1997 ; Wiederkehr et al., 2010). À cette échelle de temps, le principal forçage est clairement anthropique, avec une influence à la fois directe sur le fonctionnement hydrologique et hydraulique des cours d’eau et indirecte dans le cadre notamment du changement climatique.

6Cependant, la connaissance des systèmes fluviaux et de leurs interactions avec les sociétés humaines implique de prendre en considération une échelle temporelle intermédiaire. Ce pas de temps correspond à la deuxième partie de l’Holocène (essentiellement périodes protohistoriques et historiques). Il est fondamental dans la mesure où il permet d’établir une continuité entre la formation des vallées fluviales caractéristiques du temps long (cf. infra) et le fonctionnement présent des cours d’eau. Cette échelle est parfois considérée comme peu pertinente, par exemple dans le cadre de la gestion du risque inondation (Cœur et Lang, 2008) ou de l’aménagement des cours d’eau (Bravard, 1998). Son importance a toutefois été soulignée dans de nombreuses études, qui s’articulent classiquement autour de trois thématiques principales : les études géoarchéologiques (reconstitution des environnements fluviatiles autour des sites archéologiques ; Brown, 1997 ; Arnaud-Fassetta et al., 2010) ; la gestion des risques (reconstitution des débits pour des crues anciennes ; Herget et Moers, 2010) ; enfin, les reconstitutions paléoenvironnementales (réponse des cours d’eau aux impacts anthropiques et aux changements climatiques historiques ; Thorndycraft et Benito, 2006 ; Macklin et al., 2006). Ce dernier thème est d’ailleurs au cœur des activités du groupe LUCIFS – Land Use and Climate Impact on Fluvial Systems (i.e., Brown et al., 2009 ; Hoffmann et al., 2010 ; Notebaert et Verstraeten, 2010). Les recherches menées à cette échelle temporelle s’appuient sur l’ensemble des approches précédemment définies (hydrologie, hydrographie, hydraulique ; Arnaud-Fassetta et al., 2010). L’essor des recherches portant sur ce pas de temps intermédiaire n’a toutefois pas été égal. Il convient ainsi de signaler une concentration des travaux sur certains systèmes fluviaux, tels ceux des régions méditerranéennes (i.e., Coltorti, 1997 ; Salvador et al., 2002 ; Thorndycraft et Benito, 2006 ; Leveau, 2007), ou les secteurs subsidents du bassin rhénan (Ollive et al., 2006 ; De Moor et al., 2008). Plus largement, les recherches ont surtout porté sur les systèmes permettant une reconstitution fine des changements paléoenvironnementaux. Ces systèmes correspondent soit à de petits bassins versants (Lespez et al., 2008), soit à des grands bassins caractérisés en général par la prédominance de l’accumulation sur l’érosion (Rhin, Rhône), la préservation des caractéristiques naturelles du système fluvial (Loire), et une activité hydromorphologique significative (débit et charge solide importants). Ces recherches ont permis de mieux comprendre l’influence des défrichements et des premiers aménagements hydrauliques sur la dynamique fluviale, conduisant à questionner sinon à mettre en évidence le rôle respectif des changements climatiques et des sociétés humaines. Ils ont aussi permis de mieux appréhender la réponse des sociétés humaines face aux risques (inondation, érosion fluviale), ce qui est d’autant plus important que les sociétés actuelles sont confrontées à des problèmes similaires. À l’instar du temps court, le temps intermédiaire permet ainsi de mieux comprendre l’évolution des cours d’eau, confirmant leur place centrale dans les changements environnementaux.

7Il importe cependant de prendre en considération une échelle temporelle plus longue, nécessaire à la mise en place des fonds de vallée, cadre spatial dans lequel les processus (historiques comme actuels) opèrent. Ce temps long est parfois restreint au Tardiglaciaire-Holocène, lorsque l’étude concerne le fond de vallée (i.e., Brown et al., 1994 ; Bravard, 1998), étant admis que des terrasses d’âge tardiglaciaire ou holocène existent dans de nombreuses régions, notamment celles ayant été englacées tardivement (Taylor et Macklin, 1997 ; Howard et al., 2000 ; Bridgland et al., 2010 ; Chiverrell et al., 2010). Il peut au contraire être étendu à l’ensemble du Cénozoïque voire à des périodes plus anciennes, dans le cadre de la formation du réseau hydrographique (Hantke, 1993 ; Le Roux et Harmand, 2003). Il correspond toutefois fondamentalement au Plio-Pléistocène. Cette période est marquée par la mise en place des vallées actuelles, dans un double contexte de soulèvement des masses continentales provoquant une incision reconnue dans de nombreux cours d’eau (Bridgland et Westaway, 2008 a et b ; Westaway et al., 2009) et de cycles climatiques dont la chronologie est de mieux en mieux connue (Lisiecki et Raymo, 2005). L’accélération du soulèvement reconnu dans plusieurs systèmes fluviaux il y a environ 800 ka a ainsi pu être rapportée à un changement du forçage climatique à l’occasion de la Révolution du Pléistocène moyen (passage à des cycles de 100 ka ; Bridgland et Westaway, 2008 a et b ; Westaway et al., 2009). La première partie de l’interglaciaire holocène, qui coïncide avec la mise en place des fonds de vallée actuels dans les régions tempérées, semble devoir également être incluse dans ce temps long : bien que le pas de temps considéré soit nettement inférieur à celui du Plio-Pléistocène (quelques millénaires contre quelques centaines de milliers d’années), les méthodes et objets d’études sont relativement similaires. La différence principale doit être recherchée dans le fait que les changements environnementaux (et notamment climatiques) se traduisent, dans les régions tempérées en particulier, par des changements de style fluviaux (Pastre et al., 2002 ; Thorndycraft et Benito, 2006 ; Lespez et al., 2008) plutôt que par les alternances accumulation-incision à l’origine de la formation des systèmes de terrasses pléistocènes. Une nuance à cette observation concerne les régions tectoniquement très actives (i.e., piémont himalayen ; Dutta et al., 2012) où la géométrie des lits fluviaux reste instable.

8L’étude des systèmes fluviaux à cette échelle temporelle soulève plusieurs difficultés, qui tiennent principalement au caractère souvent parcellaire et fragmentaire des données disponibles, à l’absence de données intrumentales, et à la nécessité de définir un cadre chronologique fiable. Pour autant, les recherches intègrent aussi bien des approches (paléo)hydrologiques et (paléo)hydrauliques que (paléo)hydrographiques. Les deux premières sont au cœur des travaux menés dans le cadre du GLOCOPH et visent en particulier à la reconstitution des paléodébits de crue (Benito et al., 2008 ; Carling et al., 2010 ; Stokes et al., 2012). Les recherches menées dans le cadre du FLAG s’intéressent quant à elle davantage à l’évolution des vallées (alternances de phases de sédimentation et d’érosion/incision) et des paysages fluviaux (changements de styles fluviaux, captures). C’est de fait à l’échelle du Plio-Pléistocène que la notion d’archive fluviale (déjà applicable pour le temps intermédiaire) prend tout son sens : si des reconstitutions dans le long terme peuvent être proposées sur la base de modèles (couplage soulèvement-incision des cours d’eau par exemple ; Whipple et Tucker 2002), il s’avère que les seuls témoignages permettant de retracer l’évolution passée du système fluvial sont 1) les formes (en particulier les terrasses alluviales typiques des régions en surrection), 2) les formations alluviales associées à ces terrasses ou préservées sur des épaisseurs considérables dans les dépocentres continentaux (i.e., Fossé rhénan ou basse vallée du Rhin ; Erkens et al., 2009 ; Lauer et al., 2010 ; Erkens et al., 2011) et 3) les indices paléoenvironnementaux déduits des sédiments (figures de cryoturbation, paléosols, faciès indicateurs du style fluvial) ou inclus dans ces sédiments (restes de faune ou de malacofaune). Lors de l’étude de ces archives fluviales, l’accent est naturellement surtout mis sur les facteurs extrinsèques (changements climatiques, rôle de la tectonique), même si l’influence du forçage intrinsèque ne peut être niée (Vandenberghe et al., 2010). L’influence anthropique doit pour sa part être naturellement considérée comme négligeable, ce qui autorise l’identification d’une dynamique fluviale « naturelle » pouvant servir de base à la distinction des signaux anthropiques et climatiques dans les échelles temporelles plus courtes. L’attrait ancien des sociétés humaines pour les cours d’eau explique toutefois que des sites préhistoriques ont été identifiés dans de nombreux systèmes fluviaux, permettant de mieux définir les périodes d’occupation et de préciser les contextes d’occupation dans une démarche géoarchéologique (Bridgland, 2000 ; Mozzi et al., 2000 ; Bridgland et al., 2006 ; Antoine et al., 2007 ; Martins et al., 2010).

Archives anciennes, nouvelles données

9Le développement des recherches basées sur l’acquisition de données de terrain sur le temps long et intermédiaire dans le cadre (entre autres) du Fluvial Archives Group a de toute évidence été facilité par le développement de méthodes permettant de surmonter les difficultés évoquées ci-dessus. Ces méthodes sont venues durant les dernières décennies enrichir celles classiquement utilisées et relevant de la morphologie (reconnaissance des formes fluviales sur le terrain) et, pour les formations alluviales, de la sédimentologie (identification et interprétation de lithofaciès (Miall, 1992) et de la stratigraphie (Hedberg, 1976). Ces nouvelles méthodes peuvent être regroupées en trois catégories : 1) les datations numériques (improprement qualifées d’absolues), indispensables pour donner le cadre chronostratigraphique sans lequel les archives fluviales ne peuvent être interprétées en terme d’évolution ni comparées avec les enregistrements paléoclimatiques. Parmi les principales méthodes, il convient de citer la luminescence optique (Rittenour, 2008 ; Cordier, 2010), les cosmonucléides (Brocard et al., 2003 ; Rixhon et al., 2011) ainsi que la méthode 14C (Howard et al., 2000 ; Hoffmann et al., 2010). Bien que cette dernière méthode soit utilisée depuis un demi-siècle, l’amélioration des protocoles (développement de la méthode AMS) et la multiplication des analyses a abouti à l’établissement de bases de données particulièrement riches dans certains systèmes fluviaux (Berendsen et Stouthamer, 2001 ; Macklin et al., 2006 ; Starkel et al., 2006) ; 2) les analyses géophysiques (GPR, ERT) sont également de plus en plus couramment utilisées pour reconstituer la géométrie des formations alluviales et identifier des paléoformes difficilement décelables sur le terrain ou par la télédétection (Vandenberghe et Van Overmeeren, 1999 ; Gourry et al., 2003) ; 3) la modélisation est enfin devenu une méthode classique, employée pour de nombreux cours d’eau (Westaway, 2002 ; Westaway et al., 2002, 2006 ; Van Balen et al., 2010). Il convient toutefois de noter que cette modélisation s’appuie sur les données empiriques plutôt que sur la formulation de lois générales visant, par exemple, à établir des liens entre soulèvement et incision.

10Les travaux présentés lors des colloques ou sessions du FLAG et publiés notamment (mais pas seulement) dans les numéros spéciaux associés soulignent parfaitement l’intégration de ces nouvelles méthodes. La production constante de données a ainsi permis de documenter l’évolution de nombreux systèmes fluviaux, notamment (mais pas seulement) dans le Nord-Ouest de l’Europe. On peut ainsi citer les travaux menés dans les vallées de la Tamise (Westaway et al., 2002 ; Bridgland, 2006), de la Somme, la Seine et l’Yonne (Antoine et al., 2007), du Rhin aux Pays-Bas (Busschers et al., 2007) et en Allemagne (Lauer et al., 2010 ; Erkens et al., 2009, 2011), de la Moselle et de son affluent la Sarre (Cordier et al., 2006 a et b, 2012b). Des études similaires ont eu lieu dans la péninsule Ibérique (Martins et al., 2010 ; Cunha et al., 2012), en Hongrie (Kasse et al., 2010 ; Nador et al., 2011) ou en Turquie (Westaway et al., 2004 ; Maddy et al., 2005, 2007), ces trois pays ayant accueilli les colloques FLAG 2006, 2008 et 2010. Les travaux du groupe FLAG ne sauraient toutefois se limiter à l’Europe et des contributions portent régulièrement sur l’Afrique (Veldkamp et al., 2007 ; Aït Hssaine et Bridgland, 2009), l’Inde (Sinha et al., 2007), l’Australie (Bridgland et Westaway, 2008a ; Nanson et al., 2008) ou l’Amérique du Sud (Coltorti et al., 2010). L’ensemble de ces travaux favorise l’établissement d’une base de données qui, bien que n’étant pas encore formalisée, a permis le développement de comparaison menées à des échelles allant du bassin hydrographique (Cordier et al., 2009) et la région (Mol et al., 2000) à une échelle globale (Bridgland et Westaway, 2008 a et b ; Westaway et al., 2009). Cette démarche comparative a notamment permis de mieux appréhender la réponse des cours d’eau au forçage extrinsèque et trois avancées majeures peuvent être soulignées. La première, portant sur les relations entre fluctuations climatiques et dynamique fluviale, a notamment montré la place des phases d’accumulation et d’incision dans le cycle climatique (Vandenberghe et al., 2010). Dans le même temps, les travaux de D.R. Bridgland et R. Westaway (2008 a et b) ont conduit à proposer l’existence d’une relation de causalité entre les mécanismes du soulèvement et de l’incision fluviale d’une part, et les fluctuations climatiques d’autre part. Les recherches ont enfin également souligné l’importante variabilité de la réponse des cours d’eau au forçage extrinsèque, y compris au sein de bassins hydrographiques secondaires (De Moor et al., 2008). Bien que ces différences puissent être expliquées par le contexte (présence/absence de glaciers ; Cordier et al., 2012b), des investigations complémentaires sont nécessaires pour compléter les données existantes et pour expliquer les différences de comportement entre les cours d’eau ou sections de cours d’eau. Il s’agit également de mieux comprendre la signification des alluvions fluviatiles observées : celles-ci ont en effet été mises en place lors de multiples phases de sédimentation/érosion et le potentiel de préservation est très inégal tant à l’échelle régionale (portions de vallée subsidentes/en soulèvement) qu’à l’échelle des unités sédimentaires (dépôts de chenal/de fond de vallée ; S. Rodrigues, com. orale).

Présentation du numéro thématique

11Les contributions présentées dans ce numéro thématique s’inscrivent parfaitement dans les thématiques de recherches du FLAG. Elles s’appuient sur des recherches multi-approches associant la sédimentologie et la géomorphologie fluviale aux prospections géophysiques et aux datations numériques. Elles portent sur des cours d’eau localisés dans différentes régions de l’Ouest européen, allant des montagnes alpines aux plaines méditerranéennes et océaniques. Les périodes considérées couvrent aussi bien le temps intermédiaire (Holocène à historique) que les cycles climatiques pléistocènes. Le premier article (Laigre et al., 2012) porte sur le cours amont du Rhône en amont du lac Léman (Suisse). Cette section, beaucoup moins étudiée que le cours moyen (région lyonnaise) ou inférieur (delta du Rhône), se caractérise toutefois par la présence d’un remblaiement sédimentaire conséquent. Les analyses géophysiques menées à l’aide de la méthode TRE (tomographie de résistivité électrique) et comparées à des données de carottages et aux cartes anciennes ont permis l’identification de paléochenaux (jusqu’à 25 m de profondeur) associés à un système de chenaux tressés et une reconstitution de l’évolution du fond de vallée durant les derniers millénaires. Cette reconstitution souligne notamment l’influence des affluents locaux du Rhône. La seconde contribution (Piovan et al., 2012) porte sur la reconstitution de l’évolution holocène de la région située entre les cours inférieurs du Pô et de l’Adige (Nord de l’Italie). Les principaux changements de tracé des cours d’eau (défluviations) ont pu être retracés et datés à partir d’une approche multidisciplinaire associant notamment la stratigraphie, la modélisation numérique de terrain (MNT) et les datations radiocarbone. L’étude permet ainsi une meilleure distinction entre les systèmes sédimentaires du Pô et de l’Adige. Elle souligne également le rôle important de ces cours d’eau dans la formation du littoral moderne, avec notamment la mise en évidence d’une embouchure commune au Pô et à l’Adige durant l’Âge du Bronze. Le troisième article (Occhietti et al., 2012) s’inscrit dans la temporalité plus longue du Pléistocène moyen et supérieur. Basé sur une démarche climatostratigraphique, il permet de mettre en relation les faciès sédimentaires reconnus dans les formations alluviales de la Meurthe et de la Sarre (France, Allemagne) et les phases des cycles climatiques pléistocènes. Il aboutit ainsi à une meilleure compréhension du forçage climatique, en précisant notamment l’influence des glaciers et des processus périglaciaires (notamment glaciels). Il conduit également à s’interroger sur la signification du complexe de fond de vallée (plaine alluviale actuelle et très basse terrasse), encore relativement préservé par l’érosion verticale au contraire des formations plus anciennes. Les fonds de vallée occupent également une place importante dans les travaux de Y. Lejeune et al. (2012). Ceux-ci portent sur l’évolution tardiglaciaire-holocène de la basse vallée de la Marne (centre du Bassin parisien, France). A partir d’analyses sédimentologiques, palynologiques, archéologiques et de datations 14C, les auteurs proposent une reconstitution détaillée des unités sédimentaires observées dans plusieurs sites de la plaine alluviale. Ils mettent en évidence le passage, durant la deuxième partie de l’Holocène, d’une sédimentation fine (tufs, matière organique) à des apports limoneux. Cette évolution traduit la réponse du cours d’eau (avec toutefois un décalage chronologique important) au développement des activités agricoles dans le bassin-versant. L’étude souligne également l’inégal potentiel archéologique des unités sédimentaires étudiées, ouvrant la voie à un développement des études de géoarchéologie fluviale dans la basse vallée de la Marne.

12Le présent numéro spécial propose ainsi un témoignage éloquent de la place des recherches autour des thématiques du groupe FLAG en France et dans les régions voisines, illustrant le succès croissant de ce groupe de recherche international.

Nous remercions Gerardo Benito (Consejo Superior de Investigaciones Cientificas, Madrid, Espagne), Gilles Erkens (Université d’Utrecht, Pays-Bas) et Jürgen Herget (Université de Bonn, Allemagne) pour leurs remarques constructives qui ont permis d’améliorer le manuscrit. Nous tenons également à remercier Gilles Arnaud-Fassetta, éditeur en chef de la revue, pour avoir permis et soutenu la réalisation de ce volume. Enfin nous adressons nos remerciements à l’ensemble des relecteurs qui ont permis d’améliorer la qualité de ce numéro spécial.

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Annexe

Abridged English version

The present special issue arises from presentations that occurred during the Fluvial Archives Group (FLAG) session within the 28th INQUA congress held in Bern (Switzerland). FLAG is an international independent research group that since 1996 has provided a focus on the recent (from a geological point of view) evolution of fluvial systems based on sedimentological and landform records. FLAG is regularly responsible for session organisation (sometimes jointly with the Global Continental Palaeohydrology Hydrology group GLOCOPH, an INQUA sub-commission) during INQUA meetings (2011, 2007), EGU (2005) or the IAG (2009). The next will be a session at IAG in Paris in 2013 jointly with GLOCOPH and the Land Use and Climate Impacts on Fluvial Systems group (LUCIFS). In addition to these sessions, FLAG organises its own biennial meetings, each of which has taken place in a different country (the most recent occurring in Luxembourg, Portugal and Hungary in 2012, 2010 and 2008, respectively (tab. 1). Presentations during both FLAG meetings and other FLAG sessions have led to the production of several special issues focusing on past fluvial systems. Due to their presence worldwide and the interest for human society, fluvial systems represent a major topic for geomorphological research. Such research typically involves three main approaches (Arnaud-Fassetta et al., 2010): hydrology, hydrography and hydraulics (fig. 1). A multi-proxy, multidisciplinary approach, as developed for the mitigation of fluvial hazards (e.g., floods) or in fluvial geoarchaeology, can completely lead to an “environmental” approach of the study of fluvial systems. Of great significance for this evolution is the concept of forcing. Research over the last century has allowed several major forcing influences on fluvial systems to be recognised (Vandenberghe et al., 2010): an intrinsic driver related to the crossing of morphologic thresholds and three extrinsic factors, these being tectonics, climate and, more recently, human influence. Fig. 2 illustrates how necessary it is to develop an integrative approach between the different factors to unravel fluvial system evolution.

The different forcings can be analysed at various spatial and chronological scales. Particular attention should be paid to the time dimension in research dealing with fluvial systems. The importance of timescale was mainly recognised at the end of the last century (Bravard, 1998; Gregory, 2000), the observed evolution (which was sometimes previously considered in terms of catastrophism) being placed in the context of long-term valley evolution. Such a perspective is all the more important as fluvial systems represent a major record for past tectonic (uplift of subsidence), climatic (temperature and/or precipitation variations) and anthropogenic changes at the Earth’s surface. Three main timescales should be distinguished: short (from a few decades/centuries to the recent event); long (Cenozoic to Lateglacial-Holocene); and an intermediate timescale (Holocene to historical), establishing a continuum with the other scales and allowing a relation to be established between the long-term formation of valleys and present river function (processes). Many studies have demonstrated the relevance of this timescale, e.g. for geoarchaeology (Arnaud-Fassetta et al., 2010), hazard assessment (Herget and Moers, 2010; Macklin et al., 2012), palaeoenvironmental reconstructions (Thorndycraft and Benito, 2006; Macklin et al., 2006) and sediment dynamics reconstruction (Brown et al., 2009; Hoffmann et al., 2010).

A longer timescale also requires consideration, as it corresponds with valley formation, including that of the valley floors in which the historical to present-day processes take place. Research carried out in the framework of FLAG thus focuses on valley evolution (alternation between sedimentation and erosion – into previous sediments – or incision – into bedrock) and changes in fluvial landscapes (drainage patterns, captures). Within this timescale, the concept of fluvial archives becomes meaningful; although some model-based reconstructions can be proposed (coupling of incision with uplift; Whipple and Tucker 2002), the main lines of evidence that allow firm reconstructions are the landforms, the associated fluvial deposits and the palaeoenvironmental evidence preserved within the sediments. The growing research based on field data spanning long and intermediate timescales in the compass of FLAG (amongst others) has clearly been facilitated by many methodological improvements over recent decades. These complemented the classic methods based on morphology, sedimentology, and stratigraphy. Three groups of new methods can be distinguished: (i) numerical dating methods, especially Optically Stimulated Luminescence [OSL] (Rittenour, 2008), cosmogenic nucleides (Rixhon et al., 2011), uranium-series (Macklin et al., 2012), and radiocarbon (Hoffmann et al., 2010); (ii) geophysical analyses such as Ground Penetrating Radar or Electrical Resistance Tomography has also become widely used to reconstruct the geometry of fluvial formations (Vandenberghe and Van Overmeeren, 1999); (iii) finally modelling has become a reference tool applied to various fluvial systems (Van Balen et al., 2010; Westaway, 2002; Westaway et al., 2002, 2006). Research exposed during FLAG meetings and sessions, or published in (amongst other) FLAG special issues has underlined the role of these new methods in the refining of previously obtained results. The new data made it possible to reconstruct the evolution of many fluvial systems, in particular (but not only) in Western Europe. Three major advances may be identified. The first, which focuses on the relation between climate and fluvial dynamics, allows correlation of the accumulation and erosion periods to be placed within the Pleistocene climate cycle (Vandenberghe et al., 2010). In the meantime, research conducted by D.R. Bridgland and R. Westaway (2008 a and b) has led to proposal of a causal relation between uplift mechanisms, fluvial incision, and climate change. Research finally underlines that the fluvial response was highly variable from one fluvial system to another, and even in a given fluvial system (De Moor et al., 2008).

The contributions included in this special issue demonstrate the synergies of combining fluvial sedimentological and geomorphological studies with geophysical and geochronological methods, applied in various areas of Western Europe, from the Alps to the Po plain, the Paris basin and the Rhenish Massif. The timescales under consideration ranges from the Holocene and historical times to the Pleistocene climate cycles. The methodology includes classical methods (stratigraphy, sedimentology) as well as dating methods and geophysical prospection. The present special issue provides an eloquent testimony of the place of research related to the Fluvial Archives Group (FLAG) activities in France and surrounding areas, as well as evidence for the increasing success of this international research group.

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Approches, échelles temporelles et couverture thématique du FLAGFig. 1 – Approaches, timescales and the FLAG fields of interest
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/10010/img-1.png
Fichier image/png, 208k
Titre Fig. 2 – Profil longitudinal des terrasses de la Moselle entre Thionville et Trèves Fig. 2 – Longitudinal profile of the Moselle terrace staircase between Thionville and Trier
Légende Lignes pointillées grises (1, 2, 3, 4) : sommet des terrasses climatiques reconnues par J. Tricart en France. Plages grisées : système de terrasses reconnu dans la vallée luxembourgeoise et allemande par N.A. De Ridder. Les terrasses sont définies par référence au forçage tectonique et non corrélées avec les terrasses reconnues en amont. BT : basse terrasse ; MTI : moyenne terrasse inférieure ; MTS : moyenne terrasse supérieure ; TPI : terrasse principale inférieure ; TPM : terrasse principale moyenne ; TPS : terrasse principale supérieure ; HT : haute terrasse ; TO : terrasse à oolithes. Lignes noires : base des terrasses (pointillés) et du fond de vallée reconnues dans l’ensemble de la vallée par S. Cordier (2004). Grey dashed line (1, 2, 3, 4): top of the climatic terraces of Tricart (French valley). Grey areas: the classic staircase of terraces in the Luxembourgian and German valleys by N.A. De Ridder, defined focusing on the tectonic forcing on terrace formation and which does not match with the terraces recognised in France. BT: lower terrace; MTI: lower middle terrace; MTS: upper middle terrace; TPI: lower main terrace; TPM: middle main terrace; TPS: upper main terrace; HT: high terrace; TO: Oolithe terrace. Black lines: bedrocks of the terraces (dashed) and of the present valleyfloor that have been recognised along the whole valley in France, Luxembourg and Germany by S. Cordier (2004).
Crédits D’après Tricart, 1952, De Ridder, 1957 et Cordier, 2004. After Tricart, 1952, De Ridder, 1957 and Cordier, 2004.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/10010/img-2.png
Fichier image/png, 151k
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Pour citer cet article

Référence papier

Stéphane Cordier et David R. Bridgland, « Introduction au numéro spécial  », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol. 18 - n° 4 | 2012, 391-404.

Référence électronique

Stéphane Cordier et David R. Bridgland, « Introduction au numéro spécial  », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol. 18 - n° 4 | 2012, mis en ligne le 02 février 2013, consulté le 26 juin 2017. URL : http://geomorphologie.revues.org/10010 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.10010

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Auteurs

Stéphane Cordier

Département de Géographie et UMR 8591 CNRS-Université Paris 1-Université Paris Est-Créteil – 61, avenue du Général de Gaulle – F-94010 Créteil Cedex – France (stephane.cordier@u-pec.fr).

Articles du même auteur

David R. Bridgland

Department of Geography – Durham University – South Road – Durham DH1 3LE – UK (d.r.bridgland@durham.ac.uk).

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