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Etude des paléoméandres holocènes de la plaine alluviale du Cher (site de Bigny, moyenne vallée du Cher)

Study of holocene palaeomeanders of the Cher River alluvial plain (Bigny, middle valley)
Anaëlle Vayssière, Thomas Depret, Cyril Castanet, Emmanuèle Gautier, Clément Virmoux, Nathalie Carcaud, Aline Garnier, Daniel Brunstein et Daniel Pinheiro
p. 163-176

Résumés

L’identification de paléochenaux dans les plaines alluviales permet d’apporter des éléments de compréhension des morphologies et des processus fluviaux passés. L’étude présentée porte sur le secteur de Bigny, localisé dans la moyenne vallée du Cher, où se trouve un nombre important de paléoméandres, dont certains sont datés de la seconde moitié de l’Holocène. La démarche méthodologique mise en œuvre comprend l’étude de MNT LiDAR, la caractérisation des formes fluviales héritées (altitude, largeur, amplitude et rayon de courbure) et l’estimation de paramètres paléohydrauliques à partir des dimensions des chenaux abandonnés (paléodébits à pleins-bords). Les résultats permettent de disposer les premiers jalons d’une chronologie d’évolution paléohydrographique. La comparaison avec la morphologie locale de la rivière et avec les cartes historiques montre que la réduction de la sinuosité a eu lieu entre le Moyen-Âge et l’Epoque Moderne. Elle démontre également la stabilisation du tracé du Cher dans ce secteur depuis le milieu du XVIIIème siècle, probablement en lien avec des aménagements hydrauliques historiques. L’analyse morphométrique permet ensuite de distinguer des gabarits variés parmi lesquels des paléoméandres de grande taille. Néanmoins, la comparaison des paléoméandres avec le référentiel actuel montre que la série étudiée est proche du gabarit des chenaux du XIXème siècle. On ne peut donc pas conclure à un changement majeur de régime hydrologique enregistré par les paléoméandres, mais plutôt à des ajustements mineurs de la morphologie des chenaux (largeur, profondeur) liés à des modifications des débits liquides et solides.

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Notes de la rédaction

Article soumis le 18 juillet 2015, accepté le 15 avril 2016.

Texte intégral

Les travaux présentés dans cet article s’inscrivent dans les thématiques de recherche de la Zone Atelier Loire (CNRS INEE). Ils s’insèrent également dans le cadre du programme de recherche AGES- Ancient Geomorphological EvolutionS (coordination : Cyril Castanet, 2013-2016), centré sur les évolutions géomorphologiques anciennes de l’hydrosystème ligérien et soutenu par l’Union Européenne (FEDER), l’Agence de l’Eau Loire-Bretagne et l’Etablissement Public Loire. Nous tenons également à remercier pour leur accueil l’ensemble des propriétaires des parcelles où nous avons travaillé.

1. Introduction

1La morphologie des chenaux intègre l’influence de l’ensemble des facteurs de contrôle agissant à l’échelle du bassin versant : climat, végétation et impacts anthropiques (Schumm, 1977 ; Knighton, 1984). Ces formes d’ajustement, que l’on peut donc considérer comme des indicateurs des paramètres environnementaux, peuvent aussi être appréhendées sur des pas de temps longs. Le Cher, comme d’autres cours d’eau à méandres, présente différents bras morts observables dans la plaine d’inondation. Ces paléochenaux, progressivement remblayés, constituent de véritables archives des évolutions de l’hydrosystème fluvial. En effet, leur géométrie est révélatrice de la morphologie passée de la rivière, elle-même tributaire des débits liquides et solides. En effet, certains paramètres tels que la largeur ou la profondeur des chenaux peuvent s’ajuster très rapidement (échelles décennales ou séculaires) aux variations hydro-sédimentaires (Knighton, 1984). Ainsi à l’échelle des derniers millénaires, la variabilité des flux a conduit à des modifications de la morphologie fluviale enregistrées par des paléochenaux.

2Cette étude s’appuie sur l’analyse d’un secteur localisé dans la moyenne vallée du Cher (Bigny, département du Cher). Ce site présente en effet de très nombreux paléoméandres d’âge holocène et de gabarits variés (Vayssière, 2014). Les évolutions hydrogéomorphologiques au cours de l’Holocène de la vallée du Cher restent encore peu documentées à la différence des grands fleuves français tels que la Loire (Straffin et al., 1999, 2002 ; Burnouf et al., 2001 ; Carcaud et al., 2002 ; Cubizolle et al., 2002 ; Carcaud, 2004 ; Castanet, 2008), la Seine (Pastre et al., 2002a, 2002b) ou le Rhône (Salvador, 2005 ; Salvador et al., 2005 ; Arnaud-Fassetta et al., 2010). L’intérêt de la zone d’étude réside également dans le fait qu’elle se situe à l’interface entre le Massif Central et le Bassin Parisien, dans un secteur où la plaine alluviale s’élargit. Des travaux portant sur les terrasses anciennes du Cher ont été présentés par Despriée et al. (2007, 2009) et Voinchet et al. (2007). Ces recherches ont mis en évidence neuf nappes alluviales datées du Pléistocène. Le fond de vallée a également fait l’objet d’une étude portant sur la mise en place des corps sédimentaires au cours de l’Holocène sur un tronçon du Cher localisé à Saint-Amand-Montrond quelques kilomètres en amont de la zone d’étude. L’auteur montre que l’incision du cours d’eau aurait déblayé les nappes alluviales antérieures. Le remblaiement actuel de la vallée serait donc le résultat d’une accumulation sédimentaire durant l’Holocène (Larue, 1994). Les recherches portant sur les temps plus récents apportent une connaissance du fonctionnement morphodynamique des méandres du Cher au cours des derniers 150 ans (Dépret, 2014 ; Dépret et al., 2015). Ces travaux ont permis de construire un référentiel actuel et subactuel concernant des caractéristiques géométriques et hydrologiques auquel nous avons pu comparer les paléoméandres.

3Ainsi, les recherches menées à Bigny visent à reconstituer des phases d’évolution du paysage fluviatile à travers l’étude des paléochenaux. Pour cela, nous proposons tout d’abord une approche paléohydrographique à partir de la reconstitution du tracé des anciens chenaux et de leurs caractéristiques (altitude, largeur, amplitude, rayon de courbure), puis une seconde approche paléohydrologique fondée sur l’estimation des débits associés aux dimensions des paléochenaux.

2. Cadre géographique 

4Le Cher est un cours d’eau de taille moyenne qui compte parmi les principaux affluents de la Loire. La partie amont du bassin, localisée sur les contreforts du Massif Central, se caractérise par des roches cristallines et métamorphiques (Larue, 1981) et des secteurs en gorges très encaissés. La rivière s’écoule ensuite dans le Sud du Bassin de Paris jusqu’à sa confluence avec la Loire en aval de Tours. Dans le Bassin Parisien, la vallée s’élargit et la rivière est moins contrainte latéralement (fig. 1).

Fig. 1 – Localisation du bassin versant du Cher (sources : BD alti, IGN).
Fig. 1 – Location of the catchment of the Cher River (sources: BD alti, IGN).

Fig. 1 – Localisation du bassin versant du Cher (sources : BD alti, IGN).  Fig. 1 – Location of the catchment of the Cher River (sources: BD alti, IGN).

1. Délimitation du bassin versant du Cher ; 2. Villes principales ; 3. Zone d’étude de Bigny.
1 Catchment of the Cher River; 2. Main cities; 3. Study area of Bigny.

5Le site de Bigny est localisé dans la moyenne vallée du Cher, quelques kilomètres en aval de Saint-Amand-Montrond. A cette étape de son parcours, le Cher draine un bassin versant de 4100 km². Le site d’étude est situé dans un tronçon où la vallée s’élargit, au débouché d’une cuesta. La plaine d’inondation mesure alors environ 1,2 km de large (fig. 2). Dans ce secteur, le Cher est fortement modifié par les activités anthropiques. En effet, un barrage est localisé en amont de la zone d’étude (fig. 2). Il est associé à un canal de dérivation vieux de plusieurs siècles, puisqu’il est déjà représenté sur l’Atlas de Trudaine (milieu du XVIIIème siècle ; fig. 3)

Fig. 2 – Contexte géologique et géomorphologique de la zone d’étude (source : BRGM, feuille n°546, Châteauneuf–sur-Cher, 1/50 000, 1984, G. Lablanche, N. Desprez ; feuille n°572, Saint-Amand-Montrond, 1/50 000, 1994, G. Lablanche, D. Marchand, A. Lefavrais-Raymond, S. Debrand-Passard, Y. Gros, N. Debéglia, P. Maget, D. Lallier).
Fig. 2 – Geological and geomorphological context of the study area
(source : BRGM, map n°546, Châteauneuf-sur-Cher, 1/50 000, G. Lablanche, N. Desprez; map n°572, Saint-Amand-Montrond, 1/50 000, G. Lablanche, D. Marchand, A. Lefavrais-Raymond, S. Debrand-Passard, Y. Gros, N. Debéglia, P. Maget, D. Lallier).

Fig. 2 – Contexte géologique et géomorphologique de la zone d’étude (source : BRGM, feuille n°546, Châteauneuf–sur-Cher, 1/50 000, 1984, G. Lablanche, N. Desprez ; feuille n°572, Saint-Amand-Montrond, 1/50 000, 1994, G. Lablanche, D. Marchand, A. Lefavrais-Raymond, S. Debrand-Passard, Y. Gros, N. Debéglia, P. Maget, D. Lallier).Fig. 2 – Geological and geomorphological context of the study area(source : BRGM, map n°546, Châteauneuf-sur-Cher, 1/50 000, G. Lablanche, N. Desprez; map n°572, Saint-Amand-Montrond, 1/50 000, G. Lablanche, D. Marchand, A. Lefavrais-Raymond, S. Debrand-Passard, Y. Gros, N. Debéglia, P. Maget, D. Lallier).

1. Fy-z, alluvions anciennes, subactuelles et actuelles du Cher ; 2. Fx, alluvions anciennes (niveau 5 à 15 m), sables fins à moyens à galets ; 3. Fv, alluvions anciennes (niveau>30 m), sables moyens quartzo-feldspathiques ; 4. Calcaires et argiles lacustres du Berry (du Ludien au Stampien) ; 5. Calcaires bioclastiques à entroques (Bathonien-Callovien) ; 6. Calcaires oolithiques, calcaires bioclastiques à entroques (Bathonien-Callovien) ; 7. Bajocien et Bathonien décarbonaté ; 8. Argilites sableuses dans les calcaires lacustres du Berry, (Priabonien à Stampien) ; 9. Faille ; 10. Le Cher actuel ; 11. Canal ; 12. Barrage de Bigny ; 13. Paléoméandres étudiés.
1. Fy-z, ancient and current alluvium; 2. Fx, ancient alluvium (level from 5 to 15 m), fine to medium sand with gravels; 3. Fv, old alluvium (level >30 m), medium sand quartzo-feldspathic; 4. Limestone and lacustrine clay of Berry (Ludian-Stampian); 5. Bioclastic limestone with fossils (Bathonian-Callovian); 6. Oolithic limestone, bioclastic crinoidal limestone; 7. Decarbonated Bajocian and Bathonian; 8. Sandy clay within lacustrine limestone of Berry (Priabonian to Stampian); 9. Fault; 10. Current Cher River; 11. Canal; 12. Dam of Bigny; 13. Studied palaeomeanders.

6A partir d’une analyse préalable de MNT LiDAR, le site d’étude de Bigny a été retenu en raison de la lisibilité des paléochenaux dans la topographie. L’originalité de ce secteur tient au fait qu’il présente de très nombreux paléoméandres. Leur état de préservation relativement bon permet de mesurer plusieurs paramètres morphométriques : la largeur, l’amplitude et la sinuosité. De plus, l’étagement des paléochenaux au sein de la vallée laisse penser que plusieurs générations de méandres sont représentées. Concernant l’hydrologie actuelle qui sert de référentiel de comparaison, le débit à pleins-bords a été évalué à 313 m3.s-1 et correspond à une période de retour de 3,05 ans. Ce débit présente une fréquence de retour assez faible en raison de l’incision importante du Cher dans ce secteur. En effet, l’enfoncement du lit a atteint de 0,4 m à 1 m entre 1932 et 2005 (Dépret, 2014).

3. Méthodologie

3.1. Spatialisation des anciens réseaux hydrographiques 

3.1.1. Identification et caractérisation des paléoméandres à partir du MNT LiDAR

7Les anciens tracés de la rivière correspondent la plupart du temps à des zones de légères dépressions topographiques, parfois caractérisées par un sol hydromorphe et une végétation typique des milieux humides selon leur degré de remblaiement. La méthode proposée dans cette étude est fondée sur l’analyse d'un Modèle Numérique de Terrain généré à partir de données LiDAR (Light Detection And Ranging, détection et télémétrie par onde lumineuse). Cette approche essentiellement topographique a été étayée par des observations stratigraphiques (sondages motorisés et à la tarière à main) et par des mesures géophysiques (tomographie de résistivité électrique).

8Le MNT LiDAR permet d’établir un modèle de l’altitude de la plaine alluviale à très haute résolution (15 cm). Dans un contexte géomorphologique à la topographie peu contrastée comme celui des vallées fluviales, cet outil permet de discerner les formes du relief de manière très précise (Notebaert et al., 2009). Les données LiDAR ont été acquises entre 2009 et 2011 et ont été mises à notre disposition par la DREAL de la région Centre-Val de Loire (Direction Régionale de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement). Le MNT a fait l’objet d’un traitement pour identifier les paléochenaux en utilisant les Systèmes d’Informations Géographiques, SIG (contraste de la symbologie par égalisation de l’histogramme, effet d’ombrage, carte de pente).

9Une fois identifiés, les paléoméandres ont été digitalisés et leur emprise spatiale a permis d’estimer trois aspects principaux de leur morphologie : l’altitude, le gabarit et la sinuosité. Afin d’estimer l’altitude des paléoméandres, nous avons choisi de nous focaliser sur l’altitude du contact entre le remblaiement fin généralement composé de limons et d’argiles et le remblaiement sableux (classes granulométriques supérieures à 50 µm). L’évaluation de ce contact a également nécessité de s’affranchir de l’inclinaison générale de la vallée qui fausserait la comparaison des altitudes absolues. Afin de tenir compte de la pente, nous avons donc rapporté l’altitude des paléoméandres à l’altitude de la ligne d’eau du Cher telle qu’elle est représentée sur les MNT. La caractérisation du gabarit des paléoméandres s’appuie sur la mesure de la largeur (w) et de l’amplitude (a). Les largeurs présentées sont associées avec les valeurs mesurées entre le sommet du banc de convexité le plus récent et la berge opposée qui correspondent à la largeur à pleins-bords (fig. 3). Afin de prendre en compte la variabilité longitudinale de ce paramètre, la largeur est évaluée grâce à trois profils topographiques réalisés sur un même paléochenal (point d’inflexion à l’amont, apex du paléoméandre, point d’inflexion à aval). L’amplitude est généralement définie comme la distance qui sépare deux sommets de sinuosité de phase opposée. Dans le cas des paléoméandres, ce paramètre a été mesuré à partir du linéaire encore observable aujourd’hui. Ces valeurs sont donc considérées comme des demi-amplitudes (fig. 3). La sinuosité des méandres peut être exprimée par le rayon de courbure (Rc). Il s’agit du rayon du cercle se superposant à la forme du méandre (fig. 3). Dans le cas de structures plus complexes ou multilobées, le rayon de courbure peut être estimé à partir d’une moyenne de plusieurs cercles. Rapportée à la largeur (Rc/w), la courbure peut être interprétée relativement au cycle d’évolution du méandre (naissance puis migration et enfin recoupement ou stabilisation ou naissance de nouvelles boucles ; Hooke, 1984).

Fig. 3 – Cartes historiques de la zone d’étude.
Fig. 3 – Historical maps of the study area.

Fig. 3 – Cartes historiques de la zone d’étude.  Fig. 3 – Historical maps of the study area.

A. Atlas de Trudaine, milieu du XVIIIème siècle (source : http://www.culture.gouv.fr) ; B. Carte d’Etat-Major, milieu du XIXème siècle (source : http://www.geoportail.gouv.fr).
A. Atlas de Trudaine, mid-18th century (source: http://www.culture.gouv.fr); B. Carte d’Etat-Major, mid-19th century (source: http://www.geoportail.gouv.fr).

3.1.2. Informations complémentaires fournies par l’étude du remblaiement de la vallée et des paléochenaux

10Les analyses effectuées à partir du MNT LiDAR comportent comme principales limites le fait qu’elles ne font référence qu’à la partie superficielle de la plaine d’inondation. Ces recherches ont donc été complétées par l’acquisition de données stratigraphiques au moyen de sondages sédimentaires et de données géophysiques.

11Tout d’abord, les investigations par forage ont permis d’établir une stratigraphie au niveau de certains points du remblaiement des paléochenaux et de la plaine d’inondation. Des sondages ont été réalisés à la tarière à main ou mécanique afin de déterminer la nature et la variabilité des séquences de remblaiement de la plaine et des paléochenaux. Ces données ont servi à déterminer l’altitude du contact entre le remblaiement grossier caractéristique des chenaux (sables et graviers) et du remblaiement fin (argile et limon organo-minéral).

12Les données issues des sondages ont ensuite été complétées par un profil continu réalisé par tomographie de résistivité électrique (ERT Electrical Resistivity Tomography). Les profils permettent d’obtenir une coupe en 2D de la capacité du milieu à s’opposer au passage d’un courant électrique (résistivité ρ mesurée en Ω.m ; Marescot, 2006). Ces propriétés varient en fonction de différents paramètres (porosité du sédiment, degré de saturation en eau, taux de sels dissous). Corrélée aux sondages, la tomographie de résistivité électrique a permis d’estimer la nature du remblaiement de la vallée, la géométrie des corps sédimentaires et le contact des alluvions avec la roche en place.

3.1.3. Marqueurs chronologiques

13Trois paléochenaux ont été datés grâce à des analyses radiocarbone AMS (Accelerator Mass Spectrometry - Spectrométrie de Masse par Accélérateur) réalisées au sein du Laboratoire de Poznan (Pologne ; tab. 1). Ces repères chronologiques sont établis à partir de l’analyse 14C du sédiment à la base du remblaiement fin du paléochenal. Cette date permet d’estimer la période de recoupement du paléochenal.

Tab. 1 – Datations par le radiocarbone réalisées dans cette étude.
Tab. 1 – Radiocarbon dating of the study.

Tab. 1 – Datations par le radiocarbone réalisées dans cette étude.  Tab. 1 – Radiocarbon dating of the study.

Le code de l’échantillon renseigne l’identifiant du paléoméandre. Logiciel Calib 7.0.4, Stuiver M. and Reimer P.J., (1993), Reimer et al. (2013).
The name of the sample precises the name of the palaeomeanders. Software Calib 7.0.4, Stuiver M. and Reimer P.J. (1993), Reimer et al. (2013).

3.2. Estimations paléohydrologiques

14A partir des dimensions des paléoméandres, il est possible d’estimer les paléodébits grâce aux relations définies entre les paramètres géométriques des chenaux et le débit à pleins-bords (Dury, 1976 ; Bjerklie et al., 2005 ; Salvador, 2005 ; Bjerklie, 2007 ; Castanet, 2008 ; Arnaud-Fassetta et al., 2010 ; Plotzky et al., 2013 ; équations en annexe). En effet, sur des cours d’eau de plaine de milieu tempéré, le débit à pleins-bords est généralement considéré comme proche du débit morphogène (Bjerklie et al., 2005 ; Bjerklie, 2007). Le concept de débit morphogène correspond à un débit suffisamment important pour façonner la géométrie du chenal et dont les occurrences sont assez fréquentes pour maintenir ces dimensions (Bjerklie, 2007). Le choix s’est porté sur la relation de Bjerklie (2007) qui utilise comme variable la largeur des chenaux. En effet, la largeur est un paramètre qui peut s’ajuster rapidement aux variations des conditions hydrologiques (Knighton, 1984). Si cette formule est relativement simple et rapide à mettre en œuvre, elle comporte néanmoins une limite importante du fait qu’elle ne tient pas compte de la profondeur du chenal. D’autres relations plus complexes mobilisant une plus grande variété de paramètres hydrauliques (section et périmètre mouillés, rayon hydraulique, rugosité du lit, gradient hydraulique) peuvent également être employées.

15Nous avons donc aussi opté pour la formule de Chézy-Manning (Rotnicki, 1983) qui a déjà été mise en pratique sur la Loire et le Rhône (Salvador, 2005 ; Castanet, 2008 ; Arnaud-Fassetta et al., 2010). Cette relation est fondée sur l’aire de la section mouillée multipliée par la vitesse de l’écoulement. La section mouillée a été reconstituée à partir de la tomographie de résistivité électrique et des sondages. Ces mesures nous ont permis d’estimer la profondeur du chenal et la côte de la ligne d’eau à pleins-bords déterminée à partir du sommet du banc de convexité le plus récent (fig. 4). En l’absence d’un nombre important de sondages sédimentaires, ces données comportent un certain degré d’approximation. C’est pourquoi deux estimations de la section mouillée ont été proposées pour chacun des paléoméandres en fonction des incertitudes possibles. La vitesse d’écoulement a été définie à partir du gradient hydraulique assimilé à la pente du lit et estimé avec les données LiDAR. La reconstitution de la vitesse d’écoulement fait également appel à la quantification de la rugosité du lit qui induit des pertes d’énergie par frottement lors de l’écoulement. Elle a été évaluée par la formule de Chézy où le coefficient de rugosité de Manning (n) est estimé à partir des tables de Chow (d’après Chow, 1959 in Bravard et Petit, 2000). Ces tables renvoient à différents paramètres qui impactent les conditions d’écoulement (matériaux du chenal, degré d’irrégularité de la surface, variation de la section transversale, effet d’obstruction, végétation, degré de sinuosité). Dans le cas d’une étude paléohydrologique, ces paramètres sont difficiles à estimer de manière précise. Ce modèle ayant été appliqué à deux paléoméandres historiques (médiéval ou moderne), nous avons choisi d’utiliser une valeur du coefficient de Manning valable pour le débit à pleins-bords du Cher actuel. Ainsi, le coefficient a été fixé à n = 0,04025 à partir du test réalisé sur trois profils topographiques du Cher.

Fig. 4 – Paramètres morphométriques (sources : Salvador, 2005 ; Bravard et Petit, 2000, modifiés).
Fig. 4 – Morphometric parameters. (sources: Salvador, 2005; Bravard and Petit, 2000, modified).

Fig. 4 – Paramètres morphométriques (sources : Salvador, 2005 ; Bravard et Petit, 2000, modifiés).  Fig. 4 – Morphometric parameters. (sources: Salvador, 2005; Bravard and Petit, 2000, modified).

A. Paramètres transversaux : A. Aire de la section mouillée ; W. Largeur à pleins-bords mesurée ; P. Périmètre mouillé ; B. Paramètres planimétriques : W. largeur à pleins-bords mesurée ; Rc. Rayon de courbure ; a. Amplitude.
A. Transversal parameters: A. Cross-section area; W. Measured bankfull width; P: Water body perimeter; B. Planforms: W. Measured bankfull width; Rc. Radius of curvature; a. Amplitude.

4. Résultats 

4.1. Identification des paléoméandres

16La cartographie paléohydrographique réalisée à partir du MNT LiDAR montre un ensemble de paléochenaux méandriformes. Les altitudes brutes (fig. 5B) mettent en évidence le tracé et l’orientation des écoulements anciens. La carte des pentes (fig. 5C) permet d’observer les variations du relief en s’affranchissant de l’inclinaison générale de la vallée. Ainsi, les ruptures de pente soulignent les anciennes berges concaves des paléoméandres. De manière secondaire, elles permettent éventuellement d’identifier des reliefs moins marqués tels que les bancs de convexité ou des successions de scroll bars.

Fig. 5 – Identification des paléoméandres de Bigny (sources : A. BD ortho, IGN ; B et C. Données LiDAR, DREAL Centre).
Fig. 5 – Identification of the palaeomeanders in Bigny (sources: A. BD ortho, IGN; B and C. LiDAR data, DREAL Centre).

Fig. 5 – Identification des paléoméandres de Bigny (sources : A. BD ortho, IGN ; B et C. Données LiDAR, DREAL Centre).  Fig. 5 – Identification of the palaeomeanders in Bigny (sources: A. BD ortho, IGN; B and C. LiDAR data, DREAL Centre).

1. Paleoméandres ; 2. Le Cher actuel.
1. Palaeomeanders; 2. The current Cher River.

17Les données issues du MNT LiDAR ont permis d’identifier un ensemble de treize paléoméandres. La plupart sont localisés en rive droite du cours d’eau actuel et deux sont situés sur la rive gauche. Ces paléoméandres ont été nommés RD (Rive Droite) ou RG (Rive Gauche) et numérotés d’amont en aval. Sur les treize paléoméandres identifiés à Bigny, dix ont fait l’objet de sondages à la tarière et ont donc pu être replacés dans un référentiel d’altitude par rapport à la ligne d’eau du Cher (fig. 6). On distingue ainsi deux groupes et deux individus isolés qui forment quatre classes d’altitude relative : A, B, C et D. Le paléoméandre RD4 qui représente la classe A, est celui qui est le plus élevé par rapport au Cher (environ 5 m). Il est localisé en plaine distale et le MNT LiDAR permet seulement d'en discerner les extrémités amont et aval. Il a été identifié également par le biais de la carte géologique qui montre qu’il fait partie des alluvions Fy-z, « anciennes, subactuelles et actuelles du Cher » et des courbes de niveau qui indiquent un talus concave à cet endroit précis. (BRGM, feuille n°546, Châteauneuf-sur-Cher, 1/50 000). La classe B comprend les paléoméandres de rive droite localisés plutôt à l’amont de la zone d’étude (RD2, RD5 et RD7), dont les altitudes relatives s’échelonnent entre 3 et 4 m au-dessus de la ligne d’eau. La classe C correspond aux paléoméandres de rive droite plus en aval (RD8, RD9 et RD10) et aux paléoméandres de rive gauche (RG1 et RG2) qui présentent une différence de 1,5-2 m avec le Cher. Enfin, la classe D est associée au paléoméandre RD11 qui est situé quelques dizaines de centimètres au-dessus de la ligne d’eau.

Fig. 6 – Distance et altitude relative des paléoméandres par rapport au Cher.
Fig. 6 – Distance and relative elevation of palaeomeanders in relation to the Cher River.

Fig. 6 – Distance et altitude relative des paléoméandres par rapport au Cher.Fig. 6 – Distance and relative elevation of palaeomeanders in relation to the Cher River.

1. Niveau du sol au point de sondage ; 2. Contact entre le remblaiement fin et le remblaiement grossier 3. Délimitation des classes ; 4. Paléoméandre dont l’abandon a été daté par le radiocarbone ; 5. Paléoméandre dont l’abandon est daté par rapport aux autres datations et aux cartes historiques.
1. Soil surface at the borehole; 2. Contact between fine fill and coarse fill; 3. Class boundary; 4. Palaeomeander dated by 14C; 5. Palaeomeander dated in relation to the other dating and to historical maps.

18Nous avons pu dater l’abandon des trois paléoméandres de rive droite appartenant à la classe C (RD8, RD9 et RD10 ; tab. 1). Les datations montrent que le plus ancien, RD9, a été recoupé peu avant 5272-4867 cal. BP. Les deux autres paléochenaux (RD8 et RD10) sont tous les deux datés de la transition entre l’Antiquité et le Moyen-Âge. Néanmoins, il est peu probable qu’ils aient fonctionné simultanément. En effet, leur tracé au sein de la plaine alluviale ne décrit pas un thalweg continu, mais plutôt deux phases de migration de la rivière. Ces informations permettent également de dater relativement le paléoméandre RD11 (classe D). En effet, sa position dans la plaine laisse supposer qu’il est plus récent que RD10 (fig. 5). Par ailleurs, la comparaison avec les cartes historiques montre qu’il était déjà abandonné au milieu du XVIIIème siècle (fig. 3). Ainsi, ce paléoméandre a vraisemblablement été recoupé pendant le Moyen-Âge ou l’Epoque Moderne.

4.2. Mesures morphométriques des paléoméandres

19L’aspect discontinu inhérent aux paléoformes fluviales rend parfois difficile l’évaluation de leur géométrie en plan. C’est pourquoi, les largeurs relatives à des paléochenaux mal préservés (RD2 et RD9) ne sont pas présentées. La caractérisation morphométrique des anciens méandres montre une certaine variabilité de leurs dimensions (tab. 2 et fig. 7). Concernant les demi-amplitudes, les plus faibles valeurs sont comprises entre 150 et 250 m et correspondent aux paléoméandres situés en rive droite, dans la partie amont du secteur d’étude (RD1, RD2, RD3, RD6, RD7 et RD8). Parmi eux, on distingue RD2 et RD7 qui font partie de la catégorie d’altitude B et les trois paléoméandres du secteur amont qui n’ont pas été sondés (RD1, RD3 et RD6 ; fig. 6, tab. 2). Les valeurs supérieures à 250 m sont associées aux paléoméandres à la classe d’altitude C (RG1 et RG2 en rive gauche et RD8, RD9 et RD10 en rive droite ; fig. 6, tab. 2) ainsi qu’au paléoméandre RD5 de la classe B qui diffère par rapport au groupe auquel il appartient. Les paléochenaux isolés du point de vue topographique présentent également des grands gabarits. En effet, RD4 (classe A) correspond à une demi-amplitude supérieure à 300 m et RD11 (classe D) représente le maximum de la série avec une valeur de 458 m (fig. 6, tab. 2).

Tab. 2 – Paramètres morphométriques des paléoméandres.
Tab. 2 – Morphometric parameters of the palaeomeanders.

Tab. 2 – Paramètres morphométriques des paléoméandres.Tab. 2 – Morphometric parameters of the palaeomeanders.

20Concernant les largeurs, nous pouvons distinguer trois groupes. Le premier comprend des paléoméandres dont les largeurs s’échelonnent entre 60 et 75 m (RD3, RD4, RD6, RD8). Un second groupe présente des largeurs de chenaux comprises entre 85 et 100 m (RG1, RG2, RD5, RD10). Un troisième groupe associe des paléoméandres dont les largeurs sont bien plus importantes avec des valeurs supérieures à 110 m (RD1 et RD11 ; tab. 2, fig. 7). Le paléoméandre RD7 (37 m en moyenne) représente le minimum de la série, avec une valeur largement inférieure aux autres individus. Il est possible que ce dernier soit un bras secondaire plutôt qu’un chenal ayant fonctionné de manière autonome. Certains de ces paléochenaux associés aux plus faibles largeurs font partie du secteur haut de la plaine alluviale (RD4 et RD7 : classes d’altitude relative A et B). D’autres n’ont pas été recalés dans le référentiel d’altitude mais présentent une proximité géographique (RD3 et RD6 localisés dans le secteur amont). Seul RD8 appartenant à la classe C fait exception.

Fig. 7 – Largeur des paléoméandres.
Fig. 7 – Width of the palaeomeanders.

Fig. 7 – Largeur des paléoméandres.  Fig. 7 – Width of the palaeomeanders.

1. w > 100 m ; 2. 80 m < w < 100 m ; 3. 60 m < w < 80 m ; 4. 60 m < w ; 5. Non mesurés.
1. w > 100 m; 2. 80 m < w < 100 m; 3. 60 m < w < 80 m; 4. 60 m < w; 5. Not measurable.

21La sinuosité, exprimée par le rapport entre la largeur moyenne et le rayon de courbure, montre que la plupart des paléoméandres correspondent à un ratio compris entre 1 et 2 environ (RD1, RD2, RD3, RD5, RD6, RD10, RD11, RG1 et RG2 ; tab. 2). Replacées dans le cycle de vie des boucles de méandres, ces valeurs sont généralement associées aux vitesses de migration les plus importantes. Elles caractérisent le stade d’évolution précédant le recoupement, la stabilisation ou la naissance de nouvelles boucles. Ces valeurs-seuil diffèrent selon les auteurs et les hydrosystèmes étudiés : autour de 1 pour Hooke (1987) ; entre 1 et 2 pour Hudson et Kessel (2000) ; entre 2 et 3 pour Hickin (1978). Néanmoins, dans le cas des paléoméandres de Bigny, les ratios s’échelonnent sur des valeurs avoisinant les seuils proposés par les différents auteurs, correspondant généralement au dernier stade d’évolution avant le recoupement. Seuls trois paléoméandres (RD7, RD8 et RD4) présentent des ratios supérieurs à 3 et allant jusqu’à 4 pour RD7 et RD8. Ces valeurs peuvent s’expliquer par des largeurs très faibles (RD7) ou par le caractère discontinu des anciennes structures d’écoulement (RD4, RD8) qui induit la surestimation du rayon de courbure.

4.3. Estimations paléohydrologiques 

22L’application du modèle de Bjerklie (2007) aux paléoméandres propose une très large gamme de débits (tab. 3). Le plus étroit des paléochenaux (RD7) présente le minimum de la série avec 90 m3.s-1. On distingue ensuite un premier groupe dont les valeurs de paléodébits sont comprises entre 200 et 300 m3.s-1 (RD3, RD4, RD6, RD8). Comme pour la typologie basée sur les largeurs, ces anciens chenaux correspondent à la partie haute de la plaine alluviale (classe A et B), à l’exception de RD8 appartenant à la classe C. Le paléoméandres RG2 de la classe C est associé avec une valeur intermédiaire de 369 m3.s-1. Enfin, les paléodébits les plus importants sont ceux de RD5, RD10, RD11 et RG1 avec des valeurs s’échelonnant entre 400 et 565 m3.s-1. Ces paléoméandres de grand gabarit à la fois dans leur amplitude et dans leur largeur correspondent à la partie basse de la plaine alluviale (classe C et D). Font exception RD5 associé à la classe B et RD1 n’ayant pas été recalé mais étant localisé dans le secteur amont, à proximité des classes A et B.

Tab. 3 – Estimations des paléodébits à pleins-bords à partir des formules de Bjerklie (2007) et de Chézy-Manning (Rotnicky, 1983).
Tab. 3 – Reconstructions of palaeo-bankfull discharges based on the formulae of Bjerklie (2007) and Chézy-Manning (Rotnicky, 1983).

Tab. 3 – Estimations des paléodébits à pleins-bords à partir des formules de Bjerklie (2007) et de Chézy-Manning (Rotnicky, 1983).Tab. 3 – Reconstructions of palaeo-bankfull discharges based on the formulae of Bjerklie (2007) and Chézy-Manning (Rotnicky, 1983).

23Les paléodébits de RD10 et RD11 ont également été estimés à partir de la formule de Chézy-Manning. Ces deux paléoméandres ont fait l’objet d’observations sédimentaires et de mesures de la résistivité électrique. En effet, les estimations réalisées à partir de la forme des chenaux nécessitent la détermination d’un panel de variables plus large (section mouillée, périmètre mouillé, rayon hydraulique) qui sont définies à partir de données stratigraphiques (fig. 8). Le calcul de la formule de Chézy-Manning effectué sur trois profils du Cher actuel a montré des valeurs relativement concordantes avec le débit à pleins-bords réel (313 m3.s-1) avec un coefficient de rugosité d’une valeur de 0,04025. Ainsi, si on admet que la rugosité du lit est égale pour les paléoméandres et pour les chenaux actuels, on pourrait donc supposer que c’est cette estimation du coefficient qui est la plus appropriée. La détermination de la section mouillée des paléoméandres s’est appuyée sur les profils de résistivité électrique qui permettent de distinguer le remblaiement associé à une conductivité élevée (fig. 8). Deux estimations de la section mouillée ont été donc proposées en fonction des incertitudes liées à la détermination du sommet du banc de convexité le plus récent. Ainsi, deux valeurs de paléodébit sont proposées pour chaque paléoméandre se rapportant aux deux estimations de la section mouillée (tab. 3, fig. 8).

Fig. 8 – Estimation de la section mouillée des paléoméandres RD10 et RD11.
Fig. 8 – Estimation of the cross-section area of the palaeomeanders RD10 and RD11.

Fig. 8 – Estimation de la section mouillée des paléoméandres RD10 et RD11.  Fig. 8 – Estimation of the cross-section area of the palaeomeanders RD10 and RD11.

A. Coupe de résistivité. B. Carte de localisation : 1. Paléoméandres ; 2. Profil. C. Estimation de la section mouillée : 3. Délimitation des sections mouillée ; 4. Sondage sédimentaire ; 5. Estimation de la largeur ; 6. Alluvions ; 7. Estimation de la profondeur du bedrock ; 8. Calcul maximal de la section mouillée ; 9. Calcul minimal de la section mouillée.
A. Electrical resistivity tomography. B. Location map: 1. Palaeomeanders; 2. Transect. C. Estimation of the cross-section area: 3. Cross-section area boundaries; 4. Borehole; 5. Estimation of the width; 6. Alluvium; 7. Estimation of the depth of the bedrock; 8. Maximum calculation of the cross-section area ; 9. Minimum calculation of the cross-section area.

24Les résultats obtenus montrent une gamme de valeurs assez étendue pour le paléoméandre RD10 (entre 166-316 m3.s-1) qui s’explique par l’écart important entre les valeurs proposées pour la section mouillée (170-270 m² ; fig. 8). Les résultats obtenus pour le paléoméandre RD11 présentent une amplitude plus faible (entre 250 et 337 m3.s-1). Dans les deux cas, ces estimations du paléodébit sont assez proches ou inférieures au débit actuel (313 m3.s-1), alors même que le gabarit des paléoméandres RD10 et RD11 aurait plutôt laissé penser à des écoulements plus importants. Ce constat met en évidence les limites de la méthode qui présente des résultats largement sous-estimés, notamment liées à l’évaluation précise de la section mouillée et du coefficient de rugosité de Manning (tab. 3, fig. 8).

5. Discussion

5.1. Premiers jalons d’une chronologie d’évolution du paysage fluviatile à Bigny

25Dans ce secteur d’étude, la rivière actuelle s’écoule à proximité du versant gauche, au Sud-Ouest, alors que la plupart des paléochenaux se trouvent sur la partie droite et centrale de la vallée. A des échelles de temps millénaires, la bande active du Cher s’est donc déplacée en direction du versant gauche, ce qui a permis la conservation des méandres abandonnés. Certains paléochenaux étant datés du Subboréal ou de la transition entre l’Antiquité et le Moyen-Âge, ces analyses montrent l’ancienneté du style fluvial à méandres dans la vallée du Cher. Il est probable que des discontinuités soient survenues au cours du temps et des oscillations climatiques mineures de l’Holocène. Par exemple, la présence d’un style fluvial à chenaux multiples daté du Petit Age Glaciaire a été attestée dans le bassin de la Loire dans le Val d’Orléans (Castanet, 2008). Pour les temps les plus récents, la lecture des cartes historiques montre que le Cher présente un tracé stable et relativement rectiligne depuis au moins la seconde moitié du XVIIIème siècle. Ainsi, le recoupement des méandres historiques les plus récents aurait eu lieu entre la fin de l’Antiquité et l’Epoque Moderne. La stabilisation du tracé du Cher correspond vraisemblablement à un forçage exercé par les sociétés riveraines. Ces pressions sur le milieu fluviatile pourraient par exemple être liées à la création des forges de Bigny, situées à l’extrémité aval du canal de dérivation qui longe le Cher sur toute la longueur du secteur d’étude. Des sources archivistiques attestent de leur présence dès le XIVème siècle (Serna, 2013).

26A plus grande échelle, l’altitude et le recoupement des paléochenaux analysés de manière individuelle permettent d’identifier les premiers éléments d’une chronologie d’évolution du tracé de la rivière (fig. 5-6). Rassemblés selon les classes d’altitude relative, des groupes de paléoméandres peuvent être considérés comme des niveaux d’incision successifs. Le plus ancien correspond au paléoméandre RD4 (classe A), localisé dans la plaine distale. Un second niveau (classe B) comprend les paléoméandres de rive droite du secteur amont (RD1, RD2, RD3, RD5). Parmi eux, RD2 et RD5 sont localisés entre 3 et 4 m au-dessus du Cher actuel. A l’exception de RD5, le linéaire de ces paléoméandres apparait moins bien conservé par rapport aux autres, ce qui pourrait expliquer les valeurs d’amplitude plus faibles. Ces paléochenaux présentent des largeurs en deçà des autres paléoméandres, sauf RD1 dont la largeur dépasse 100 m.
Le paléoméandre RD7, localisé à une altitude similaire, pourrait être associé à un bras secondaire ou à un creux au sein d’une succession de bancs de convexité, du fait de sa faible largeur, qui aurait fonctionné avec un chenal principal peut-être moins élevé dans la plaine alluviale. Un autre niveau d’incision (classe C) est représenté avec les paléoméandres localisés à l’aval de la zone d’étude (RD8, RD9 et RD10) et de ceux localisés en rive gauche (RG1 et RG2). A l’exception de RD8 et de RD9, ces paléoméandres présentent des largeurs supérieures à 80 m et des amplitudes importantes. Les datations ont permis de situer l’abandon de trois d’entre eux à des périodes très différentes (Subboréal pour le paléoméandre RD9 et Antiquité tardive-début du Haut-Moyen-Age pour RD8 et RD10). Ce niveau correspond sans doute à différentes phases de migration du chenal qui présente une certaine stabilité verticale. Néanmoins, il est probable que cette stabilité ne soit pas continue au cours du temps, étant donné l’espacement des repères chronologiques dont nous disposons. Enfin un dernier niveau d’incision remarquable correspond au paléoméandre historique RD11 (classe D) dont le fond sableux est situé presque au même niveau que la ligne d’eau actuelle. Cet ancien chenal de grand gabarit a vraisemblablement été recoupé pendant le Moyen-Âge ou l’Epoque Moderne.

5.2. Variabilité des dimensions planimétriques des paléoméandres 

27Les résultats ont été comparés avec un référentiel actuel et subactuel (XIX et XXème siècle) issu des recherches sur le fonctionnement morphodynamique des méandres du Cher dans le secteur de Saint-Amand-Montrond (Dépret, 2014 ; fig. 9).

Fig. 9 – Localisation des boucles de méandres actuelles (Saint-Amand-Montrond) comparées aux paléoméandres de Bigny.
Fig. 9 – Location of meanders (Saint-Amand-Montrond) compared with palaeomeanders from Bigny.

Fig. 9 – Localisation des boucles de méandres actuelles (Saint-Amand-Montrond) comparées aux paléoméandres de Bigny.  Fig. 9 – Location of meanders (Saint-Amand-Montrond) compared with palaeomeanders from Bigny.

1. Paléoméandres ; 2. Secteur d’étude : A. Site de Bigny, B. Site de Saint-Amand-Montrond.
1. Palaeomeanders; 2. Study area: A. Bigny, B. Saint-Amand-Montrond.

28Ces travaux ont montré que les paramètres géométriques des méandres ont varié au cours des derniers 150 ans. Les comparaisons ont donc été réalisées à différentes dates afin de d’affranchir de ce biais. Les largeurs et les amplitudes ont été calculées grâce à des photographies aériennes et à des cartes anciennes géoréférencées et intégrées dans un SIG. Pour les largeurs, trois documents ont été retenues : le cadastre napoléonien (1830) et deux photographies aériennes de 1950 (1/26 000, prise le 10/06/1950) et de 1995 (1/25 000, prise le 07/07/1995). Concernant les amplitudes, les mesures des paléoméandres ont été comparées avec celles de 1830 (cadastre napoléonien) et de 2005 (photographie aérienne prise le 12/06/2005, avec une résolution inférieure à 68 cm). La comparaison avec des méandres actuels et subactuels montre que la série étudiée est proche du gabarit des chenaux du 1830, en particulier pour les largeurs (fig. 10). Les demi-amplitudes des paléoméandres apparaissent légèrement plus importantes (fig. 10), néanmoins, il est possible que ces valeurs aient été surestimées en fonction de la longueur du linéaire de thalweg qui subsiste aujourd’hui.

Fig. 10 – Graphique de dispersion des demi-amplitudes et des largeurs des paléoméandres et des méandres de 1830 (source : Dépret, 2014).
Fig. 10 – Scatter graph of half-amplitude and width of palaeomeanders and meanders of 1830 (sources: Dépret, 2014).

Fig. 10 – Graphique de dispersion des demi-amplitudes et des largeurs des paléoméandres et des méandres de 1830 (source : Dépret, 2014).  Fig. 10 – Scatter graph of half-amplitude and width of palaeomeanders and meanders of 1830 (sources: Dépret, 2014).

1. Méandres ; 2. Médiane ; 3. Moyenne.
1. Meanders; 2. Median; 3. Average.

29Les travaux sur la mobilité des méandres dans le secteur de Saint-Amand-Montrond ont montré que le Cher a connu une contraction de son lit de l’ordre de 45 % entre 1830 et 1950, puis une nouvelle augmentation de 30 % de sa largeur entre 1950 et 2005 (Dépret, 2014). La largeur des chenaux ayant pu varier entre 1830 et 2005, on ne peut donc pas conclure à un changement important du régime hydrologique enregistré par les paléoméandres de Bigny. Le grand gabarit de certains paléochenaux (RD1, RD5, RD10 ou RD11) pourrait plutôt traduire des ajustements mineurs de la morphologie des chenaux en rapport avec des débits morphogènes présentant des écoulements plus importants. Ces modifications des flux hydro-sédimentaires pourraient être en lien avec des oscillations climatiques mineures survenues au cours de l’Holocène. Outre le Petit Âge Glaciaire dont nous avons évoqué les impacts sur le style fluvial de la Loire (Castanet, 2008), des variations climatiques rapides associées à un refroidissement au niveau des pôles et à une aridification des tropiques ont également été perçues à l’échelle de la seconde moitié de l’Holocène (4200-3800 cal. BP, 3500-2500 cal. BP, 1200-1000 cal. BP. ; Mayewski et al., 2004). Elles auraient pu influencer la morphologie des chenaux en modifiant la nature du couvert végétal ou encore en provoquant des débâcles liées à la fonte glacio-nivale. Par ailleurs, les flux hydro-sédimentaires ont également pu être modifiés par les activités anthropiques. L’étude du signal incendie dans une tourbière localisée à quelques kilomètres de la zone d’étude montre que les premières occurrences de feux d’origine anthropique ont eu lieu au Néolithique final (entre 3000 et 2500 cal. BC/4950-4450 cal. BP) puis une seconde phase est observée au début de l’âge du Fer (900-700 cal. BC/2850-2650 cal. BP ; Vannière et Martineau, 2005). Dans la vallée du Fouzon (affluent du Cher, localisé en aval de Vierzon), les études polliniques montrent que les espèces arborées commence à décroitre au profit des plantes rudérales à partir de la période gallo-romaine, puis, au cours du XVIème siècle, l’impact de l’anthropisation sur le couvert végétal se faisant encore plus intense (Deloze et Gauthier, 1996). Ces modifications du couvert végétal d’origine anthropique corrélées avec des variations climatiques auraient pu contribuer à changer le rapport entre l’infiltration et le ruissellement au sein du bassin versant et générer des débits liquides plus importants. En l’état actuel des travaux, il est difficile de réaliser des corrélations entre les paléoméandres de Bigny et les variations environnementales mentionnées. Nous pouvons néanmoins supposer que l’impact croissant et durable sur la végétation, qui se met en place à partir de l’Antiquité, pourrait être à l’origine du grand gabarit des paléoméandres historiques (RD10 et RD11).

30Apporter des éléments de caractérisation et de compréhension de la variabilité du régime hydro-sédimentaire, en particulier de l’intensité des crues, sur ce secteur du Cher nécessitera donc de recourir à d’autres types d’approches. De ce point de vue, l’étude et la datation des séquences de remblaiement des paléoméandres pourraient constituer un apport précieux (Baker, 2008 ; Toonen et al., 2012).

5.3. Fiabilité des formules de calculs des paléodébits

31L’ensemble des éléments présentés dans cette étude indique que la reconstitution de paléodébits à pleins-bords à partir d’une seule boucle de méandre est associée à une approximation élevée, par ailleurs difficilement quantifiable. Cette incertitude est tout d’abord liée à la très forte variabilité potentielle des dimensions des boucles à une date donnée et sur un secteur donné. Ensuite, les valeurs de paléodébits calculées à l’échelle d’une boucle par l’intermédiaire de la formule de Bjerklie ou de Chézy-Manning doivent être considérées comme très probablement sous-estimées, du moins dans le cas du Cher. La comparaison entre les valeurs de débit à pleins-bords calculées à partir de la formule de Bjerklie et les valeurs de référence déterminées grâce à la méthode de Navratil et al. (2006) dans le secteur de Saint-Amand-Montrond, indique que ce modèle tendrait à fournir des valeurs de débit à pleins-bords sous-estimées. En effet, les résultats de l’application de la formule sur la série de 16 largeurs de 2005 présentent une moyenne de 250 m3.s-1, ce qui est en dessous du débit réel pour ce secteur (313 m3.s-1). Il est possible que le débit à pleins-bords soit sous-estimé en raison de l’incision récente du Cher depuis 1950 dans ce secteur en particulier (Dépret, 2014). Il est possible que l’enfoncement du lit ait entrainé un changement du rapport largeur-profondeur. Le calcul ne tenant compte que du paramètre largeur, la modification de la morphologie des chenaux peut en partie expliquer la sous-estimation du débit à pleins-bords.

32Concernant la formule de Chézy-Manning, le test sur les profils topographiques actuels est apparu relativement pertinent si on utilise un coefficient de rugosité d’une valeur de 0,04025. Appliquée aux paléoméandres RD10 et RD11, cette formule semble plus complexe à mettre en place, notamment au niveau de la détermination de la variable « section mouillée » (fig. 8). Les résultats étant inférieurs ou égaux aux débits actuels, alors même que les largeurs des paléochenaux sont très importantes, les résultats sont vraisemblablement sous-estimés. Ces marges d’erreur sont sans doute liées au remplissage plus ou moins marqué des boucles par la charge de fond lors de la phase de transition entre bras vif et bras mort. Au cours des quelques années faisant suite à leur recoupement, les bras peuvent en effet être le siège de dépôts grossiers qui modifient leur géométrie initiale (Gautier et al., 2007, 2010 ; Constantine et al., 2010 ; Toonen et al., 2012 ; Dieras et al., 2013). Ainsi, les limites des sections mouillées se trouvent généralement au sein des sédiments sableux. De ce fait, il est parfois difficile de faire la différence entre la charge de fond et le remblaiement grossier mis en place après l’abandon et qui présentent sans doute des valeurs de résistivité électrique similaires.

33Par ailleurs, ce comblement sableux est d’autant plus marqué que l’angle de diversion entre le méandre recoupé et le chenal principal est faible (Fisk, 1944 ; Allen, 1965 ; Constantine et al., 2010 ; Dieras, 2013). Ainsi, les bras recoupés par tangence, caractérisés par des angles de diversion élevés, verront l’essentiel de leur géométrie initiale conservée. Leur remplissage se réalisera principalement par une décantation lente des particules fines (Fisk, 1944 ; Allen, 1965 ; Gagliano et Howard, 1984 ; Saucier, 1994 ; Dieras, 2013).
A l’inverse, les bras recoupés par déversement, caractérisés par des angles de diversion plus réduits, seront dans un premier temps l’objet d’un remblaiement grossier partiel et relativement rapide, dont l’épaisseur aura tendance à diminuer en direction de l’aval (Fisk, 1944 ; Allen, 1965 ; Saucier, 1994 ; Kondolf et al., 2007 ; Constantine et al., 2010 ; Dieras, 2013). La sous-estimation des paléodébits y sera donc potentiellement plus élevée que sur les bras recoupés par déversement. Dans le cas du Cher, la sous-estimation des paléodébits pourrait être plus marquée sur le paléoméandre RD10, sans doute recoupé par déversement, que sur le paléoméandre RD11, possiblement recoupé par tangence.

6. Conclusion

34L’étude menée sur la vallée du Cher montre finalement l’intérêt d’une exploitation fine des données LiDAR comme outil de détection préalable et de caractérisation morphométrique des paléochenaux. Les données LiDAR constituent ainsi une première approche paléohydrographique de la plaine d’inondation qui permet d’identifier les formes fluviales héritées et de guider les travaux sur le terrain (sondages carottés, mesures géophysiques, …). Cet article représente donc une analyse préliminaire de l’évolution de la vallée du Cher sur le temps long. Une étude plus complète nécessitera des analyses approfondies des séquences de remblaiement des anciens lacs d’oxbow (sédimentologie et études des bio-indicateurs) ainsi que la construction d’un cadre chronologique fondé sur un ensemble de datations plus important. Ces travaux futurs permettront de comprendre les évolutions du cours d’eau en relation avec les variations environnementales (oscillations climatiques et changements des modes d’occupation des sols et usages du cours d’eau par les sociétés).

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DOI : 10.4000/quaternaire.1216

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Annexe

Equations utilisées

(1) Equation de Chézy-Manning (1983)

(2) Bjerklie (2007)

Abridged English version

In the valley of the Cher River, as in other catchments of meandering rivers, there are palaeochannels that are sometimes several thousand year old. These inherited landforms, progressively filled by sediments, are archives of fluvial evolutions. Morphometric parameters (elevation, amplitude, width and sinuosity) allow former fluvial pattern to be identified. The present study aims to provide a better understanding of former fluvial landforms and processes through the analysis of inherited palaeochannels and sedimentary bodies.

The study is carried out in the Cher River valley which is one of main tributaries of the Loire River. This medium-sized catchment is located in the center of France. The Cher River flows in the South of the “Bassin de Paris” (Paris Basin), from the “Massif Central” to the confluence with the Loire River (fig. 1). The present research is undertaken in the site of Bigny, located in the middle valley. This study area was chosen because of its numerous palaeomeanders well preserved.

First, the alluvial plain micro-topography is analyzed through the study of LiDAR DEM (Light Detection And Ranging – Digital Elevation Model) in order to reconstruct palaeo-fluvial landforms. The LiDAR DEM produces a high resolution image database which is useful to identify palaeochannels in areas of low contrasted topography such as floodplains. Then, the morphometric characterization of these landforms allows three main morphometric aspects to be assessed: the elevation in the alluvial plain, the size (amplitude and width) and the sinuosity of meanders (radius of curvature). These investigations based on topography are associated with stratigraphic data. Cores and electrical imaging survey help to estimate the depth and the transverse geometry of the palaeochannels.

A second stage consists in assessing palaeohydraulic parameters such as the bankfull discharge. These estimations are based on channels dimensions. Bankfull discharge was reconstructed using several mathematical relationships between hydraulics parameters and the geometry of the channels (width and cross-section area, fig. 4; Dury, 1976; Bjerklie et al., 2005; Salvador, 2005; Bjerklie, 2007; Castanet, 2008; Arnaud-Fassetta et al., 2010; Plotzky et al., 2013). Finally, three AMS radiocarbon dating give a first chronological framework (tab. 1).

The results of the analysis of the LiDAR DEM evidence thirteen palaeochannels, located on four different topographic levels (fig. 5-6). All channels have a meandering shape. The several cutoffs and elevation levels suggest that there are different generations of inherited landforms and different stages of migration of the river. The geometric characterization shows different sizes of palaeomeanders. Some of them are much wider than those of the current river (over 110 meters in width; tab. 2 and fig. 7). Most of the palaeomeanders located on the lower topographic levels are also the largest. The palaeohydraulic reconstructions derived from dimensions of meanders demonstrate the part played by the parameters and models we used. More precisely, the results depend on the model we chose (width or cross-section area; tab. 3). The model based on the width provides a wide range of palaeobankfull discharges. Some of them are much higher than the current discharge. Then, the palaeohydraulic reconstructions derived from the cross-section area are applied to two large-sized palaeomeanders. However the calculations show that palaeobankfull discharges are below or equal to the current discharge.

These results allow a palaeohydrographic chronology to be reconstructed. Firstly, the dating analyses show that meandering pattern is very ancient, at least from the middle of the Holocene to the early Middle Ages. The comparison with current local morphology and historical maps (fig. 3) evidences that the main cutoff phase of the historical palaeomeanders occurred between the Middle Ages and the mid-18th century. Also, it demonstrates the stabilization of the river bed since the mid-18th century, likely linked with historical engineering works. Indeed, a dam and a canal associated with ancient forging plant are located in the study area. Then, the morphometric analysis highlights the various sizes of the palaeochannels, among which large-sized palaeomeanders are observed. The comparison of the palaeomeanders with the current river shows that their sizes are close to those of the meanders of the 19th century (fig. 10). Therefore, we cannot conclude to a major change in hydrological regime recorded by the palaeomeanders. However the large-sized historical palaeomeanders could be related with regional land use change, especially forest clearance identified by palynological study (Deloze and Gauthier, 1996) and history of fires (Vannière and Martineau, 2005).

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Localisation du bassin versant du Cher (sources : BD alti, IGN). Fig. 1 – Location of the catchment of the Cher River (sources: BD alti, IGN).
Légende 1. Délimitation du bassin versant du Cher ; 2. Villes principales ; 3. Zone d’étude de Bigny.1 Catchment of the Cher River; 2. Main cities; 3. Study area of Bigny.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-1.png
Fichier image/png, 1,3M
Titre Fig. 2 – Contexte géologique et géomorphologique de la zone d’étude (source : BRGM, feuille n°546, Châteauneuf–sur-Cher, 1/50 000, 1984, G. Lablanche, N. Desprez ; feuille n°572, Saint-Amand-Montrond, 1/50 000, 1994, G. Lablanche, D. Marchand, A. Lefavrais-Raymond, S. Debrand-Passard, Y. Gros, N. Debéglia, P. Maget, D. Lallier).Fig. 2 – Geological and geomorphological context of the study area(source : BRGM, map n°546, Châteauneuf-sur-Cher, 1/50 000, G. Lablanche, N. Desprez; map n°572, Saint-Amand-Montrond, 1/50 000, G. Lablanche, D. Marchand, A. Lefavrais-Raymond, S. Debrand-Passard, Y. Gros, N. Debéglia, P. Maget, D. Lallier).
Légende 1. Fy-z, alluvions anciennes, subactuelles et actuelles du Cher ; 2. Fx, alluvions anciennes (niveau 5 à 15 m), sables fins à moyens à galets ; 3. Fv, alluvions anciennes (niveau>30 m), sables moyens quartzo-feldspathiques ; 4. Calcaires et argiles lacustres du Berry (du Ludien au Stampien) ; 5. Calcaires bioclastiques à entroques (Bathonien-Callovien) ; 6. Calcaires oolithiques, calcaires bioclastiques à entroques (Bathonien-Callovien) ; 7. Bajocien et Bathonien décarbonaté ; 8. Argilites sableuses dans les calcaires lacustres du Berry, (Priabonien à Stampien) ; 9. Faille ; 10. Le Cher actuel ; 11. Canal ; 12. Barrage de Bigny ; 13. Paléoméandres étudiés. 1. Fy-z, ancient and current alluvium; 2. Fx, ancient alluvium (level from 5 to 15 m), fine to medium sand with gravels; 3. Fv, old alluvium (level >30 m), medium sand quartzo-feldspathic; 4. Limestone and lacustrine clay of Berry (Ludian-Stampian); 5. Bioclastic limestone with fossils (Bathonian-Callovian); 6. Oolithic limestone, bioclastic crinoidal limestone; 7. Decarbonated Bajocian and Bathonian; 8. Sandy clay within lacustrine limestone of Berry (Priabonian to Stampian); 9. Fault; 10. Current Cher River; 11. Canal; 12. Dam of Bigny; 13. Studied palaeomeanders.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-2.png
Fichier image/png, 352k
Titre Fig. 3 – Cartes historiques de la zone d’étude. Fig. 3 – Historical maps of the study area.
Légende A. Atlas de Trudaine, milieu du XVIIIème siècle (source : http://www.culture.gouv.fr) ; B. Carte d’Etat-Major, milieu du XIXème siècle (source : http://www.geoportail.gouv.fr). A. Atlas de Trudaine, mid-18th century (source: http://www.culture.gouv.fr); B. Carte d’Etat-Major, mid-19th century (source: http://www.geoportail.gouv.fr).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 140k
Titre Tab. 1 – Datations par le radiocarbone réalisées dans cette étude. Tab. 1 – Radiocarbon dating of the study.
Légende Le code de l’échantillon renseigne l’identifiant du paléoméandre. Logiciel Calib 7.0.4, Stuiver M. and Reimer P.J., (1993), Reimer et al. (2013). The name of the sample precises the name of the palaeomeanders. Software Calib 7.0.4, Stuiver M. and Reimer P.J. (1993), Reimer et al. (2013).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 232k
Titre Fig. 4 – Paramètres morphométriques (sources : Salvador, 2005 ; Bravard et Petit, 2000, modifiés). Fig. 4 – Morphometric parameters. (sources: Salvador, 2005; Bravard and Petit, 2000, modified).
Légende A. Paramètres transversaux : A. Aire de la section mouillée ; W. Largeur à pleins-bords mesurée ; P. Périmètre mouillé ; B. Paramètres planimétriques : W. largeur à pleins-bords mesurée ; Rc. Rayon de courbure ; a. Amplitude. A. Transversal parameters: A. Cross-section area; W. Measured bankfull width; P: Water body perimeter; B. Planforms: W. Measured bankfull width; Rc. Radius of curvature; a. Amplitude.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 164k
Titre Fig. 5 – Identification des paléoméandres de Bigny (sources : A. BD ortho, IGN ; B et C. Données LiDAR, DREAL Centre). Fig. 5 – Identification of the palaeomeanders in Bigny (sources: A. BD ortho, IGN; B and C. LiDAR data, DREAL Centre).
Légende 1. Paleoméandres ; 2. Le Cher actuel. 1. Palaeomeanders; 2. The current Cher River.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 1,1M
Titre Fig. 6 – Distance et altitude relative des paléoméandres par rapport au Cher.Fig. 6 – Distance and relative elevation of palaeomeanders in relation to the Cher River.
Légende 1. Niveau du sol au point de sondage ; 2. Contact entre le remblaiement fin et le remblaiement grossier 3. Délimitation des classes ; 4. Paléoméandre dont l’abandon a été daté par le radiocarbone ; 5. Paléoméandre dont l’abandon est daté par rapport aux autres datations et aux cartes historiques. 1. Soil surface at the borehole; 2. Contact between fine fill and coarse fill; 3. Class boundary; 4. Palaeomeander dated by 14C; 5. Palaeomeander dated in relation to the other dating and to historical maps.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 76k
Titre Tab. 2 – Paramètres morphométriques des paléoméandres.Tab. 2 – Morphometric parameters of the palaeomeanders.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 296k
Titre Fig. 7 – Largeur des paléoméandres. Fig. 7 – Width of the palaeomeanders.
Légende 1. w > 100 m ; 2. 80 m < w < 100 m ; 3. 60 m < w < 80 m ; 4. 60 m < w ; 5. Non mesurés.1. w > 100 m; 2. 80 m < w < 100 m; 3. 60 m < w < 80 m; 4. 60 m < w; 5. Not measurable.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 104k
Titre Tab. 3 – Estimations des paléodébits à pleins-bords à partir des formules de Bjerklie (2007) et de Chézy-Manning (Rotnicky, 1983).Tab. 3 – Reconstructions of palaeo-bankfull discharges based on the formulae of Bjerklie (2007) and Chézy-Manning (Rotnicky, 1983).
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 208k
Titre Fig. 8 – Estimation de la section mouillée des paléoméandres RD10 et RD11. Fig. 8 – Estimation of the cross-section area of the palaeomeanders RD10 and RD11.
Légende A. Coupe de résistivité. B. Carte de localisation : 1. Paléoméandres ; 2. Profil. C. Estimation de la section mouillée : 3. Délimitation des sections mouillée ; 4. Sondage sédimentaire ; 5. Estimation de la largeur ; 6. Alluvions ; 7. Estimation de la profondeur du bedrock ; 8. Calcul maximal de la section mouillée ; 9. Calcul minimal de la section mouillée.A. Electrical resistivity tomography. B. Location map: 1. Palaeomeanders; 2. Transect. C. Estimation of the cross-section area: 3. Cross-section area boundaries; 4. Borehole; 5. Estimation of the width; 6. Alluvium; 7. Estimation of the depth of the bedrock; 8. Maximum calculation of the cross-section area ; 9. Minimum calculation of the cross-section area.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 2,1M
Titre Fig. 9 – Localisation des boucles de méandres actuelles (Saint-Amand-Montrond) comparées aux paléoméandres de Bigny. Fig. 9 – Location of meanders (Saint-Amand-Montrond) compared with palaeomeanders from Bigny.
Légende 1. Paléoméandres ; 2. Secteur d’étude : A. Site de Bigny, B. Site de Saint-Amand-Montrond. 1. Palaeomeanders; 2. Study area: A. Bigny, B. Saint-Amand-Montrond.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11369/img-12.jpg
Fichier image/jpeg, 168k
Titre Fig. 10 – Graphique de dispersion des demi-amplitudes et des largeurs des paléoméandres et des méandres de 1830 (source : Dépret, 2014). Fig. 10 – Scatter graph of half-amplitude and width of palaeomeanders and meanders of 1830 (sources: Dépret, 2014).
Légende 1. Méandres ; 2. Médiane ; 3. Moyenne. 1. Meanders; 2. Median; 3. Average.
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Pour citer cet article

Référence papier

Anaëlle Vayssière, Thomas Depret, Cyril Castanet, Emmanuèle Gautier, Clément Virmoux, Nathalie Carcaud, Aline Garnier, Daniel Brunstein et Daniel Pinheiro, « Etude des paléoméandres holocènes de la plaine alluviale du Cher (site de Bigny, moyenne vallée du Cher) », Géomorphologie : relief, processus, environnement, vol.22 - n° 2 | 2016, 163-176.

Référence électronique

Anaëlle Vayssière, Thomas Depret, Cyril Castanet, Emmanuèle Gautier, Clément Virmoux, Nathalie Carcaud, Aline Garnier, Daniel Brunstein et Daniel Pinheiro, « Etude des paléoméandres holocènes de la plaine alluviale du Cher (site de Bigny, moyenne vallée du Cher) », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], vol.22 - n° 2 | 2016, mis en ligne le 23 mai 2016, consulté le 26 juin 2017. URL : http://geomorphologie.revues.org/11369 ; DOI : 10.4000/geomorphologie.11369

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Auteurs

Anaëlle Vayssière

Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne – Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – Meudon, France (anaelle.vayssiere@lgp.cnrs.fr). Tél : +33 1 45 07 55 83.

Thomas Depret

Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – ENS de Lyon, Environnement, Ville et Sociétés (UMR 5600) – Meudon, France (thomas.depret@ens-lyon.fr).

Cyril Castanet

Université Paris 8 Saint-Denis-Vincennes – Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – Meudon, France (cyrilcastanet@hotmail.com).

Emmanuèle Gautier

Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne – Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – Meudon, France (emmanuele.gautier@lgp.cnrs.fr).

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Clément Virmoux

Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – Meudon, France (clement.virmoux@lgp.cnrs.fr).

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Nathalie Carcaud

Agrocampus-Ouest – Laboratoire ESO (UMR 6590) – Angers, France (nathalie.carcaud@agrocampus-ouest.fr).

Aline Garnier

Université Paris-Est Créteil – Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – Meudon, France (aline.garnier@u-pec.fr).

Daniel Brunstein

Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – Meudon, France (daniel.brunstein@lgp.cnrs.fr).

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Daniel Pinheiro

Laboratoire de Géographie Physique (UMR 8591) – Meudon, France (daniel.pinheiro@cnrs-bellevue.fr).

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