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Présence d’éolianites carbonatées d’âge pléistocène dans les îles Marquises (Polynésie Française)

Occurrence of Pleistocene carbonate eolianites in the Marquesas Islands (French Polynesia)
Michel Charleux et Lucien F. Montaggioni

Résumés

Dans l’archipel volcanique des Marquises, les îles du Nord (Eiao, Ua Uka et Nuku Hiva) possèdent des dépôts carbonatés cimentés, formant des ilots ou des reliefs adossés à la côte, localisés le long des secteurs méridionaux et orientaux. Atteignant localement une altitude supérieure à 200 m, ces dépôts présentent la forme de dôme aplati, de croissant ou de cône d’accumulation. Essentiellement composés de fragments d’organismes marins à squelette calcaire, accumulés en strates plurimétriques finement litées à disposition oblique, ces dépôts ont été interprétés comme étant d’anciennes plages ultérieurement soulevées. De nouvelles analyses géomorphologiques, lithostratigraphiques (identification des structures internes, évaluation des dimensions et des pendages des corps sédimentaires) et sédimentologiques (granulométrie, identification des cimentations précoces) révèlent que ces formations carbonatées ont été élaborées à partir de sables moyens à très fins isométriques, accumulés selon des angles de repos fréquemment supérieurs à 30° et finalement cimentés en milieu sub-aérien. Ces caractéristiques militent en faveur d’une origine éolienne, ce qui conduit à considérer ces dépôts comme des paléo-dunes ou éolianites littorales, façonnées par l’action des vents dominants des secteurs est-sud-est (alizés), à partir d’épandages sédimentaires marins alors émergés, au cours d’une ou plusieurs chutes du niveau marin entre le Pléistocène moyen et récent.

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Notes de la rédaction

Soumis le 14 juin 2016, reçu sous sa forme révisée le 04 janvier 2017. Définitivement accepté le 17 janvier 2017.

Texte intégral

Les différentes missions archéologiques de Michel Charleux sur Eiao ont été rendues possibles grâce à l’inestimable soutien logistique apporté par les Forces Armées en Polynésie française, la Marine Nationale et les pilotes de l’hélicoptère embarqué. Nous adressons également nos remerciements à la Communauté de Communes des Îles Marquises (CODIM) pour son important soutien financier et à la municipalité de Ua Huka et, en particulier à son Secrétaire Général qui a mis des moyens à disposition pour se rendre sur les formations de Ua Huka. Sur Nuku Hiva, Sébastien et Raymonde Falchetto ont apporté à Michel Charleux une aide précieuse et leur amitié indéfectible. L’équipe de volontaires qui s’est chargée de recueillir les échantillons sur Eiao était composée d'André, Eric, Philippe, Michel, Sandra, Rémi, Stéphane et Piropi. Enfin le Bureau de l’association ARSH-EIAO et l’équipage du voilier « Shark » ont contribué au succès des différentes missions. Nous tenons à remercier les deux relecteurs anonymes pour leurs remarques et critiques dont l’âpreté, parfois, a permis d’enrichir le débat.

1. Introduction

1Partie intégrante de la Polynésie Française, l’archipel volcanique des Marquises est situé dans la partie centrale de l’océan Pacifique, entre 7°50’–10°35’ de latitude Sud et 138°25’‑140°50’ de longitude Ouest. D’une superficie totale de 997 km², il comprend huit îles hautes principales (Eiao, Nuku Hiva, Ua Uka, Ua Pou, Hiva Oa, Tahuata, Mohotane, Fatu Hiva) et quelques îlots (Hatutu, Motu Iti et Fatu Huku) d'origine volcanique (fig. 1), dont les âges varient entre 5,5 et 1,1 millions d'années (Guille et al., 2002 ; Guillou et al., 2014 ; Maury et al., 2014, 2016).

Fig. 1 – Carte de l’archipel des Marquises, Polynésie Française.
Fig. 1 – Map of the Marquesas archipelago, French Polynesia.

Fig. 1 – Carte de l’archipel des Marquises, Polynésie Française.Fig. 1 – Map of the Marquesas archipelago, French Polynesia.

A. Localisation des îles Marquises dans l’Océan Pacifique ; B. Localisation des îles et topographie des fonds sous-marins environnants.
A. Location of the Marquesas Islands in the Pacific Ocean; B. Location of the islands and topography of nearby marine areas.

2Fait remarquable pour la Polynésie Française, îles et ilots apparaissent comme totalement dépourvus de récifs coralliens actifs (Chevalier, 1978 ; Cabioch et al., 2008 ; Montaggioni et al., 2016). Cependant, les fonds marquisiens sont parsemés de bancs immergés (dont le banc Motu One), morphologiquement assimilables à d’anciens atolls ou plates-formes récifales. Il n’existe aucune trace d’anciens récifs coralliens émergés, tels que ceux qui se sont formés dans les îles de la Société et des Tuamotus lorsque le niveau marin était supérieur au niveau actuel, en particulier, lors du dernier stade interglaciaire (vers 125 000 ans BP) et de l’Holocène moyen à terminal (entre 6 000 et 1 500 ans BP) (Montaggioni, 1985 ; Pirazzoli et Montaggioni, 1985 ; Pirazzoli et al., 1985).

3Seuls quelques affleurements de roches carbonatées en position émergée se rencontrent sur les îles hautes septentrionales d’Eiao, d’Ua Uka et de Nuku Hiva, reposant en discordance angulaire sur le substratum volcanique (fig. 2). Dans l’île d’Eiao, ces roches affleurent sur la côte sud et sud-est, où elles constituent l’ilot Motu Motu’u et des placages le long de falaises de la Baie de Motu Hiva. Dans l’île d’Ua Uka, les formations carbonatées sont localisées sur le versant sud-ouest où elles forment respectivement la Pointe Tetutu, à l’entrée de la Baie d’Hatuana et l’ilot Teuaua. À l’extrémité nord-est de l’île de Nuku Hiva, on observe un affleurement de même nature, adossé au fond de la baie en arrière de la Pointe Maatea.

Fig. 2 – Cartes des îles volcaniques hautes d’Eiao, Ua Uka et Nuku Hiva, avec localisation des dépôts carbonatés émergés.
Fig. Maps of the high volcanic islands of Eiao, Ua Uka and Nuku Hiva, with location of exposed carbonate deposits.

Fig. 2 – Cartes des îles volcaniques hautes d’Eiao, Ua Uka et Nuku Hiva, avec localisation des dépôts carbonatés émergés.Fig. 2 – Maps of the high volcanic islands of Eiao, Ua Uka and Nuku Hiva, with location of exposed carbonate deposits.

A. Sites d’Eiao : 1. Baie de Motu Hiva, 2. ilôt de Motu Motu’u ; B. Sites de Ua Uka : 1. Ponte Tetutu, 2. ilôt de Teuaua ; C. Site de Nuka Hiva : 1. baie de la Pointe Maatea.
A. Eiao sites: 1. Motu Hiva Bay, 2. Motu Motu’u islet; B. Ua Uka sites: 1. Pointe Tetutu, 2. Teuaua Islet; C. Nuka Hiva site: 1. bay close to Pointe Maatea.

4Alors que ces îles ont été explorées et décrites dès le dix-huitième siècle, la présence de ces formations carbonatées n’a été signalée que récemment (Obelliane, 1955). Atteignant localement une altitude supérieure à 200 m, ces formations résultent de l’accumulation de fragments d’organismes marins à squelettes calcaires. Elles constituent des couches de plusieurs mètres d’épaisseur, à stratifications obliques et finement litées. Certaines interprétations sur leur origine les ont assimilées à des dépôts de plage ultérieurement cimentés et soulevés (Maury et al., 2009) ou encore à des dépôts alluviaux (Maury et al., 2014). Les critères les plus fiables pour différencier des dépôts d’origine éolienne de ceux mis en place par l’action des vagues et des courants marins reposent sur la reconnaissance des structures sédimentaires primaires (formes, dimensions et pendages des strates élémentaires, configuration des surfaces séparant les corps sédimentaires superposés). Par ailleurs, bien que ne présentant pas une grande valeur diagnostique, les caractères granulométriques et diagénétiques peuvent apporter de précieuses indications sur la nature du milieu de dépôt et les conditions de la cimentation.

5Le but du présent article est de tenter de démontrer l’origine éolienne de ces formations à partir de critères morphologiques et sédimentologiques et de reconstituer les conditions paléogéographiques qui ont présidé à leur mise en place.

2. Morphologie générale des formations carbonatées

6Dans la partie centrale de la côte sud-est d’Eiao, l’ilot Motu Motu’u correspond à un dépôt épais d’environ 17 m, couvrant plus de 6 000 m². Sa forme générale restituée est celle d’un amas grossièrement hémicirculaire (fig. 3). Les strates constitutives accusent un pendage de 25° à 35° d’orientation sud-ouest. Dans la partie méridionale de l’île, sur les parois de la Baie de Motu Hiva, on observe un ensemble de trois placages carbonatés de forme triangulaire et évasés vers la base, s’étendant depuis le littoral jusqu’à une altitude de plus de 250 m (fig. 4). Ces formations occupent une surface totale de 50 000 m². Le plus grand cône, d’environ 250 m de largeur maximale, se termine par un tombant de plusieurs mètres de haut d’origine érosive, ce qui suggère une extension, du moins, à l’origine, sous le niveau de la mer. Les surfaces de ces placages ont généralement une pente très prononcée (de l’ordre de 45°), en conformité avec celle des falaises volcaniques. À l’échelle de l’affleurement, on note, en revanche, que la stratification des dépôts calcaires est oblique par rapport au pendage des coulées volcaniques. À moins qu’elles n’aient été totalement détruites par l’érosion ou recouvertes par d’importants éboulis volcaniques, on n’observe pas d’autres formations similaires, que ce soit sur la façade ouest de la baie de Motu Hiva ou à tout autre endroit sur les côtes d’Eiao.

Fig. 3 – Vue aérienne de l’îlot Motu Motu’u, sud-ouest de l’île d’Eiao, montrant des stratifications à pendage sud-ouest.
Fig. Aerial view of Motu Motu’u islet, south-west of Eiao Island, composed of south-west dipping strata.

Fig. 3 – Vue aérienne de l’îlot Motu Motu’u, sud-ouest de l’île d’Eiao, montrant des stratifications à pendage sud-ouest. Fig. 3 – Aerial view of Motu Motu’u islet, south-west of Eiao Island, composed of south-west dipping strata.

(Document Google Earth / Image Google Earth.)

Fig. 4 – Vue aérienne de la Baie de Motu Hiva, sud-ouest de l’île d’Eiao, montrant ses parois localement recouvertes de quatre plaquages carbonatés en forme de cône de déjection.
Fig. Aerial view of Motu Hiva Bay, south-west of Eiao Island, the flanks of which are covered by four fan-shaped carbonate deposits.

Fig. 4 – Vue aérienne de la Baie de Motu Hiva, sud-ouest de l’île d’Eiao, montrant ses parois localement recouvertes de quatre plaquages carbonatés en forme de cône de déjection. Fig. 4 – Aerial view of Motu Hiva Bay, south-west of Eiao Island, the flanks of which are covered by four fan-shaped carbonate deposits.

Noter l’escarpement qui limite le cône vers la mer. Document Google Earth.
The fan is cut off by a scarp seawards. Image Google Earth.

7Sur l’île d’Ua Uka, le système sédimentaire constituant la Pointe Tetutu, d’une longueur de près de 600 m, d’une largeur d’environ 340 m et d’une épaisseur apparente de 40 m au moins, offre une morphologie en croissant ouvert vers la mer (fig. 5). L’examen de l’organisation interne révèle la présence de deux corps superposés à stratifications obliques, séparés par une surface de discontinuité localement surcreusée de cavités. Sur le versant occidental du système faisant face à la mer, les strates des deux corps, relativement bien conservées, présentent un pendage moyen variant entre 10° à 15° (fig. 6).

Fig. 5 – Vue aérienne de la Pointe Tetutu, sud-ouest de l’île Ua Uka, montrant la présence d’une formation carbonatée en forme de croissant ouvert sur la mer.
Fig. Aerial view of Pointe Tetutu, south-west of Ua Uka Island, showing sea-facing, crescent-shaped carbonate deposits.

Fig. 5 – Vue aérienne de la Pointe Tetutu, sud-ouest de l’île Ua Uka, montrant la présence d’une formation carbonatée en forme de croissant ouvert sur la mer.Fig. 5 – Aerial view of Pointe Tetutu, south-west of Ua Uka Island, showing sea-facing, crescent-shaped carbonate deposits.

(Photographie de Fred Jacq / photography by Fred Jacq)

Fig. 6 – Vue du flanc méridional de la Pointe Tetutu, sud-ouest de l’île d’Ua Uka.
Fig. View of the southern flank of Pointe Tetutu, south-west of Ua Uka Island.

Fig. 6 – Vue du flanc méridional de la Pointe Tetutu, sud-ouest de l’île d’Ua Uka.Fig. 6 – View of the southern flank of Pointe Tetutu, south-west of Ua Uka Island.

Noter la présence de deux unités sédimentaires (U1 et U2) superposées et séparées par une surface érosive localement surcreusée de grottes (SE). Les strates constitutives des deux unités présentent des pendages n’excédant pas 15° (surlignés sur l'image). L’épaisseur totale est de l’ordre d’une quinzaine de mètres. Photographie de M. Charleux.
There are two superimposed sedimentary units (U1 and U2) separated by an erosional surface, locally overdeepened by caves (SE). The strata of both units have slopes not exceeding 15°. The total thickness is approximately 15 m. Photography by M. Charleux.

8Sur le versant oriental adossé à la côte, les terminaisons, bien préservées, sont fortement déclives, les pendages pouvant atteindre 40°. De dimensions similaires au système précédent (400 m de long, environ 190 m de large), l’ilot calcaire Teuaua culmine à une altitude d’environ 25 m. Sa forme générale est celle d’un dôme aplati. On y distingue deux unités superposées, chacune d’une épaisseur inférieure à 4 mètres, et séparées par une surface érosive rectiligne (fig. 7). Les terminaisons des strates constitutives offrent des pendages compris entre 10° et 20°.

Fig. 7 – Vue du versant oriental de l’ilot Teuaua, sud-ouest de l’île d’Ua Uka, montrant la présence de deux unités sédimentaires (U1 et U2) superposées et séparées par une surface de réactivation de deuxième ordre (SF2) rectiligne et de faible inclinaison.
Fig. View from the eastern flank of Teuaua islet, south-west of Ua Uka Island, showing two superimposed sedimentary units (U1 and U2) separated by a straight, gently dipping, second-order erosional surface (SF2).

Fig. 7 – Vue du versant oriental de l’ilot Teuaua, sud-ouest de l’île d’Ua Uka, montrant la présence de deux unités sédimentaires (U1 et U2) superposées et séparées par une surface de réactivation de deuxième ordre (SF2) rectiligne et de faible inclinaison.Fig. 7 – View from the eastern flank of Teuaua islet, south-west of Ua Uka Island, showing two superimposed sedimentary units (U1 and U2) separated by a straight, gently dipping, second-order erosional surface (SF2).

Chaque unité est elle-même composée de corps à strates obliques (SA) dont les angles de repos varie de quelques degrés à 25°. Ces corps sont arasés à leur partie sommitale par des surfaces de réactivation de premier ordre (SF1). La  hauteur maximale de la falaise est ici de l’ordre de 7 m. Noter, à la base, la présence d’une encoche d’érosion marine marquant la position du niveau marin actuel. Photographie de M. Charleux.
Both units are made up of cross-bedded bodies. Their strata have angles of repose ranging from a few degrees to 25°. These bodies are cut at top by first-ordre erosinal surfaces (SF1). The maximum height of the cliff here is some 7 m. There is a marine erosional notch at the base related to the present-day sea level position. Photography by M. Charleux.

9Dans l’île de Nuku Hiva, l’affleurement proche de la Pointe Maatea se présente sous la forme d’un dôme d’environ 240 m de diamètre et d’une épaisseur apparente de 30 m environ (fig. 8). Là encore, on observe la superposition de deux corps sédimentaires distincts. Le flanc orienté face à la mer est constitué de strates dont le pendage moyen varie entre 10° et 20°. En revanche, le versant opposé, parfaitement conservé, est constitué de strates progradantes, fortement déclives (35° à 45°). On signalera la présence de pétroglyphes, dessins symboliques gravés sur dalles calcaires, sur le Motu Motu’u, à la Pointe Maatea et à la Pointe Tetutu, preuves de l’intérêt porté par les anciens Marquisiens à ces formations calcaires inhabituelles dans un environnement volcanique.

Fig. 8 – Vue générale de la formation carbonatée située en retrait de la Pointe Maatea, nord-est de l’île Nuka Hiva.
Fig. Overview of the carbonate deposits located back from Pointe Maatea, north-east of Nuku Hiva Island.

Fig. 8 – Vue générale de la formation carbonatée située en retrait de la Pointe Maatea, nord-est de l’île Nuka Hiva.Fig. 8 – Overview of the carbonate deposits located back from Pointe Maatea, north-east of Nuku Hiva Island.

On observe la présence de deux unités sédimentaires superposées (U1 et U2), séparées par une surface érosive rectiligne et faiblement pentue de second ordre (SF2). Noter le faible pendage des strates orientées vers la mer (environ 10°) (SAW) comparé à celui des versants (SAL) adossés à la côte (> 35°). L’épaisseur maximale de la formation est d’environ 15 m. La base de la formation est entaillée par une ligne d’encoches correspondant à la position du niveau marin actuel. Photographie de M. Charleux.
There are two superimposed sedimentary units (U1 and U2), separated by a straight and gently dipping, second-order erosional surface (SF2). The dip of the windward, sea-facing strata (SAW) is about 10°, while that of the leeward, land-facing (SAL) parts exceeds 35°. The maximum thickness of the deposits is approximately 15 m. The deposits are cut, at base, by a line of notches related to the present-day sea-level position. Photography by M. Charleux.

3. Étude descriptive des structures sédimentaires internes

10Dans l’ensemble, les caractères structuraux des diverses unités à stratifications obliques sont homogènes. Ces unités sont constituées de lamines élémentaires, d’épaisseur millimétrique à pluri-millimétrique, groupées en strates d’épaisseur métrique à pluri-métrique (valeurs maximales : 8-10 m). La disposition la plus fréquente des lamines élémentaires est, en accord avec la classification de Jacob (1973), de type rectiligne (fig. 9), bien que les formes concaves et convexes, par rapport aux parties sommitales des unités, ne soient pas rares. Les lamines sont planes et apparemment dépourvues d’ondulations et de figures de bioturbation. Localement, les lamines deviennent tangentielles aux plans de séparation (surfaces érosionnelles ou surfaces de discontinuité au sens de Lombard (1972) entre deux unités sédimentaires, puis fortement inclinées vers la base des accumulations. La présence de figures sigmoïdales reste occasionnelle (fig. 10).

Fig. 9 – Vue détaillée du versant sous-le-vent de la formation carbonatée de la Pointe Tetutu, île d’Ua Uka.
Fig. Close-up from the leeward flank of the carbonate deposits at Pointe Tetutu, Ua Uka Island.

Fig. 9 – Vue détaillée du versant sous-le-vent de la formation carbonatée de la Pointe Tetutu, île d’Ua Uka.Fig. 9 – Close-up from the leeward flank of the carbonate deposits at Pointe Tetutu, Ua Uka Island.

Noter l’organisation interne des strates constituées de faisceaux de lamines centrimétriques, planes et rectilignes, à pendage généralement supérieur à 30°. Les lignes matérialisent la position de surfaces de réactivation de premier ordre. Photographie de M. Charleux.
The strata are composed of cm-thick, plane and straight laminated layers, with a dip usually greater than 30°.The solid lines depict the course of first-order erosional surfaces. Photography by M. Charleux.

Fig. 10 – Vue détaillée du versant sous-le-vent de la formation carbonatée, Pointe Maatea, île de Nuku Hiva.
Fig. 1Close-up of the leeward side of the carbonate deposits at Pointe Maatea, Nuku Hiva Island.

Fig. 10 – Vue détaillée du versant sous-le-vent de la formation carbonatée, Pointe Maatea, île de Nuku Hiva.Fig. 10 – Close-up of the leeward side of the carbonate deposits at Pointe Maatea, Nuku Hiva Island.

Présence de deux unités séparées par une surface érosive majeure (dite de second ordre-SF2) qui est localement parsemée de structures cylindriques (rhizoconcrétions-RZ). L’unité inférieure est affectée par une surface d’érosion mineure (dite de premier ordre-SF1) et présente, à sa partie sommitale, des lamines disposées tangentiellement par rapport à la surface SF2. Les  terminaisons basales de ces lamines offrent une disposition en S, dite sigmoïde, matérialisant ainsi des faces d’avalanche à fort pendage (60°). Photographie de M. Charleux.
These are make up of two units separated by a major erosional surface (so-called « of second order »-SF2) which is covered locally with cylindrical features (rhizoconcretions-RZ). The lower unit is cut off by a minor erosional surface (so-called « of first order » -SF1) and displays, at its base, layers arranged tangentially against SF2 surface. The lower termination sections of these layers are S-shaped, so-called sigmoidal, representing steeply dipping (60°), sliding faces. Photography by M. Charleux.

11Les valeurs des pendages ont une distribution bimodale. Au niveau des parties orientées vers la mer ouverte, les angles d’inclinaison des strates présentent des valeurs maximales qui n’excèdent pas 20°, alors qu’au niveau des parties adossées ou face aux rivages, les valeurs sont toujours supérieures à 30°, atteignant localement 45° (fig. 8).

12La plupart des surfaces de discontinuité qui délimitent les unités sont nettes et régulières, d’inclinaison modérée (inférieures à 20°) et pratiquement dépourvues de figures de bioturbation ou de courants. On en distingue deux types. Les surfaces de premier ordre correspondent à des épisodes érosifs temporaires, à caractère saisonnier, se traduisant par un simple remaniement des stocks sédimentaires avant redéposition selon des angles de repos différents ; il s’agit de simples surfaces de réactivation de la sédimentation (fig. 9-11). Elles peuvent être de disposition plane et parallèle ou arquée et convergente et recoupent les strates sous-jacentes de façon généralement discordante, imposant ainsi le développement de structures cunéiformes, c’est-à-dire de terminaisons en forme de coins (fig. 11). Ces surfaces varient en inclinaison et en direction sur des distances réduites, plurimétriques à décamétriques. Une telle organisation exprime les variations dans la force et la direction des courants générateurs au cours de l’apport sédimentaire. En revanche, les surfaces de second ordre correspondent à des épisodes érosifs majeurs, avec interruption de la sédimentation sur de plus longues périodes ; elles délimitent généralement des corps sédimentaires mis en place à des époques différentes (fig. 6, 8, 10). Elles sont localement le siège du développement de rhizoconcrétions, structures cylindriques qui résultent de la précipitation en milieu sub-aérien de ciments calcitiques à la périphérie des systèmes radiculaires de groupements végétaux (fig. 10).

Fig. 11 – Exemples de surfaces érosionnelles de premier ordre (dites surfaces de réactivation- SF1), Pointe Maatea, île de Nuku Hiva.
Fig. 1Exemples of first-order, erosional surfaces (so-called « reactivation surfaces »), Pointe Maatea, Nuku Hiva Island.

Fig. 11 – Exemples de surfaces érosionnelles de premier ordre (dites surfaces de réactivation- SF1), Pointe Maatea, île de Nuku Hiva.Fig. 11 – Exemples of first-order, erosional surfaces (so-called « reactivation surfaces »), Pointe Maatea, Nuku Hiva Island.

Planes ou arquées, elles recoupent les strates sous-jacentes de manière discordante, résultant à la formation de structures en coin, dites cunéiformes (CU). Photographie de M. Charleux.
Plane or arched, these cut underlying strata unconformably, resulting in the development of corner-shaped (so-called « cuneiform ») structures (CU). Photography by M. Charleux.

4. Analyse granulométrique

4.1. Méthodes d’étude

13Quatorze échantillons de roches carbonatées ont fait l’objet d’une analyse granulométrique par mesure directe des diamètres apparents des grains constitutifs au microscope photonique, au moyen d’un micromètre oculaire à réticule, selon la méthode dite du quadrillage préconisée par Ginsburg (1956). La méthode repose sur la mesure d'environ 350 grains par échantillon. La surface des lames minces de roche est quadrillée par des points espacés de 1 mm. Seuls les grains dont l'image est centrée sur le réticule sont mesurés. Les résultats obtenus sont représentés sous forme graphique, par des courbes cumulatives en coordonnées semi-logarithmiques. À partir de ces courbes, sont calculés les paramètres texturaux qui renseignent sur le mode et l’environnement de dépôt de chaque échantillon. Les valeurs dimensionnelles sont exprimées en unités phi (Φ), où Φ = -log d (d est le diamètre des grains exprimé en millimètres)

14Les paramètres utilisés (Folk et Ward, 1957) sont les suivants :

15La médiane (Me), taille correspondant à 50 % des grains sur la courbe cumulative.

16La taille moyenne : Mz = (Φ16 + Φ50 + Φ84) / 3, dans laquelle les paramètres Φ16, Φ50 et Φ84 correspondent respectivement aux valeurs dimensionnelles des fractiles 16 %, 50 % et 84 %.

17Le classement : σ1 = (Φ84 - Φ16) / 4 + (Φ95 - Φ5) / 6,6 dans lequel les paramètres Φ84, Φ16, Φ95 et Φ5 correspondent aux valeurs dimensionnelles des fractiles 84 %, 16 %, 95 % et 5 %. Plus le sédiment est bien classé, c’est-à-dire moins il est dimensionnellement étalé, plus la valeur de σest petite.

18Le coefficient d’asymétrie des distributions est donné par la relation :

19Sk1 = (Φ16 + Φ84 - 2Φ50) / 2(Φ84 - Φ16) + (Φ5 + Φ95 - 2Φ50) / 2(Φ95 - Φ5).
Les échantillons de sédiment à distribution symétrique, c’est-à-dire comportant la même proportion de grains plus grossiers et de grains plus fins que la taille moyenne, ont des valeurs de Sk égale à zéro. Ceux comportant une proportion de grains fins plus élevée ont une asymétrie positive et, inversement, ceux qui présentent une plus forte proportion de grains grossiers, ont une asymétrie négative.

20Le coefficient d’acuité des distributions mesure la forme de l’acuité des courbes en histogramme. Il est donné par :
Kg = (Φ95 - Φ5) / 2,44(Φ75 - Φ25). Une distribution gaussienne normale présente un indice Kg égal à 1, ce qui signifie que toutes les fractions, des plus grossières aux plus fines, sont également classées.

4.2. Présentation des résultats

21Les sédiments carbonatés correspondent à des sables moyens à très fins. Les tailles moyennes (Mz) varient entre +2,22 et +3,33 Φ (0,21 et 0,092 mm) et les médianes (Me) entre +2,20 et +3,30 Φ (0,22 et 0,095 mm). La taille des particules les plus grossières n’excèdent qu’exceptionnellement 1 mm (0,0 Φ). Quant aux particules les plus fines, elles atteignent la taille d’environ 0,020 mm (+5,5 Φ). Il s’agit, en accord avec la classification des roches carbonatées de Dunham (1962), de « grainstones ».

22Les courbes granulométriques de l’ensemble des échantillons (fig. 12) présentent une forme sigmoïde très redressée, ce qui, graphiquement, exprime un bon classement, ce qui permet de qualifier ces sédiments de « grainstones » isométriques au sens de Dunham (1962) (fig. 13). Les valeurs de σsont en effet comprises entre 0,196 et 0,572 (sédiments très bien classés à modérément bien classés). Les valeurs du coefficient d’asymétrie Sksont, pour la plupart positives, comprises entre +0,11 et +0,593 ce qui indique une plus grande proportion de sables très fins, ces derniers étant mieux classés que les fractions plus grossières, à savoir, des sables fins (tab. 1).

Fig. 12 – Courbes granulométriques cumulatives de 14 échantillons des roches carbonatées (type grainstones) des îles Marquises.
Fig. 1Cumulative grain-size curves from 14 carbonate-rock samples (grainstone typs) from the Marquesas Islands.

Classes dimensionnelles, SG. Sables grossiers ; SM. Sables moyens ; SF. Sables fins ; STF. Sables très fins ; SILT. Silts.
Grain-size classes, SG. Coarse sands; SM. Medium sands; SF. Fine sands; STF. Very fine sands; SILT. Silts.

Fig. 13 – Vues microscopiques de deux sections de roches carbonatées prélevées respectivement sur l’ilot Teuaua (Ua Uka) et à la Pointe Maatea (Nuku Hiva).
Fig. 1Thin-section microphotograph of two carbonate rock samples respectively from Teuaua islet (Ua Uka) and Pointe Maatea (Nuku Hiva).

Fig. 13 – Vues microscopiques de deux sections de roches carbonatées prélevées respectivement sur l’ilot Teuaua (Ua Uka) et à la Pointe Maatea (Nuku Hiva).Fig. 13 – Thin-section microphotograph of two carbonate rock samples respectively from Teuaua islet (Ua Uka) and Pointe Maatea (Nuku Hiva).

Échantillons illustrant la variabilité granulométrique des roches carbonatées marquisiennes, des sables très fins (A) aux sables moyens (B). Noter que les deux types de sédiments sont très bien classés (grainstones isométriques). Les grains bruns foncés correspondent à des débris d’algues rouges calcaires (corallines). Les grains de couleur plus claire sont essentiellement des fragments coralliens, associés à quelques débris de coquilles de mollusques. Ces débris sont généralement recristallisés en calcite. La porosité de la roche (fond clair de la section) est très élevée (> 50 %). Clichés de L. Montaggioni.
These samples illustrate variations in grain size from very fine (A) to medium (B) sands. In both cases, sorting index is very good (isometric grainstones). The dark-brown particles are mostly calcareous red algae (corallines). The clearer ones are mainly coral detritus, together with some molluscan shells. These debris are usually neomorphized in calcite. Rock porosity rate is high, greater than 50%. Photography by L. Montaggioni.

Tab. 1 – Paramètres texturaux et localisation des échantillons d’éolianites collectés dans les îles Marquises pour analyse granulométrique
Tab. 1 – Textural parameters and location of samples collected from the Marquesian eolianites to grain-size analysis

Tab. 1 – Paramètres texturaux et localisation des échantillons d’éolianites collectés dans les îles Marquises pour analyse granulométriqueTab. 1 – Textural parameters and location of samples collected from the Marquesian eolianites to grain-size analysis

Les valeurs de la médiane -Me- et de la taille moyenne -Mz- sont respectivement exprimées en millimètres et en unités phi.
Median and mean-size values are expressed respectively in millimetres and phi units.

23Le coefficient d’acuité Kg est, pour la plupart des échantillons, supérieur à 1, indiquant ainsi que les histogrammes de fréquence sont de type leptokurtique, de forme très aigue ou, en d’autres termes, que la distribution des fractions sédimentaires est très proche du modèle gaussien.

5. Microfaciologie et conditions de cimentation

24L’observation microscopique des échantillons prélevés dans les divers sites confirme, outre la présence de minéraux et débris volcaniques (en moyenne, de 5 à 12 % de la totalité des grains sédimentaires), la dominance de fragments d’organismes à squelette calcaire ayant vécu dans la zone photique (de la surface à 100 m de profondeur environ). En effet, les fragments identifiables appartiennent aux algues rouges corallines (35 à 50 % de la totalité des bioclastes), coraux (10-20 %), mollusques gastropodes et pélécypodes, foraminifères benthiques et échinodermes (fig. 13). Compte tenu de la dominance des algues et des coraux, ces sédiments peuvent être qualifiés de « coralgal grainstones » (Dunham, 1962).

25La cimentation des sédiments est assurée par des ciments qui sont typiques d’une diagenèse en milieu aérien par percolation, en zone faiblement ou non saturée en eau (cimentation dite « météorique vadose») (Bathurst, 1975 ; Morse et Mackenzie, 1990). Les ciments précipités sont en effet de minéralogie strictement calcitique et offrent des morphologies dites en « mosaïque » (assemblages de cristaux trapus), sparitiques (taille des cristaux > 0,063 mm) à microsparitiques (< 0,063 mm). Les ciments observés se présentent fréquemment sous la forme de cristaux isolés au contact entre deux particules sédimentaires jointives, selon la disposition dite en « grain contact », au sens de Land (1971) (fig. 14A). Occasionnellement, ils sont disposés « en ménisque » selon la définition de Dunham (1971) (fig. 14B). Le ménisque se présente sous la forme d’un pont à parois concaves reliant deux grains voisins. Les ciments sont aussi disposés en microstalactites « gravitational cement », au sens de Müller (1971) (fig. 14A). Ménisques et microstalactites expriment une sous-saturation du milieu en eau. Plus rarement, ils constituent des franges isopaques microsparitiques, ce qui exprime une plus forte imbibition du sédiment par les eaux météoriques. Il convient de noter le caractère très ponctuel de la cimentation, la roche restant, dans l’ensemble, faiblement consolidée, relativement friable et fortement poreuse (taux de porosité de plus de 40 à 70 %). Cet état est le résultat de processus de cimentation qui se sont manifestés précocement, dès la stabilisation des corps sableux, et modérément, très probablement en raison des conditions climatiques locales à tendance semi-aride (Laurent, 2016). En outre, il convient d’insister sur le fait que les échantillons sédimentaires étudiés sont dépourvus d’indice de cimentation précoce en milieu marin, en particulier les ciments microcristallins (micritiques) ou fibreux, de nature aragonitique ou calcitique.

Fig. 14 – Vues microscopiques de deux sections de roche carbonatée.
Fig. 1Thin-section microphotography of two carbonate rock samples.

Fig. 14 – Vues microscopiques de deux sections de roche carbonatée.Fig. 14 – Thin-section microphotography of two carbonate rock samples.

La cimentation reste faible, assurée par des ciments précoces de calcite granulaire. La porosité (fond clair des sections) est très élevée (> 50 %). RCO : débris coralliens recristallisés en calcite. A. Pointe Tetutu, île d’Ua Uka. Les ciments ne forment que de simples contacts entre les grains (GC) ou des franges microgranulaires dont certaines sont asymétriques (dits gravitaires ou en microstalactites, MS). B. Baie de Motu Hiva, île d’Eiao. Les ciments constituent localement des ménisques (ME) entre les grains. Clichés de L. Montaggioni.
Cementation rate is low, resulting from precipitation of early cements composed of granular calcite. Porosity is very high (> 50%). RCO: calcite-neomorphized coral detritus. A. Pointe Tetutu, Ua Uka Island. The cements are of grain-contact type (GC) or occur as thin microgranular rims locally presenting an asymetric, gravitational or microstalactitic habitus. B. Motu Hiva Bay, Eiao Island. The cements occur locally as meniscus (ME) between grains. Photography by L. Montaggioni.

6. Mise en évidence de l’origine éolienne des formations carbonatées

26Dans la notice de la carte géologique de l’île d’Eiao, Maury et al. (2009) considèrent que l’ilot Motu Motu’u est en partie formé de « […] calcaires (qui) peuvent être considérés comme d’anciennes formations de plage ». En revanche, Legendre (2003) identifie intuitivement les formations calcaires de la Pointe Maatea, ainsi que celles de la Baie d’Hatuana et de l’ilot Teuaua, comme étant d’anciennes dunes côtières. Maury et al. (2016) se rallient à la suggestion de Legendre.

27Les arguments en faveur de l’origine éolienne des formations carbonatées considérées reposent sur l'analyse des travaux de divers auteurs (Folk, 1971 ; Harms et al., 1975 ; MacKee et Ward, 1983 ; White et Curran, 1988 ; Pye et Tsoar, 1990 ; Anderson, 1990 ; Blay et Longman, 2001 ; Carew et Mylroie, 2001 ; Kindler et Davaud, 2001 ; Abuodha, 2003 ; Brooke et al., 2003 ; Frébourg et al., 2008 ). Ces auteurs ont défini les caractères lithostratigraphiques propres aux dunes éoliennes côtières, ces mêmes caractères se retrouvant dans les unités sédimentaires décrites ici, à savoir :

28- forte épaisseur des strates (métrique à décamétrique) avec longueurs d’onde de plusieurs centaines de mètres ;
- faible inclinaison des strates (< 30°) au niveau des versants exposés, dits d’accrétion ou « au-vent » ;
- forte inclinaison des strates (> 30°) au niveau des versants protégées, dits d’avalanche ou « sous-le-vent » ;
- dominance des laminations planes, rareté ou absence de laminations ondulées ;

29- présence de rhizoconcrétions ;
- dominance des sables fins ;
- sédiments fortement isométriques, bien classés à très bien classés ;
- figures de bioturbation rares à absentes ;
- dominance des ciments précoces à cristaux granulaires de type « grain contact », en ménisque et/ou gravitaires ; absence de ciments micritiques ou fibreux.

30En outre, sur le plan textural, les grainstones étudiés ici diffèrent clairement des sédiments de plage actuellement observés à leur proximité. Dans ces secteurs, les plages sont constituées préférentiellement de sables grossiers et de graviers fortement hétérométriques (Montaggioni et al., 2016).

31En définitive, l’examen des morphologies générales des différents corps carbonatés permet de les rattacher à un type dunaire particulier. En effet, l’ilot Motu Motu’u (Eiao) et l’ilot Teuaua (Ua Uka), de forme subcirculaire, sont référables à des dunes dites « en dôme », alors que le dispositif dunaire de la Pointe Tetutu (Ua Uka), crescentiforme, est de type « parabolique », sa face d’accrétion, concave, étant orientée face au vent dominant. Quant aux placages observés sur les parois de la Baie de Motu Hiva (Eiao), ils relèvent d’une forme dunaire inusitée, imposée par la topographie très accidentée des reliefs volcaniques locaux. La partie convexe des dépôts étant disposée face au vent dominant, il est possible de les assimiler à des dunes dites « barchanoïdes » dans la mesure où la forme en croissant est mal exprimée.

7. Conditions et âge de mise en place

32Les paléo-dunes éoliennes sont fréquentes le long des zones littorales des moyennes et basses latitudes, là où la production carbonatée bioclastique est élevée et les conditions climatiques (vents réguliers, faible pluviosité) sont favorables (Coudray, 1975 ; Montaggioni, 1978 ; McKee et Ward, 1983 ; Brooke, 2001). Ainsi, dans l’ensemble, le climat qui régit les Marquises paraît compatible avec le développement d'accumulations éoliennes, comme le montre la présence relativement fréquente de dunes côtières actuelles (Montaggioni et al., 2016). L'archipel est en effet soumis à un climat de type sub-tropical à tropical, avec un contraste marqué entre les îles septentrionales (Eiao, Ua Uka, Nuku Hiva) situées à la limite d’une zone climatique semi-aride et les îles méridionales (Hiva Oa, Tahuata, Fatu Hiva) plus humides. Les îles septentrionales, caractérisées par une faible pluviosité d’environ 1 000 mm/an au niveau des zones littorales (Laurent, 2016) semblent avoir permis le développement et le maintien de systèmes paléo-dunaires, contrairement aux îles méridionales qui, à notre connaissance, ne portent aucune paléo-dune. Point important, l’archipel est soumis pendant la saison fraîche, au régime des alizés d'est-sud-est (direction comprise entre N 60° et N 120°), soufflant régulièrement à des vitesses de l’ordre de 30 à 50 km/h (Laurent, 2016). Quel que soit le type éolien considéré ici, tous paraissent relever d’une mise en place par des vents unidirectionnels à partir d’une source de sédiments marins intensément remaniés et triés. La présence de tels dépôts localisés le long des côtes méridionales à orientales est cohérente avec la direction actuelle des vents dominants aux Marquises, qui aurait peu varié depuis la fin du Pléistocène comme on a pu le constater dans d’autres régions du monde (Coudray, 1975 ; Montaggioni, 1978 ; Brooke et al., 2003).

33Le caractère très localisé et la relative faible extension des éolianites marquisiennes pourraient s’expliquer par la topographie sous-marine et côtière locale. Les fonds, qui occupent les plateaux sous-marins des îles hautes jusqu’à la limite inférieure de la zone photique, apparaissent particulièrement accidentés et irréguliers (Raitt, 1955 ; Rougerie et al., 1992 ; Cabioch et al., 2008), ainsi peu favorables à l’accumulation de sables marins sur de vastes étendues. Seule la retenue de « poches » sableuses paraît compatible avec la morphologie sous-marine insulaire. Au niveau de chacune des îles, les « usines à carbonates » ont donc été d'extension limitée et le sont encore, comme semble le montrer le faible développement des dunes littorales actuelles, alimentées à partir des étroites plages adjacentes situées dans les rares baies (Montaggioni et al., 2016). Seuls des épisodes émersifs ayant porté à l'air libre les sédiments marins déposés le long des marges insulaires, ont pu permettre la mise à disposition des volumes sédimentaires suffisants pour l'édification des paléo-dunes. Le site de la Baie de Motu Hiva, dans le sud de l'île d'Eiao, est, en ce sens, exemplaire. Y sont observés trois cônes d'accumulation couvrant au total 50 000 m², le long d'un escarpement fortement déclive, atteignant localement l'altitude de 250 m (fig. 4). Dans ce secteur, l'estran n'autorise pas le maintien de plages sableuses. Lors des hauts niveaux marins pré-holocènes, le contexte environnemental devait être aussi défavorable au développement de plages. En conséquence, la mise en place d'accumulations bioclastiques n'a pu être réalisée ici qu'à la faveur de l’abaissement du niveau marin. Cette interprétation est renforcée par le fait que tous les corps paléo-dunaires sont enracinés en milieu marin. Leurs bases se situent sous le niveau actuel de la mer ; seules les parties sommitales, émergées, sont actuellement accessibles à l'observation. Enfin, il convient de noter que le dépôt de sables jusqu'à une altitude de 250 m le long de l'escarpement de la Baie de Motu Hiva a dû nécessiter l'action de vents puissants qui ont pu se manifester durant des épisodes de bas niveau marin, généralement plus sec, plutôt que durant des hauts niveaux marins, intervalles plus humides et plus chauds. En outre, la persistance et la fossilisation des corps dunaires impliquent une cimentation pénécontemporaine du dépôt qui, à l'évidence, s'est produite en milieu aérien, donc en période de bas niveau. Toute avancée de la mer avant leur cimentation aurait eu pour conséquence une destruction des amas sableux par les courants marins.

34L’examen des relations géométriques entre les divers corps paléo-dunaires dans un site donné indique leur tendance à un recouvrement préférentiel d’est en ouest selon une direction conforme à celle des vents d’alizé dominants. Les différentes unités paraissent généralement s’être déposées par migration progressive vers les terres, les parties sous-le-vent des dunes sus-jacentes transgressant les parties au-vent des accumulations basales. Il s’agirait ainsi de dunes dites « de régression » au sens de Coudray (1975) et de Mauz et al. (2013), c’est-à-dire formées au fur et à mesure d’un abaissement du niveau marin.

35Relativement rares dans les séries sédimentaires anté-quaternaires, les systèmes paléo-dunaires côtiers apparaissent avoir proliféré au cours de l’Holocène et surtout du Pléistocène récent à moyen, plus spécialement, dans les régions tropicales (Brooke, 2001). Les datations réalisées dans différents sites comme Bahamas (Hearty et Kaufman, 2000), les Bermudes (Vacher et al., 1995), l’Australie (Brooke et al., 2003, 2014 ; Hearty et O’Leary, 2008 ; Hawaii : Hearty et al., 2000) par racémisation d’acides aminées à partir de gastéropodes pulmonés fossiles montrent que la mise en place des dépôts éoliens correspondants s’est manifestée au cours des derniers 450 000 ans, mais principalement entre le pénultième stade interglaciaire (250 000 ans BP) et le dernier maximum glaciaire (23 000 ans BP).

36Dans le cas des éolianites marquisiennes, en l'absence de datation absolue, seul un âge relatif peut être apprécié à partir de leur état diagénétique. En effet, l'état de préservation des éléments squelettiques calcaires est connu pour être contrôlé à la fois par leur minéralogie originelle et les conditions climatiques locales (Bathurst, 1975 ; Coudray et Montaggioni, 1986 ; Morse et Mackenzie, 1990). Les coraux et de nombreux mollusques, qui possèdent à l’origine des squelettes et coquilles en aragonite, subissent une transformation minéralogique précoce (phénomène du néomorphisme) hors de leur milieu de vie, après émersion et passage en milieu sub-aérien. L’aragonite originelle recristallise en calcite non magnésienne (fig. 14), minéral plus stable. En revanche, les algues corallines, foraminifères, échinodermes, originellement en calcite magnésienne, apparaissent optiquement non affectés par l’altération diagénétique. Ces derniers conservent leur état physique initial, l’altération se limitant à la perte du magnésium sous l’action des eaux météoriques (pluies et ruissellements). Dans les échantillons analysés, l'état de préservation est fonction du site considéré. Ceux en provenance d'Eiao, de la Baie d'Hatuana (Ua Uka) montrent que plus de 80 % de leurs grains aragonitiques sont parfaitement préservés, avec maintien de microstructures squelettiques parfaitement identifiables. En revanche, les échantillons prélevés à Nuku Hiva et sur le Motu Teuaua (Ua Uka) se caractérisent par une totale recristallisation des grains aragonitiques en calcite stricte ou par leur dissolution. Or, les travaux de Gavish et Friedman (1969), Friedmann et Brenner (1977), et de Kindler et Hearty (1995) sur l'évolution diagénétique des éléments aragonitiques dans des éolianites sous climat semi-aride (pluviosité inférieure à 1 000 mm/an) révèlent que leur aragonite est presque totalement préservée sur une période de 100 000 ans environ et disparaît au-delà de 250 000 ans. En conséquence, eu égard à l'état de préservation des éolianites marquisiennes et de la pluviosité régionale (environ 1 000 mm/an) on est conduit à penser que leur mise en place a pu s'effectuer, conformément au modèle général, en plusieurs épisodes, entre le dernier stade interglaciaire et celui qui a précédé, c'est-à-dire entre 100 000 et 250 000 ans BP environ. Le caractère polyphasé du dépôt est par ailleurs attesté à la fois par les surfaces de réactivation de second ordre, localement entaillées de cavités et par la présence de rhizoconcrétions (fig. 10) au sein de certains des systèmes paléo-dunaires. Ces figures sont la preuve que la sédimentation éolienne a été discontinue, séparée par des épisodes d'érosion ou de non-dépôt ayant précédé la réactivation de nouvelles dunes.

8. Conclusions

37L’analyse géomorphologique, lithostratigraphique et sédimentologique des dépôts carbonatés observés le long des littoraux méridionaux et orientaux des îles septentrionales des Marquises (Eiao, Ua Uka et Nuku Hiva) apporte un nouvel éclairage sur leur origine et les modalités de leur mise en place :

38i) ces dépôts révèlent un ensemble de caractères considérés comme typiques de dunes éoliennes : extension métrique à décamétrique des faisceaux de feuillets élémentaires ; faible inclinaison des parties au-vent (< 30°) et forte inclinaison (> 30°) des parties sous-le-vent ; présence exclusive de sables moyens à très fins, très bien classés ; cimentation assurée par des ciments précoces sub-aériens de texture microgranulaire à disposition géotrope,

39ii) ces dépôts sont référables à des dunes de type en dôme, parabolique ou barchanoïde,
iii) ces dépôts ont été alimentés par les accumulations sédimentaires originellement déposées sur les marges insulaires des Marquises,
iv) les vents générateurs des paléo-dunes seraient les alizés soufflant des secteurs sud-est et est-sud-est (alizés),
v) ces dépôts seraient référables à des dunes de régression, mises en place lors d’abaissements du niveau marin, entre environ 250 000 et 100 000 ans BP.

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DOI 
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Annexe

English abridged version

The Marquesas archipelago is located in French Polynesia (central Pacific Ocean) between 7°50’ – 10°35’ south latitude and 138°25’ – 140°50’ west longitude. Volcanic in origin, it includes eight high islands ranging in age from 5.5 to 1.1 million years (Guille et al., 2002; Guillou, 2014; Maury et al., 2014, 2016). Modern corals reefs are missing (Chevalier, 1978; Cabioch et al., 2008; Montaggioni et al., 2016). The Marquesas Islands are devoid of exposed coral reef remnants, contrary to other French Polynesian islands (Montaggioni, 1985; Pirazzoli and Montaggioni, 1985; Pirazzoli et al., 1985). The only exposed carbonate deposits are found on the northermost islands (Eiao, Nuku Hiva, Ua Uka) and located along their southern and eastern coasts. Reported by Obelliane (1955), these deposits exceed locally 200 m in elevation. They are made up mainly of marine skeletal detritus forming cross-bedded, thinely layered strata, several meters in thickness. They were interpreted as exposed and cemented beach deposits (Maury et al., 2009) prior to have been regarded as possibly eolian in origin (Legendre, 2003). The aim of this paper is to attempt identifying these carbonate deposits as eolian in origin from lithostratigraphic and sedimentologic criteria and to reconstruct paleogeographic patterns of deposition.

Gross morphology. On Eiao island, emerged carbonate deposits, about 6-7 m thick and steeply dipping (25° to 45°), form the hemicircular Motu Motu’u islet and partly overlie the flanks of Motu Hiva Bay. On Ua Uka island, Pointe Tetutu and Teuaua islet are skeletal carbonate bodies, both exceeding 500 m in length, about 250 m in width and 15 m in thickness. Their gross morphology refers to a sea-facing crescent and a flattened dome respectively. On Nuku Hiva Island, close to Pointe Maatea, there is a dome-shaped carbonate deposit, about 15 m thick and 250 m in diameter. All of these deposits exhibit internal strata ranging between 10°‑20° in inclination at windward sides and 35°‑45° at leeward sides.

Detailed description of internal structures. According to the Jacob’s classification (1973), the carbonate bodies are composed of straight- and flat-shaped, millimeter-thick, elementary layers, grouped into strata, metre to about ten metres thick. Waved and bioturbated surfaces as well are missing. Dip values are bimodally distributed. Angles of repose at sea-facing, windward settings do not exceed 20° while the strata from inland, leeward settings display steeper inclinations (30°‑45°). The unconformity surfaces (in the sense of Lombard, 1972) separating two superimposed bodies are even-shaped and gently dipping (< 20°).

Grain-size analysis. Fourtheen sediment samples were point-counted using the grid network method from thin-sections according to Ginsburg (1956)’s prescription. The results are set out in the form of semi-logarithmic cumulative curves and textural parameters (Folk and Ward, 1957). The carbonate sediments are medium- to very fine-grained sands, moderately well sorted to very well sorted. The average grain size (mean) varies from 0.00 to 0.095 mm (+2.20 to +3.30 Φ). These sediments refer to the coralgal grainstone biofacies (in the sense of Dunham, 1962).

Microfacies and cementation patterns. The dominant skeletal grains (corals, molluscs), primarily aragonitic, are neomorphized to calcite or have been dissolved then replaced by secondary calcite, while those composed originally of magnesian calcite (red algae, foraminifera, echinoderms) are well preserved. Sediment cementation has resulted from intergranular precipitation of meteoric (sub-aerial) cements within a vadose (water percolating) environment (Bathurst, 1975; Coudray and Montaggioni, 1986). Cements occur as blocky crystals, forming « grain contact », « meniscus » and/or « microstalactites » (Dunham, 1971; Land, 1971; Müller, 1971). Rock porosity remains high (50‑70%). No marine cement has been identified.

Demonstrating the eolian origin of carbonate deposits. The sedimentary structures of the Marquesian carbonate deposits appear to be consistent with those identified as typical of wind-controlled deposition (Folk, 1971; Harms et al., 1975; MacKee and Ward, 1983; White and Curran, 1988; Pye and Tsoar, 1990; Anderson, 1990; Blay and Longman, 2001; Carew and Mylroie, 2001; Kindler and Davaud, 2001; Abuodha, 2003; Brooke et al., 2003; Frébourg et al., 2008). In addition, their textural characteristics lend support to the eolian hypothesis since modern beaches from the southern and eastern shores in the studied islands are made up of coarse sands, gravels and pebbles, moderately to poorly sorted (Montaggioni et al., 2016).

Patterns and age of deposition. Dune-rocks are common features along shorelines of low to mid latitude, in areas with high marine carbonate production and strong long-duration winds (Coudray, 1975; Montaggioni, 1978; McKee and Ward, 1983; Brooke, 2001). The semi-arid climate (rainfall: about 1,000 mm/year; Laurent, 2016) of the northen Marquesas Islands has been conducive to the development of eolian deposits as evidenced by the local occurrence of modern coastal dunes (Montaggioni et al., 2016). Due to rugged topography (Raitt, 1953; Rougerie et al., 1992; Cabioch et al., 2008), the submarine margins have only sedimentary bottoms of restricted lateral extent, as potential sedimentary sources for dune development. The different sandy bodies appear to have deposited and migrated from sea landwards, from east to west, according to the prevailing trade-wind direction (Pye and Tsoar, 1990). In terms of morphological dune types, they refer respectively to parabolic (Pointe Tetutu), domal (Motu Motu’u islet, Teuaua islet, Pointe Maatea) and barchanoid (Motu Hiva Bay). These deposits are regarded as « regressive dunes » (Coudray, 1975; Mauz et al., 2013), strongly suggesting these have formed as sea-level has been lowering. Based on their state of diagenetic preservation (Gavish and Friedman, 1969; Bathurst, 1975; Friedman and Brenner, 1977; Morse and Mackenzie, 1990; Kindler and Hearty, 1995), the Marquesian eolianites are considered to have deposited over mid to late Pleistocene (from 250 000 to 100 000 years BP) as demonstrated in a number of other tropical areas (Hearty and Kaufman, 2000; Vacher et al., 1995; Brooke, 2001; Brooke et al., 2003, 2014; Hearty and O’Leary, 2008; Hearty et al., 2000).

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Table des illustrations

Titre Fig. 1 – Carte de l’archipel des Marquises, Polynésie Française.Fig. 1 – Map of the Marquesas archipelago, French Polynesia.
Légende A. Localisation des îles Marquises dans l’Océan Pacifique ; B. Localisation des îles et topographie des fonds sous-marins environnants.A. Location of the Marquesas Islands in the Pacific Ocean; B. Location of the islands and topography of nearby marine areas.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-1.png
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Titre Fig. 2 – Cartes des îles volcaniques hautes d’Eiao, Ua Uka et Nuku Hiva, avec localisation des dépôts carbonatés émergés.Fig. Maps of the high volcanic islands of Eiao, Ua Uka and Nuku Hiva, with location of exposed carbonate deposits.
Légende A. Sites d’Eiao : 1. Baie de Motu Hiva, 2. ilôt de Motu Motu’u ; B. Sites de Ua Uka : 1. Ponte Tetutu, 2. ilôt de Teuaua ; C. Site de Nuka Hiva : 1. baie de la Pointe Maatea. A. Eiao sites: 1. Motu Hiva Bay, 2. Motu Motu’u islet; B. Ua Uka sites: 1. Pointe Tetutu, 2. Teuaua Islet; C. Nuka Hiva site: 1. bay close to Pointe Maatea.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-2.png
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Titre Fig. 3 – Vue aérienne de l’îlot Motu Motu’u, sud-ouest de l’île d’Eiao, montrant des stratifications à pendage sud-ouest. Fig. Aerial view of Motu Motu’u islet, south-west of Eiao Island, composed of south-west dipping strata.
Légende (Document Google Earth / Image Google Earth.)
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-3.png
Fichier image/png, 823k
Titre Fig. 4 – Vue aérienne de la Baie de Motu Hiva, sud-ouest de l’île d’Eiao, montrant ses parois localement recouvertes de quatre plaquages carbonatés en forme de cône de déjection. Fig. Aerial view of Motu Hiva Bay, south-west of Eiao Island, the flanks of which are covered by four fan-shaped carbonate deposits.
Légende Noter l’escarpement qui limite le cône vers la mer. Document Google Earth.The fan is cut off by a scarp seawards. Image Google Earth.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-4.png
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Titre Fig. 5 – Vue aérienne de la Pointe Tetutu, sud-ouest de l’île Ua Uka, montrant la présence d’une formation carbonatée en forme de croissant ouvert sur la mer.Fig. Aerial view of Pointe Tetutu, south-west of Ua Uka Island, showing sea-facing, crescent-shaped carbonate deposits.
Crédits (Photographie de Fred Jacq / photography by Fred Jacq)
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-5.png
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Titre Fig. 6 – Vue du flanc méridional de la Pointe Tetutu, sud-ouest de l’île d’Ua Uka.Fig. View of the southern flank of Pointe Tetutu, south-west of Ua Uka Island.
Légende Noter la présence de deux unités sédimentaires (U1 et U2) superposées et séparées par une surface érosive localement surcreusée de grottes (SE). Les strates constitutives des deux unités présentent des pendages n’excédant pas 15° (surlignés sur l'image). L’épaisseur totale est de l’ordre d’une quinzaine de mètres. Photographie de M. Charleux.There are two superimposed sedimentary units (U1 and U2) separated by an erosional surface, locally overdeepened by caves (SE). The strata of both units have slopes not exceeding 15°. The total thickness is approximately 15 m. Photography by M. Charleux.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-6.png
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Titre Fig. 7 – Vue du versant oriental de l’ilot Teuaua, sud-ouest de l’île d’Ua Uka, montrant la présence de deux unités sédimentaires (U1 et U2) superposées et séparées par une surface de réactivation de deuxième ordre (SF2) rectiligne et de faible inclinaison.Fig. View from the eastern flank of Teuaua islet, south-west of Ua Uka Island, showing two superimposed sedimentary units (U1 and U2) separated by a straight, gently dipping, second-order erosional surface (SF2).
Légende Chaque unité est elle-même composée de corps à strates obliques (SA) dont les angles de repos varie de quelques degrés à 25°. Ces corps sont arasés à leur partie sommitale par des surfaces de réactivation de premier ordre (SF1). La  hauteur maximale de la falaise est ici de l’ordre de 7 m. Noter, à la base, la présence d’une encoche d’érosion marine marquant la position du niveau marin actuel. Photographie de M. Charleux.Both units are made up of cross-bedded bodies. Their strata have angles of repose ranging from a few degrees to 25°. These bodies are cut at top by first-ordre erosinal surfaces (SF1). The maximum height of the cliff here is some 7 m. There is a marine erosional notch at the base related to the present-day sea level position. Photography by M. Charleux.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-7.png
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Titre Fig. 8 – Vue générale de la formation carbonatée située en retrait de la Pointe Maatea, nord-est de l’île Nuka Hiva.Fig. Overview of the carbonate deposits located back from Pointe Maatea, north-east of Nuku Hiva Island.
Légende On observe la présence de deux unités sédimentaires superposées (U1 et U2), séparées par une surface érosive rectiligne et faiblement pentue de second ordre (SF2). Noter le faible pendage des strates orientées vers la mer (environ 10°) (SAW) comparé à celui des versants (SAL) adossés à la côte (> 35°). L’épaisseur maximale de la formation est d’environ 15 m. La base de la formation est entaillée par une ligne d’encoches correspondant à la position du niveau marin actuel. Photographie de M. Charleux.There are two superimposed sedimentary units (U1 and U2), separated by a straight and gently dipping, second-order erosional surface (SF2). The dip of the windward, sea-facing strata (SAW) is about 10°, while that of the leeward, land-facing (SAL) parts exceeds 35°. The maximum thickness of the deposits is approximately 15 m. The deposits are cut, at base, by a line of notches related to the present-day sea-level position. Photography by M. Charleux.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-8.png
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Titre Fig. 9 – Vue détaillée du versant sous-le-vent de la formation carbonatée de la Pointe Tetutu, île d’Ua Uka.Fig. Close-up from the leeward flank of the carbonate deposits at Pointe Tetutu, Ua Uka Island.
Légende Noter l’organisation interne des strates constituées de faisceaux de lamines centrimétriques, planes et rectilignes, à pendage généralement supérieur à 30°. Les lignes matérialisent la position de surfaces de réactivation de premier ordre. Photographie de M. Charleux.The strata are composed of cm-thick, plane and straight laminated layers, with a dip usually greater than 30°.The solid lines depict the course of first-order erosional surfaces. Photography by M. Charleux.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-9.png
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Titre Fig. 10 – Vue détaillée du versant sous-le-vent de la formation carbonatée, Pointe Maatea, île de Nuku Hiva.Fig. 1Close-up of the leeward side of the carbonate deposits at Pointe Maatea, Nuku Hiva Island.
Légende Présence de deux unités séparées par une surface érosive majeure (dite de second ordre-SF2) qui est localement parsemée de structures cylindriques (rhizoconcrétions-RZ). L’unité inférieure est affectée par une surface d’érosion mineure (dite de premier ordre-SF1) et présente, à sa partie sommitale, des lamines disposées tangentiellement par rapport à la surface SF2. Les  terminaisons basales de ces lamines offrent une disposition en S, dite sigmoïde, matérialisant ainsi des faces d’avalanche à fort pendage (60°). Photographie de M. Charleux.These are make up of two units separated by a major erosional surface (so-called « of second order »-SF2) which is covered locally with cylindrical features (rhizoconcretions-RZ). The lower unit is cut off by a minor erosional surface (so-called « of first order » -SF1) and displays, at its base, layers arranged tangentially against SF2 surface. The lower termination sections of these layers are S-shaped, so-called sigmoidal, representing steeply dipping (60°), sliding faces. Photography by M. Charleux.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-10.png
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Titre Fig. 11 – Exemples de surfaces érosionnelles de premier ordre (dites surfaces de réactivation- SF1), Pointe Maatea, île de Nuku Hiva.Fig. 1Exemples of first-order, erosional surfaces (so-called « reactivation surfaces »), Pointe Maatea, Nuku Hiva Island.
Légende Planes ou arquées, elles recoupent les strates sous-jacentes de manière discordante, résultant à la formation de structures en coin, dites cunéiformes (CU). Photographie de M. Charleux.Plane or arched, these cut underlying strata unconformably, resulting in the development of corner-shaped (so-called « cuneiform ») structures (CU). Photography by M. Charleux.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-11.png
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URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-12.jpg
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Titre Fig. 13 – Vues microscopiques de deux sections de roches carbonatées prélevées respectivement sur l’ilot Teuaua (Ua Uka) et à la Pointe Maatea (Nuku Hiva).Fig. 1Thin-section microphotograph of two carbonate rock samples respectively from Teuaua islet (Ua Uka) and Pointe Maatea (Nuku Hiva).
Légende Échantillons illustrant la variabilité granulométrique des roches carbonatées marquisiennes, des sables très fins (A) aux sables moyens (B). Noter que les deux types de sédiments sont très bien classés (grainstones isométriques). Les grains bruns foncés correspondent à des débris d’algues rouges calcaires (corallines). Les grains de couleur plus claire sont essentiellement des fragments coralliens, associés à quelques débris de coquilles de mollusques. Ces débris sont généralement recristallisés en calcite. La porosité de la roche (fond clair de la section) est très élevée (> 50 %). Clichés de L. Montaggioni.These samples illustrate variations in grain size from very fine (A) to medium (B) sands. In both cases, sorting index is very good (isometric grainstones). The dark-brown particles are mostly calcareous red algae (corallines). The clearer ones are mainly coral detritus, together with some molluscan shells. These debris are usually neomorphized in calcite. Rock porosity rate is high, greater than 50%. Photography by L. Montaggioni.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-13.png
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Titre Tab. 1 – Paramètres texturaux et localisation des échantillons d’éolianites collectés dans les îles Marquises pour analyse granulométriqueTab. 1 – Textural parameters and location of samples collected from the Marquesian eolianites to grain-size analysis
Légende Les valeurs de la médiane -Me- et de la taille moyenne -Mz- sont respectivement exprimées en millimètres et en unités phi.Median and mean-size values are expressed respectively in millimetres and phi units.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-14.png
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Titre Fig. 14 – Vues microscopiques de deux sections de roche carbonatée.Fig. 1Thin-section microphotography of two carbonate rock samples.
Légende La cimentation reste faible, assurée par des ciments précoces de calcite granulaire. La porosité (fond clair des sections) est très élevée (> 50 %). RCO : débris coralliens recristallisés en calcite. A. Pointe Tetutu, île d’Ua Uka. Les ciments ne forment que de simples contacts entre les grains (GC) ou des franges microgranulaires dont certaines sont asymétriques (dits gravitaires ou en microstalactites, MS). B. Baie de Motu Hiva, île d’Eiao. Les ciments constituent localement des ménisques (ME) entre les grains. Clichés de L. Montaggioni.Cementation rate is low, resulting from precipitation of early cements composed of granular calcite. Porosity is very high (> 50%). RCO: calcite-neomorphized coral detritus. A. Pointe Tetutu, Ua Uka Island. The cements are of grain-contact type (GC) or occur as thin microgranular rims locally presenting an asymetric, gravitational or microstalactitic habitus. B. Motu Hiva Bay, Eiao Island. The cements occur locally as meniscus (ME) between grains. Photography by L. Montaggioni.
URL http://geomorphologie.revues.org/docannexe/image/11614/img-15.png
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Pour citer cet article

Référence électronique

Michel Charleux et Lucien F. Montaggioni, « Présence d’éolianites carbonatées d’âge pléistocène dans les îles Marquises (Polynésie Française) », Géomorphologie : relief, processus, environnement [En ligne], Articles sous presse, mis en ligne le 08 mars 2017, consulté le 24 mars 2017. URL : http://geomorphologie.revues.org/11614

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Auteurs

Michel Charleux

UMR-CNRS 7041, Archéologie et Sciences de l’Antiquité, Ethnologie Préhistorique, Maison René-Ginouvès – Allée de l’Université, 92023 Nanterre Cedex, France (michel@charleux.com).

Lucien F. Montaggioni

UMR-CNRS 7330, Centre Européen de Recherches et d’Enseignement de Géosciences (CEREGE), Aix-Marseille Université, UM 34, CNRS, IRD, Collège de France – Centre Saint Charles, 13331 Marseille Cedex 3, France (montaggioni@cerege.fr). Tél : +33 4 13 55 11 91

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