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Cordemais

Lavau-sur-LoireMontoir-de-Bretagne

Saint-Brevin-les-Pins

Paimboeuf

Le Pellerin

Frossay

Les formations géologiquesde l’ère quaternaire

de l’estuaire de la Loire

Les annexesAnnexe 1

An

1

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DICA

TEUR

S N

° 1• d

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006

14403 4 volets Formations Géolo 18/04/07 11:58 Page 3

Les formations géologiques de l’ère quaternairede l’estuaire de la Loire

Annexe 1

Présentationgénérale De la Maine à la mer, la Loire s'écoule dans une

vallée dont le sous-sol est constitué par des allu-vions déposées par le fleuve au cours duQuaternaire, qui a débuté il y a environ 2 millionsd'années. L'ancien lit de la Loire ou paléolit étaitbeaucoup plus large qu'aujourd'hui. Son creuse-ment dans le rocher (substratum) s'est produit lorsde l'abaissement du niveau de la mer d'unecentaine de mètres durant la dernière glaciation auWürm. Lors du réchauffement climatique suivant,à l'Holocène - qui perdure encore actuellement -le niveau marin est remonté par à-coups. La partieestuarienne du fleuve s'est alors déplacée versl'amont et les sédiments transportés par la Loirese sont déposés : c'est le remplissage alluvial.

Ce remplissage sédimentaire témoigne desoscillations de la remontée du niveau marin

depuis environ 10 000 ans :

• quand il baisse : soit la loire érode les allu-vions déjà accumulées, formant des chenauxsuccessifs, soit elle dépose des sédiments gros-siers. Ce régime sédimentaire traduit uneinfluence fluviale dominante,

• quand il monte : la sédimentation est princi-palement fine et opère un colmatage général del'estuaire, le fleuve divague en plusieurs bras,l'influence marine est alors prépondérante.

L'épaisseur et la nature de ces dépôts sont malconnues. Or la reconstitution de l'évolution del'estuaire sur le long terme (10 000 ans) est néces-saire, pour comprendre comment il a évoluéjusqu'à aujourd'hui, et pour appréhender les dyna-miques hydrosédimentaires actuelles et futures.

Les résultats exposés ici, sont issus de la premièrephase du projet réalisé par le BRGM pour le GIPLoire Estuaire, constituant un test méthodolo-gique et validant l'intérêt d'une telle approche.

Dans un premier temps, une zone « test » a ététraitée sur la partie intermédiaire de l'estuaire dela Loire comprise entre les limites ouest duPellerin et de Paimbœuf.

n

Localisation des sondages et de la zone “test”

CARTE An 1 - 1

An1

Sources : BRGM / IGN-BD ORTHO© 2004 / GIP Loire Estuaire

ForagesTransects


Principauxrésultats Morphologie du socle rocheux sous les alluvions

L'analyse et le traitement des 554 foragesmontrent que la morphologie du socle rocheuxsous les sédiments est extrêmement mouve-mentée, avec notamment la présence de plusieurshauts-fonds partiellement ou totalement ennoyéssous les alluvions récentes.

Les nombreux « sillons » correspondent à d'an-ciennes incisions du fleuve dans le rocher. Ellesrésultent probablement de reprises d'érosion de la

Loire par phases successives, lors des bas niveauxmarins du Quaternaire récent, notamment durantla dernière période glaciaire. Ces bas niveauxmarins ont également induit un encaissement despetits affluents du fleuve sur les parties latéralesde l'estuaire. Les talwegs ainsi créés sur le soclerocheux restent suspendus par rapport au paléolitde la Loire. Les marais et tourbières latérales s'ins-talleront ultérieurement sur ces morphologies.

FIGURE An 1 - 2

L'étude a comporté plusieurs phases :• élaborer une base de données des 554 forages

référencés dans la zone test, pour connaître, entreautres, en un point donné, la nature du sous-solet les épaisseurs des dépôts de sédiments présents.

• effectuer une analyse et une synthèse biblio-graphique indispensables pour dresser le bilandes connaissances sur les dépôts alluviaux etestuariens de la Loire. Des hypothèses ont ainsipu être émises sur la chronologie des dépôtsrencontrés et sur les dynamiques estuariennesanciennes qui les ont générés. Ces dynamiquesestuariennes étant mises en parallèle avecles évolutions du climat, du niveau marin,puis avec celles des actions humaines et desaménagements.

• identifier les différents ensembles sédimen-taires de l'estuaire et reconstituer la géométriedes dépôts datant de l'Holocène. Ces géométriessont restituées sous forme de coupes géologiques.

Tardiglaciaire

Holoc�ne

W�rm ouWeichs�lien

Interglaciaire

Riss

Interglaciaire

Chaud

Chaud

Chaud

Froid

Froid

- 10 000

- 15 000

- 80 000

- 120 000

- 260 000

- 300 000

- 1 800 000

Epoque Etage Age Climat

Holoc�ne

Pl�istoc�ne

Sources : BRGM / GIP Loire Estuaire


Reconstitution 3D du socle rocheux sous les alluvions de la Loire

FIGURE An 1 - 1

Les temps géologiques

Haut-fondséparant le paléochenal

Drainages des Maraisde Bouée et Cordemais(invisibles aujourd’hui)


Le remplissage sédimentaire

La phase d'alluvionnement de la Loire est, elle aussi,complexe et résulte de phases successives. Elledébute par des apports relativement grossiers :graviers, sables et graviers, galets, partiellementconservés dans les forages. Ces dépôts corres-

pondent à une phase de sédimentation qu'il estpossible d'attribuer à la fin du dernier cycleglaciaire ou au Tardiglaciaire. Ils ont été érodéspostérieurement et ne subsistent, le plus souvent,que sur des points hauts du socle rocheux.

L'essentiel du remplissage sédimentaire dela zone test, s'est effectué à l'Holocène, etapparaît dominé par 3 types d'alluvions : lessables plus ou moins argileux, les argilessableuses et les vases.

CARTE An 1 - 2

Epaisseur du remplissage alluvionnaire sur la zone d’étude

Source : BRGM


• Les sablesLes sables et les faciès plus grossiers à gravierset galets, sont relativement rares et s'observentessentiellement en base de remplissage ou dans dessystèmes chenalisés. Il est très difficile de déter-miner l'âge de ces sables (Würm ou Holocène)en l'absence d'élément de datation fiable.

Les chenaux sableux, qui sont d'anciens lits mineursoù des bras de Loire, s'observent à différentes profon-deurs dans les coupes. La présence de sable traduitle phénomène de transport sédimentaire lié à l'écou-lement dominant du fleuve. Ces dépôts ne sont doncpas, à priori, indicateurs d'une sédimentation détritiquedominante dans l'ensemble de l'estuaire. Danscertaines coupes, la migration dans le temps et l'es-pace de ces chenaux à sables est bien visible, etexprime la mobilité du tracé du lit au cours du temps.

En-dehors des anciens chenaux, les sables sontprésents de façon diffuse, en association avec lesautres faciès. Sous les vasières et marais actuels,en marge du lit majeur, ils n'apparaissent quesporadiquement.

• Les argilesLes argiles sont bien représentées sur tout ledomaine d'étude, en assurant parfois une partimportante du remplissage des chenaux au-dessusdes sables. Il s'agit alors d'argiles sableuses.

Les argiles sont également présentes dans leszones marginales telles que le marais de Vue, ellesy sont moins sableuses que celles des chenaux.Au sein de ces argiles liées à un milieu palustrealimenté par les petits affluents locaux, peuvent appa-raître des niveaux argilo-tourbeux ou tourbeux.Ces derniers indiquent ainsi le développementd'une sédimentation organique (riche en débrisvégétaux) dans des tourbières qui sont, au moinspartiellement, déconnectées du système estuarien.

Epaisseur cumulée des formations argileuses

• Les vasesLes vases sont disséminées sur tout l'espace sanslogique d'organisation prépondérante. Ellessemblent un peu plus épaisses aux débouchés desmarais de rive droite et s'accumulent de manièreplus importante sous le lit mineur actuel.

Les vases assurent parfois l'ensemble du remplis-sage, elles ont alors été piégées dans des dépressionsqui sont autant d'anciens chenaux déconnectés dela Loire et de ses apports directs argilo-sableux.Enfin, elles se situent logiquement dans les partieslatérales de l'estuaire, là où le socle est peu profond,c'est-à-dire à l'emplacement de vasières.

Par contre, les vases sont absentes de nombreuxforages, sur des zones de forte accumulationde sable.

Epaisseur cumulée des vases

Epaisseur cumulée des sables

Légende des trois cartes

Epaisseur (m)

302520151050

Source : BRGM

Source : BRGM

Source : BRGM


Le fleuve évolue au fil du temps

D’après les coupes transversales, la configu-ration actuelle du lit du fleuve apparaît assezdifférente de ce qu'elle a été antérieurementoù plusieurs chenaux pouvaient coexister enmême temps, divaguer et migrer latéralement

au sein d'une large plaine d'inondation argilo-vaseuse.Des coupes longitudinales ont également étéeffectuées pour apprécier la divagation desaffluents du fleuve.

FIGURE An 1 - 3

Coupe transversale T1 à 1 km en amont de Lavau-sur-Loire (altitude en mNGF)

Les forages et les coupes réalisées complètent, enpartie, les interprétations fournies lors d'études anté-rieures (Ottmann et al. 1968, Alix 1969, Visset 1979,Barbaroux 1981, Cyprien et al. 2004). Ainsi, seremarque un creusement, probablement effectuépar des phases successives d'érosion, et datantvraisemblablement du dernier cycle glaciaire,surmonté par des dépôts assez grossiers quirestent à l'état de témoin dans quelques forages.

L'Holocène est essentiellement une période desédimentation et de colmatage des morphologiesplus anciennes.

Aujourd'hui le lit mineur de la Loire est nette-ment incisé dans ses alluvions. Cette évolution estaussi à rapprocher des actions humaines etaménagements historiques entrepris sur son courspour favoriser la navigation.



D'où proviennent les sédiments ?

Une première étude à enrichir

Les sédiments qui ont colmaté les chenaux successifsproviennent de l'érosion des sols et des reliefs des115 000 km2 du bassin versant de la Loire. Leur déplacementvarie en fonction de la taille des particules transportées

(argiles, silt, sables et graviers) et du contexte climatique.Le paléolit a été colmaté par les sédiments sur des épais-seurs croissantes vers l'aval : 8 m à Angers, 27 m à Nantes,50 m à Saint-Nazaire.

Cette étude a permis de reconstituer le remplis-sage sédimentaire d'une partie de l'estuaire etd'émettre des hypothèses sur son histoire et sonévolution temporelle. Cette interprétation restecependant limitée par le manque de calage chro-nologique, la densité insuffisante des forages parrapport à la taille des structures sédimentaires etla forte variabilité latérale des faciès.

Afin d'améliorer la connaissance de l'évolutionpassée de l'estuaire, il serait intéressant, outrel'extension de la base de données aux secteursamont et aval de la zone test, d'engager :

• soit la réalisation d'un programme de recherchevisant à réaliser une série de forages carottésdont les sédiments seraient étudiés et datés (parpalynologie, datation radiocarbone, sédimen-tologie etc.)

• soit le suivi et la datation systématique d'échan-tillons issus de forages réalisés à l'avenir dansl'estuaire, quelle qu'en soit leur finalité. Celaimplique au préalable un accord avec le maîtred'œuvre du forage ainsi que le recueil d'infor-mations supplémentaires.

Informationscomplémentaires

Perspectives

FIGURE An 1 - 4

Une telle séquence de sédimentationn'est que théorique, du fait de dépôtsponctuels et de l'érosion plus ou moinsimportante des roches.

Coupe transversale

De l’érosion du bassin versant au remplissage alluvial



Cette fiche appartient au CAHIER 2002 INDICATEURS édité par le GIP Loire Estuaire • 22, rue de la Tour d'Auvergne 44200 NANTES • Tél. : 02 51 72 93 65 • Télécopie : 02 51 82 35 67 • E-mail : [email protected] • Rédaction : BRGM, GIP Loire Estuaire • Maquette : Jean-Luc Hubiche • Réalisation / illustrations : Caféine,BRGM, GIP Loire Estuaire • Crédits photo : GIP Loire Estuaire • ISSN : en cours.

Parmi les nombreuses références bibliogra-phiques nécessaires au BRGM pour cette étude,quelques-unes peuvent être citées :

Alix, Y. (1969). Morphologie du substratum et carac-téristiques des alluvions de la vallée de la Loireen amont et en aval de Nantes. Rapport BRGM,69SGL249BPL.

Barbaroux, L. (1981). Images paléogéomorpho-logiques de l'estuaire de la Loire depuis leQuaternaire, in La Loire, axes perdus ?, Pressesde l'Université de Nantes, 15-65.

Cyprien, A.L., Visset, L. & Carcaud, N. (2004).Evolution of vegetation landscapes during theHolocene in the central and downstream Loirebasin (Western France). Veget. Hist. Archaeobot.,13, 181-196.

Garcin M., Poisson B., Conil P. (2006) Géométriedes formations géologiques de l'estuaire de la

Loire - Rapport final phase 1 - RapportBRGM/RP - 4878 - FR., 79 p., 36 fig.

Ottmann, F., Alix, Y., Limasset, J.C. & Limasset,O. (1968). Sur "le lit ancien" de la Loire dansson cours inférieur. Bull. BRGM, 1, 2, 26-56.

Ters, M., Planchais, N. & Azema, C. (1968).L'évolution de la basse vallée de la Loire, àl'aval de Nantes, à la fin du Würm et pendantla transgression flandrienne. Bulletin del'Association française pour l'étude duQuaternaire, 3, 217-246.

Visset, L. (1979). Recherches palynologiques surla végétation pléistocène et holocène dequelques sites du district phytogéographiquede Basse-Loire. Bulletin de la Société desSciences Naturelles de l'Ouest de la France,supplément hors-série, 282 p.

Les mots de l’annexe

Morphologie : relief, forme de terrains

Paléochenal : ancien chenal abandonné d'unerivière ou d'un fleuve

Palynologie : étude des pollens fossiles

Sédimentation détritique : sédimentation departicules issues de l'érosion d'autres roches

Sédimentation organique : sédimentation departicules d'origine biologique

Substratum : base sur laquelle repose uneformation géologique ou des alluvions

Talweg : un talweg correspond à une ligne quirejoint les points les plus bas d'une vallée

Tourbière : écosystème particulier composé prin-cipalement de plantes adaptées à un milieu gorgéen eau et dont les débris s'accumulent sur place.

La base de données de forages est issue de laBanque de données du Sous Sol (BSS) du BRGM,référençant l'ensemble des sondages réalisés enFrance. Après validation et traitements, 554 forageseffectués sur la zone test, ont été retenus.

Grâce au logiciel GDM, Gestion des DonnéesMinières © BRGM, les traitements géostatis-tiques ont permis de reconstituer la forme dusocle rocheux et la répartition des alluvions.

Un Système d'Information Géographique (SIG)sur les forages, a aussi été associé à la base dedonnées, afin d'extraire les différentes coupestransversales et longitudinales.

L'étude réalisée est disponible auprès duBRGM (www.brgm.fr), et téléchargeablesur le site Internet duGIP Loire estuaire(www.loire-estuaire.org).

Bibliographie

Glossaire

Méthodes& Outils

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