Réponses sédimentaires d’un bassin versant côtier aux variations glaçio-eustatiques et au soulèvement plio-quaternaires : l’exemple du bassin versant côtier de la baie de Seine (Seine, Touques et Dives) - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2014

Sedimentary responses of a coastal fluvial system to tectonic, climatic and glacio-eustatic forcings during the Plio-Quaternary : the example of the Bay of Seine catchment (Seine, Touques and Dives rivers)

Réponses sédimentaires d’un bassin versant côtier aux variations glaçio-eustatiques et au soulèvement plio-quaternaires : l’exemple du bassin versant côtier de la baie de Seine (Seine, Touques et Dives)

Résumé

This geomorphologic and sedimentary study aims at investigating the fluvial systems of the Seine River and its paleo-tributaries that are the Touques, the Dives and the Orne Rivers. These rivers all belong to the same catchment area, so-called Bay of Seine catchment (BSC). The BSC area of those systems is bordered by the Channel to the North, and by hilly land regions (i.e. zone bocaine and Perche) to the South with exception to the Seine River which extends further in a South Eastern direction. From the end of the Early Pleistocene, the geological background of the catchment area (i.e. Armorican massif & Parisian basin) was incised and eroded by the fluvial systems. These sedimentary and geomorphological processes are now recorded in fluvial terraces. In the BSC area, the paleo-Seine followed a different evolution from the other coastal rivers. Due to the different geomorphologic and sedimentary Quaternary records, a plury-disciplinary approach complemented by ESR datations was carried out for assessing the role of structural , climatic and glacio-eustatic forcings on the evolution of the BSC area. Geological structures partially control the organization of the drainage network. The European geodynamical changes occurring during the Cenozoic associated to the Alpine compressive deformations s.l. indirectly shaped the BSC. Such geodynamical phase induced the multi-phase Tertiary uplift of the Armorican massif, and thus build the hilly areas of the Perche and the Western extension of the zone bocaine. During the Neogene, this slow and continuous uplift gave the BSC its North South orientation, and therefore allowed the inception of a sedimentary transit towards the English Channel. Upstream, the Perche bulge induced a radial drainage (i.e. Risle, Touques, Dives and Orne Rivers) around its dome-shaped structure. Whereas downstream, the North Eastern-oriented monoclinal structure of the Jurassic units of the Parisian basin forced the drainage on an Eastern direction. In addition to structural control, the climate is another primary forcing that shapes the BSC from the Middle Pleistocene onward. This control participated in the evolution of the river dynamics and valley forms at different temporal scales from glacial/interglacial cycles (~100 ka) to rapid climate changes (~1 ka). New observations led on terrace deposits show that there is not a single type of periglacial river (i.e. gravel-bed braided river). These differences were explained by sub-basin properties: lithologies, sediment supplies or inherited structures. The Quaternary glacio-eustatic forcing only played a role in the downstream part of fluvial systems. In the meandering reach of the lower Seine valley (Elbeuf-Le Havre), sedimentary records investigated in the stepped terraces allowed the identification of several relative sea-level highstands since the Middle Pleistocene. Cyclic base-level changes, recorded in the succession of fluvial periglacial gravels overlain by silt to sandy tidal deposits, were linked to major cold-to-temperate climate transitions. Despite these sedimentary records, the whole BSC only preserved paleo-geometries of Quaternary estuaries by a widening of the downstream part of fluvial systems (Dives, Touques, and Seine Rivers).
Le bassin versant côtier étudié de la baie de Seine est limité en aval par la mer de la Manche et en amont par des hauts reliefs (zone bocaine et collines du Perche). Les fleuves principaux sont la Seine, la Touques, la Dives et l’Orne. La proximité du niveau de base en fait un secteur privilégié pour l’érosion fluviatile lors des bas niveaux marins ou de comblement alluvial et d’influences estuariennes lors des remontées du niveau marin relatif. L’information disponible sur chacun de ces fleuves n’étant pas identique et de même qualité, il est nécessaire d’utiliser et de coupler des méthodes d’analyses géomorphologiques, sédimentologiques, pétrographiques,… pour étudier les reliques de dépôts fluviatiles quaternaires. De nouvelles datations par ESR de ces terrasses complètent les datations déjà existantes. Au Pléistocène moyen et supérieur, débutent l’encaissement d’un réseau fluviatile armoricain initié à la fin du Pléistocène inférieur et la formation des terrasses fluviatiles. Le drainage de la Touques et de la Vie est régulier à travers le plateau d’argiles à silex, puis la craie. Le drainage de la Dives est contrôlé par les reliefs de la zone bocaine au sud et par le talus du pays d’Auge au sud. La Seine est alimentée par un plus vaste bassin versant. Elle présente une architecture fluviale sinueuse transportant une charge sableuse à graveleuse fluviatile importante, s’écoulant à travers le plateau des argiles à silex et de placages de sables tertiaires. Son cours se poursuit en baie de Seine et reçoit les apports des autres fleuves côtiers (Orne, Dives et Touques). Lors d’interstades saaliens, le niveau marin remonte les précédents chenaux fluviatiles ; des influences estuariennes sont décrites à Tancarville et jusqu’à Elbeuf. Cette paléogéographie se répète lors du haut niveau marin de l’Eémien. Durant la dernière phase glaciaire weichsélienne, la Dives et la Touques poursuivent leur migration d’ouest en est, dans le sens du pendage des couches géologiques, par des phénomènes de capture, tandis que le cours de la Seine migre d’est en ouest. Des contrôles structuraux, climatiques et eustatiques s’exercent sur le développement des réseaux de drainage et dont il ne reste le plus souvent que les terrasses comme témoignages. Le contrôle structural participe au façonnement du bassin versant côtier ; il est à l’origine de l’étendue et de la topographie du bassin versant côtier et s’exerce à plusieurs échelles. Le soulèvement polyphasé tertiaire du Massif armoricain a façonné le bassin versant côtier de la baie de Seine, en créant les hauteurs des collines du Perche et leur prolongement occidental dans la zone bocaine, et en lui donnant une pente naturelle aux écoulements des eaux de surface en direction de la mer de la Manche. Le bombement du Perche contrôle l’organisation radiale du drainage de la Risle, la Touques, la Dives et l’Orne vers la baie de Seine, selon la pente régionale. Ce drainage radial participe au décapage des terrains mésozoïques. Le contrôle structural s’exerce également à travers la structuration monoclinale des terrains mésozoïques de la bordure occidentale du Bassin parisien, avec un pendage des couches vers le NE. Le contrôle climatique s’exerce à plusieurs échelles dans l’évolution morphologique de ce bassin versant côtier. À partir du Pléistocène moyen, les cycles glaciaires/interglaciaires (durée moyenne de 100 000 ans) façonnent le bassin versant et son réseau de drainage. Les incisions fluviatiles de courte durée interviennent aux changements climatiques froid/chaud ou chaud/froid, mais dans le détail, le nombre des phases d’incision fluviatile enregistrées est souvent moins nombreux que celui des transitions climatiques. La sédimentation fluviatile est moins bien préservée à la transition froid/chaud qu’au passage chaud/froid, en raison de modalités différentes dans les incisions. À la transition tempéré/froid, les processus de migration latérale deviennent prédominants sur l’incision fluviatile verticale. Lors des cycles de réchauffement/refroidissement (durée moyenne de 10 000 ans), l’évolution du système fluviatile est déterminée par des paramètres physiques (précipitations neigeuses, ruissellement des eaux, cycles gel/dégel) et biologiques (couvert végétal). La dissymétrie des vallées est expliquée par des processus périglaciaires, mais, dans un même bassin versant, des vallées symétriques et dissymétriques coexistent, marquant le rôle tout aussi efficace des lithologies. Enfin, sous un même climat, les fleuves périglaciaires pléistocènes ne se résument pas aux styles fluviatiles en tresses et méandriformes. Le contrôle eustatique intervient enfin dans la morphologie d’un bassin versant côtier. En domaine côtier, les fleuves débouchent en mer de la Manche qui a été exondée à plusieurs reprises au Quaternaire. Le bassin versant côtier de la baie de Seine présente plusieurs estuaires pléistocènes de taille variable, étroite (Orne), très large (Dives), moyenne (Touques) ou très importante (Seine) dont la géométrie et l’étendue sont fonction des lithologies affleurant à terre. Lors des phases interglaciaires quaternaires, l’influence eustatique est enregistrée en amont des cours d’eau, dans les dépôts argilo-sableux à sableux sous influences tidales (méandre de la Seine, à Elbeuf). Les cours aval de la Dives et de la Touques migrent latéralement d’ouest en est, entre le Pléistocène moyen et supérieur, en envisageant la répartition de leurs terrasses respectives. Cette migration apparaît conforme à la structuration monoclinale et au pendage des terrains mésozoïques vers l’est, expliquant également le recul progressif de la cuesta cénomanienne, en direction de la vallée de la Seine. Il y a eu interférence entre la structuration monoclinale et le soulèvement tertiaire. En revanche, la Seine migre latéralement du NE vers le SW, entre le Pliocène inférieur et le Pléistocène supérieur. Cette migration est aussi observée en baie de Seine. Ce comportement différent de l’évolution plio-pléistocène du drainage bas normand (Dives, Touques) et de la Seine appartenant au même bassin versant côtier de la baie de Seine et évoluant sous un même climat suggère un contrôle structural de l’écoulement de la Seine plio-quaternaire.
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Citer

G. Bernard, Marc Jamet. Réponses sédimentaires d’un bassin versant côtier aux variations glaçio-eustatiques et au soulèvement plio-quaternaires : l’exemple du bassin versant côtier de la baie de Seine (Seine, Touques et Dives). Sciences de la Terre. Université de Caen Basse-Normandie, 2014. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01136447⟩
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