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L'induration ferrugineuse des alluvions du Loir à Cré-sur-Loir, Sarthe, France

Jean-Pierre Larue
p. 85-95

Résumés

Les alluvions de la moyenne terrasse du Loir présentent, près de Cré-sur-Loir, un phénomène exceptionnel d'induration ferrugineuse qui engendre un abri sous roche. L'étude géomorphologique conclut à un encroûtement de nappe phréatique accentué par des conditions locales particulièrement favorables à la précipitation du fer, abondant dans les sédiments cénomaniens.

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Texte intégral

I - Introduction

1Si les alluvions quaternaires du bassin de la Loire présentent de nombreux phénomènes de concentration d'oxydes de fer et de manganèse (J. GRAS, 1963 ; C. KLEIN, 1973 ; J.P. LARUE, 1978), elles n'engendrent pas de véritables cuirassements comme ceux rencontrés dans les sables cénomaniens lorsqu'ils sont cimentés en grès roussards (P. JUIGNET, 1974) ou dans les dépôts sidérolithiques (M. THIRY et al., 1983 ; M. THIRY et R. SIMON-COINÇON, 1996). En effet, les véritables cuirasses ferrugineuses, qui nécessitent des altérations lessivantes kaoliniques sous climat chaud et humide suivies d'indurations siliceuses sous climats plus secs (R. SIMON-COINÇON et al., 2000), n'ont pas pu se former sous les climats périglaciaires et tempérés qui ont alterné au Quaternaire (J. TRICART, 1949 ; D.R. BRIDGLAND, 2000). Or, près de Cré-sur-Loir, les alluvions de la moyenne terrasse du Loir sont tellement indurées qu'elles forment une paroi abrupte, avec une esquisse d'abri sous roche à la base (Photo 1). L'induration s'apparente à une cuirasse ferrugineuse, mais les conditions de sa formation apparaissent énigmatiques. Pour essayer d'expliquer la genèse de la formation et des formes et aussi de dégager son originalité par rapport aux autres indurations, nous avons procédé à une étude géomorphologique du site et à l'analyse du matériau induré. À partir des échantillons prélevés, trois lames minces ont été confectionnées afin d'analyser la micromorphologie (plasma, vides et squelette) de l'encroûtement, puis sa composition chimique a été déterminée sur des poudres < 50 µm étudiées au microscope électronique à balayage (MEB) muni d'un analyseur chimique.

Photo 1 - Vue de l'induration ferrugineuse responsable du rebord abrupt de la moyenne terrasse du Loir à l'est de Cré-sur-Loir.

Photo 1 - Vue de l'induration ferrugineuse responsable du rebord abrupt de la moyenne terrasse du Loir à l'est de Cré-sur-Loir.

II - Cadre de l'étude, description de la moyenne terrasse et de la coupe de Cré-sur-Loir

1 ) Le cadre de l'étude : la moyenne terrasse dans la vallée du Loir

2La moyenne terrasse indurée de Cré-sur-Loir est située dans la vallée inférieure du Loir, entre La Flèche et Durtal (Fig. 1 et 2). Le Loir présente un lit unique dont le chenal d'écoulement mesure en moyenne 45 m de largeur et décrit des méandres libres d'ampleur variable mais relativement stables à l'échelle historique (J.P. LARUE, 1999). Bien délimitée par des coteaux abrupts modelés dans les argiles, sables et graviers du Cénomanien inférieur et moyen (R. BROSSÉ et al., 1978), le val du Loir creusé dans ces matériaux peu résistants dépasse 3 km de largeur et comprend plusieurs terrasses alluviales emboîtées qui ont été décrites et datées plus en aval par M. GRUET (1963) et J.P. LARUE (1990). Toutes ces terrasses sont constituées d'alluvions grossières et hétérométriques mises en place en milieu périglaciaire : les silex et les quartz proviennent du Cénomanien, les blocs démesurés de dalles de grès sont issus des grès à Sabalites éocènes (Photo 2). Il convient de noter l'absence de galets calcaires bien qu'il existe des affleurements calcaires dans le bassin versant du Loir (calcaires jurassique, craies crétacées et calcaires lacustres tertiaires). En revanche, l'altération, qui progresse avec l'ancienneté des dépôts (G. MARY et J.M. GRENÈCHE, 1986), permet de distinguer et de raccorder de l'amont à l'aval les différentes nappes. La moyenne terrasse, datée du Riss (Saalien, stade isotopique 6) par une industrie de l'Acheuléen moyen (M. GRUET, 1963), se tient à 8 m en moyenne au dessus du lit mineur et présente des alluvions en général plus grossières à la base (Photo 3). Légèrement plus sableuse, la nappe alluviale würmienne (Weichsélien, stade isotopique 2) forme la basse terrasse, qui ne dépasse guère 5 m d'altitude relative, et le soubassement de la première terrasse couronnée de sables limoneux tardiglaciaires (J.P. LARUE, 1999). Beaucoup plus fines, les alluvions holocènes sont composées de limons et d'argiles tourbeuses. Le fond de vallée comprend donc plusieurs niveaux topographiques parfois difficiles à déceler (Fig. 2).

Figure 1 - Localisation et cadre géologique.

Figure 1 - Localisation et cadre géologique.

1 : limite entre le socle et la couverture sédimentaire. 2 : socle (schistes briovériens, schistes, grès et calcaires primaires). 3 : argiles, marnes et calcaires jurassiques. 4 : argiles, sables et craies crétacés. 5 : sables, grès et calcaires lacustres éocènes. 6 : alluvions quaternaires. 7 : principales failles.

Figure 2 - Carte géomorphologique de la vallée du Loir (d'après J.P. LARUE, 1999, modifié). 

Figure 2 - Carte géomorphologique de la vallée du Loir (d'après J.P. LARUE, 1999, modifié). 

1  versants abrupts du val (commandement > 40 m). 2 : nappe alluviale formant la haute terrasse. 3 : nappe alluviale formant la moyenne terrasse et les cônes alluviaux associés. 4 : îlots dominant légèrement la basse terrasse. 5 : basse terrasse (5 m d'altitude relative). 6 : première terrasse dominant le lit majeur. 6 : alluvions holocènes fines du lit majeur. 7 : glissement de terrain. 8 : … 9 : induration ferrugineuse de Cré-sur-Loir. 10 : rebord de terrasse à pente > à 10°. 11 : rebord de terrasse à pente douce. 12 : paléotracé du Loir. 13 : localisation de la coupe de la figure 3. 14 : altitude en mètres.

Photo 2 -: Bloc démesuré de grès tertiaire dans les alluvions périglaciaires de la moyenne terrasse à Durtal.

Photo 2 -: Bloc démesuré de grès tertiaire dans les alluvions périglaciaires de la moyenne terrasse à Durtal.

Photo 3 - Alluvions grossières de la base de la nappe formant la moyenne terrasse du Loir, à Durtal.

Photo 3 - Alluvions grossières de la base de la nappe formant la moyenne terrasse du Loir, à Durtal.

3À l'est du village de Cré-sur-Loir, une sablière anciennement exploitée permet d'observer le matériau de la moyenne terrasse sur un front de taille d'une centaine de mètres de longueur d'ouest en est, mais en partie colonisé par la végétation. D'une puissance de 7 m, les alluvions se distinguent bien du substratum cénomanien car elles renferment en abondance des silex alors que les sables cénomaniens en sont dépourvus. Affleurant tantôt sous la forme d'argiles gris-bleu se débitant en plaquettes, tantôt avec un faciès de sables fins plus ou moins grésifiés, ces derniers se présentent ici sous le deuxième aspect avec des lits nettement inclinés vers l'est, à l'opposé de la stratification alluviale du Loir qui s'écoule vers l'ouest. Bien que leur base soit située à seulement 3 m d'altitude relative par rapport au lit mineur du Loir actuel, les alluvions de la moyenne terrasse n'entrent en contact, ni avec celles de la basse terrasse entièrement déblayée ici, ni avec celles de la plaine alluviale qui en sont séparées par un affleurement d'argiles bleues (Fig. 3). L'étagement, dû ici à la dynamique fluviale, est remplacé un peu plus à l'ouest par un emboîtement des terrasses (Fig. 2).

Figure 3 - Coupe de Cré-sur-Loir.

Figure 3 - Coupe de Cré-sur-Loir.

1 : argiles cénomaniennes. 2  sables meubles cénomaniens. 3 : sables cénomaniens cimentés en grès. 4 : conglomérat massif. 5 : induration moins résistante. 6 : alluvions très faiblement indurées. 7 : alluvions fines holocènes. 8 : sol. 9 : faille. 10 : échantillons prélevés et étudiés.

2 ) La coupe de Cré-sur-Loir

4Si le conglomérat rouge-brun occupe l'essentiel de la coupe (Fig. 3), il offre néanmoins une induration variable sur le plan vertical. La partie la plus massive se localise à la base, sur les deux premiers mètres, et engendre un surplomb de 1,70 m, au-dessus d'un abri sous roche dégagé dans les sables cénomaniens par soutirage. Le conglomérat inclut des galets de quartz et de silex de 2 à 5 cm de diamètre, mais aussi d'autres galets de taille semblable dont il ne reste que le cortex. Plus haut, le matériau beaucoup plus friable se localise en retrait, ce qui permet le développement d'une banquette de 2,80 m de largeur maximale à la surface supérieure du banc induré précédent. Le sommet de la terrasse apparaît meuble sur environ 1,50 m d'épaisseur.

5À l'ouest de cette coupe, le conglomérat a été presque entièrement exploité pour l'empierrement des chemins, et sur toute la hauteur du front de taille, on découvre des alluvions grossières hétérogènes à silex, légèrement indurées, parcourues par plusieurs lits sinueux, plus résistants, colorés en brun-noirâtre par les oxydes de fer. Il s'agit des mêmes matériaux dont la ferruginisation est moins élevée.D'après les agriculteurs interrogés, ces dépôts conglomératiques donnent des revêtements très solides pour les chemins et les cours de ferme, et sont d'autant plus recherchés qu'on ne rencontre pas d'autres matériaux de ce type dans la région.

III - Un encroûtement de nappe phréatique accentué par les conditions locales particulières

1 ) Le conglomérat rouge-brun

6Formant le toit de l'abri sous roche, il montre à l'affleurement des galets de silex et de quartz cimentés par une matrice sableuse indurée par les oxydes et hydroxydes de fer. Largement dominants, les silex atteignent en moyenne 5 cm de diamètre, tandis que les quartz, peu abondants, n'excèdent guère 2 cm de diamètre. De nombreuses vacuoles de 2 à 5 cm de diamètre apparaissent à la cassure du conglomérat sous le choc du marteau : elles sont délimitées par une patine ferrique résistante, épaisse de 2 à 4 mm, qui dessine une forme de galet creux, et renferment des sables limoneux, blonds, meubles, qui n'occupent qu'un dixième de la cavité et ne contiennent pas de carbonates de calcium.

7La lame mince révèle un assemblage porphyrique du fait du colmatage presque complet du matériau par les oxydes de fer (Fig. 4). Au microscope polarisant, les silex présentent des imprégnations rouille en forme de taches plus ou moins diffuses, les grains de quartz et de feldspath présentent un réseau de fines fissures envahies par le plasma ferrugineux. Ce dernier s'est développé d'abord autour des particules en progressant en auréoles successives puis de façon centripète dans les fissures qui sont presque complètement obstruées. Entre les silex, les petits grains de quartz du squelette sont souvent imbriqués les uns dans les autres, leur limite est soulignée par une fine enveloppe ferrugineuse (ferrane). Les vacuolesde 2 à 5 cm de diamètre signalées précédemment s'expliquent probablement par le dépôt en auréoles successives d'oxydes de fer autour de galets calcaires qui ont ensuite été détruits par dissolution et les résidus insolubles sont restés piégés dans l'enveloppe ferrugineuse. La porosité du plasma ferrugineux semble avoir été suffisante pour permettre l'exportation du calcaire dissous.

Figure 4 - Lame mince dans le conglomérat.

Figure 4 - Lame mince dans le conglomérat.

1 : plasma ferrugineux sombre. 2 : silex ferruginisés. 3 : quartz avec fissures envahies par le plasma ferrugineux. 4 : vide mal obstrué. 5 : galet calcaire dissous. 6 : quartz émoussés tassés.

8L'analyse chimique effectuée au MEB (Fig. 5) révèle que la matrice ferrugineuse se compose presque exclusivement de fer auquel s'ajoute un peu de silicium, mais ne contient pas de manganèse.

Figure 5 - Spectre de fluorescence X du plasma ferrugineux.

Figure 5 - Spectre de fluorescence X du plasma ferrugineux.

Fe : fer. Si : silicium.

2 ) Les sables cénomaniens indurés en grès

9Ils présentent une épaisseur de 30 cm sous les alluvions. La résistance du grès décroît vers le bas et au delà de 30 cm, le matériau devient meuble. Au microscopepolarisant, la lame mince de l'échantillon supérieur montre un assemblage porphyrique et souligne bien le litage des grains de quartz avec une alternance d'éléments grossiers et de particules fines, et l'existence de minces cutanes d'hydroxydes de fer qui agglomèrent tous les grains sans laisser de vides. En revanche, la lame mince de l'échantillon inférieur prélevé à la base du grès indique un assemblage aggloméré présentant des vides incomplètement colmatés.

10Ainsi la ferruginisation affecte à la fois les alluvions et le substratum, mais son degré varie sur le plan vertical avec une décroissance lente vers le haut et plus rapide vers le bas. Un véritable cuirassement existe sur 2,50 m d'épaisseur, entre 5 et 7,50 m de profondeur.

11Ces données excluent un encroûtement pédologique de type alios, comme le "bétain" signalé par F. MÉNILLET et al. (1988) sur la carte de Meslay-du-Maine, formé par lessivage et accumulation du fer dans l'horizon B de sols à tendance podzolique. Ces encroûtements sont toujours situés à faible profondeur, 30 à 60 cm, alors que le cuirassement étudié dépasse 5 m de profondeur.

12La ferruginisation à Cré-sur-Loir diffère également des altérations superficielles développées au Plio-Quaternaire dans la formation alluviale pliocène du Lannemezan : les cuirassements nommés "kercha" résultent de phénomènes sporadiques "subsuperficiels au front de l'argile rouge laissée aux intempéries" selon M. ICOLE (1973, p. 44).

13Dépourvu de pisolithes et de silicifications, l'encroûtement de Cré-sur-Loir ne s'apparente pas aux paléosols sidérolithiques du nord du Massif Central qui "montrent les traces d'une phase d'altération lessivante et ferrugineuse sous un climat très contrasté, à tendance aride, suivie d'une silicification" (M. THIRY et al., 1983) ou bien s'expliquent "par un contexte topographique favorable et un substrat adéquat" lors d'une longue phase de calme morphogénique, selon A. LE GRIEL (1991, p. 350).

14L'encroûtement de nappe phréatique apparaît comme l'hypothèse la plus probante. Le fer se concentre dans la zone de battement de la nappe au sein d'alluvions perméables : le fer réduit et solubilisé sous la forme ionique dans l'eau de la nappe précipite sous forme d'oxydes et d'hydroxydes mal cristallisés dans la zone aérée créée par l'abaissement de la nappe en période sèche. Toutefois, l'eau en mouvement étant peu réductrice, le colmatage des espaces intergranulaires reste toujours très incomplet, ce qui donne des indurations peu résistantes, irrégulières en fonction des faciès et en général peu épaisses, comme par exemple dans la moyenne terrasse de la Sarthe, entre Le Mans et La Suze-sur-Sarthe (J.P. LARUE et R. ÉTIENNE, 1997). Ces encroûtements discontinus s'apparentent à l'horizon pétroferrique (Fem) décrit par F. TROLARD et al. (1993).

15Il reste à expliquer l'aspect exceptionnel de cette induration.

16Les dépôts cénomaniens riches en glauconie (G. MARY et J.M. GRENÈCHE, 1986) fournissent en abondance du fer réduit, d'autant plus facilement qu'ils ont des pH acides < 6, selon P. DUCHAUFOUR (1983). Mais la configuration géologique du site semble seule expliquer l'ampleur de l'induration. En effet, les alluvions de la moyenne terrasse s'appuient sur le versant sud de la vallée du Loir modelé dans les argiles cénomaniennes plutôt imperméables et favorables au ruissellement, et reposent sur des sables perméables qui passent brutalement à des argiles bleutées près du pied de la falaise conglomératique (Fig. 3). La carte géologique de Baugé (R. BROSSÉ et al., 1978) porte une faille orientée ouest-est, parallèle à la vallée du Loir : peut-être est-elle responsable du contact anormal entre les sables et les argiles ou bien ne s'agit-il que d'une variation latérale de faciès ? Toujours est-il que les argiles affleurant entre la falaise rectiligne et la route constituent un barrage à l'eau de la nappe phréatique cénomanienne s'écoulant vers le Loir. L'eau, enrichie en fer réduit, provenant de la nappe cénomanienne et du ruissellement sur le versant argileux, a pu avoir tendance à s'accumuler dans les alluvions en amont des argilesou tout au moins à circuler plus lentement, favorisant ainsi la précipitation des hydroxydes, plus abondante à la base qu'au sommet. Cette genèse peut s'apparenter au démantèlement des cuirasses de plateau de la zone intertropicale qui fait apparaître de nouvelles accumulations ferrugineuses en bas de versant à la faveur d'une hydromorphie temporaire (E. TEMGOUA et al., 2002).

17Les galets creux inclus dans le conglomérat témoignent de l'importance des éléments calcaires (environ 20 % de l'ensemble des galets) lors de la mise en place de la nappe alluviale périglaciaire, et de leur disparition rapide par dissolution.Les calcaires présents dans le bassin versant du Loir (calcaire jurassique, craie tuffeau turonienne, calcaire lacustre éocène) ont pu fournir en abondance des débris grossiers pendant les périodes périglaciaires du Quaternaire favorables à la gélifraction, mais la circulation importante d'eau relativement acide dans les alluvions a permis leur élimination presque totale : on ne rencontre plus aujourd'hui que quelques morceaux de coquilles d'huîtres dans les terrasses du Loir.

18Enfin, il faut signaler que la mise à nu des zones ferruginisées par l'encaissement et la dynamique des méandres du Loir, puis par l'exploitation humaine, a pu accentuer l'induration du matériau. Il serait intéressant de savoir si la résistance du conglomérat diminue franchement vers le sud, c'est-à-dire vers l'intérieur de la nappe alluviale formant la moyenne terrasse.

IV - Conclusion

19Réalisée avant la mise en relief de la nappe formant la moyenne terrasse, l'induration exceptionnelle des alluvions du Loir résulte d'un encroûtement de nappe phréatique amplifié par une configuration géologique propice à la circulation d'eau et à la précipitation du fer. Les conditions oxydantes du milieu sont dues à l'abaissement de la nappe phréatique qui s'est effectué avec deux dynamiques concomitantes : l'une saisonnière lié au bilan de l'eau et l'autre plus continue consécutive à l'incision du Loir. L'exploitation humaine a aussi pu accentuer l'induration. En outre, l'apport latéral d'oxygène, mis en évidence par G. BOURRIÉ et al. (1994), pourrait également avoir favorisé l'oxydation du fer même pendant les phases de saturation en eau. Les eaux ruisselant sur les argiles cénomaniennes du versant de la vallée auraient apporté l'oxygène nécessaire à l'oxydation du fer dans le secteur saturé situé à l'amont de la faille signalée, là où s'est formé le conglomérat. Enfin, cet exemple révèle que des cuirassements ont pu se former à la faveur de conditions particulières dans des alluvions quaternaires en milieu tempéré.

Remerciements :Nous remercions Noël AURIAULT, du Centre de Transfert de technologie du Mans, pour l'analyse chimique au MEB, Guy MARY, du Laboratoire de Géologie de l'Université du Maine, pour l'analyse des lames minces, et François BETARD pour la mise au net des figures. Cet article a bénéficié des suggestions et critiques constructives d'Yvette DEWOLF, de Dominique SELLIER et d'un relecteur anonyme.

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Bibliographie

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Table des illustrations

Titre Photo 1 - Vue de l'induration ferrugineuse responsable du rebord abrupt de la moyenne terrasse du Loir à l'est de Cré-sur-Loir.
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Titre Figure 1 - Localisation et cadre géologique.
Légende 1 : limite entre le socle et la couverture sédimentaire. 2 : socle (schistes briovériens, schistes, grès et calcaires primaires). 3 : argiles, marnes et calcaires jurassiques. 4 : argiles, sables et craies crétacés. 5 : sables, grès et calcaires lacustres éocènes. 6 : alluvions quaternaires. 7 : principales failles.
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Titre Figure 2 - Carte géomorphologique de la vallée du Loir (d'après J.P. LARUE, 1999, modifié). 
Légende 1  versants abrupts du val (commandement > 40 m). 2 : nappe alluviale formant la haute terrasse. 3 : nappe alluviale formant la moyenne terrasse et les cônes alluviaux associés. 4 : îlots dominant légèrement la basse terrasse. 5 : basse terrasse (5 m d'altitude relative). 6 : première terrasse dominant le lit majeur. 6 : alluvions holocènes fines du lit majeur. 7 : glissement de terrain. 8 : … 9 : induration ferrugineuse de Cré-sur-Loir. 10 : rebord de terrasse à pente > à 10°. 11 : rebord de terrasse à pente douce. 12 : paléotracé du Loir. 13 : localisation de la coupe de la figure 3. 14 : altitude en mètres.
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Titre Photo 2 -: Bloc démesuré de grès tertiaire dans les alluvions périglaciaires de la moyenne terrasse à Durtal.
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Titre Photo 3 - Alluvions grossières de la base de la nappe formant la moyenne terrasse du Loir, à Durtal.
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Titre Figure 3 - Coupe de Cré-sur-Loir.
Légende 1 : argiles cénomaniennes. 2  sables meubles cénomaniens. 3 : sables cénomaniens cimentés en grès. 4 : conglomérat massif. 5 : induration moins résistante. 6 : alluvions très faiblement indurées. 7 : alluvions fines holocènes. 8 : sol. 9 : faille. 10 : échantillons prélevés et étudiés.
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Titre Figure 4 - Lame mince dans le conglomérat.
Légende 1 : plasma ferrugineux sombre. 2 : silex ferruginisés. 3 : quartz avec fissures envahies par le plasma ferrugineux. 4 : vide mal obstrué. 5 : galet calcaire dissous. 6 : quartz émoussés tassés.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/1003/img-7.jpg
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Titre Figure 5 - Spectre de fluorescence X du plasma ferrugineux.
Légende Fe : fer. Si : silicium.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/1003/img-8.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

Jean-Pierre Larue, « L'induration ferrugineuse des alluvions du Loir à Cré-sur-Loir, Sarthe, France », Physio-Géo, Volume 3 | -1, 85-95.

Référence électronique

Jean-Pierre Larue, « L'induration ferrugineuse des alluvions du Loir à Cré-sur-Loir, Sarthe, France », Physio-Géo [En ligne], Volume 3 | 2009, mis en ligne le 21 juin 2009, consulté le 24 avril 2017. URL : http://physio-geo.revues.org/1003 ; DOI : 10.4000/physio-geo.1003

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