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Caractérisation et origine des "creuses" : approche sous SIG (exemples en Thiérache)

Pierre Taborelli, Laurent Chalumeau, Guillaume Pierre, Alain Devos, Jonathan Lenoir, Gilles Fronteau, Olivier Lejeune and Nicolas Bollot
p. 135-151

Abstracts

"Creuses" are wooded ravine-like incisions with intermittent flowing that cut the chalky plateaus of the northern Paris Basin. They were formed during periglacial Quaternary periods, as a result of the concentration of the surface runoff leading to torrential flow. Nowadays, these landforms constitute specific environments and reservoirs of biodiversity in a field crops landscape. The determination of the morphometrical parametres and the analysis of the spatial distribution of 98 "creuses", held in a GIS, allow to highlight the respective role of the surface processes and the geological structure in their geometrical features and their localization within the watershed.

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Index terms

Index de mots-clés :

creuse, SIG, morphométrie, hydrographie, Thiérache

Index by keywords :

creuse, GIS, morphometry, hydrography, Thiérache
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I - Introduction

1 ) Problématique

1Les ravins boisés entaillant les plateaux crayeux du Nord de la France sont désignés sous le terme de "creuse" par J. GOSSELET (1906), qui les décrit en Artois et en Picardie. Ces ravins, de morphologie typique, sont longs de 0,5 à 2 kilomètres, étroits (de 5 à 6 mètres) et profonds (10 mètres ou plus) ; leurs parois sont abruptes et leurs terminaisons en "cul-de-sac" (Photos 1). J. GOSSELET les attribue à une dissolution de la craie, prélude à un effondrement de drains souterrains calés sur des diaclases. Il constate également que la partie amont des creuses forme une dépression semi-circulaire où aboutit le ruissellement de surface. En 1905, A. DEMANGEON avait déjà observé ces formes en remarquant que "seules des averses d'orage ou des pluies prolongées ruissellent sur les pentes et jettent dans les ravins secs, des torrents d'eau". Il attribue leur formation au ruissellement dû à l'imperméabilisation de la craie par un pergélisol, au déboisement et au défrichement, ainsi qu'à la saturation de la craie lors de phases humides. P. PINCHEMEL (1954), reprenant l'hypothèse karstique, ajoute à la description topographique de J. GOSSELET : "leur terminaison aval est souvent tout aussi brutale que leur tête, la contre-pente étant associée à une bétoire", désignant ainsi la présence d'une perte, interrompant l'écoulement subaérien jusqu'à la vallée principale. Il évoque aussi, de façon moins claire, des "vallons-fossés tectoniques". J.P. COLBEAUX et P. BRACQ (1997) expliquent la pente forte des versants des creuses ("bien supérieures à la pente d'équilibre de la craie") par la jeunesse de la forme et leur tracé en baïonnette par la présence de fractures dans la craie. B. LOUCHE et al. (1997), soulignant leur fonction réceptrice du ruissellement et constatant l'absence d'exutoire en aval des creuses, les considèrent comme des points préférentiels d'infiltration. Enfin, pour P. LAHOUSSE et al., (2003), l'analyse du remplissage colluvio-alluvial et du modelé d'une creuse picarde plaide en faveur du caractère fluviatile de l'incision, acquise dès 30000 BP, et permet de retracer son fonctionnement postglaciaire, fait de creusements et de remblaiements. Du fait de leur forte incision, propice à un découplage entre le topoclimat local et le macroclimat régional, ces entités forment de véritables micro-refuges (S. DOBROWSKI, 2011) où s'accumule de l'air froid, qui contrastent avec les secteurs environnants, plus chauds et essentiellement dédiés à la grande culture. Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, les creuses constituent donc des réservoirs potentiels de biodiversité (B. de FOUCAULT et al., 1997) associés à des services écosystémiques rendus à l'agriculture.

Photos 1 - La creuse de Gercy, en rive gauche du Vilpion.

Photos 1 - La creuse de Gercy, en rive gauche du Vilpion.

A : vue générale (Image Google earth, 2006). B : fond du ravin [cliché : Alain DEVOS]. C : zone d'émergence de la nappe, à l'aval de la creuse [cliché : Alain DEVOS].

2La présente étude repose sur la réalisation et le traitement, dans un Système d'Information Géographique (SIG), d'une base de données sur les creuses de Thiérache. Le traitement des données, issues des bases de données de l'Institut National de l'Information Géographique et Forestière (IGN), a pour but de préciser la répartition géographique de ces formes et de les caractériser morphométriquement. Croisée avec les données structurales, l'analyse de la répartition des creuses, à l'échelle du bassin versant, permet de poser à nouveau la question de la genèse de ces formes, qui ne conservent, par nature, que peu d'indices de leur fonctionnement hydrogéomorphologique.

2 ) Localisation

3La zone de prospection recouvre le bassin versant du Vilpion en amont de sa confluence avec la Serre à Marle (Fig. 1). D'une superficie globale de 335 km2, cette zone peut être subdivisée entre le bassin versant du Vilpion, au sens restreint, à l'ouest et au nord (181 km2), et celui de la rivière Brune, son principal affluent de rive gauche, au sud-est (154 km2). Ces cours d'eau entaillent le plateau faiblement ondulé de la Thiérache, dans la région de Vervins. Le relief, décrit comme une "multitude de petites vallées étroites, encaissées, auxquelles aboutissent des ravins latéraux" (E. CHANTRIOT, 1901), est développé dans la craie blanche à silex du Turonien supérieur, qui est constituée d'une alternance décimétrique de bancs crayeux durs, de lits de silex et de bancs marneux (C. MATHIEU et al., 1971). La craie marneuse du Turonien moyen et inférieur n'affleure que dans les fonds de vallée où la vidange de la nappe de la craie s'effectue par des émergences (Photos 1) et par les rivières drainantes. Sur les interfluves, la craie du Turonien supérieur est presqu'entièrement couverte d'argiles à silex in situ, parfois remaniées en biefs à silex, surmontées de limons loessiques quaternaires (Fig. 2). Les tracés est-ouest de la rivière Brune et de la partie amont du Vilpion sont parallèles à une ondulation anticlinale dont l'axe passe un peu au nord de Vervins. À l'aval, le Vilpion infléchit son cours vers le sud puis le sud-ouest, conformément au pendage régional (C. MATHIEU et al., 1971). La surreprésentation des affluents de rive droite, pour les deux rivières, s'explique également par le pendage sud-ouest de la craie d'environ 0,6 %. Le Vilpion prend sa source à Plomion à 220 m d'altitude et se jette dans la Serre à Marle (79 m d'altitude). Son tracé, d'une longueur d'environ 43 km, a une pente moyenne de 0,37 %. La rivière Brune, longue de 37,5 km, prend sa source à Brunehamel (248 m d'altitude) et se jette dans le Vilpion (88 m d'altitude) ; sa pente moyenne est similaire (0,4 %).

Figure 1 - Localisation du secteur d'étude.

Figure 1 - Localisation du secteur d'étude.

Figure 2 - Contexte structural et hydrogéologique de la creuse de Gercy.

Figure 2 - Contexte structural et hydrogéologique de la creuse de Gercy.

D'après la carte géologique au 1/50000 (C. MATHIEU et al., 1971) et le portail d'Accès aux Données sur les Eaux Souterraines (http://www.ades.eaufrance.fr/​).

II - Méthodologie

4L'étude des creuses est effectuée en plusieurs étapes. Après avoir défini les caractères discriminants permettant de repérer ces formes, elles sont inventoriées puis caractérisées par des indices morphométriques. Pour finir, ces entités sont replacées dans leur contexte hydrographique.

1 ) Caractères discriminants

5Les caractères discriminants utilisés afin de repérer les creuses sur des documents planimétriques sont issus des descriptions de A. DEMANGEON (1905), J. GOSSELET (1906) et B. LOUCHE et al. (1997). Ainsi, topographiquement, ces formes étroites et profondes, donc à parois abruptes, doivent entailler les plateaux crayeux. D'un point de vue hydrologique, bien que réceptrices d'écoulements amont en période de fortes intempéries (orages violents et soudains), elles ne doivent pas présenter d'écoulement, ou alors un écoulement sporadique. De plus, elles doivent être boisées. Ces paramètres conditionnent les documents nécessaires à leur inventaire ainsi que la méthode utilisée.

2 ) Inventaire sous SIG

6L'inventaire des creuses est réalisé au sein d'un projet SIG via le logiciel ESRI© ArcGIS 10. Le système de coordonnées projetées utilisé est le RGF 1993 Lambert 93. Afin de faciliter le stockage et la gestion des données utilisées et crées, toutes les données sont intégrées à une géodatabase. L'obtention des documents nécessaires à la réalisation de l'inventaire (Tab. I) se fait : soit par intégration directe des documents sources (SCAN25®, BD TOPO® et BD ORTHO® 2010 de l'IGN), soit par conversion des données dans un autre format (transformation de la BD ALTI® 25 m en un Modèle Numérique de Terrain, MNT, au format raster), soit en générant de nouvelles données à partir de documents sources (calcul de la carte des directions de flux permettant d'identifier les talwegs à partir de la BD ALTI® 25 m).

Tableau I - Paramètres et documents nécessaires à la réalisation de l'inventaire des creuses.

Tableau I - Paramètres et documents nécessaires à la réalisation de l'inventaire des creuses.

7En prenant en compte les caractères discriminants, les creuses et leurs limites sont identifiées par comparaison des documents intégrés au projet SIG. La rupture de pente sommitale des versants des creuses est alors digitalisée, c'est-à-dire vectorisée manuellement sous forme de polygones dans un domaine spatial défini. Une table attributaire associée à ces formes confère automatiquement un numéro d'inventaire à chaque creuse et permet de renseigner des informations telles que le toponyme (s'il existe sur le SCAN25®). Dans un second temps, le talweg de chaque creuse est digitalisé d'amont en aval sous forme de polylignes en s'assurant que les deux extrémités se situent sur le tracé du contour des creuses créé précédemment. Certaines creuses peuvent parfois présenter des ramifications dans leur partie amont ou sur leurs flancs. Dans ce cas, ces ramifications sont digitalisées séparément et sont donc traitées indépendamment de la creuse principale.

3 ) Caractérisation morphométrique

8La caractérisation morphométrique des creuses est obtenue, dans un premier temps, par l'obtention des paramètres intrinsèques aux creuses (Fig. 3). Ces derniers sont :

  • La longueur du talweg de la creuse (L), obtenue automatiquement du fait de l'intégration de cette donnée à la géodatabase.

  • Les extrémités amont (Ch) et aval (Cb) du talweg.

  • Les altitudes minimale (ACmin), maximale (ACmax), et moyenne (ACmoy) du talweg de la creuse, issues du croisement des talwegs digitalisés avec le MNT via l'outil "statistique zonale (table)".

  • La pente du ravin (PC), calculée à partir de la longueur du talweg (L) et des altitudes maximale (ACmax) et minimale (ACmin).

  • La direction générale du talweg (DC), obtenue à partir de l'outil "Linear Directional Mean", qui permet d'obtenir les orientations d'entités à partir de polylignes. En se fondant sur le sens de la digitalisation (point de départ et point d'arrivée), c'est la direction de chaque talweg qui est déterminée. La digitalisation étant effectuée d'amont en aval, cette direction correspond, en fait, à celle de la pente de la creuse.

Figure 3 - Présentation de l'ensemble des données mesurées à l'aide du logiciel ArcGis.

Figure 3 - Présentation de l'ensemble des données mesurées à l'aide du logiciel ArcGis.

Bassin versant total de la creuse (BVtot) = bassin versant amont (BVamont) + bassin versant latéral (BV latéral).

9Du fait de la largeur des creuses et de la résolution des documents disponibles pour digitaliser leurs limites, le paramètre largeur (l) n'est pas considéré.

10Chaque creuse est ensuite replacée dans son contexte hydrographique en caractérisant (Fig. 3) :

  • Le bassin versant total (BVtot) correspondant au bassin versant dont l'exutoire est l'extrémité aval du talweg de la creuse (Cb). Obtenu à partir de cette extrémité et de la carte des directions de flux, il englobe la creuse. Il est caractérisé par son périmètre (PBVtot) et sa surface (SBVtot), ainsi que par l'indice de compacité de GRAVELIUS (KGtot) calculé à partir de ces deux valeurs. Par croisement avec le MNT, les altitudes minimale (ACmin), maximale (AmaxBVtot) et moyenne (AmoyBVtot) du bassin versant sont récupérées.

  • Le bassin versant amont (BVamont) correspondant au bassin versant dont l'exutoire est l'extrémité amont du talweg de la creuse (Ch). Il ne contient donc pas la creuse elle-même. Sur cette surface, les mêmes paramètres (PBVamont, SBVamont, KGamont, AmaxBVtot, ACmax et AmoyBVamont) sont calculés.

  • L'ordination de STRAHLER, calculée à partir du MNT et de la carte des directions de flux. Le raster obtenu est croisé avec les polygones des creuses digitalisés, afin d'attribuer à chaque creuse la valeur d'ordination maximale recoupée (O) (Fig. 4).

  • L'angle formé avec la vallée réceptrice (ANvr), calculé à partir de l'orientation de la creuse et de l'orientation de la vallée réceptrice (vallée du Vilpion, de la rivière Brune ou de l'un de leurs affluents).

Figure 4 - Exemple de limites de bassins versants total et amont et d'ordination sur fond de carte des directions de flux (creuse de Hary).

Figure 4 - Exemple de limites de bassins versants total et amont et d'ordination sur fond de carte des directions de flux (creuse de Hary).

III - Résultats

11L'inventaire systématique des creuses dans la zone d'étude (335 km2) a permis d'en recenser 98, dont 59 dans le bassin versant du Vilpion (sens restreint) et 39 dans celui de la rivière Brune, ce qui correspond à une densité totale d'une creuse pour 3,4 km2 (Tab. II, Fig. 5). La densité est similaire dans les deux bassins versants. En revanche, il apparaît que le nombre de creuses est plus important en rive gauche qu'en rive droite (respectivement 31 contre 28 pour le Vilpion et 26 contre 13 pour la rivière Brune), alors que les surfaces des bassins versants des cours d'eau de rive gauche sont bien moindres.

Tableau II - Paramètres morphométriques et indices statistiques des creuses du bassin versant du Vilpion en amont de Marle.

Tableau II - Paramètres morphométriques et indices statistiques des creuses du bassin versant du Vilpion en amont de Marle.

Moy : moyenne des valeurs. δ : écart-type. Coef. Var. : coefficient de variation (= 100 δ / Moy). Pour la colonne de gauche, voir Fig. 3. Min : valeur minimale. Max : valeur maximale.
L : longueurs des talwegs des creuses. ACmax et ACmin : altitudes maximales et minimales des talwegs dans les creuses. Dénivelés : dénivelés des talwegs des creuses. PC : pentes moyennes des creuses. DC : directions des talwegs des creuses. O : ordinations de STRAHLER des creuses. ANvr : angles avec les vallées réceptrices. PBVtot : périmètres des bassins versants totaux des creuses. SBVtot : surfaces des bassins versants totaux des creuses. AmaxBVtot : altitudes maximales des bassins versants totaux des creuses. PBVamont : périmètres des bassins versants en amont des creuses. SBVamont : surfaces des bassins versants en amont des creuses. KGamont : indices de compacité de GRAVELIUS des bassins versants en amont des creuses.

Figure 5 - Répartition et direction des creuses.

Figure 5 - Répartition et direction des creuses.

12La longueur des talwegs des creuses varie entre 78 m et 1030 m, avec une longueur moyenne de 392 m. Les talwegs sont en moyenne plus longs en rive droite qu'en rive gauche (409 m contre 322 m pour le Vilpion ; 414 m contre 380 m pour la rivière Brune). Ils ont des altitudes moyennes comprises entre 147 m et 165 m en rive droite, 139 m et 160 m en rive gauche, dans le bassin versant du Vilpion et entre 157 m et 182 m en rive droite, 149 m et 171 m en rive gauche, dans le bassin versant de la rivière Brune. Le dénivelé moyen des talwegs est de 20 m (la valeur la plus faible étant de 2 m et la plus forte de 52 m), indépendamment de la rive ou du cours d'eau. Les pentes mesurées sont toutes inférieures à 12 %. En moyenne, elles sont comprises entre 5 % (rive droite du Vilpion) et 7 % (rive gauche du Vilpion). La direction des creuses du bassin versant du Vilpion est essentiellement comprise entre N320° et N340° en rive gauche et entre N140° et N160° en rive droite (Fig. 5), les valeurs secondaires étant respectivement N30° et N210°. Les creuses du bassin versant de la rivière Brune ont des directions plus homogènes, N00° ou N200° selon la rive (Tab. II, Fig. 5).

13Enfin, l'orientation des creuses est quasiment perpendiculaire à celle des vallées principales (drainées ou sèches). L'angle moyen est de 78° et la distribution gaussienne du nombre d'observations par classe d'angle de 20° montre une prééminence de valeurs proches de 90° (Fig. 6-a).

Figure 6 - Paramètres représentatifs de l'environnement immédiat des creuses.

Figure 6 - Paramètres représentatifs de l'environnement immédiat des creuses.

a : distribution des angles formés par les creuses et leur vallée réceptrice. b : régression linéaire entre les surfaces des bassins versants totaux et amont. c : distribution de la contribution du bassin versant amont dans le bassin versant total. d : distribution en fonction de l'indice de compacité de GRAVELIUS du bassin versant amont (KGamont).

14L'environnement immédiat des creuses est précisé par l'étude des bassins versants totaux et amont ainsi que par le positionnement des creuses au sein de la hiérarchisation des talwegs selon l'ordination de STRAHLER. Le bassin versant total correspond à l'addition du bassin versant amont et du bassin versant latéral, ce dernier étant à l'origine d'apports latéraux le long de la creuse. Si la majorité des creuses ont un bassin versant total (BVtot) inférieur à 140 ha et un bassin versant amont (BVamont) inférieur à 90 ha (Fig. 6-b), quatre creuses sont particulières avec des dimensions bien plus importantes (335 ha < BVtot < 960 ha et 215 ha < BVamont < 940 ha). Ces dernières, présentes dans le bassin versant du Vilpion (trois en rive droite et une en rive gauche), ne sont pas représentatives de l'échantillon et n'ont donc pas été intégrées à la caractérisation des bassins versants. Si quelques creuses ont un bassin versant total très restreint, inférieur à 5 ha, 50 % des bassins versants totaux ont une surface inférieure à 25 ha (Fig. 6-b). Les surfaces moyennes des bassins versants totaux sont de 26 ha en rive gauche du Vilpion et de 53 ha en rive droite. Cette dualité de rive n'apparaît pas dans le bassin versant de la rivière Brune où les surfaces sont respectivement de 38 ha et de 34 ha. Le constat est le même en considérant uniquement les surfaces moyennes des bassins versants amont (21 ha quelle que soit la rive pour la rivière Brune, contre 32 ha en rive droite et 15 ha en rive gauche du Vilpion). La moyenne des surfaces des bassins versants amont est de 22,4 ha, alors que plus de 70 % des bassins versants amont ont une surface inférieure à 25 ha et 85 % une surface inférieure à 50 ha (Fig. 6-b). La proportion du bassin versant amont au sein du bassin versant total est exprimée par le ratio SBVtot/SBVamont. Si ce ratio est égal à 1, le bassin versant amont constitue l'intégralité du bassin versant total ; s'il est égal à 2, le bassin versant amont représente la moitié du bassin versant total ; s'il est égal à 3, le bassin versant amont forme un tiers du bassin versant total ; et ainsi de suite. La moyenne de ce ratio est de 1,9, avec des valeurs plus faibles pour les creuses du bassin versant du Vilpion (1,27 en rive gauche et 1,47 en rive droite) que pour celles du bassin versant de la rivière Brune (2,92 en rive gauche et 2 en rive droite). La distribution de ce ratio montre le peu d'apports latéraux le long de ces formes. Pour plus de 90 % des creuses, le ratio est compris entre 1 et 3 (Fig. 6­c). De forme en éventail allongé (KGamont moyen de 1,2 ; Fig. 6-d), les bassins versants amont sont en tête des sous-bassins versants des cours d'eau principaux, de leurs affluents ou de talwegs non drainés (Fig. 7). Le positionnement des creuses au sein du réseau de talwegs, via l'ordination de STRAHLER (O), montre qu'elles sont d'ordre 4 en moyenne, 2 au minimum et 6 au maximum.

Figure 7 - Carte de localisation des creuses et de leurs bassins versants amont en Thiérache.

Figure 7 - Carte de localisation des creuses et de leurs bassins versants amont en Thiérache.

IV - Discussion

1 ) Morphométrie des creuses

15La méthode mise en œuvre sous SIG permet, suite à la localisation et à la digitalisation systématique des creuses et des talwegs à partir de documents IGN, de réaliser un traitement automatisé des données via des modélisateurs ("model builders") afin d'obtenir les paramètres morphométriques pour chaque creuse et ses bassins versants (voir Fig. 3 ; Fig. 8). Ces indices font ensuite l'objet d'analyses statistiques et spatiales. L'intérêt de cette méthode est non seulement de donner une représentativité statistique, mais également d'être applicable à d'autres formes similaires (ravins ou vallons secs). La limite de la méthode est intimement liée à la précision des données sources et, en particulier, de la BD ALTI® qui est à l'origine du MNT et de la carte des directions de flux. Néanmoins des mesures topographiques de terrain effectuées au tachéomètre sur la creuse de Gercy (voir Photos 1 et Fig. 2) valident les données de la BD ALTI® avec un pourcentage d'erreur de 14 %.

Figure 8 - Organigramme de la méthode d'analyse.

Figure 8 - Organigramme de la méthode d'analyse.

16Ainsi l'analyse sous SIG aboutit à un inventaire systématique et exhaustif de l'objet "creuse" dans la zone d'étude. Les 98 creuses recensées dans le bassin versant du Vilpion à Marle confèrent aux indices et aux corrélations d'indices une représentativité inédite permettant de dresser, dans un premier temps, une typologie des creuses basée sur les caractères distinctifs suivants :

  • Le bassin versant des creuses est principalement constitué du bassin versant amont (56 %) dont la forme compacte (86 % des bassins versants amont ont un indice de compacité de GRAVELIUS inférieur à 1,3) garantit une alimentation en eau rapide et efficace de la creuse (d'autant plus que des argiles résiduelles imperméables y affleurent).

  • Au débouché de leur bassin versant amont, les creuses ont une ordination de STRAHLER allant de 2 à 6. Il s'agit donc de formes de ravinement drainant des écoulements préalablement concentrés.

  • Plus les creuses sont longues, plus leur dénivelé est important (Fig. 9-a). La tendance est nette, même si le coefficient de détermination (r2) n'est que de 0,385.

  • La pente moyenne des creuses est de 6 % (mais cette moyenne est peu représentative, puisque le coefficient de variation est de 44 %).

  • Plus la taille du bassin versant amont est importante, plus la pente de la creuse est faible.

2 ) Influence de la géologie et du climat sur la répartition et le fonctionnement des creuses

17Le croisement des caractéristiques morphométriques et hydrographiques, d'une part, et de la répartition spatiale des creuses, d'autre part, indique que leurs paramètres intrinsèques et de situation (voir Fig. 3) sont essentiellement l'effet d'une cause structurale, comme l'exprime par exemple la distribution des pentes (PC) par cours d'eau (Fig. 9-b) : les creuses de rive gauche, anaclinales, ont des pentes plus fortes. À l'inverse, la pente des creuses de rive droite, conforme au pendage, est plus faible, ce qui fait passer au second plan l'influence de la surface des impluviums (BVamont), surface toujours plus importante en rive droite. Dans les deux cas, la creuse est une forme de raccordement entre la surface des plateaux et le fond d'une vallée réceptrice. De même, la répartition des creuses à l'intérieur d'un bassin versant est influencée par le canevas structural. Le pendage sud des couches géologiques est à l'origine de la dissymétrie des versants de vallée et de l'organisation du réseau hydrographique, déterminant deux sites de creuses : les versants fuyants de rive droite ou de tête de bassin versant, dominés par de vastes bassins versants amont, et les versants abrupts de rive gauche, dominés par des bassins versants amont plus réduits.

Figure 9 - Régression entre les longueurs et les dénivelés des talwegs des creuses (a) et distribution des pentes des talwegs des creuses par rive de cours d'eau principal (b).

Figure 9 - Régression entre les longueurs et les dénivelés des talwegs des creuses (a) et distribution des pentes des talwegs des creuses par rive de cours d'eau principal (b).

18Deux orientations orthogonales (N150° et N40°), qui coïncident avec les linéaments d'origine tectonique (J.P. COLBEAUX et al., 1980, 1993 ; M. DUPRAT, 1997 ; F. GUILLOCHEAUX et al., 2000), expliquent les valeurs d'angle moyen (ANvr) un peu inférieures à 90° (ce qui aurait été la valeur d'angle sans contrainte structurale) et de direction (DC) des creuses (voir Fig. 6-a et Fig. 5).

19L'influence de la lithologie est également déterminante, puisque les bassins d'alimentation des creuses s'inscrivent dans une couverture semi-perméable (lœss et argiles à silex ; voir Fig. 2) qui hiérarchisent et concentrent les flux vers les creuses (s.s.), lesquelles entaillent la craie. Il faut souligner que le fonctionnement de ces entités torrentielles de bas plateaux est conditionné par un climat froid et par la présence d'un pergélisol favorable au ruissellement (P. LAHOUSSE et al., 2003 ; J.P. LARUE, 2005). En climat tempéré, à l'inverse, le prélèvement évapo-transpiratoire important et les sols filtrants déterminent une infiltration généralisée ; de ce fait, les épisodes pluvieux déclenchant une crue sont rares (A. DEMANGEON, 1905). Ainsi la forme ne peut être initiée qu'en période froide, lorsque la fonte estivale du manteau neigeux et de la couche active du pergélisol engendre un ruissellement important, diffus dans le bassin versant amont, puis concentré là où le ravin se forme (Fig. 10-B).

Figure 10 - Modélisation de l'évolution d'une creuse.

Figure 10 - Modélisation de l'évolution d'une creuse.

20En phase cataglaciaire, la régression du pergélisol (A. DEVOS et al., 2012) se traduit par des écoulements abondants qui déblayent les matériaux colluviaux et alluviaux tapissant le fond et les parois de la creuse, et contribuent en outre à l'allongement de la creuse par érosion régressive (Fig. 10-C).

21En période interglaciaire, le système est perché au-dessus du toit de la nappe de la craie et son fonctionnement est beaucoup plus spasmodique : seules les pluies torrentielles sont susceptibles de produire un ruissellement de surface, régénérant éventuellement les rigoles du bassin versant amont et déclenchant un écoulement (de type crue éclair) dans la creuse (Fig. 10-A et 10-D ; voir aussi Fig. 4 et Photos 1). La pluie limite (c'est-à-dire celle qui engendre un ruissellement) doit être d'autant plus forte que la pente du bassin versant amont est faible (les valeurs de pente des bassins versants amont sont comprises entre 0,9 % et 5,9 % dans le secteur étudié). Par ailleurs, l'écoulement engendré par la concentration des flux est plus probable en rive droite qu'en rive gauche, compte tenu de la taille moyenne des bassins versants amont (73 ha et 24 ha respectivement). Cependant ces écoulements spasmodiques, uniquement constitués de ruissellement et sans contribution des eaux souterraines (Fig. 10-D), ne sont pas morphogènes (ils n'impliquent ni creusement ni érosion régressive).

V - Conclusion

22En dépit d'une certaine parenté avec les torrents de montagne (la creuse se substituant au chenal et le bassin versant amont au bassin de réception), l'ampleur de ces ravins est donc tout autant fonction d'un débit (quand les conditions d'un écoulement de surface sont réunies) que de la morphologie et de la structure des versants des vallées collectrices auxquelles ces ravins se raccordent. Ainsi, en l'absence de couverture (J. TRICART, 1952), la craie de Champagne n'est pas propice à la formation des creuses. En revanche, dans les structures non crayeuses de l'est du Bassin de Paris, les formes de raccordement entre écoulements superficiels sur couverture de plateau et vallées encaissées s'y apparentent. Ainsi en est-il des "grouards" qui entaillent le calcaire du Lutétien moyen du Soissonais (É. FLEURY, 1877), des ravins ("canyons") dans les calcaires tithoniens du Barrois (S. JAILLET, 2005) ou encore des "barribans" dans la gaize albo-cénommanienne de l'Argonne (J. LÉRY, 1916). La parenté avec les fluviokarsts (H. ENJALBERT, 1951) est moins évidente, comme le suggèrent les remplissages alluviaux observés dans certaines creuses (P. LAHOUSSE et al., 2003) et par nature absents des vallées fluviokarstiques. Sur le plan écologique, le confinement topographique et l'ambiance forestière entretiennent, dans les creuses (et également dans les grouards, qui sont aussi des îlots boisés), des conditions climatiques plus fraîches et humides que dans les grandes cultures avoisinantes, conditions favorables à la notion de micro-refuge de biodiversité.

Remerciements : Ce travail a reçu une subvention (14PRC017) de la Structure Fédérative de Recherche Condorcet, dans le cadre du programme pluridisciplinaire intitulé "Les ravins boisés en milieux de grande culture" coordonné par Guillaume PIERRE et associant l'EA 3795 GEGENAA (Université de Reims Champagne-Ardenne) et la FRE 3498 Edysan (CNRS-Université de Picardie Jules Verne).

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List of illustrations

Title Photos 1 - La creuse de Gercy, en rive gauche du Vilpion.
Caption A : vue générale (Image Google earth, 2006). B : fond du ravin [cliché : Alain DEVOS]. C : zone d'émergence de la nappe, à l'aval de la creuse [cliché : Alain DEVOS].
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-1.jpg
File image/jpeg, 2.7M
Title Figure 1 - Localisation du secteur d'étude.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-2.jpg
File image/jpeg, 468k
Title Figure 2 - Contexte structural et hydrogéologique de la creuse de Gercy.
Caption D'après la carte géologique au 1/50000 (C. MATHIEU et al., 1971) et le portail d'Accès aux Données sur les Eaux Souterraines (http://www.ades.eaufrance.fr/​).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-3.jpg
File image/jpeg, 640k
Title Tableau I - Paramètres et documents nécessaires à la réalisation de l'inventaire des creuses.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-4.jpg
File image/jpeg, 680k
Title Figure 3 - Présentation de l'ensemble des données mesurées à l'aide du logiciel ArcGis.
Caption Bassin versant total de la creuse (BVtot) = bassin versant amont (BVamont) + bassin versant latéral (BV latéral).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-5.jpg
File image/jpeg, 348k
Title Figure 4 - Exemple de limites de bassins versants total et amont et d'ordination sur fond de carte des directions de flux (creuse de Hary).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-6.jpg
File image/jpeg, 560k
Title Tableau II - Paramètres morphométriques et indices statistiques des creuses du bassin versant du Vilpion en amont de Marle.
Caption Moy : moyenne des valeurs. δ : écart-type. Coef. Var. : coefficient de variation (= 100 δ / Moy). Pour la colonne de gauche, voir Fig. 3. Min : valeur minimale. Max : valeur maximale.L : longueurs des talwegs des creuses. ACmax et ACmin : altitudes maximales et minimales des talwegs dans les creuses. Dénivelés : dénivelés des talwegs des creuses. PC : pentes moyennes des creuses. DC : directions des talwegs des creuses. O : ordinations de STRAHLER des creuses. ANvr : angles avec les vallées réceptrices. PBVtot : périmètres des bassins versants totaux des creuses. SBVtot : surfaces des bassins versants totaux des creuses. AmaxBVtot : altitudes maximales des bassins versants totaux des creuses. PBVamont : périmètres des bassins versants en amont des creuses. SBVamont : surfaces des bassins versants en amont des creuses. KGamont : indices de compacité de GRAVELIUS des bassins versants en amont des creuses.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-7.jpg
File image/jpeg, 484k
Title Figure 5 - Répartition et direction des creuses.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-8.jpg
File image/jpeg, 476k
Title Figure 6 - Paramètres représentatifs de l'environnement immédiat des creuses.
Caption a : distribution des angles formés par les creuses et leur vallée réceptrice. b : régression linéaire entre les surfaces des bassins versants totaux et amont. c : distribution de la contribution du bassin versant amont dans le bassin versant total. d : distribution en fonction de l'indice de compacité de GRAVELIUS du bassin versant amont (KGamont).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-9.jpg
File image/jpeg, 256k
Title Figure 7 - Carte de localisation des creuses et de leurs bassins versants amont en Thiérache.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-10.jpg
File image/jpeg, 672k
Title Figure 8 - Organigramme de la méthode d'analyse.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-11.jpg
File image/jpeg, 484k
Title Figure 9 - Régression entre les longueurs et les dénivelés des talwegs des creuses (a) et distribution des pentes des talwegs des creuses par rive de cours d'eau principal (b).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-12.jpg
File image/jpeg, 376k
Title Figure 10 - Modélisation de l'évolution d'une creuse.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4923/img-13.jpg
File image/jpeg, 483k
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References

Bibliographical reference

Pierre Taborelli, Laurent Chalumeau, Guillaume Pierre, Alain Devos, Jonathan Lenoir, Gilles Fronteau, Olivier Lejeune and Nicolas Bollot, « Caractérisation et origine des "creuses" : approche sous SIG (exemples en Thiérache) », Physio-Géo, Volume 10 | -1, 135-151.

Electronic reference

Pierre Taborelli, Laurent Chalumeau, Guillaume Pierre, Alain Devos, Jonathan Lenoir, Gilles Fronteau, Olivier Lejeune and Nicolas Bollot, « Caractérisation et origine des "creuses" : approche sous SIG (exemples en Thiérache) », Physio-Géo [Online], Volume 10 | 2016, Online since 09 June 2016, connection on 21 October 2017. URL : http://physio-geo.revues.org/4923 ; DOI : 10.4000/physio-geo.4923

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