Paléoenvironnements et géoarchéologie dans le bassin de la Loire : concepts, objectifs et méthodes

Hervé CUBIZOLLE
Université Jean Monnet, CRENAM- UMR 5600 CNRS
6, rue Basse des rives, 42023 St-Etienne cedex 2
herve.cubizolle@univ-st-etienne.fr

Mots clés : paléoenvironnements, géoarchéologie, Holocène, anthropisation, archives sédimentaires, morphodynamique sur les versants, morphodynamique fluviale, Massif Central, bassin de la Loire.

Il s’agissait bien d’un secteur riche en tourbe. Lamelle après lamelle,
sur 1,5 mètre de profondeur, je fais affleurer onze siècles d’histoire (..)
C’est en fouillant, en pensant avec ses mains que l’on devient historien de la nature et des hommes.
Cette recherche du temps perdu dans un sol gelé est une leçon de méthode.
La terre humaine ne se laisse découvrir que par celui qui prend le temps de l’écouter et de la regarder.
Jean Malaurie, ULTIMA THULE, p. 380.

Ce papier se veut une synthèse relative aux principes et méthodes de la géoarchéologie. Il s'adresse avant tout aux non spécialistes désireux de mieux connaître ce champ de la recherche souvent méconnu qu'est la géoarchéologie.
La plupart des informations fournies dans ce texte peuvent être retrouvées dans les ouvrages et les articles dont les références figurent en bibliographie. Les titres retenus comportent chacun une importante bibliographie spécialisée qui permettra à ceux qui le souhaitent d'approfondir certaines questions et de se lancer dans les études de cas.

Les paléoenvironnements sont les milieux physiques du passé. Plus précisément, il s'agit de l'ensemble des paramètres écologiques, physico-chimiques et biotiques, caractéristiques d'une aire géographique ou d'un habitat donné à une période géologique donnée. (RAMADE 2002). L'ensemble des études qui consistent en une reconstitution de ces milieux physiques –climats, sols, végétation…- disparus constitue les études paléoenvironnementales ou reconstitution paléoenvironnementale. Cette reconstitution peut concerner des périodes très anciennes du Quaternaire. Pour notre part, dans le bassin de la Loire , nous nous intéressons aux 12 000 dernières années, autrement dit à la fin du Tardiglaciaire et à l'Holocène (10 000 BP soit environ 9000 avant J.C. en date calibrée).
Depuis 12000 ans les paysages évoluent de manière complexe sous les effets conjugués des changements climatiques et des actions humaines (BRAVARD, PRESTREAU, 1997).
Les études sur les sociétés humaines conduites par les préhistoriens, les archéologues et les historiens intègrent de plus en plus les études sur le cadre physique, ses changements à différentes échelles de temps et d'espace.
On peut donc définir la géoarchéologie comme une science qui consiste en la reconstitution des milieux physiques au sein desquels ont évolué les sociétés humaines depuis le Néolithique. Certains auteurs, reprenant la terminologie anglo-saxonne, qualifient d’archéologie environnementale cet ensemble d’études et gardent le terme de géoarchéologie pour définir l’association de l’archéologie et de la géomorphologie (WALSH K., 1998).
Pour J-P. Daugas (1995) en revanche, cette collaboration entre sciences naturelles, sciences de la terre, archéologie et préhistoire n’est pas nouvelle. Elle remonte aux débuts de la recherche préhistorique, au XIXème siècle. Ainsi le terme géoarchéologie ne serait finalement qu’un néologisme à la mode remplaçant celui de géologie du Quaternaire.
Pour notre part, la géoarchéologie telle que nous l’avons définie, apparaît comme une discipline généraliste des sciences de la Terre qui coordonne les études paléoenvironnemantales sur un site archéologique ou/et en marge d’un site (Berger, 1997).
La géoarchéologie est née de ces travaux menés en commun par les archéologues et les naturalistes (BRAVARD, PRESTREAU, 1997). Elle utilise les techniques et les approches de la géomorphologie, de la sédimentologie, de la pédologie, de la stratigraphie et de la géochronologie (Water, 1992). A cela s’ajoutent les travaux des paléoécologues –palynologues, anthracologues, malacologues…- et ceux des spécialistes des datations radiocarbones et du rapport O18/O16.
On considère par conséquent que le milieu physique n'est pas une simple toile de fond, un simple décor de l'histoire humaine. Il est une des composantes d'un système qui comprend les sociétés humaines, les milieux physiques, leurs interactions et leur évolution, un système que je qualifierais de système écologique (fig. 1).
La géoarchéologie est une contribution majeure à l'étude de ce système écologique.

La géoarchéologie n'est pas une discipline nouvelle : les premières collaborations entre archéologues et naturalistes ont été lancées dans les années 1945-50 par R. Braidwood (HUOT, 1994), un des plus grands archéologues américains spécialiste de la néolithisation au Proche-Orient.
Par la suite l'école américaine a très largement contribué à développer cette discipline emmenée par des spécialistes comme Butzer (1976, 1982), Limbrey (1983), Waters (1992), Stein et Farrand (1985)... Ces dernières années d'importants travaux ont été conduits en Grande-Bretagne par Needham/Macklin (1992) et Brown (1997).
Du côté français des collaborations se sont mises en place au Proche-Orient (MINZONI-DEROCHE, SANLAVILLE, 1988), les études géoarchéologiques en métropole ne furent véritablement lancées qu'à la fin des années 70 avec notamment pour le bassin de la Loire les travaux de J.-P. Daugas (DAUGAS et al., 1977, 1978, 1982) et de ses collègues Tixier et Raynal sur la Limagne d'Auvergne.
A partir des années 80 on assiste à la multiplication des études, principalement dans le bassin du Rhône sous la houlette, pour les géographes il s'entend, de Jean-Paul Bravard.
Les travaux les plus nombreux portent sur le monde méditerranéen : Leveau, Provansal, Jorda, Berger, Ballais ....
Par ailleurs on assiste en France depuis le début des années 90 à une multiplication des colloques associant naturalistes, archéologues et historiens :
- L'Homme et la Nature au Moyen-Age (COLARDELLE, BURNOUF, 1996) ;
- Rencontres Internationales d'Archéologie et d'Histoire d'Antibes (VAN DER LEEUW, 1995; BURNOUF, BRAVARD, CHOUQUER, 1997) ;
- un numéro spécial daté de 1992 des Nouvelles de l'Archéologie consacré au climat à la fin de l'âge du Fer et dans l'Antiquité (500 BC - 500 AD) ;
- Documents d'Archéologie Rhône-Alpes (DARA) dont le numéro 15 traite de géoarchéologie (BRAVARD, PRESTREAU, 1997) ;
- Méditerranée, numéro 4 de 1998 consacré à l’archéologie et aux paléopaysages ;
- Enfin Quaternaire numéro 3 de 2000 intitulé Paleoenvironnements holocènes et géoarchéologie.

Quant aux programmes scientifiques dont la problématique est fondamentalement géoarchéologique, un des plus importants à l'heure actuelle au niveau national est un programme CNRS consacré aux "Interactions Hommes/Milieux physiques dans le bassin de la Loire depuis la fin du Tardiglaciaire"et dirigé par J. Burnouf, professeur d'Histoire médiévale à l'Université F. Rabelais de Tours.
Dans le bassin amont de la Loire deux grands axes de recherche sont développés :
- l'étude des tourbières et des marais qui, s'étageant des hautes-terres des Monts d'Auvergne, du Livradois, du Forez, des Monts de la Madeleine, des Bois Noirs, et du Pilat jusqu'aux plaines de Limagne, d'Ambert, du Forez et du Roannais, nous renseignent sur l'évolution des climats et de la végétation ;
- l'analyse de la sédimentation des plaines alluviales et de leurs abords qui, grâce notamment au matériel archéologique souvent abondant dans ces secteurs, nous permet d'étudier les changements dans le fonctionnement des hydrosystèmes, modifications révélatrices de l'emprise humaine et des variations bioclimatiques.
Dans le département de la Loire des travaux ont été engagés dans la vallée du Furan, sur un site alluvial de la commune de Moingt, sur des sites situés dans la plaine alluviale de la Loire à Boisset-les-Montrond, à Chambéon le Grande Pinée, à Rivas, à Craintilleux …etc. mais encore sur une vingtaine de tourbières du domaine montagneux et sur le marais de Riorges.

On cherche à déterminer :
- soit les réponses environnementales à des stimulis externes que sont les fluctuations climatiques ou/et les actions humaines (BERGER, 1995) ;
- soit au contraire les stimulis externes correspondant à telle ou telle modification de l'environnement physique ;
- soit le rôle des stimulis externes dans tel ou tel changement survenu dans les stratégies de développement d'une société humaine.
On le voit à la lecture de ces objectifs, concrètement, sur le terrain, archéologues et géomorphologues sont confrontés à des problèmes scientifiques communs aux deux disciplines
La difficulté c'est évidemment de trouver des liens de causalité entre stimulis et changements environnementaux. On constate souvent des concomitances mais la corrélation est beaucoup plus difficile à démontrer.
Par ailleurs, dégager les responsabilités respectives des facteurs physiques et humains dans les changements observés constitue une des grandes difficultés de cette problématique.

Les grands principes méthodologiques seront présentés du point de vue du géomorphologue.
L'étude d'un système implique une approche systémique. C'est à dire que l'on ne peut se contenter d'étudier, chacun dans sa discipline, les différentes composantes du système. Il faut, dans une étape ultérieure, dépasser cette approche analytique classique et avoir une vision globale des problèmes posés par l'évolution et les changements des sociétés humaines et des milieux dans lesquelles elles évoluent. L'approche systémique est la seule qui permette de tenir compte de la complexité du réel.

S'engager dans la géoarchéologie c'est évidemment s'engager dans une démarche interdisciplinaire.
Les équipes qui se constituent rassemblent archéologues, historiens, géomorphologues, paléoclimatologues, écologues, pédologues, palynologues... etc (fig. 2). On cherche à coupler toutes les approches. On travaille à formaliser et à systématiser ce type d'approche multiforme (BRAVARD, 1997) mais l'obstacle est alors financier car la multiplication des études et des analyses est extrêmement coûteuse.
L'intérêt de l'interdisciplinarité réside dans la mise au point d'objectifs scientifiques communs, dans l'échange de données, la confrontation des méthodes, les réflexions communes sur l'interprétation des résultats, la mise au point dans certains cas de méthodes et de schémas explicatifs communs. L'interdisciplinarité respecte l'indépendance de chaque discipline mais elle permet de briser le cloisonnement des sciences et d'élargir le champ de la recherche d'un point de vue thématique.

Très concrètement les scientifiques travaillent sur des archives sédimentaires stockées dans les plaines alluviales, les tourbières, les colluvions, les banquettes agricoles, les cônes de déjection, les accumulations de fond de vallons. Ces sites de stockage renferment des pollens, des graines, des charbons de bois, des diatomées, des macrorestes d'insectes, des artéfacts.... Ces sédiments minéraux, organiques et ces artéfacts sont les archives des paysages. Leur étude permet de restituer les paléoclimats, la succession des formations végétales et l'histoire de l'action des sociétés humaines sur les milieux physiques.
Mais il faut avoir présent à l'esprit de façon liminaire que des informations ont pu disparaître notamment dans les plaines alluviales qui ont vu se succéder à l'échelle des 12 000 dernières années des phases de remplissage et des phases de déblaiement. Par ailleurs l'acidité des terrains a pu contribuer à la destruction de tout ou partie du matériel : pollens, artéfacts divers....

L'accès aux archives sédimentaires est possible grâce à la coupe stratigraphique -naturelle ou obtenue par sondage-. Elle est le support d'une réflexion commune des archéologues, des géomorphologues et des naturalistes. On s'interroge sur la mise en place de l'accumulation dans laquelle interviennent les facteurs humains et physiques. On cherche à comprendre les processus morphogéniques qui ont présidé à la mise en place des sédiments. Ainsi nous pouvons être renseignés sur les dynamiques des milieux naturels dans lesquels ont évolué les hommes. La contribution de la géomorphologie aux études paléoenvironnementales et géoarchéologiques est ainsi fondamentale (LE COEUR et al., 1997).

Il convient également d'élargir le champ de la recherche d'un point de vue spatial.
Les spécialistes -et spécialement le géomorphologue- vont développer 2 types de stratégies de recherche pour répondre aux demandes des archéologues :
- ils peuvent chercher des réponses en restant dans le cadre spatial des sites étudiés par les archéologues ; dans ce cas ils obtiennent des informations au caractère très local ; ces données ne sont pas forcément transposables à d'autres sites ; elles risquent donc de ne pas avoir de valeur générale ni même régionale.
- aussi le géomorphologue et les naturalistes adoptent-ils parallèlement une démarche indépendante. Ils cherchent à dépasser le cas particulier en multipliant les études de cas. Cela leur permet à terme d'envisager l'évolution de tout un grand bassin versant.
Le scientifique travaille donc à différentes échelles spatiales ; il tient compte ainsi de l'emboîtement des échelles spatiales.

Le chercheur doit travailler à différentes échelles temporelles autrement dit s'intéresser au fonctionnement des systèmes à des pas de temps différents :
- temps instantané (à l'échelle de phénomènes se déroulant sur quelques jours comme une crue par exemple) ;
- très court terme (à l'échelle de processus transformant les milieux physiques en quelques années) ;
- court terme (ajustement des milieux survenant à l'échelle des dizaines d'années) ;
- moyen terme (ajustement à l'échelle des siècles) ;
- long terme (ajustement à l'échelle des millénaires) ;
- très long terme (ajustement à l'échelle des dizaines de milliers d'années).
Il y a donc un emboîtement d'échelles temporelles et l'on peut à ce propos citer Michel Foucault : "L'histoire, ce n'est pas une durée, c'est une multiplicité de durées qui s'enchevêtrent et s'enveloppent les unes les autres. Il faut donc substituer à la vieille notion de temps la notion de durée multiple." (CHABAL, 1997).
Une règle est donc de multiplier les études (BERGER, 1997). Il ne faut jamais généraliser à partir d'informations trop ponctuelles dans l'espace -obtenues sur un seul site archéologique par exemple- et dans le temps. De telles renseignements pourraient ne traduire que des situations exceptionnelles : ainsi une crue peut laisser une marque durable dans la topographie d'une plaine alluviale mais un tel événement hydrométéorologique isolé ne signale pas forcément une période de grande fréquence des inondations.

Il est nécessaire enfin de croiser les échelles spatio-temporelles. En effet, selon le type d'informations recueillies sur un site la reconstitution paléoenvironnementale concernera des espaces plus ou moins distincts et des périodes plus ou moins différentes (fig. 3, ROBERT 1998). Prenons l'exemple de l'étude d'une portion de plaine alluviale tourbeuse à l'exutoire d'un bassin versant. L'étude des formations alluviales servira à reconstituer une partie de l'histoire des versants du bassin. Les pollens stockés dans la tourbière permettront de connaître l'évolution de la végétation sur un espace défini par la capacité du pollen à se déplacer et la direction des vents au moment du transport et du dépôt des pollens. Les limites de cet espace ne coïncideront vraisemblablement pas avec celles du bassin versant. Quant à l'étude d'un campement de chasseurs du Paléolithique, elle donnera des informations sur un territoire de chasse qui ne correspondra que très partiellement aux espaces définis précédemment. Par ailleurs ces trois catégories de données paléoenvironnementales, sédiments alluviaux, pollens, artéfacts, nous renseigneront sur des moments différents de l'évolution des milieux physiques locaux.
Il faudra par conséquent confronter ces données en tenant compte impérativement des cadres spatio-temporels qui leurs sont associés. Cette question de l’identification des échelles spatio-temporelles et des problèmes posés par l’intégration des données à des échelles différentes (transferts d’échelles) est l’objet des débats et des réflexions actuelles (LEVEAU et al., 1997).

Enfin on privilégie la démarche rétrospective qui consiste à partir de l'observation des faits de terrain, c'est-à-dire des réponses, pour remonter aux causes des phénomènes, aux processus (BRAVARD, 1997).
Mais la méthode récurrente n'est pas suffisante : il faut aussi essayer de récupérer des données climatiques quantifiables et des données relatives à l'action humaine.
L'appel à la méthode hypothético-déductive est également indispensable. On part d'hypothèses de travail bâties à partir de l'expérience acquise ou d'une connaissance des mécanismes tel que l'on peut les observer actuellement. C'est le principe de l'actualisme, démarche fondée sur le postulat selon lequel les mêmes processus qu'aujourd'hui ont modelé les formes du passé -the present is the key to the past- (BRUNET ET AL., 1993).

L'investissement des géographes et spécialement des géomorphologues dans le champ de l'environnement en général et de l'histoire de l'environnement en particulier est important (LUGINBÜHL, MUXART, 1998). Mais loin de s'enfermer dans des problématiques monodisciplinaires les géographes sont nombreux à s'ouvrir aux questions transdiciplinaires relatives à l'interface sociétés/milieux physiques. C'est dans cet esprit qu'une collaboration s'est engagée avec les archéologues, historiens et palynologues travaillant sur le bassin amont de la Loire. Elle se concrétise actuellement par des campagnes de sondages géoarchéologiques dans les plaines alluviales de la Loire, de l'Allier et de la Dore.

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