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Profils longitudinaux des cours d’eau et tectonique : l’exemple du bassin de l’Aumance (Massif central, France)

River longitudinal profiles and tectonics: the Aumance basin example (Northern Massif Central, France)
Jean-Pierre Larue
p. 71-84

Résumés

L’analyse des profils longitudinaux des cours d’eau actuels et des terrasses dans le bassin hydrographique de l’Aumance, situé sur la bordure nord du Massif central, vise à préciser les rapports existant entre dynamique fluviale et tectonique. Dans ce bassin, l’incision est plus forte et plus ancienne dans les horsts en surrection que dans le bassin tertiaire subsident de Cosne-d’Allier. Dans ce dernier, le creusement ne commence qu’au Pléistocène moyen, avant la mise en place de la nappe d’origine périglaciaire formant la moyenne terrasse. La rupture de pente du Saut du Loup sépare ainsi deux secteurs qui ont évolué différemment : longtemps resté subsident, l’amont est caractérisé par des vallées à profils concaves et une incision limitée qui traduisent une situation d’équilibre dynamique, alors que l’aval en surrection constante témoigne d’une situation de déséquilibre marquée par des profils à faible concavité et une incision des affluents plus importante dans la partie aval que dans la partie amont.

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Notes de la rédaction

Cet article a été reçu le 13 décembre 2007 et définitivement accepté le 16 mai 2008.

Texte intégral

Nous remercions R. Étienne (Laboratoire rhodanien de Géomorphologie) pour la détermination des minéraux lourds, S. Desruelles (Université Paris XII), pour la mise au net des figures, ainsi que les deux relecteurs anonymes et S. Suanez qui ont contribué à l’amélioration du manuscrit.

1Les cours d’eau inadaptés à la structure présentent souvent des gorges impressionnantes là où ils traversent une zone en relief contrôlée par la tectonique. Depuis les travaux de J. W. Powell (1875) en Amérique du Nord, ces inadaptations ont été expliquées soit par l’antécédence, soit par la surimposition, ou encore par l’érosion régressive qui peut générer des captures (Oberlander, 1985 ; Summerfield, 1991 ; Peulvast et Vanney, 2001). Pour comprendre l’évolution de la sédimentation et reconstituer l’évolution paléogéographique d’un bassin-versant, il est nécessaire de connaître l’origine et les étapes du développement du réseau hydrographique. Comme le réseau hydrographique est un bon marqueur des mouvements verticaux, puisqu’il tend à s’adapter aux évolutions morphologiques (Jackson et Leeder, 1994), nous avons utilisé l’analyse morphométrique pour évaluer les différences régionales de la dissection fluviatile et repérer les ruptures de pentes dans les profils longitudinaux des cours d’eau dans le bassin-versant de l’Aumance. Le profil longitudinal résulte de l’interaction entre l’incision fluviatile, la tectonique et la lithologie (Brocard, 2003 ; Sklar et Dietrich, 1998 ; Snyder et al., 2000).

Présentation du secteur d’étude

2Le bassin-versant de l’Aumance fait partie du Bocage bourbonnais qui est une région de transition entre le socle du Massif central au sud et la couverture sédimentaire du Bassin parisien au nord (fig. 1). Au nord-ouest du Brethon, les roches cristallines et métamorphiques du socle plongent lentement sous les grès et argiles du Trias, selon un contact en biseau. Globalement, les altitudes décroissent du sud vers le nord, mais la topographie de plateau est dénivelée par de grands accidents cassants qui individualisent des zones élevées, supérieures à 330 m (les horsts de Maillet, de Hérisson-Forêt de Tronçais et de Gipcy-Le Montet) et des dépressions inférieures à 300 m (les bassins d’effondrement de Bourbon-l’Archambault et de Cosne-d’Allier). La faille de Louroux-Hodement sépare le granite du horst de Maillet des sédiments tertiaires du bassin de Cosne-d’Allier et se prolonge vers le nord-nord-ouest jusqu’à Meaulne par un accident complexe (Turland et al., 1990). Le horst de Hérisson-Forêt de Tronçais est séparé du bassin permien de Bourbon-l’Archambault par la faille méridienne de Sancerre-Sancoins, et du bassin de Cosne-d’Allier par la faille ouest-est suivie par l’Aumance à l’aval de sa confluence avec l’Oeil. Le remplissage du bassin de Cosne-d’Allier, qui dépasse localement une centaine de mètres d’épaisseur, comprend, du bas vers le haut, des grès quartzo-fedspathiques éocènes, des marnes et des argiles oligocènes, puis des sables plus ou moins argileux pliocènes qui n’excèdent guère 10 m d’épaisseur. Ces derniers sont des épandages mis en place dans le fond d’une gouttière très évasée et très peu profonde, ainsi que le montrent les lambeaux conservés de part et d’autre des gorges de l’Aumance au sud-est de Hérisson (fig. 1).

Figure 1  : Carte morphostructurale et de localisation du bassin-versant de l’Aumance. 1  : limite du bassin-versant ; 2  : faille principale ; 3  : socle cristallin et métamorphique ; 4  : sédiments du Paléozoïque supérieur ; 5  : grès du Trias ; 6  : dépôts éocènes et oligocènes du bassin de Cosne-d’Allier ; 7  : formations détritiques mio-pliocènes ; 8  : sables argileux pliocènes ; 9  : alluvions Fu ; 10  : alluvions Fx et Fya ; 11  : knickpoint et accélération de pente ; 12  : soulèvement ; 13  : échantillon.
Aumance basin morphostructural and location map. 1: drainage divide; 2: main fault; 3: basement; 4: Upper Paleozoic sediments; 5: Triassic silt and sandstone; 6: Cosne basin Eocene and Oligocene deposits; 7: Mio-pliocene deposits; 8: Pliocene deposits; 9: Fu alluvial deposits; 10: Fx and Fya alluvial deposits; 11: knickpoint and accelerated slope; 12: uplift; 13:sample.

Figure 1  : Carte morphostructurale et de localisation du bassin-versant de l’Aumance. 1  : limite du bassin-versant ; 2  : faille principale ; 3  : socle cristallin et métamorphique ; 4  : sédiments du Paléozoïque supérieur ; 5  : grès du Trias ; 6  : dépôts éocènes et oligocènes du bassin de Cosne-d’Allier ; 7  : formations détritiques mio-pliocènes ; 8  : sables argileux pliocènes ; 9  : alluvions Fu ; 10  : alluvions Fx et Fya ; 11  : knickpoint et accélération de pente ; 12  : soulèvement ; 13  : échantillon.Aumance basin morphostructural and location map. 1: drainage divide; 2: main fault; 3: basement; 4: Upper Paleozoic sediments; 5: Triassic silt and sandstone; 6: Cosne basin Eocene and Oligocene deposits; 7: Mio-pliocene deposits; 8: Pliocene deposits; 9: Fu alluvial deposits; 10: Fx and Fya alluvial deposits; 11: knickpoint and accelerated slope; 12: uplift; 13:sample.

3Affluent de rive droite du Cher, l’Aumance mesure 47 km de longueur et suit un cours très sinueux. Inadaptée à la structure, elle naît sur le horst cristallin de Gipcy-Le Montet vers 440 m d’altitude, traverse le bassin tertiaire de Cosne-d’Allier, puis s’encaisse en gorges dans le horst de Hérisson-Forêt de Tronçais avant de confluer avec le Cher à 164 m d’altitude. L’encaissement et la largeur de la vallée varient beaucoup de l’amont à l’aval. L’encaissement dépasse 60 m dans les gorges de Hérisson, alors qu’il n’excède guère 20 m dans le bassin de Cosne-d’Allier. La variation la plus brutale existe de part et d’autre du Saut du Loup : en amont, la vallée de l’Aumance a une forme en berceau et l’incision n’excède pas 28 m, alors qu’en aval, la gorge étroite atteint 62 m de profondeur (fig. 2). Dépendant principalement de la lithologie, la vallée est plus ample dans les roches tendres du bassin de Cosne-d’Allier et localement dans le houiller du Paléozoïque supérieur que dans les granites résistants de la région de Hérisson. Les hautes terrasses ne sont présentes que sous forme de lambeaux dans la vallée inférieure. Les moyenne et basse terrasses sont bien développées dans le bassin de Cosne-d’Allier et immédiatement à l’aval des gorges de Hérisson. Trois méandres encaissés de 1 km de longueur d’onde et de 500 m d’amplitude existent dans le secteur de Hérisson (fig. 1). Le régime de l’Aumance apparaît très irrégulier : à Hérisson (bassin-versant de 928 km²), le rapport des modules moyens mensuels extrêmes varie de 1 à 12 (1,34 m³/s en septembre et 16,5 m³/s en février), soit nettement plus que ceux du Cher à Chambonchard ou de la Tardes à Evaux-les-Bains, qui vont de 1 à 8. Cette forte irrégularité est due aux fortes pentes et à l’imperméabilité du substrat, mais les forts débits hivernaux s’expliquent aussi par l’augmentation des précipitations orographiques sur le flanc ouest du horst de Gipcy-Le Montet.

Figure 2  : Profils transversaux montrant l’encaissement inégal de l’Aumance en amont et en aval du Saut du Loup.
The Aumance incision upstream and downstream the Saut du Loup.

Figure 2  : Profils transversaux montrant l’encaissement inégal de l’Aumance en amont et en aval du Saut du Loup.The Aumance incision upstream and downstream the Saut du Loup.

Méthodes

4Les profils longitudinaux des cours d’eau actuels ont été construits à partir des cartes topographiques IGN (Institut Géographique National) au 1/25 000, en utilisant les points cotés et l’altitude de chaque isohypse recoupant le talweg. L’équidistance des courbes de 5 m permet d’obtenir des profils suffisamment précis pour déceler les variations de pente et les principales ruptures de pente. Les relations entre pente moyenne et longueur des drains révèlent des anomalies qu’il faut essayer d’expliquer. Pour une même pente, la forme du profil peut varier : pour évaluer et comparer les concavités, nous avons utilisé l’indice de concavité de W. B. Langbein (1964) :

5IC = 2A / H

6où A = différence d’altitude entre le profil à mi-parcours et une ligne droite joignant les deux extrémités du profil, H = dénivellation entre la source et l’exutoire du drain.

7Le profil tend à être rectiligne quand la valeur de IC est proche de 0 ; à l’inverse, la concavité devient très forte quand la valeur approche 1. Le graphique adimensionnel H/Ho (ratio des altitudes) et L/Lo (ratio des longueurs) permet de superposer et ainsi de comparer les profils de drains de longueur différente (Demoulin, 1998) ; H est l’altitude du cours d’eau au point mesuré, Ho est la dénivellation entre la source et l’exutoire, L est la distance à l’exutoire du point mesuré et Lo est la longueur du cours d’eau. Les ruptures de pente ont été systématiquement repérées en notant la dénivelée, la pente, la lithologie, la présence de failles, de confluences et de méandres. Le calcul des indices SL (longueur-pente) est réalisé à partir de la formule de E. A. Keller et N. Pinter (1996) :

8SL = (∆H / ∆L) x L

9où ∆H / ∆L est la pente du segment considéré et L la longueur du chenal en amont du point à partir duquel l’indice est calculé.

10Cet indice permet de souligner les moindres ruptures de pente. Ainsi, les très fortes ou très faibles valeurs témoignent de déformations tectoniques si elles ne sont pas corrélables avec des facteurs lithologiques. La forte amplitude des valeurs permet de caractériser tous les changements de pente le long des profils longitudinaux ; néanmoins, il faut savoir que pour des secteurs de pente identique, les valeurs augmentent avec la distance des sources.

11Pour évaluer le rôle de la tectonique, nous avons appliqué la méthode de G. Goldrick et P. Bishop (1995). En coordonnées semi-logarithmiques, les profils d’équilibre donnent des droites (Hack, 1973) et les déviations vers l’aval (D), par rapport à ces droites, sont provoquées par des différences lithologiques (la pente est plus forte dans les roches dures) ou des déséquilibres engendrés par des changements de niveau de base. Selon G. Goldrick et P. Bishop (1995), une variation du niveau de base entraînant un recul des knickpoints est certaine lorsque D est identique pour le cours principal et pour les affluents. Cependant, pour les cours d’eau traversant plusieurs unités lithologiques, D mesure aussi les dénivellations d’origine lithologique, ce qui explique les fortes valeurs obtenues pour les plus longs cours d’eau. Par ailleurs, le tracé de la droite permettant la mesure de D peut manquer de précision lorsque peu de points sont alignés à l’amont.

12La détermination des minéraux lourds sert à distinguer les différentes formations détritiques tertiaires et pléistocènes car les associations de minéraux lourds varient en fonction de l’âge des dépôts, du fait que l’altération croissante avec l’ancienneté élimine les minéraux les plus fragiles, et que les roches sources peuvent changer au cours de l’encaissement des cours d’eau. Les échantillons analysés sont localisés sur le tableau 1 et la figure 1. Concentrés selon la méthode densimétrique de séparation au bromoforme (Parfenoff et al., 1970), les minéraux lourds transparents, de densité > 2,89, ont été déterminés par R. Étienne au microscope optique. Les pourcentages de minéraux transparents ont été calculés à partir de l’analyse d’environ 300 grains. Puis les résultats chiffrés ont été soumis à l’analyse factorielle des correspondances afin de classer les échantillons. Les associations de minéraux lourds renseignent sur l’origine des flux et favorisent la reconstitution des paléotracés (Larue et Étienne, 1998). Une fois les matériaux bien caractérisés, la reconstitution des profils longitudinaux des différentes formations met en évidence les éventuelles déformations tectoniques qu’elles ont subies depuis leur mise en place.

Tableau 1  : Localisation et faciès des échantillons prélevés.
Location and facies of samples.

Tableau 1  : Localisation et faciès des échantillons prélevés.Location and facies of samples.

Résultats et interprétations

13Les profils longitudinaux des cours actuels (fig. 3) présentent des formes plus ou moins concaves, des pentes moyennes variables et des ruptures de pente plus ou moins prononcées. Le tableau 2 donne les caractéristiques de ces profils.

Figure 3  : Profils longitudinaux de l’Aumance et de ses affluents (A et B), en coordonnées semi-logarithmiques (C). Sur C, les chiffres indiquent les déviations D en mètres par rapport à la droite du profil d’équilibre.Longitudinal profiles of the Aumance and its tributaries (A, B), semi-logarithmic long profiles (C). On C, numbers are D: deviation from the straight line of the equilibrium river longitudinal profile (in metres).

Figure 3  : Profils longitudinaux de l’Aumance et de ses affluents (A et B), en coordonnées semi-logarithmiques (C). Sur C, les chiffres indiquent les déviations D en mètres par rapport à la droite du profil d’équilibre.Longitudinal profiles of the Aumance and its tributaries (A, B), semi-logarithmic long profiles (C). On C, numbers are D: deviation from the straight line of the equilibrium river longitudinal profile (in metres).

14La pente moyenne d’un drain décroît avec l’aire drainée (Hack, 1957) et donc avec la longueur du cours d’eau. La relation exprimée par la figure 4A indique une très bonne corrélation entre la pente et la longueur du profil (r² = 0,88). Cependant, certains cours d’eau s’éloignent nettement de cet ajustement : le Courjet et le ruisseau des Carrières ont des pentes réelles nettement inférieures aux pentes prédites par le modèle mathématique, au contraire, la Louise et les Ingarands présentent la situation inverse.

Figure  4  : Analyse morphométrique des profils. Relations entre : la longueur et la pente (A) ; l’indice de concavité et les résidus (B) ; la pente et l’indice de concavité (C).
Morphometric analysis of profiles. Correlations between: length and slope (A); concavity index and residu (B); slope and concavity index.

Figure  4  : Analyse morphométrique des profils. Relations entre : la longueur et la pente (A) ; l’indice de concavité et les résidus (B) ; la pente et l’indice de concavité (C).Morphometric analysis of profiles. Correlations between: length and slope (A); concavity index and residu (B); slope and concavity index.

15Les indices de concavité de W. B. Langbein (1964) varient de 0 pour la Louise à 0,68 pour le ruisseau des Carrières (tableau 2). Ils diminuent avec l’augmentation de pente et surtout avec les anomalies positives de pente, toutefois ces relations donnent des coefficients de corrélation plus médiocres (r² = 0,51 et 0,57) comme le soulignent les figures 4B et 4C. En analysant 115 rivières anglaises, D. A. Wheeler (1979) a trouvé une corrélation positive entre la pente et la concavité ; par contre, L. B. Leopold et W. B. Langbein (1962) montrent que les profils sont d’autant plus rectilignes que les rivières sont courtes. Mais la concavité dépend aussi de l’évolution du débit, de la charge et de la taille des alluvions, de l’amont vers l’aval. J. T. Hack (1957), R. S. Snow et R. L. Slingerland (1987), T. B. Hoey et R. I. Ferguson (1994), S. K. Sinha et G. Parker (1996) ont démontré que la concavité était plus forte quand la charge et la taille des matériaux diminuaient rapidement vers l’aval. Or les différences de concavité des affluents de l’Aumance ne peuvent être expliquées par ces facteurs, car ils présentent tous des charges caillouteuses et sableuses qui décroissent peu vers l’aval. Les lits sont de type mixte, marqués par l’alternance d’affleurements du substratum et de plages d’alluvions, ce qui traduit un déficit sédimentaire holocène (Jacob et al., 2006) ou un creusement dominant associé à une bonne évacuation des dépôts.

Tableau 2  : Caractéristiques des profils longitudinaux.
Longitudinal profile characteristics.

Tableau 2  : Caractéristiques des profils longitudinaux.Longitudinal profile characteristics.

16Les faibles indices de concavité caractérisent les sections fluviales se trouvant dans des secteurs soulevés : ainsi, les concavités sont plus prononcées dans le bassin de Cosne-d’Allier que sur le horst de Hérisson. Les indices de concavité des affluents de rive droite de l’Aumance diminuent vers l’aval, du Courjet à la Louise, pour ensuite remonter, des Ingarands au Ronchat : le cours de la Louise est situé dans l’axe du soulèvement du horst de Hérisson.

17Deux ruptures de pente accidentent le profil de l’Aumance en donnant des pentes identiques de 13 ‰, mais la seconde, au Saut du Loup, est plus brutale (13 m de dénivellation en moins d’1 km) que la première étalée sur près de 8 km dans les granites et les migmatites du horst du Montet (fig. 5C). Le knickpoint du Saut du Loup correspond à des rapides à blocs dont certains sont des boules granitiques d’un volume dépassant le m3. Les indices SL de E. A. Keller et N. Pinter (1996) donnent 375 au Saut du Loup et seulement 100 pour la première.

Figure 5  : Profils longitudinaux comparés H/Ho (ratio des altitudes)-L/Lo (ratio des longueurs) (A, B) et indices SL (longueur-pente) de E.  A. Keller et N.  Pinter (1996) pour les ruptures de pente de l’Aumance (C).
Dimensionless curves H/Ho-L/Lo (ratio of altitude-ratio of distance) (A, B) and Keller and Pinter (1996) SL index for the Aumance knickpoints (C).

Figure 5  : Profils longitudinaux comparés H/Ho (ratio des altitudes)-L/Lo (ratio des longueurs) (A, B) et indices SL (longueur-pente) de E.  A. Keller et N.  Pinter (1996) pour les ruptures de pente de l’Aumance (C).Dimensionless curves H/Ho-L/Lo (ratio of altitude-ratio of distance) (A, B) and Keller and Pinter (1996) SL index for the Aumance knickpoints (C).

18Construite en utilisant la méthode de G. Goldrick et P. Bishop (1995), la figure 3C montre que tous les cours d’eau du bassin de l’Aumance présentent des déviations (D) fortes, mais inégales. À la confluence de l’Aumance et de l’Œil, D est plus important pour l’affluent (155 m) que pour l’Aumance (110 m), probablement parce que le premier prend sa source à une altitude plus élevée et est accidenté de trois ruptures de pente au lieu d’une seule pour la seconde. En observant les profils des affluents de rive droite de l’Aumance, de l’amont vers l’aval, on peut constater que D augmente du Courjet (85 m) à la Louise (136 m) pour diminuer ensuite progressivement : 120 m pour les Ingarands, 95 m pour la Bouteille et 60 m pour les Planchettes. Cette évolution résulte de la différence de niveau de base de part et d’autre de la rupture de pente du Saut du Loup, mais peut aussi traduire le soulèvement en dôme du horst de Hérisson.

19La détermination des minéraux lourds tend à prouver que les terrasses du bassin de Cosne-d’Allier se raccordent aux basse et moyenne terrasses de la vallée inférieure de l’Aumance, car elles ont une composition minéralogique semblable qui les distingue bien des terrasses plus anciennes (tableau 3). Le plan factoriel défini par les axes 1 et 2 donne un total d’information significatif (50 %) : 34 % pour l’axe 1 qui oppose le zircon, la tourmaline, le rutile et la brookite avec la hornblende, l’almandin, l’augite et l’apatite, et 17 % pour l’axe 2 qui met en opposition la staurotide, le grossulaire et la trémolite au sphène et à l’andalousite (fig. 6). Les alluvions actuelles (éch. 1, 2, 3 et 4), plus riches en almandin et en hornblende, se distinguent bien des alluvions formant les basse et moyenne terrasses (éch. 13, 14, 15, 16 et 20) qui sont nettement décalées vers les pôles tourmaline et zircon. Moins variés minéralogiquement, les dépôts des hautes terrasses (éch. 8, 9 et 17) se séparent mal des matériaux détritiques tertiaires éocènes : éch. 10 et 21, mio-pliocènes : 5, 6 et 7 et pliocène supérieur : 11, 12 et 19. Les dépôts anciens sont moins riches en espèces minérales car l’altération a éliminé tout ou partie des minéraux les plus fragiles. Les hautes terrasses conservées dans la vallée inférieure de l’Aumance sont pauvres en minéraux lourds provenant du bassin supérieur (andalousite, staurotide, disthène et hornblende) parce que l’érosion régressive n’avait pas atteint cette partie du bassin.

Tableau 3 : Composition en minéraux lourds des échantillons localisés sur la figure 1 et le tableau 1. hNP  : hornblende non pléochroïque.
Heavy minerals composition on samples located on fig.  1 and table 1.

Tableau 3 : Composition en minéraux lourds des échantillons localisés sur la figure 1 et le tableau 1. hNP  : hornblende non pléochroïque.Heavy minerals composition on samples located on fig.  1 and table 1.

Figure 6  : Analyse factorielle des correspondances. Position des échantillons. hNP  : hornblende non pléochroïque.
Plot of factor pattern (AFC). Samples location.

Figure 6  : Analyse factorielle des correspondances. Position des échantillons. hNP  : hornblende non pléochroïque.Plot of factor pattern (AFC). Samples location.

20Pour l’Aumance, la reconstitution des différents stades d’évolution des vallées à partir des alluvions anciennes conservées suggère des mouvements tectoniques différentiels dans le temps et dans l’espace (fig. 7). La géométrie des dépôts pliocènes, mis en place dans une ample gouttière faiblement inclinée vers le nord-ouest, matérialise la subsidence du bassin de Cosne-d’Allier et un soulèvement d’une quinzaine de mètres des bordures immédiates. Depuis la mise en place des dépôts pliocènes, le creusement a dépassé 80 m en aval du Saut du Loup et est resté inférieur à 20 m en amont. En effet, les alluvions les plus anciennes (Fu de la carte géologique de Hérisson), mises en place au Pléistocène inférieur, sont conservées à 80 m d’altitude relative au droit du Creux, au centre du horst de Hérisson-Forêt de Tronçais, alors que dans le bassin de Cosne-d’Allier, les terrasses alluviales ne dépassent pas 17 m d’altitude relative et sont emboîtées dans les dépôts pliocènes. Le fait que les alluvions Fu atteignent une altitude absolue (250 m) supérieure à celle (240 m) des dépôts pliocènes du bassin de Cosne-d’Allier, impose des mouvements tectoniques différentiels postérieurs. Les rivières du bassin de Cosne-d’Allier ont des profils à forte concavité car elles n’ont que très peu creusé depuis la mise en place des dépôts pliocènes, lesquels ont été datés par la présence de quartz de ponces du Mont-Dore (Turland et al., 1990). En observant deux formes emboîtées dans la région de Hérisson, A. Le Griel (1991) en déduit que la paléovallée large de 3 à 4 km a été creusée lors des mouvements pliocènes et que la gorge résulte de l’incision de l’Aumance, depuis quelques centaines de milliers d’années, provoquée par le soulèvement en bloc de la cuvette de Cosne-d’Allier et du horst de Hérisson. La figure 7 suggère que le bassin de Cosne-d’Allier est resté subsident jusqu’au creusement précédant la mise en place de la nappe Fx (Pléistocène moyen) et que depuis il se soulève au même rythme que le horst de Hérisson. Le knickpoint du Saut du Loup sépare ainsi deux secteurs qui ont évolué différemment : longtemps resté subsident, l’amont est caractérisé par des vallées à profils concaves et une incision limitée qui traduisent une situation d’équilibre dynamique, alors que l’aval en surrection constante témoigne d’une situation de déséquilibre marquée par des profils à faible concavité et une incision des affluents plus importante dans la partie aval que dans la partie amont (Lague, 2001). L’incision n’a pas encore atteint le bassin supérieur qui présente des vallées peu encaissées. En régions montagneuses soulevées, L. Starkel (2003) a montré que ces vallées supérieures peu encaissées ne rendent pas compte du soulèvement, mais seulement des fluctuations climatiques récentes. La reconstitution des paléoprofils des moyenne et basse terrasses suggère que le knickpoint du Saut du Loup a reculé d’environ 1 500 m depuis l’accumulation de la moyenne terrasse vers 200 000 BP, soit 0,75 cm/an depuis le Pléistocène moyen. Moins rapide que pour les knickpoints d’origine glaciaire, développés dans des contextes très différents : de 20 cm à 3 m/an dans les Alpes (Brocard, 2003), cette vitesse dépasse celles des knickpoints des marges passives : 1 à 2 mm / an en Australie, mais sur une plus longue durée (Weissel et Seidl, 1998).

Figure 7  : Profils longitudinaux de l’Aumance et des formations détritiques pliocènes et quaternaires. 1  : granite ; 2  : diorite quartzique ; 3  : migmatite ; 4  : gneiss ; 5  : micaschistes, phyllonites ; 6  : grès, conglomérats et arkoses stéphaniens et autuniens ; 7  : sables argileux oligocènes ; 8  : sables argileux pliocènes ; 9  : terrasse alluviale ; 10  : arènes  in situ ; 11  : profil de l’Aumance.
Longitudinal profiles of the Aumance river and of the Pliocene and Pleistocene deposits. 1: granite; 2: diorite quartzite; 3: migmatite; 4: gneiss; 5: micaschist; 6: Stephanian and Autunian sandstones; 7: Oligocene sandy clay; 8: Pliocene deposits; 9: terrace; 10: granitic sand; 11: Aumance profile.

Figure 7  : Profils longitudinaux de l’Aumance et des formations détritiques pliocènes et quaternaires. 1  : granite ; 2  : diorite quartzique ; 3  : migmatite ; 4  : gneiss ; 5  : micaschistes, phyllonites ; 6  : grès, conglomérats et arkoses stéphaniens et autuniens ; 7  : sables argileux oligocènes ; 8  : sables argileux pliocènes ; 9  : terrasse alluviale ; 10  : arènes  in situ ; 11  : profil de l’Aumance.Longitudinal profiles of the Aumance river and of the Pliocene and Pleistocene deposits. 1: granite; 2: diorite quartzite; 3: migmatite; 4: gneiss; 5: micaschist; 6: Stephanian and Autunian sandstones; 7: Oligocene sandy clay; 8: Pliocene deposits; 9: terrace; 10: granitic sand; 11: Aumance profile.

Conclusion

21L’étude des profils longitudinaux des cours actuels et plaines alluviales anciennes donne des indications précises sur les mouvements tectoniques différentiels au sein d’un même bassin-versant. La tectonique explique pour une large part l’inégal encaissement des cours d’eau dans l’espace et dans le temps. Dans le bassin de l’Aumance, l’incision est plus forte et plus ancienne dans les horsts que dans le bassin de Cosne-d’Allier. Dans ce dernier, le creusement ne commence qu’au Pléistocène moyen, avant la mise en place dans un environnement périglaciaire de la nappe formant la moyenne terrasse. Aussi, la mesure de l’incision verticale par rapport à la surface d’aplanissement précédant l’incision des cours d’eau permet, comme l’ont montré S. Bonnet et al. (1998), d’évaluer l’ampleur des déformations tectoniques subies par les bassins versants, de souligner les différences spatiales et d’esquisser la carte de la surrection quaternaire. Mais le creusement dépend aussi de la résistance des roches ainsi que l’attestent la largeur inégale des vallées et la persistance de ruptures de pente, comme celle du Saut du Loup qui a bloqué l’érosion régressive de l’Aumance et l’évolution du secteur amont. Ce phénomène, qui se retrouve dans le bassin de la Petite Creuse et le bassin supérieur du Cher (Larue, 2004), apparaît ainsi général dans le nord-ouest du Massif central, probablement en raison d’une évolution tectonique récente similaire.

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Bibliographie

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Table des illustrations

Titre Figure 1  : Carte morphostructurale et de localisation du bassin-versant de l’Aumance. 1  : limite du bassin-versant ; 2  : faille principale ; 3  : socle cristallin et métamorphique ; 4  : sédiments du Paléozoïque supérieur ; 5  : grès du Trias ; 6  : dépôts éocènes et oligocènes du bassin de Cosne-d’Allier ; 7  : formations détritiques mio-pliocènes ; 8  : sables argileux pliocènes ; 9  : alluvions Fu ; 10  : alluvions Fx et Fya ; 11  : knickpoint et accélération de pente ; 12  : soulèvement ; 13  : échantillon.Aumance basin morphostructural and location map. 1: drainage divide; 2: main fault; 3: basement; 4: Upper Paleozoic sediments; 5: Triassic silt and sandstone; 6: Cosne basin Eocene and Oligocene deposits; 7: Mio-pliocene deposits; 8: Pliocene deposits; 9: Fu alluvial deposits; 10: Fx and Fya alluvial deposits; 11: knickpoint and accelerated slope; 12: uplift; 13:sample.
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-1.jpg
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Titre Figure 2  : Profils transversaux montrant l’encaissement inégal de l’Aumance en amont et en aval du Saut du Loup.The Aumance incision upstream and downstream the Saut du Loup.
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-2.jpg
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Titre Tableau 1  : Localisation et faciès des échantillons prélevés.Location and facies of samples.
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Titre Figure 3  : Profils longitudinaux de l’Aumance et de ses affluents (A et B), en coordonnées semi-logarithmiques (C). Sur C, les chiffres indiquent les déviations D en mètres par rapport à la droite du profil d’équilibre.Longitudinal profiles of the Aumance and its tributaries (A, B), semi-logarithmic long profiles (C). On C, numbers are D: deviation from the straight line of the equilibrium river longitudinal profile (in metres).
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-4.jpg
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Titre Figure  4  : Analyse morphométrique des profils. Relations entre : la longueur et la pente (A) ; l’indice de concavité et les résidus (B) ; la pente et l’indice de concavité (C).Morphometric analysis of profiles. Correlations between: length and slope (A); concavity index and residu (B); slope and concavity index.
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-5.jpg
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Titre Tableau 2  : Caractéristiques des profils longitudinaux.Longitudinal profile characteristics.
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-6.jpg
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Titre Figure 5  : Profils longitudinaux comparés H/Ho (ratio des altitudes)-L/Lo (ratio des longueurs) (A, B) et indices SL (longueur-pente) de E.  A. Keller et N.  Pinter (1996) pour les ruptures de pente de l’Aumance (C).Dimensionless curves H/Ho-L/Lo (ratio of altitude-ratio of distance) (A, B) and Keller and Pinter (1996) SL index for the Aumance knickpoints (C).
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-7.jpg
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Titre Tableau 3 : Composition en minéraux lourds des échantillons localisés sur la figure 1 et le tableau 1. hNP  : hornblende non pléochroïque.Heavy minerals composition on samples located on fig.  1 and table 1.
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-8.jpg
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Titre Figure 6  : Analyse factorielle des correspondances. Position des échantillons. hNP  : hornblende non pléochroïque.Plot of factor pattern (AFC). Samples location.
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Titre Figure 7  : Profils longitudinaux de l’Aumance et des formations détritiques pliocènes et quaternaires. 1  : granite ; 2  : diorite quartzique ; 3  : migmatite ; 4  : gneiss ; 5  : micaschistes, phyllonites ; 6  : grès, conglomérats et arkoses stéphaniens et autuniens ; 7  : sables argileux oligocènes ; 8  : sables argileux pliocènes ; 9  : terrasse alluviale ; 10  : arènes  in situ ; 11  : profil de l’Aumance.Longitudinal profiles of the Aumance river and of the Pliocene and Pleistocene deposits. 1: granite; 2: diorite quartzite; 3: migmatite; 4: gneiss; 5: micaschist; 6: Stephanian and Autunian sandstones; 7: Oligocene sandy clay; 8: Pliocene deposits; 9: terrace; 10: granitic sand; 11: Aumance profile.
URL http://norois.revues.org/docannexe/image/1868/img-10.jpg
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Pour citer cet article

Référence papier

Jean-Pierre Larue, « Profils longitudinaux des cours d’eau et tectonique : l’exemple du bassin de l’Aumance (Massif central, France) », Norois, 207 | 2008, 71-84.

Référence électronique

Jean-Pierre Larue, « Profils longitudinaux des cours d’eau et tectonique : l’exemple du bassin de l’Aumance (Massif central, France) », Norois [En ligne], 207 | 2008/2, mis en ligne le 01 juin 2010, consulté le 19 août 2017. URL : http://norois.revues.org/1868 ; DOI : 10.4000/norois.1868

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