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Processus géologiques de formation du site moustérien du Roc de Marsal (Dordogne, France)

Geological formation processes of the Mousterian Roc de Marsal site (Dordogne, France)
Isabelle Couchoud
p. 51-68

Abstracts

Roc de Marsal site has yielded a Neandertal child skeleton. It presents an important archaeological sequence for the comprehension of Mousterian industries. This study establishes the Roc de Marsal litho-stratigraphy and explains the impact of both dynamic and diagenetic processes on the archaeological assemblages. The results of the study show that sedimentation occurred primarily as a result of deposition by run-off. Rockfall and anthropogenic sedimentation played a role of variable importance. The mechanisms identified here (run-off and bioturbation in particular) let us evaluate notable disturbances of the archaeological assemblages. Finally, understanding the site-formation processes allows us to discuss the intentional nature of Neandertal pit-digging.

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Full text

Introduction

1La caractérisation des processus de formation des sites préhistoriques se situe en amont des autres problématiques et conditionne largement les interprétations susceptibles d’être déduites de l’étude des assemblages archéologiques (Texier 2000). Les travaux que nous avons menés au Roc de Marsal, dans le cadre d’un D.E.A. (Couchoud 2001), s’inscrivent dans cette problématique générale. Ils sont un préalable nécessaire pour répondre aux enjeux spécifiques à ce site. En effet, le Roc de Marsal comporte une séquence d’industries moustériennes variée et, en particulier, il s’agit de l’un des rares sites d’Aquitaine dans lesquels on peut observer les variations du Moustérien de type Quina (Turq 1985, 1989a).

2De plus, la découverte des restes d’un enfant néandertalien a rendu les problématiques archéologiques particulièrement sensibles. Malheureusement, du fait de la technique de fouille employée par l’inventeur, J. Lafille, on a peu d’informations sur le contexte stratigraphique du squelette et son caractère sépulcral a été discuté (Turq 1989b).

3Le Roc de Marsal a fait l’objet d’un premier sondage en 1953. En 1954, Lafille définit 14 couches. Sous la couche inférieure (I), d’autres niveaux sont désignés par les lettres A, B et C. Les niveaux A et C se sont avérés stériles. De très rares objets de silex et quelques charbons de bois dans le niveau B révèlent une occupation humaine probable. Quant aux couches sus-jacentes, elles ont livré de très nombreux restes de faune, assez bien conservés, et une industrie lithique abondante (Bordes et Lafille 1962) :

  • Moustérien à denticulés dans les couches inférieures, I à III

  • Moustérien typique dans les couches intermédiaires, IV à VII

  • Moustérien de type Quina dans les couches supérieures, VIII à XII

4La couche XIII ne subsiste sur aucune des coupes, mais ne contenait pas de matériel.

5La couche XIV contient de rares vestiges, attribués au Paléolithique supérieur.

6Le 15 août 1961, Lafille met au jour le squelette d’un enfant Néandertalien (Lafille 1961 ; Bordes et Lafille op. cit. ; Turq op. cit.), vraisemblablement âgé de trois ans (Madre-Dupouy 1983).

7En 1986, Assassi étudie la sédimentologie des dépôts. Elle en déduit que la mise en place de la majeure partie de la séquence s’est faite sous des conditions climatiques globalement froides, entrecoupées par trois épisodes plus doux et très humides (Assassi 1986).

8Selon Turq (1988), les données pluridisciplinaires (paléontologie, sédimentologie) permettraient d’attribuer la majeure partie de la séquence (couches III à XII) au Pléniglaciaire du Würm ancien (stade isotopique 4 et début du stade 3).

9Cette étude a pour but d’actualiser les travaux géologiques menés dans ce site (Assassi op. cit.), basés sur des concepts largement remis en question depuis (p.ex. Texier et al. 1999).

10Trois principaux objectifs sont plus particulièrement visés :

  • la mise en évidence des mécanismes de la sédimentogénèse,

  • l’établissement d’une litho-stratigraphie,

  • l’évaluation du degré d’intégrité des ensembles archéologiques définis par Lafille ainsi que leur potentiel informatif.

11En outre, à la lumière des résultats obtenus, le caractère intentionnel de la dépression dans laquelle reposait le squelette de l’enfant néandertalien est discuté.

Localisation et cadre géomorphologique

12Le gisement du Roc de Marsal se situe sur la commune de Campagne (Dordogne), à proximité des Eyzies-de-Tayac (coordonnées Lambert III : x = 492,50 ; y = 289,15) (fig. 1). Il s’agit d’une petite grotte s’ouvrant vers le sud-ouest, à 180 m d’altitude, au sommet d’une ligne de falaises discontinue qui domine de 90 m le vallon de la Redonde. Cette vallée sèche est d’origine structurale : elle se superpose à la faille principale de l’anticlinal de Saint-Cyprien, de direction NNO (Karnay 1999). Elle rejoint la rive gauche de la Vézère, légèrement en aval du village de Campagne.

Figure 1 - Localisation du Roc de Marsal.
Figure 1 - Location of the Roc de Marsal.

Figure 1 - Localisation du Roc de Marsal.Figure 1 - Location of the Roc de Marsal.

13Le versant nord-est du vallon de la Redonde est façonné dans des formations du Crétacé supérieur : Turonien moyen à Coniacien moyen (Karnay et al. 1999). La grotte s’ouvre dans la formation du Coniacien moyen, qui mesure environ 10 m d’épaisseur au niveau du site. Un de ses faciès, constitué de calcaire grainstone massif blanc, coïncide avec la ligne de falaises.

14Le versant a un profil concave, sa pente passant de haut en bas d’environ 30° à 15°. Le pied du versant est empâté par plusieurs mètres de dépôts de pente.

15Sur le plateau, aux alentours du site, on trouve quelques lambeaux de dépôts détritiques continentaux tertiaires. Ces derniers correspondent, pour certains, à l’altération du substrat crétacé et, pour d’autres, à des formations fluviatiles tertiaires à faciès “ sidérolithique ” (Karnay et al., op. cit.). Ils colmatent également une grande partie des vides karstiques.

Méthodes

16Après avoir situé le gisement dans son contexte géomorphologique, les dépôts ont été caractérisés sur la base de l’organisation du matériel sédimentaire, de sa nature et de sa texture. Leur couleur a été appréciée sur sédiments humides grâce au code Munsell. Cette approche macroscopique a été complétée à l’échelle microscopique par l’étude de lames minces de grand format fabriquées selon la méthode élaborée par Guilloré (1980). La terminologie employée pour leur description est adaptée de l’ouvrage de Bullock et al. (1985).

17Lorsque cela a été possible, des mesures de fabriques ont été effectuées (orientation et pendage du grand axe des éléments dont le taux d’allongement est supérieur à 2). En effet, les processus intervenant lors de la mise en place du sédiment peuvent occasionner un arrangement spécifique des objets archéologiques ou naturels (Bertran et al. 1997 ; Texier et al. 1998 ; Van Steijn et al. 1995).

18Afin de définir précisément la texture des faciès identifiés, des analyses granulométriques ont été effectuées. Ces analyses sont réalisées par tamisage mécanique des particules comprises entre 2 mm et 50 µm et par diffractométrie laser (sur un appareil de type MALVERN) des particules inférieures à 50 µm.

19Pour préciser l’importance des diverses sources d’alimentation en sédiments, la minéralogie des sables grossiers (2 mm > Ø > 500 µm) a été analysée sous loupe binoculaire.

20Enfin, la morphologie et l’état de surface des grains de quartz ont été étudiés selon une approche adaptée de celle préconisée par Cailleux et Tricart (1963).

Résultats

Le contexte structural et karstique du site

21Le Roc de Marsal se situe sur le passage d’une faille associée à l’anticlinal de Saint-Cyprien. Orientée globalement N-S, on peut considérer, d’après l’histoire tectonique de la région (Karnay et al. 1999), que sa composante principale a été essentiellement extensive, facteur particulièrement favorable à la karstification (Vandycke et Quinif 1999).

22Le réseau principal s’organise ainsi (fig. 2) :

  • à l’ouest, une cavité de 5,50 m de largeur, 3 m de hauteur et 9 m de profondeur s’ouvre à environ 3 m du sommet de la falaise. Il s’agit du site du Roc de Marsal proprement dit. Le profil de la voûte est en ogive. Au-dessus de l’entrée et dans l’axe médian, une large diaclase verticale est susceptible de canaliser les eaux pluviales. Une cheminée de dissolution s’est formée au fond de la cavité. Un petit conduit s’ouvre dans la paroi est. La roche encaissante altérée se débite en plaquettes. Le plancher est affecté par des poches de dissolution peu développées ;

  • à l’est de cette cavité principale, un petit renfoncement correspond au débouché d’un conduit. En partie colmaté, il se surimpose à une diaclase encore visible au toit. D’après Bouchereau (1967), il serait en relation avec une deuxième entrée située 6 m plus haut et environ 12 m plus à l’est, masquée par un chaos de blocs (fig. 2).

La litho-stratigraphie

Figure 2 - Plan schématique des cavités (d’après Bouchereau 1967, modifié).
Figure 2 - Schematic plan of cavities (after Bouchereau 1967, modified).

Figure 2 - Plan schématique des cavités (d’après Bouchereau 1967, modifié).Figure 2 - Schematic plan of cavities (after Bouchereau 1967, modified).

23Elle a été établie à la suite de l’étude détaillée des coupes F, C, A, G, H, dont la localisation est précisée sur la figure 3.

24On observe de bas en haut :

Le substratum

Il présente un pendage de 9° en direction du NNO. Il s’agit d’un calcaire de type grainstone (Dunham, 1962), riche en quartz grossiers bien triés, bioclastique et peletoïdal, jaune (10 YR 7/8). Très altéré, il se résout en fragments aplatis de plus en plus minces vers le haut avant de devenir complètement meuble, sur une épaisseur de 0 à 35 cm. Une structure lamellaire est discernable dans la partie meuble. La limite supérieure, localement floue, est érodée. Des lamines brunes, entrecroisées, sont visibles dans les zones où le calcaire n’est pas trop ameubli. Elles sont composées par des argiles accumulées dans les joints de stratification du calcaire qui se déstructure. En lame mince, on constate qu’à terme, l’altération mène à une désagrégation des grains de calcite, produisant des sables ou limons dont la forme est guidée par les plans de clivages préexistants. Les éléments les plus fins participent à la formation de coiffes polarisées sur la face supérieure des grains du squelette. Ces coiffes forment parfois des ponts entre les grains « link-capping ». Elles sont d’épaisseur variable (jusqu’à 700 µm) et peuvent être massives, granoclassées ou non, ou encore litées. Ce trait textural est associé aux structures lamellaires discernées à l’œil nu. Par ailleurs, des argiles brunes, massives, chargées d’oxydes ferro-manganiques, sont présentes sous forme d’agrégats et de revêtements irréguliers, épais, non polarisés (lamines brunes visibles à l’œil nu).

Unité 1

25Elle remplit des petites poches karstiques développées au plancher de la cavité (extension de 15 cm à 1 m environ) (fig. 3).

Figure 3 - Coupes A, C, F, H et G.
Figure 3 - Sections A, C, F, H and G.

Figure 3 - Coupes A, C, F, H et G.Figure 3 - Sections A, C, F, H and G.

Légende : 1 : substratum. 2 : substratum désagrégé. 3 : sables triés dans une matrice d’argile rouge. 4 : sables grossiers quartzeux et calcaires. 5 : niveau rubéfié. 6 : passées charbonneuses. 7 : sables limoneux à argileux, plus ou moins bioturbés et riches en vestiges d’origine anthropique. 8 : blocs calcaires effondrés. 9 : diamicton à matrice sablo-argileuse, localement carbonaté. 10 : dépôts superficiels remaniés. 11 : cendres. 12 : horizon carbonaté. 13 : sol organique. a : matériel archéologique. b : lentille grossière ou sableuse. c : décrochement du plan de coupe et perturbations importantes (terriers, silo). d : emplacement du squelette de l’enfant néandertalien.
Legend: 1: bedrock. 2: disaggregated bedrock. 3: sorted sands in a red clayey matrix. 4: quartz and calcareous coarse sands. 5: reddish level. 6: charcoal-rich levels. 7: loamy to clayey sands, with some bioturbation and rich in anthropogenic remains. 8: limestone slab break down. 9: diamicton with a silty-clayey matrix, locally carbonated. 10: surface reworked deposits. 11: ashes. 12: carbonated horizon. 13: organic soil. a: archaeological material. b: coarse or sandy lens. c: offsetting in the section plan and important disturbances (burrow, silo). d: location of the neandertal child skeleton.

26C’est un dépôt sableux massif à lité localement, présentant des intercalations de niveaux très argileux, de 1 à 6 millimètres d’épaisseur et de plusieurs centimètres de longueur. Sa couleur est variable : généralement rouge jaunâtre (5YR5/6) à brun (7.5YR4/4) ou brun vif (7.5YR5/6) et, localement, rouge jaunâtre (5YR5/8) et brun jaunâtre (10YR5/8). Un matériel archéologique très peu abondant (os brûlés ou non, silex) est disséminé dans la masse.

27En lame mince, le squelette est trié, composé de quartz et de calcaires. Globalement, on observe une succession de séquences de dépôt à granoclassement positif (fig. 4). Celles-ci se terminent par des lamines argileuses, rouges et litées pour certaines, noires et massives pour d’autres ou encore légèrement limoneuses, brun-rouges et massives. Ce sont les intercalations argileuses discernées à l’œil nu. De nombreux pseudo-sables argileux à structure litée sont visibles.

Figure 4 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 1.
Figure 4 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 1.

Figure 4 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 1.Figure 4 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 1.

Dépôts granoclassés : une fin de séquence limono-argileuse est surmontée par des sables marquant le début d’une autre séquence de dépôt par ruissellement.
Sorted deposits: clayey silts (top of a sequence) overlaid by sands indicating the beginning of a new run-off deposit sequence.

28Des biotubules affectent les dépôts. Ils contiennent souvent des agrégats fécaux. Ceux-ci sont abondants et se répartissent également dans les vides d’entassement des grains. Ces agrégats sont localement imprégnés par des oxydes ferro-manganiques.

Interprétation partielle

29Les séquences de dépôts granoclassés terminées par des lamines argileuses sont caractéristiques d’épisodes de ruissellement (Mücher et De Ploey 1977 ; Bertran et Texier 1999). Lors des épisodes suivants, les lamines argileuses formées lors des phases de décantation sont plus ou moins fragmentées et reprises sous forme de pseudo-sables.

Unité 2

30Seulement observée sur la coupe A, elle comble les dernières irrégularités du substratum.

31Epaisseur variable, de 3 à 20 cm, et extension visible de 0,8 à 1,5 m. Dépôt sablo-limoneux. Il présente des variations de faciès selon sa richesse en fraction grossière (graviers ou cailloux calcaires, plus ou moins désagrégés), la qualité de son tri, sa nature plus ou moins quartzeuse ou carbonatée. Selon les lits, la couleur des sédiments varie de rouge jaunâtre (5YR5/8), brun vif (7.5YR5/8), à jaune brunâtre (10YR6/8). L’unité 2 est globalement pauvre en vestiges d’origine anthropique.

32Dans la partie inférieure, un lit rubéfié est observable (fig. 3 ; fig. 5). Rouge à la base (2.5YR4/6), il devient brun rougeâtre foncé (5YR3/4) vers le haut en liaison avec un enrichissement en charbons. Epais de 1 à 2 cm, il disparaît en s’amincissant vers l’ouest. Sa limite inférieure est diffuse, tandis que sa limite supérieure est nette.

Figure 5 - Coupe A, unité 2 : niveau rubéfié.
Figure 5 - Section A, unit 2: reddish level.

Figure 5 - Coupe A, unité 2 : niveau rubéfié.Figure 5 - Section A, unit 2: reddish level.

33L’unité 2 se termine par un lit sableux bien trié massif. C’est le seul à présenter, dans cette unité, une fine structure lamellaire. Il repose, pour partie, sur le substratum et sur un lit légèrement concave de cailloux calcaires très altérés et d’os (fig. 3). Leur face supérieure est recouverte d’un mince dépôt bleu-noir d’oxydes manganiques associé à une croûte phosphatée (fig. 6).

Figure 6 - Coupe A, base de l’unité 3 : lentille charbonneuse et bloc calcaire encroûté par des phosphates associés à un liseré d’oxydes manganiques.
Figure 6 - Section A, unit 3 base: Charcoal-rich lens and limestone block encrusted with phosphates associated to manganic oxydes.

Figure 6 - Coupe A, base de l’unité 3 : lentille charbonneuse et bloc calcaire encroûté par des phosphates associés à un liseré d’oxydes manganiques.Figure 6 - Section A, unit 3 base: Charcoal-rich lens and limestone block encrusted with phosphates associated to manganic oxydes.

34A l’échelle microscopique, le squelette est constitué de quartz, de fragments de calcaire bioclastique altérés, et de nombreux pseudo-sables composés de silts lités ou d’argile rouge, massive, chargée d’oxydes ferro-manganiques.

35Des lamines limono-argileuses de faible extension, rouges, litées et granoclassées sont présentes.

36Les traits pédologiques sont représentés par :

  • des revêtements et des colmatages des vides d’entassement par des argiles floconneuses brun-rouge. Ces traits tendent à former des lamines horizontales ;

  • des imprégnations des fissures des grains de quartz et du fond matriciel par des oxydes ferro-manganiques ;

  • des bioturbations ;

  • de nombreux traits calcitiques : hypocutanes autour de la plupart des biotubules ; revêtements de certains biotubules par de la micro-sparite ; imprégnation du fond matriciel par de la micrite.

Interprétation partielle

37Le niveau rubéfié, dont la partie supérieure est enrichie en particules charbonneuses, n’est pas surmonté par des restes de combustion. Cette observation, associée à la morphologie des limites, conduit à penser que ce niveau a été tronqué par un processus érosif.

38Le dernier lit de l’unité est bien trié et repose sur une nappe d’éléments grossiers légèrement concave. Ces caractéristiques peuvent s’expliquer par une résidualisation, c’est à dire un entraînement sélectif des particules fines (Texier 2000).

39Les lamines limono-argileuses litées et granoclassées correspondent à la phase de décantation qui termine un épisode de ruissellement. (cf. supra).

40Les colmatages des vides d’entassement par des argiles floconneuses résultent de la perte de compétence des flux qui percolent à travers les sédiments lors d’un épisode de ruissellement (Fédoroff et Courty 1989 ; Texier et Bertran 1995).

Unité 3

Elle regroupe la majeure partie des dépôts.

41Épaisseur maximale : 1,10 m. L’unité repose généralement sur le substratum, sauf dans la coupe A où l’unité 2 s’intercale. Lorsque le substratum est désagrégé (coupes F, H et C ; fig. 3), la base de l’unité se révèle être ravinante.

42Globalement, il s’agit d’un diamicton à support matriciel à l’intérieur duquel apparaissent des structures en berceau (coupes A, C, F et H).

43La matrice, sablo-limoneuse dans les coupes F et H, devient plus argileuse vers l’avant de la cavité. La fraction grossière est abondante, sauf dans les coupes F et H. Elle se compose de graviers et cailloux calcaires, d’os à tous stades de combustion et de silex. Les blocs et cailloux sont plus abondants à proximité des parois. Dans la coupe G, le matériel archéologique se concentre dans la moitié inférieure de l’unité. La fraction sableuse se compose essentiellement de quartz, de grains carbonatés et de micro-charbons (bois ou os) en quantité variable. Ces derniers sont particulièrement abondants vers l’avant de la cavité (coupes A, C, G, D-D’ et E ; fig. 3). Des passées charbonneuses s’intercalent dans la coupe C et dans la moitié inférieure des coupes A, G, D, D’ et E. Ondulées, aux limites floues, elles s’étendent généralement sur toute la longueur des coupes (c.a.d. sur 1 m à 2,40 m). Leur épaisseur varie de 2 à 15 cm environ.

44La couleur des sédiments est très dépendante de la proportion de charbons. Globalement, elle varie du brun jaunâtre (10YR5/6) dans les coupes A, D, D’, G et E, au brun vif (7,5YR5/6) dans la coupe C, et au jaune (10YR7/8) ou jaune rougeâtre (7.5YR6/6) dans les coupes F et H. Dans les niveaux plus charbonneux, la couleur varie de brun foncé (10YR4/3) à brun grisâtre très foncé (10YR7/6).

45Dans la coupe A, les passées charbonneuses contiennent des cailloux calcaires parfois rubéfiés et/ou désagrégés.

46Dans la passée charbonneuse située à la base de l’unité, on observe en lame mince une succession de lits composés alternativement d’os brûlés et d’agrégats d’argile charbonneuse ou phosphatée.

47Par ailleurs, les phosphates apparaissent sous forme de grains ou d’amas. Certains sont des fragments de coprolithes. De nombreux phytolites sont disséminés dans le fond matriciel ou exceptionnellement groupés en faisceau. Localement, des cendres grises pulvérulentes ont été préservées :

  • dans la coupe E, entre certains artefacts du niveau charbonneux de base,

  • dans la coupe A, dans une lentille à fond concave contenue dans le niveau charbonneux à la base de l’unité. Cette lentille est constituée par des alternances de lits charbonneux, de lits cendreux, d’os brûlés et de sables rubéfiés (fig. 6).

48Les structures en berceau observées dans le diamicton sont de différents types (fig. 3) :

  • des lentilles composées d’éléments grossiers (cailloux, graviers, os), à fonds concaves, de 15 à 60 cm d’extension. Les éléments allongés sont disposés conformément aux fonds. Présentes dans les coupes C et A, elles s’emboîtent ou se recoupent parfois ;

  • des lentilles laminées charbonneuses, telle celle décrite plus haut, dans la coupe A, ou celle qui repose dans une dépression du substratum de la coupe C ;

  • des petites lentilles de sables triés, entrecroisées, dans les coupes H et F (près de l’entrée seulement, au SO) et, plus rarement, dans les coupes C et A.

49Enfin, dans la coupe E, l’orientation préférentielle des éléments allongés dans le sens de la pente est sensible à l’œil nu (les mesures de fabriques n’ont pas pu être effectuées à cause de la structure métallique de protection du site). De plus, un os long fragmenté en plusieurs morceaux de 2 cm de longueur en moyenne, encore en connexion, a été déformé et cisaillé (fig. 7). Des agrégats ovoïdes sont visibles en lame mince.

Figure 7 - Coupe E, unité 3 (diamicton) : os fragmenté et cisaillé.
Figure 7 - Section E, unit 3 (diamicton): fragmented and sheared bone.

Figure 7 - Coupe E, unité 3 (diamicton) : os fragmenté et cisaillé.Figure 7 - Section E, unit 3 (diamicton): fragmented and sheared bone.

50Les traits diagénétiques sont variés.

51Dans la coupe E, une structure lamellaire non triée individualise des agrégats riches en argile.

52Une structure lamellaire triée s’est développée dans les sédiments plus sableux, à l’intérieur de la cavité (fig. 8). Des coiffes limoneuses, atteignant 500 µm d’épaisseur, reposent sur la face supérieure des grains et forment souvent des ponts entre eux (fig. 9).

Figure 8 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 3 : structure lamellaire triée.
Figure 8 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 3 : sorted platy structure.

Figure 8 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 3 : structure lamellaire triée.Figure 8 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 3 : sorted platy structure.

Figure 9 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 3 : coiffe argilo-limoneuse massive et manchons racinaires.
Figure 9 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 3: massive clayey silt capping and hypocoatings.

Figure 9 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 3 : coiffe argilo-limoneuse massive et manchons racinaires.Figure 9 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 3: massive clayey silt capping and hypocoatings.

53Cette structure lamellaire se surimpose à une déformation qui affecte les dépôts des coupes C et F. Dans la coupe C, cette déformation s’exprime par un étirement vers le haut, de part et d’autre du bloc effondré sus-jacent (fig. 3). Dans la coupe F, l’unité s’accommode également au relief des blocs sus-jacents, jusqu’à former un pli redressé au NE, vers le fond de la cavité. Les éléments allongés sont disposés conformément à la base des blocs (fig. 3).

54La bioturbation est très importante à l’entrée de la cavité ; elle devient rare dans le fond (coupes F et H). Dans les zones où elle a été la plus active, les structures sédimentaires et lamellaires ne sont pas ou très peu exprimées (coupes E, D-D’, G, et A). La moitié supérieure de l’unité dans la coupe A est également dégradée par une action anthropique récente (creusement d’un silo).

55Aucune autre unité sédimentaire n’est distinguable dans les coupes situées à l’entrée de la cavité (G, D-D’, et E) ; leur sommet est constitué par un sol organique récent.

56En lame mince, on constate que le fond matriciel, dans toutes les coupes sauf F et H, est essentiellement constitué d’agrégats fécaux plus ou moins compactés.

57Par ailleurs, de nombreux biotubules sont remplis de quartz lavés.

58On observe encore des imprégnations du fond matriciel et des revêtements des fissures des quartz par des oxydes ferro-manganiques.

59Enfin, les traits calcitiques sont d’importance variable. Les zones de carbonatation principales sont situées près des parois, sous les zones d’égouttement et près de la surface des dépôts. Ailleurs, les carbonatations s’expriment, à l’échelle microscopique, par :

  • une imprégnation du fond matriciel du premier niveau charbonneux de la coupe A ;

  • la présence d’hypocutanes et de pseudomorphoses calcitiques de cellules racinaires, réparties de manière aléatoire (fig. 9).

Interprétation partielle

60Les structures concaves témoignent du remplissage de rigoles éphémères ou d’une accrétion dans des chenaux pérennes.

61L’imprégnation par des carbonates du fond matriciel d’un niveau charbonneux (coupe A) peut être associé à la présence de cendres (cf. supra) : les cendres produites par la combustion de bois sont en effet constituées pour l’essentiel de cristaux calcitiques (Courty et al. 1989 ; Wattez 1992) aisément dissous puis reprécipités.

Unité 4

  • 1  Contre les blocs de la coupe F, on observe localement un placage de sables fins limoneux, à fracti (...)

62Épaisseur : de 15 à 95 cm. Alignement de blocs d’effondrement, jointifs, métriques à pluri-métriques. Ils montrent une très forte altération dans leur partie externe1.

Unité 5

63Épaisseur : de 10 à 60 cm. Extension limitée entre 60 cm et 1 m 50. Il s’agit d’une formation résiduelle, tronquée par les occupations historiques, qui repose sur les blocs d’effondrement de l’unité 4. Elle est constituée de sables argileux massifs, essentiellement quartzeux et carbonatés, et de quelques graviers et cailloux calcaires. Couleur : jaune (10YR7/6). Les sédiments sont localement indurés par des carbonates, en particulier à proximité de la paroi (coupe F) et des blocs sous-jacents. Présence d’une structure lamellaire. L’unité contient peu de matériel archéologique (os, silex, dents de renne), dispersé dans l’ensemble des dépôts.

Unité 6

64Épaisseur : de 10 cm à 60 cm environ. Elle repose sur les blocs d’effondrement (unité 4) ou sur des lambeaux de l’unité 5 qu’elle a tronquée. La matrice de ce diamicton se compose de sables limoneux fortement bioturbés et mal triés, de nature variée (quartz, oxydes de fer, grains carbonatés, cendres). La fraction grossière, abondante, comprend des cailloux calcaires à tous stades d’émoussé et d’altération, des cailloux rubéfiés et quelques os, silex et charbons disséminés dans la masse. Couleur : brun jaunâtre (10YR6/6 à 10YR5/4). Cette unité a été creusée de plusieurs fosses à l’époque médiévale. A l’extrémité est de la coupe C (ou sud-ouest de la coupe F), une fosse a vraisemblablement servi de vidange de foyer : sur environ 10 cm d’épaisseur, on observe des cendres pulvérulentes, peu évoluées, contenant des charbons et des cailloux calcaires rubéfiés épars.

L’analyse des fabriques

65Dans les zones où cela a été possible (unité 3 des coupes D’, D et dans la moitié sud-est de la coupe G (fig. 3)), les fabriques ont été mesurées, le plus souvent sur des fragments osseux. Les deux séries de fabriques projetées sur des diagrammes polaires (fig. 10a, b) font apparaître qu’il n’y a pas d’orientation préférentielle des objets.

Figure 10 - Fabriques des objets contenus dans l’unité 3 des coupes D-D’ et G : diagrammes polaires de Schmidt (hémisphère inférieur). L : « vector magnitude » (Curray 1956). p : facteur de probabilité ou test de Rayleigh. E1, E2, E3 : valeurs propres normalisées (Woodcock 1977). r1 = ln E1/E2. r2 = ln E2/E3. s. var. : variance sphérique. K = r1/r2. Rbar: test d’uniformité.
Figure 10 - Fabric of artefacts from unit 3 in sections D-D’ and G: Schmidt stereonets (lower hemisphere). L: vector magnitude (Curray 1956). p: probability test of Rayleigh. E1, E2, E3: eigenvalues (Woodcock 1977). r1=ln E1/E2. r2= ln E2/E3. s. var.: spherical variance. K =r1/r2. Rbar : uniformity test.

Figure 10 - Fabriques des objets contenus dans l’unité 3 des coupes D-D’ et G : diagrammes polaires de Schmidt (hémisphère inférieur). L : « vector magnitude » (Curray 1956). p : facteur de probabilité ou test de Rayleigh. E1, E2, E3 : valeurs propres normalisées (Woodcock 1977). r1 = ln E1/E2. r2 = ln E2/E3. s. var. : variance sphérique. K = r1/r2. Rbar: test d’uniformité.Figure 10 - Fabric of artefacts from unit 3 in sections D-D’ and G: Schmidt stereonets (lower hemisphere). L: vector magnitude (Curray 1956). p: probability test of Rayleigh. E1, E2, E3: eigenvalues (Woodcock 1977). r1=ln E1/E2. r2= ln E2/E3. s. var.: spherical variance. K =r1/r2. Rbar : uniformity test.

66Sur le diagramme de Woodcock (1977) (fig. 11), les fabriques ne permettent pas de discriminer un processus dynamique spécifique (Bertran et al. 1997).

Figure 11 - Projection des ensembles de fabriques d’objets sur le diagramme de Woodcock et comparaison avec les aires de répartition des principaux processus de dépôt de versant (d’après Bertran et al. 1997).
Figure 11 - Fabric plotted on a Woodcock’s (1977) r1-r2 diagram and comparison with the repartition areas of the main processes of slope deposits (after Bertran et al. 1997).

L’analyse granulométrique, minéralogique et morphoscopique

67Dans un diagramme des textures (fig. 12), les points représentatifs des échantillons sont groupés à proximité du pôle sableux.

Figure 12 - Diagramme de texture (d’après Jamagne in Duchaufour 1997).
Figure 12 - Texture diagram (after Jamagne in Duchaufour 1997).

Figure 12 - Diagramme de texture (d’après Jamagne in Duchaufour 1997).Figure 12 - Texture diagram (after Jamagne in Duchaufour 1997).

1 et 2 : substratum désagrégé, coupe F ; 3 : calcaire désagrégé issu d’un banc de la falaise situé environ 2 m en dessous du niveau actuel de l’entrée de la cavité ; 4 : unité 1, coupe A ; 5 : lambeau de dépôts à faciès sidérolithique situé sur le plateau, à 200 m du site ; 6 : colmatage à faciès sidérolithique d’un conduit karstique recoupé dans la carrière de Campagne ; 7 et 8 : unité 3, coupe A ; 9 : unité 5, coupe A ; 10 : unité 5, coupe C.
1 and 2: disaggregated bedrock, section F. 3: disaggregated limestone from a cliff bed situated about 2 m below the present level of cavity entry. 4: unit 1, section A. 5: remnants of siderolithic facies deposits, situated on the plateau, 200 m from the site. 6: siderolithic facies filling of a karstic pipe, intersected in the quarry of Campagne. 7 and 8 : unit 3, section A. 9 : unit 5, section A. 10 : unit 5, section C.

68Les courbes granulométriques peuvent être regroupées en trois catégories d’après leur morphologie (fig. 13) :

Figure 13 - Courbes granulométriques regroupées par familles.
Figure 13 - Granulometric curves groups.

Figure 13 - Courbes granulométriques regroupées par familles.Figure 13 - Granulometric curves groups.

a : calcaires désagrégés ; b : dépôts à faciès sidérolithique ; c : couches archéologiques.
a: disaggregated limestone. b: siderolithic facies deposits. c: archaeological levels.

69Le premier faisceau de courbes (1, 2 et 3 ; fig. 13a) correspond aux calcaires désagrégés : ils sont essentiellement composés de fragments de calcaire gréseux et, dans une moindre mesure, de quartz et de calcite (fig. 14). Ce sont les sédiments les mieux classés. Des différences apparaissent, notamment au niveau de la constitution (fig. 14), entre l’échantillon 3, issu d’un banc de la falaise, et les échantillons 1 et 2, provenant du substratum de la cavité. Les bancs de la falaise calcaire sont donc de constitution variable. Etant donné la localisation du prélèvement 3, à l’aval du site, ce sédiment n’a pu alimenter les dépôts que par voie éolienne.

Figure 14 - Histogramme des fréquences des différents constituants de la fraction sableuse.

Figure 14 - Frequency histogram of the different components of the sandy fraction.

Figure 14 - Frequency histogram of the different components of the sandy fraction.

70Le deuxième faisceau de courbes (4, 5 et 6 ; fig. 13b) correspond à des sédiments plus hétérométriques, provenant de l’unité 1 (échantillon 4) et de dépôts à faciès sidérolithique situé sur le plateau (échantillon 5) ou dans un conduit karstique à l’aval du site (échantillon 6). Les courbes 4 et 5 ont une morphologie voisine, ce qui permet d’envisager une filiation entre ces deux sédiments. De plus, les fractions sableuses des échantillons 4, 5 et 6 ont en commun d’être composées essentiellement de quartz (de 82 à 92 % ; fig. 14). Les formations détritiques du plateau ont donc vraisemblablement participé au remplissage des poches karstiques du substratum (cf. description de l’unité 1).

71Le troisième faisceau de courbes (échantillons 7 et 8 : unité 3 ; échantillons 9 et 10 : unité 5 ; fig. 13c) correspond à des sédiments très mal classés, peu évolués. D’après leur constitution (fig. 14), ils ont vraisemblablement des sources multiples. Ce sont les sédiments les plus riches en particules argileuses et limoneuses. Ces observations corroborent celles du terrain : ces sédiments apparaissent fortement anthropisés et bioturbés, or ce sont deux phénomènes qui contribuent à la production de fines et au brassage des dépôts. Par ailleurs, la forte proportion de limons (fig. 13) suggère une composante éolienne.

72D’une manière générale, les dépôts du Roc de Marsal ne comportent pratiquement pas de quartz émoussés luisants (<5 %) contrairement aux dépôts détritiques tertiaires (échantillons 5 et 6 ; fig. 14). Le calcaire gréseux encaissant semble donc être la première source de sédiment.

73La catégorie “ Autres” dans l’histogramme (fig. 14) comprend des micro-éclats de silex et des concrétions ferro-manganiques en proportions inférieures à 1 %, excepté dans les dépôts à faciès sidérolithique , où l’on trouve 1 à 2 % de concrétions.

74Seuls les échantillons 9 (unité 5) et 3 (calcaire désagrégé) montrent une forte fréquence de micas (8 % et 5 %). Dans l’unité 5, leur abondance doit être attribuée à un apport externe, étant donné l’absence de micas dans les formations sidérolithiques et le substratum. Un transport éolien depuis les terrasses alluviales de la Vézère est envisageable. Quant au banc calcaire d’où provient l’échantillon 3, de par sa situation à l’aval du site il n’a pu participer dans son intégrité au remplissage. Cependant, les micas ont pu être transportés par le vent jusque dans la cavité où ils ne constituent que des minéraux accessoires.

Discussion

Origine des sédiments

75Trois sources sédimentaires ont été attestées : les formations à faciès sidérolithique du plateau, le calcaire encaissant et les produits de l’activité anthropique ou animale. A celles-ci peuvent s’ajouter les terrasses alluviales de la Vézère.

76D’après les analyses granulométriques et minéralogiques, les sédiments de l’unité 1 pourraient provenir des formations détritiques tertiaires du plateau. Elles ont colmaté une grande partie du système karstique sous-jacent, comme on peut le constater au niveau du front de taille de la carrière de Campagne. Le Roc de Marsal fait partie intégrante de ce système. Les multiples conduits, diaclases, fractures, plus ou moins ouvertes, qui l’environnent ont pu participer à l’acheminement des dépôts sidérolithiques du plateau vers la cavité.

77Pour le reste du remplissage, le calcaire gréseux encaissant devient la première source sédimentaire : principalement sous forme de sables de désagrégation (cf. analyse minéralogique ; fig. 14), mais aussi sous forme de graviers, cailloux ou blocs calcaires.

78Dans l’unité 3, la sédimentation d’origine anthropique et animale augmente notablement. Elle s’exprime par l’apparition de passées charbonneuses et de nombreux restes lithiques, osseux et phosphatés. Son corollaire est l’augmentation du taux de fines du sédiment et de la variété de ses constituants (cf. analyses granulométrique et minéralogique ; fig. 13 et 14).

79Dans l’unité 5, la sédimentation d’origine anthropique et animale est beaucoup plus faible. La forte proportion de fines pourrait donc être attribuée à un transport éolien plus efficace, comme en témoigne la présence de micas et de limons.

Processus sédimentaires

80Deux processus sédimentaires majeurs apparaissent : le ruissellement et l’éboulisation. La solifluxion n’a été reconnue que localement.

81Le ruissellement est le processus dominant. Ses signatures sont variées et ont une large répartition spatiale. On distingue :

  • des structures concaves (lentilles grossières, laminées, ou petites lentilles sableuses triées) témoignant du développement de rigoles ou de petits chenaux (unité 3) ;

  • des éléments grossiers résidualisés par entraînement sélectif des particules fines. C’est le cas des éléments disposés conformément aux fonds concaves des lentilles et de ceux formant une nappe dans l’unité 2 ;

  • le caractère ravinant de la base de l’unité 3 ;

  • une couche bien triée et très homogène dans l’unité 2.

82De plus, en lame mince sont visibles :

  • des séquences à granoclassement positif (dans l’unité 1) et des lamines argileuses de décantation (unités 1 et 2) ;

  • des dépôts laminés (unité 3).

83D’autres éléments, plus difficiles à interpréter lorsqu’ils sont isolés, s’accordent ici à l’hypothèse du ruissellement. On observe :

  • des quartz lavés remplissant des biotubules ;

  • la troncature des restes de combustion surmontant le niveau rubéfié de l’unité 2 ;

  • de nombreux pseudo-sables, argileux ou argilo-limoneux, phosphatés, massifs ou laminés.

84Les pseudo-sables peuvent se former dans différents contextes. Ils sont fréquents dans les dépôts de ruissellement (Mücher et De Ploey 1977 ; Bresson et Boiffin 1990). Ils peuvent également être produits par cryo-dessication (Bertran 1999), ou par simple dessiccation des sédiments. Ici, ils sont généralement compris dans des séquences de dépôts granoclassés, ce qui est favorable à l’hypothèse d’une reprise de dépôts fragmentés lors d’un épisode de ruissellement.

85Par ailleurs, certains travaux montrent que les objets inclus dans des dépôts ruisselés ne présentent pas ou peu d’orientation préférentielle (Bertran et al. 1997 ; Bertran et Lenoble 2002). Les fabriques obtenues (dans l’unité 3) ne contredisent donc pas l’hypothèse de dépôts ruisselés.

86Certains dépôts ne montrent aucune signature sédimentaire. Leur aspect massif peut s’expliquer par la bioturbation intense qui les a affectés. C’est probablement le cas des dépôts des coupes G, D-D’, et d’une partie de l’unité 3 dans la coupe A. Cependant, l’extrémité NE de l’unité 3 dans les coupes F et H est massive alors que la bioturbation y est faible. Les lentilles triées présentes dans ces coupes disparaissent à l’approche du fond de la cavité. On peut donc envisager que dans cette zone, le ruissellement ne s’exprimait plus que sous forme diffuse.

87D’une manière générale, l’unité 3 met en évidence des variations locales de la compétence du ruissellement, notamment en fonction de la topographie : au fond de la cavité (coupes F et H), le ruissellement a pu exister sous forme diffuse. En allant vers l’entrée (coupes C, F et H), de petites rigoles peu profondes et fluctuantes se sont formées (lentilles sableuses triées) et des chenaux plus stables se sont développés au niveau des points bas (grandes lentilles grossières et laminées ; coupes A et C).

88Le diamicton de l’unité 5 a vraisemblablement été formé par des processus de sédimentation peu compétents, tels que le ruissellement diffus. En effet, son aspect est massif et la fraction grossière, peu abondante, ne montre pas d’orientation préférentielle. Par ailleurs, l’hypothèse de coulée boueuse semble peu probable car on ne voit pas quelle pourrait être la source de ce processus. En outre, l’intervention du vent dans la formation de l’unité 5 n’est pas exclue. Elle pourrait expliquer la présence de micas et la forte proportion de fines dans cette unité (cf. supra). De même, on peut envisager que l’action du vent soit, au moins en partie, à l’origine d’accumulations de feuilles dans la cavité dont témoigne la présence de nombreux phytolites (cf. supra).

89Enfin, le diamicton de l’unité 6 s’est formé, en partie aux dépens de l’unité 5, par remaniement et mélange avec de nouveaux produits de l’activité anthropique. Celle-ci est datée du Moyen-Age d’après le matériel trouvé (fusaïole, ceronie) et les aménagements qui suggèrent une occupation durable du site : présence d’un cluzeau creusé à l’ouest de la cavité, d’un mur barrant l’entrée, d’un silo qui entame largement la coupe A et de niches creusées dans les parois de la cavité. Les rares outils attribués au Paléolithique supérieur, retrouvés dans cette couche, peuvent témoigner soit d’une occupation très éphémère du site, soit d’une vidange par les médiévaux, soit d’un apport par des processus naturels.

90L’éboulisation s’exprime en proportions variables dans le remplissage, en fonction de la proximité des parois et de leur exposition aux intempéries et aux contrastes climatiques (p.ex. dans la coupe G). Si la gélifraction a souvent été avancée comme processus responsable de l’éboulisation, de multiples autres facteurs peuvent en être à l’origine (Farrand 1985 ; Bailey et Woodward 1997).

91Des blocs calcaires (unité 4) d’épaisseur homogène reposent sur l’unité 3, sur toute la surface de l’abri. Leur effondrement est interprété comme un phénomène de type “ slab breakdown ”, d’après les catégories de Davies (White 1988). Il correspond à une mise en équilibre de la voûte, suite aux distensions mécaniques liées à la fracturation et à la dissolution.

92La présence de structures ovoïdes dans la partie la plus externe de la cavité (coupe E) indique probablement une reprise limitée des dépôts par solifluxion (Van Vliet-Lanoë 1985). D’autres indices de ce processus ont été observés sur le terrain : os cisaillé ; orientation préférentielle des éléments allongés dans le sens de la pente, sensible à l’œil nu.

Processus diagénétiques

93Une grande variété de processus diagénétiques a été identifiée sur le terrain ou à l’échelle microscopique.

94Les traits argiliques sont présents dans tout le remplissage sous l’unité 4 et dans le substratum désagrégé. Certaines argiles sont issues de l’altération du calcaire et d’autres, brunes, isotropes et massives, proviennent vraisemblablement des formations à faciès sidérolithique du plateau. Redistribuées par les percolations, ces argiles constituent des revêtements (dans la porosité, autour des grains, sur les parois de biotubules ou dans les fissures des quartz) et des imprégnations (de coiffes ou d’agrégats).

95Des remplissages secondaires des porosités d’entassement par des argiles massives ou floconneuses constituent des lits colmatés. Ceux-ci sont indirectement produits par le ruissellement.

96Des précipitations phosphatées ont été observées, notamment dans la coupe A : une nappe de cailloux est encroûtée par des phosphates associés à un liseré d’oxydes manganiques. Les cailloux sont extrêmement corrodés, ce qui peut être attribué à des circulations d’eaux chargées en acides organiques (p.ex. acide urique, guano, acide humique). Lorsque ces solutions entrent en contact avec le calcaire, le pH augmente brutalement et il y a précipitation de minéraux phosphatés (dahllite principalement) (Goldberg et Nathan 1975 ; White op. cit. ; Karkanas et al. 2000). Les liserés d’oxydes manganiques amorphes sont fréquemment associées aux encroûtements de dahllite (Goldberg et Nathan op. cit.).

97Des carbonatations se manifestent essentiellement à deux niveaux :

  • dans les dépôts les plus superficiels, notamment à l’entrée de la cavité (coupes E, D-D’ et G), où elles constituent l’horizon K d’un calcarisol ;

  • dans les dépôts profonds : dans l’unité 2 et le niveau charbonneux qui la recouvre (base de l’unité 3).

98La présence de carbonates dans l’unité 2 peut avoir pour origine, au moins pour partie, les cendres calcitiques associées à la passée charbonneuse sus-jacente (Courty et al. 1989 ; Wattez 1992). En outre, sa localisation à proximité du substratum et son faible taux de matière organique ont dû favoriser la saturation des eaux en carbonates et leur précipitation.

99Enfin, des carbonatations sont présentes à proximité des parois ou des blocs effondrés.

100Par ailleurs, la formation de pseudomorphoses calcitiques de cellules racinaires est liée à l’absorption du Ca 2+ des solutions du sol par les racines. Les hypocutanes calcitiques sont produits par une précipitation rapide de carbonate de calcium liée à une dessiccation locale du sédiment due au métabolisme des racines (Becze-Deak et al. 1997).

101La bioturbation, d’ampleur variable, s’est manifestée dans toute la cavité. Elle peut perturber des structures sédimentaires, jusqu’à homogénéiser des sols initialement structurés (Wood et Johnson 1978 ; Armour-Chelu et Andrews 1994 ; Canti 2003). Ainsi, les dépôts situés à l’entrée de la cavité sont massifs (coupes G, E, D’-D et une grande partie de la coupe A). L’activité anthropique et animale a enrichi les sédiments en matière organique et a ainsi probablement favorisé un brassage par la microfaune.

102Des phases anciennes de bioturbation ont été reconnues. Des biotubules remplis de quartz lavés et triés, situés en profondeur, indiquent une pénécontemporanéité avec la sédimentation par ruissellement. En outre, les agrégats fécaux constituent l’essentiel du plasma des dépôts. Ces derniers sont localement redistribués autour des grains et participent à la formation de coiffes.

103Le gel a participé à la structuration des dépôts. Une structure lamellaire a été repérée quasiment partout sur le site, sauf dans les dépôts très bioturbés et dans les plus profonds (unités 1 et 2). Elle est induite par des alternances gel-dégel en contexte périglaciaire (Van-Vliet-Lanoë 1985, 1988). Un cryosol profond s’est donc développé. La structure lamellaire est généralement associée à des coiffes disposées sur la face supérieure des grains. Le caractère non trié de la structure lamellaire dans la coupe E s’explique probablement par une plus grande richesse en argiles (Van Vliet-Lanoë op. cit.). Dans cette zone (coupe E), la structure lamellaire se superpose à une structure granulaire (cf. supra), suggérant ainsi la succession de deux phases à cryosol.

104Enfin, le gel a indirectement contribué à la déformation des dépôts de l’unité 3. Dans les coupes C et F, les dépôts sont étirés et épousent la forme des blocs effondrés sus-jacents. Cela nécessite un engorgement. Les infiltrations liées à un ruissellement épisodique semblent insuffisantes dans la mesure où les sédiments sont très poreux. En revanche, la fusion d’un pergélisol riche en glace peut provoquer ce phénomène de liquéfaction lorsque la base du sol est encore gelée et constitue une sole imperméable empêchant l’écoulement rapide des eaux de fonte. Les déformations observées peuvent être attribuées, dans ce contexte, à des figures de charge périglaciaires (“ periglacial loading ”, French 1996).

105Quant aux perturbations anthropiques, elles sont très postérieures à la formation du site (principalement médiévales, cf. supra). Aucun indice de piétinement ou d’aménagement particulier par les préhistoriques n’a été mis en évidence.

Processus de formation du site

106Les données recueillies dans cette étude permettent de proposer une reconstitution de l’évolution du remplissage (fig. 15). En outre, les processus sédimentaires caractérisant les unités litho-stratigraphiques ainsi que les correspondances entre ces dernières et les unités archéo-stratigraphiques sont synthétisées dans le tableau 1.

Figure 15 - Evolution du remplissage du Roc de Marsal.
Figure 15 - Evolution of the Roc de Marsal deposits.

Figure 15 - Evolution du remplissage du Roc de Marsal.Figure 15 - Evolution of the Roc de Marsal deposits.

a-f: cf. texte
a-f: see text.

Tableau 1 - Le Roc de Marsal : processus sédimentaires, gélisols et correspondances entre les unités archéo-stratigraphiques (définies par Lafille) et les unités litho-stratigraphiques.
Table 1 - Roc de Marsal : sedimentary processes, gelisol and correspondences between archaeo-stratigraphic units (after Lafille) and litho-stratigraphic units.

Tableau 1 - Le Roc de Marsal : processus sédimentaires, gélisols et correspondances entre les unités archéo-stratigraphiques (définies par Lafille) et les unités litho-stratigraphiques.Table 1 - Roc de Marsal : sedimentary processes, gelisol and correspondences between archaeo-stratigraphic units (after Lafille) and litho-stratigraphic units.

107La première phase correspond au colmatage des poches karstiques (unité 1) par des sédiments provenant des formations superficielles du plateau (fig. 15a). Le processus sédimentaire identifié est le ruissellement. Les quelques artefacts repris dans les dépôts n’ont pas été attribués à une industrie particulière mais attestent d’un âge Pléistocène.

108La deuxième phase correspond au dépôt de l’unité 2 (fig. 15a). Le ruissellement est le processus sédimentaire majeur. Il est associé à une éboulisation modérée. Le sédiment provient essentiellement du substratum désagrégé. Il y a peu de matériel archéologique dans ces niveaux. Néanmoins, des occupations humaines sont incontestables : le niveau rubéfié et tronqué a été interprété comme une sole de foyer (cf. supra). Le matériel de la dernière couche de l’unité (couche I) a été attribuée au Moustérien à denticulés (Bordes et Lafille 1962).

109La phase suivante correspond à la formation de l’unité 3 (fig. 15b) essentiellement par ruissellement, accompagné d’une éboulisation variable. Les vestiges d’origine anthropique, nombreux, ont été souvent affectés par le ruissellement (redistributions dans des lentilles à fond concave, résidualisations, tris, érosions). Les dépôts près de l’entrée, où s’établissaient préférentiellement les occupations, sont très riches en matière organique. Cela a favorisé une intense bioturbation.

110Un effondrement généralisé de la voûte s’est ensuite produit (unité 4 ; fig. 15c).

111Enfin, l’unité 5 s’est déposée (fig. 15d), probablement par ruissellement diffus.

112L’action du vent a également pu participer au remplissage, notamment lors de la formation de l’unité 5 (cf. supra), sans qu’il soit possible de la mettre clairement en évidence.

113Un pergélisol a affecté les dépôts des unités 3 et 4. D’après les données géologiques, sa formation a pu se situer à n’importe quel moment entre la mise en place de l’unité 3 et la fin du dépôt de l’unité 5 (tabl.1). A l’entrée de la cavité, des phénomènes de solifluxion se sont produits (fig. 15e).

114Lors du réchauffement climatique suivant, la dégradation du pergélisol engendre la formation de figures de charge périglaciaires localisées « Periglacial loading » ; French 1996) (fig. 15f).

115Un nouveau refroidissement, moins rigoureux que le précédent, provoque la formation d’un gélisol saisonnier (tabl.1).

116Un calcarisol se met en place à l’Holocène et l’horizon K se développe dans les dépôts superficiels.

117Enfin, des occupations humaines récentes sont responsables de la formation du diamicton superficiel (unité 6), reprenant pour partie les sédiments de l’unité 5. Une lacune sédimentaire entre les unités 5 et 6 résulte de ces remaniements et des aménagements de la cavité (tabl.1).

118Une autre lacune sédimentaire est probable entre les unités 4 et 5 (tabl.1). En effet, les données lithiques et surtout paléontologiques (Bordes et Lafille op. cit. ; Van Campo et Bouchud 1962) permettent d’envisager que l’unité 3 s’est déposée principalement durant le stade isotopique 4 et l’unité 5 durant le stade isotopique 2, l’unité 4 ne représentant qu’un événement instantané à l’échelle géologique.

Implications pour l’archéologie

119L’identification des processus sédimentaires et diagénétiques fournit des indications pour discuter du potentiel informatif des vestiges archéologiques.

120Les perturbations associées à l’éboulisation sont vraisemblablement limitées. Les redistributions d’objets dues à l’impact des cailloux lors de leur chute ou à l’autotamisage n’ont probablement pas été importantes (les dépôts étant toujours à support matriciel), excepté peut-être dans les dépôts qui encadrent les blocs d’effondrement (unité 4).

121Le ruissellement, au contraire, peut avoir des effets considérables sur les vestiges archéologiques, notamment lorsqu’il est concentré. Il a pu occasionner des déplacements latéraux plus ou moins importants, d’ordre décimétrique à métrique (Kirkby et Kirkby 1974). Le ruissellement peut également inciser les dépôts et exhumer des objets plusieurs fois avant de les enfouir définitivement, ou bien les résidualiser par prise en charge sélective des particules fines, jusqu’à former des concentrations susceptibles d’être confondues avec des niveaux d’occupation (Texier 2000). Ainsi, des mélanges entre ensembles archéologiques distincts sont possibles.

122En outre, les couches définies par Lafille ont été individualisées sur la base de variations texturales et colorimétriques. Or, le ruissellement peut, au cours d’un même épisode, mettre en place plusieurs lithofaciès juxtaposés, ce qui implique qu’une même nappe de vestiges peut être enfouie dans des sédiments de faciès différents (Texier op. cit.). Réciproquement, un même faciès peut se former lors d’épisodes distincts de dépôt, voire par des processus différents. Aussi, les corrélations de couches à distance d’après leur couleur et texture peuvent être erronées. C’est le cas, par exemple, de la couche I, appartenant à l’unité litho-stratigraphique 2, raccordée dans l’étude d’Assassi (1986) au substratum désagrégé de la coupe F.

123La solifluxion n’a été mise en évidence qu’en avant de la cavité (coupe E). Elle a pu s’accompagner d’un mélange des ensembles archéologiques dû à la progression des matériaux affectés par ce processus (Texier et al. 1998). Cependant, il est probable qu’elle n’a eu qu’un impact limité.

124Parmi les processus diagénétiques, la bioturbation a participé de façon prédominante à l’altération de l’enregistrement archéologique. Son impact sur le site est remarquable, en particulier vers l’entrée de la cavité, mais il est difficile de l’évaluer précisément car elle a effacé les structures et homogénéisé les dépôts. Les déplacements de matériel archéologique peuvent donc être à la fois importants et non identifiables.

125Finalement, quelques indices géologiques sont en faveur d’une bonne préservation, au moins ponctuelle, des niveaux archéologiques.

126La sole de foyer dans l’unité 2, peu bioturbée, est un indicateur fiable de la préservation localisée d’un paléosol archéologique. Cependant, c’est tout ce qui a survécu d’une aire de combustion, le reste ayant vraisemblablement été tronqué par le ruissellement.

127Le niveau charbonneux à la base de l’unité 3 de la coupe A est parfaitement délimité et contient encore des cendres. Pourtant, d’après la présence de lentilles grossières et triées, il a été affecté par le ruissellement. Il pourrait s’agir d’une zone de combustion retouchée par le ruissellement.

128Par ailleurs, la présence de cendres préservées entre certains objets, à l’extérieur (coupe E), montre que si les perturbations post-dépositionnelles ont été globalement importantes, elles ne se sont pas manifestées de manière équivalente dans l’ensemble des dépôts.

129Il serait intéressant de confronter ces hypothèses à celles déduites des études typo-technologiques. Seule la prise en compte des données archéologiques permettra de préciser l’ampleur des perturbations associées aux processus dynamiques. Des remaniements existent, mais les études lithiques menées jusqu’ici n’ont pas mis en évidence de mélanges de faciès industriels (Turq 1979 ; Antignac 1998 ; Thiebaut 2000).

La question de la “ fosse ” néandertalienne

130Le problème de l’intentionalité du creusement de la fosse dans laquelle reposait le squelette de l’enfant néandertalien peut être de nouveau soulevé. La position du squelette a ainsi été décrite par Bordes et Lafille (1962) : “ le squelette enrobé dans un sédiment noirâtre se trouvait dans une fosse de 90 x 70 cm environ, creusée dans la couche I. (...) Une couche jaune de calcaire gréseux décomposé recouvrait la fosse (...) ”.

131Il apparaît une nette analogie entre l’environnement géologique du squelette et ce que l’on peut observer aujourd’hui à deux mètres de distance, dans la coupe C (fig. 3). Une dépression dans le substratum désagrégé présente des parois sub-verticales. Elle mesure environ 25 cm de profondeur pour 50 cm de largeur apparente. De plus, cette dépression est comblée par des sédiments charbonneux, comme ceux qui enrobaient le squelette, déposés sous forme de lentilles. Enfin, le substratum est très altéré, voire meuble dans sa partie supérieure et il s’agit d’un calcaire jaune gréseux, comparable à celui qui recouvrait la sépulture.

132La dépression et les sédiments associés décrits ici présentent un ensemble de caractères qui s’explique par l’intervention de phénomènes naturels. En effet, l’incision de la dépression ainsi que son colmatage ultérieur par des lentilles de sédiments charbonneux peuvent être attribués à l’action du ruissellement (cf. supra). De même, l’épandage de calcaire désagrégé par un ruissellement diffus a été reconnu en divers endroits de la grotte et notamment à quelques centimètres de l’emplacement de la sépulture (dans la coupe F).

133Ces observations amènent à se demander si la “ fosse ” dans laquelle reposait le squelette ne pourrait pas être naturelle. Les Néandertaliens auraient exploité cette dépression de manière opportuniste pour déposer le corps.

Conclusion

134Le ruissellement prédomine tout au long de l’édification du remplissage de la cavité. L’éboulisation et les apports d’origine anthropique et animale participent également à la sédimentogénèse, en proportions variables.

135Du fait du caractère perturbateur du ruissellement, la probabilité de préservation de l’intégrité des niveaux archéologiques est faible. De plus, la bioturbation, omniprésente dans les niveaux anthropisés, constitue un facteur de perturbation supplémentaire. Cependant, des structures de combustion partiellement conservées ont été mises en évidence. Les remaniements sont visiblement d’importance variable. Seule la prise en compte de l’ensemble des données archéologiques permettra de préciser leur ampleur.

136Le ruissellement et l’éboulisation sont des processus ubiquistes qui n’apportent pas d’informations d’ordre climatique. En revanche, deux phases cryogéniques ont été identifiées. Elles correspondent sans doute à la formation d’un pergélisol (contemporain du stade isotopique 2 ?) puis d’un gélisol saisonnier.

Remerciements
Je remercie le Conseil Général de la Dordogne et le Service Régional de l’Archéologie d’Aquitaine pour m’avoir autorisée à travailler sur ce site et pour leur soutien financier, ainsi que le Service Départemental de l’Archéologie de la Dordogne pour son aide logistique.
Je tiens à remercier également les personnes qui m’ont aidé lors de mon DEA et celles qui ont apporté leurs commentaires et corrections à ce papier, en particulier J.-P. Texier.

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Notes

1  Contre les blocs de la coupe F, on observe localement un placage de sables fins limoneux, à fraction grossière abondante (matériel archéologique, fragments calcaires). Une structure lamellaire y est visible. Il s’agit probablement des vestiges d’une couche entièrement fouillée. Elle n’est pas représentée sur la figure 3. Sa couleur est jaune (10YR7/6).

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List of illustrations

Title Figure 1 - Localisation du Roc de Marsal.Figure 1 - Location of the Roc de Marsal.
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Title Figure 2 - Plan schématique des cavités (d’après Bouchereau 1967, modifié).Figure 2 - Schematic plan of cavities (after Bouchereau 1967, modified).
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Title Figure 3 - Coupes A, C, F, H et G.Figure 3 - Sections A, C, F, H and G.
Caption Légende : 1 : substratum. 2 : substratum désagrégé. 3 : sables triés dans une matrice d’argile rouge. 4 : sables grossiers quartzeux et calcaires. 5 : niveau rubéfié. 6 : passées charbonneuses. 7 : sables limoneux à argileux, plus ou moins bioturbés et riches en vestiges d’origine anthropique. 8 : blocs calcaires effondrés. 9 : diamicton à matrice sablo-argileuse, localement carbonaté. 10 : dépôts superficiels remaniés. 11 : cendres. 12 : horizon carbonaté. 13 : sol organique. a : matériel archéologique. b : lentille grossière ou sableuse. c : décrochement du plan de coupe et perturbations importantes (terriers, silo). d : emplacement du squelette de l’enfant néandertalien.Legend: 1: bedrock. 2: disaggregated bedrock. 3: sorted sands in a red clayey matrix. 4: quartz and calcareous coarse sands. 5: reddish level. 6: charcoal-rich levels. 7: loamy to clayey sands, with some bioturbation and rich in anthropogenic remains. 8: limestone slab break down. 9: diamicton with a silty-clayey matrix, locally carbonated. 10: surface reworked deposits. 11: ashes. 12: carbonated horizon. 13: organic soil. a: archaeological material. b: coarse or sandy lens. c: offsetting in the section plan and important disturbances (burrow, silo). d: location of the neandertal child skeleton.
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Title Figure 4 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 1.Figure 4 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 1.
Caption Dépôts granoclassés : une fin de séquence limono-argileuse est surmontée par des sables marquant le début d’une autre séquence de dépôt par ruissellement.Sorted deposits: clayey silts (top of a sequence) overlaid by sands indicating the beginning of a new run-off deposit sequence.
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Title Figure 5 - Coupe A, unité 2 : niveau rubéfié.Figure 5 - Section A, unit 2: reddish level.
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Title Figure 6 - Coupe A, base de l’unité 3 : lentille charbonneuse et bloc calcaire encroûté par des phosphates associés à un liseré d’oxydes manganiques.Figure 6 - Section A, unit 3 base: Charcoal-rich lens and limestone block encrusted with phosphates associated to manganic oxydes.
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Title Figure 7 - Coupe E, unité 3 (diamicton) : os fragmenté et cisaillé.Figure 7 - Section E, unit 3 (diamicton): fragmented and sheared bone.
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Title Figure 8 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 3 : structure lamellaire triée.Figure 8 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 3 : sorted platy structure.
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Title Figure 9 - Microphotographie (LN). Roc de Marsal, unité 3 : coiffe argilo-limoneuse massive et manchons racinaires.Figure 9 - Photomicrograph (PPL). Roc de Marsal, unit 3: massive clayey silt capping and hypocoatings.
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Title Figure 10 - Fabriques des objets contenus dans l’unité 3 des coupes D-D’ et G : diagrammes polaires de Schmidt (hémisphère inférieur). L : « vector magnitude » (Curray 1956). p : facteur de probabilité ou test de Rayleigh. E1, E2, E3 : valeurs propres normalisées (Woodcock 1977). r1 = ln E1/E2. r2 = ln E2/E3. s. var. : variance sphérique. K = r1/r2. Rbar: test d’uniformité.Figure 10 - Fabric of artefacts from unit 3 in sections D-D’ and G: Schmidt stereonets (lower hemisphere). L: vector magnitude (Curray 1956). p: probability test of Rayleigh. E1, E2, E3: eigenvalues (Woodcock 1977). r1=ln E1/E2. r2= ln E2/E3. s. var.: spherical variance. K =r1/r2. Rbar : uniformity test.
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Title Figure 12 - Diagramme de texture (d’après Jamagne in Duchaufour 1997).Figure 12 - Texture diagram (after Jamagne in Duchaufour 1997).
Caption 1 et 2 : substratum désagrégé, coupe F ; 3 : calcaire désagrégé issu d’un banc de la falaise situé environ 2 m en dessous du niveau actuel de l’entrée de la cavité ; 4 : unité 1, coupe A ; 5 : lambeau de dépôts à faciès sidérolithique situé sur le plateau, à 200 m du site ; 6 : colmatage à faciès sidérolithique d’un conduit karstique recoupé dans la carrière de Campagne ; 7 et 8 : unité 3, coupe A ; 9 : unité 5, coupe A ; 10 : unité 5, coupe C.1 and 2: disaggregated bedrock, section F. 3: disaggregated limestone from a cliff bed situated about 2 m below the present level of cavity entry. 4: unit 1, section A. 5: remnants of siderolithic facies deposits, situated on the plateau, 200 m from the site. 6: siderolithic facies filling of a karstic pipe, intersected in the quarry of Campagne. 7 and 8 : unit 3, section A. 9 : unit 5, section A. 10 : unit 5, section C.
URL http://paleo.revues.org/docannexe/image/1227/img-11.png
File image/png, 8.9k
Title Figure 13 - Courbes granulométriques regroupées par familles.Figure 13 - Granulometric curves groups.
Caption a : calcaires désagrégés ; b : dépôts à faciès sidérolithique ; c : couches archéologiques.a: disaggregated limestone. b: siderolithic facies deposits. c: archaeological levels.
URL http://paleo.revues.org/docannexe/image/1227/img-12.png
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Title Figure 14 - Frequency histogram of the different components of the sandy fraction.
URL http://paleo.revues.org/docannexe/image/1227/img-13.png
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Title Figure 15 - Evolution du remplissage du Roc de Marsal.Figure 15 - Evolution of the Roc de Marsal deposits.
Caption a-f: cf. textea-f: see text.
URL http://paleo.revues.org/docannexe/image/1227/img-14.png
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Title Tableau 1 - Le Roc de Marsal : processus sédimentaires, gélisols et correspondances entre les unités archéo-stratigraphiques (définies par Lafille) et les unités litho-stratigraphiques.Table 1 - Roc de Marsal : sedimentary processes, gelisol and correspondences between archaeo-stratigraphic units (after Lafille) and litho-stratigraphic units.
URL http://paleo.revues.org/docannexe/image/1227/img-15.png
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References

Bibliographical reference

Isabelle Couchoud, « Processus géologiques de formation du site moustérien du Roc de Marsal (Dordogne, France) », PALEO, 15 | 2003, 51-68.

Electronic reference

Isabelle Couchoud, « Processus géologiques de formation du site moustérien du Roc de Marsal (Dordogne, France) », PALEO [Online], 15 | 2003, Online since 02 August 2010, connection on 25 May 2017. URL : http://paleo.revues.org/1227

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About the author

Isabelle Couchoud

Institut de Préhistoire et Géologie du Quaternaire, UMR 5808 du CNRS, Université Bordeaux 1, Avenue des Facultés, F -33405 Talence cedex. mel : i.couchoud@ipgg.u-bordeaux1.fr

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