Prsentation PowerPoint

1
 Les changements climatiques dans une
perspective historique et systémique des
interactions société-environnement naturel dans
lEmpire romain , Université Laval, Québec,
18-20 nov. 2008
 Evolution du climat, forçage agraire, et
adaptations des sociétés antiques de la Gaule
Narbonnaise  aux modifications des systèmes
fluviaux Jean-François Berger, UMR 6130
Cepam-UNSA
2
La zone méditerranéenne est caractérisée par des
interactions entre le système climatique nord
atlantique et le système climatique tropical
(marqué par la mousson) de lAfrique du Nord et
du Moyen Orient
Carotte glaciaire GISP 2
On observe des changements paléohydrologiques aux
échelles centennales dans le bassin
méditerranéen, situé entre ces deux systèmesLes
péjorations climatiques les plus importantes de
la seconde moitié de lHolocène (800-500 av. JC
et 1350-1850 ap. JC) sont induits par des
variations de lactivité solaire, relayées par
la circulation océanique, et localement
amplifiées par lactivité volcanique. Elles
génèrent des fonctionnements climatiques zonaux
en fonction de la latitude et de la longitude
Carottes océaniques
Westerlies
Grotte dHoti
A lHolocène ancien oscillations climatiques
millénaires en phase depuis les pôles (glaciers)
jusquaux zones tropicales
mousson
Preboreal oscillation
froid
frais/ humide
Sahara vert
Sahara vert
aride
3
Les principales thématiques abordées
Evolution des idées sur le climat de
lAntiquité (depuis la généralisation des
sciences de lenvironnement en archéologie, circa
1980)
Avant tout liée à l

• Evolution des démarches paléoenvironnementales
• Choix des lieux les mieux adaptés (sites urbains
  stratifiés avec haute résolution chrono)
• Choix des sites les moins perturbés par les
  actions humaines (lacs, glaciers,spéléothems)
• Appréciation du degré danthropisation des
  paysages, dartificialisation des hydrosystèmes)
• Introduction des analyses systémiques à léchelle
  des bassins versants
• Evolution de nos connaissances sur les mécanismes
  climatiques globaux qui guident le
• climat planétaire

Evolution des méthodes dinvestigation -de en
sophistiquées (datations absolues avec 14C AMS,
microscopie optique, scanners de la géophysique)
Evolution des Concepts autour du paradigme des
interactions société-environnement
4
Co-évolution société-milieu et variabilité
spatio-temporelle du risque en milieu fluvial
crises et réponses du système (ou le
conditionnement à la variable géomorphologique)
Dynamique écologique
Actions humaines (bassin versant)
Climat
Feux, Saison végétative
Selon cycles Agraires, et techniques
Actions humaines (espace et risque)
Qs Ql
Evènement hydrologique
Processus de vulnérabilisation
Digues, remblais, canalisations, occupation et
exploitation des zones inondables (espace du
risque)
/-

Ajustement du milieu fluvial


Vulnérabilité
Rétroaction positive
Aléa
_

_

_
Adapté daprès Bravard 2004
Risque
Atténuation du risque Rétroaction négative)
5
Les secteurs et échelles danalyse
6
Cartographie des sources exploitées et discutées
Limite de la Narbonnaise
Source fluviale
Source lacustre
Source karstique
7
Sources sédimentaires exploitées Démarches et
outils danalyse
8
100m
An example of a Late holocene fluvial
sequence record (from 3000 BC to the modern
Period)
Transversal trench of Vermenon river plain
Une 20aine de niveaux dincendie Une 10aine datés

• 30 14C dates
• 10 archaeological layers
• from Late Neolithic to moderne period

9
Lévolution des formes fluviales
Etudes de terrain en tranchées
Style fluvial en tresses du Rhône (XVIIe- XXe
s.), aujourdhui résiduel
Méandre fossile du Rhône médiéval et moderne
Chenal en tresses fossile
Photo JF Berger
Photo IGN
1. Géomorphologie et sédimentologie fluviales
Etudes de terrain par carottage
(1) Enregistrement des métamorphoses des systèmes
fluviaux dans les zones de piémont, (2) des
avulsions, (3) de la fréquence et lintensité des
crues, (4) des épisodes de torrentialité, (5)
des taux daccrétion des tourbes et (6) des
dépôts minéraux dans les plaines, (7) des
phases dencaissement des lits
Photo JF Berger
10
Photo JF Berger
Photo JF Berger
P3
Les accumulations de CaCO3 évapo-transpiration
P2

• 2. La paléo-pédologie fluviale
• (1) Stabilisation des plaines alluviales/type de
  
• couvert végétal associé
• (2) Indicateurs pédoclimatiques (drainage
  naturel,
• évapotranspiration, feux)
• (3) Indicateurs anthropiques (type
  dexploitation),
• Étroite relation entre paléosols et sols
  doccupation
• (conditions plus favorables)
• (4) Variations du potentiel agrologique

P1
Plaine dinondation de la Berre (Drôme) Une
succession de paléosols holocènes
11
3. Larchéo-morphologie et la géoarchéologie
agraire
12
Lhistoriographie du climat et la démarche
géoarchéologique
13
Iere étape (fin des années 80/début années 90)
Mise en évidence de 4 phases de dégradation
hydroclimatique 1er âge du Fer/ Haut Empire/
Transition Antiquité Tardive-Moyen
Age/PAG (Bravard et al. 1990, 1992, Berger 1995,
1996, Ortolanni et Pagliuca 1996) Labsence de
signatures hydrosédimentaires en basse Provence
et dans les Alpes du Sud au haut Empire
(Provansal et Jorda 1992, 1996, Provansal et
Morhange 1994) conforte lidée dune limite
bioclimatique
Daprès Bravard et al. 1992
Interprétations alors purement climatiques !
(héritage de Vita Finzi)
14
2éme étape (milieu des années 90)
Vers la spatialisation des phénomènes observés à
léchelle de l hémisphère nord Variations aux
échelles régionales selon un gradient Nord-Sud
avec glissement des zones bioclimatiques lors
des principaux changements climatiques (cf.
Ortolanni et Pagliuca 1996, Bravard 1997, Berger
1996, Provansal et al. 1999)
Interprétations toujours purement climatiques !
15
3éme étape (début des années 2000)

• Apparition et argumentation de lidée de forçages
  anthropo-climatique romains
• culminant entre 100 BC-100 AD par confrontations
  interdisciplinaires à différentes
• échelles danalyses spatio-temporelles (Berger
  2003, Petit 2006, Berger et al. 2007
• et 2008) Apport déterminant des analyses
  systémiques et des progrès réalisés dans
• le domaine paléoclimatique (glaciers, lacs,
  océans) dans cette dialectique société-climat
• Résultats rejoignent alors les hypothèses émises
  pour dautres régions du bassin méditerranéen
• et des périodes antérieures (grecques, mycénien,
  helladique ancienBintliff, Van Andel, Runnel)
• mais avec nettement moins darguments et une
  vision déterministe du  tout culturel 
• Changements géomorphologiques majeurs associés à
  la mise en place des
• systèmes agraires romains autour de la
  Méditerranée et jusquà lEurope moyenne,
• modifiant considérablement le fonctionnement des
  cours deau dans lespace
• nord méditerranéen
• Changements de cours (avulsions), fréquence des
  crues,  crevasses splays ,
• tressage-torrentialité) phénomènes compliquant
  les tentatives dartificialisation des
• hydrosystèmes et de gestion intégrée de leau par
  les romains (rétroaction négative)
• Interprétations climatiques et anthropiques selon
  les contextes !

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Comment se matérialise le forçage romain sur
lenvironnement
17
Le  forçage  romain du haut Empire une
multiplication du nombre de sites sans précédent
Berger et al. 2007
Evolution de la densité du peuplement entre 800
av. et 800 ap. J.C. En moyenne vallée du Rhône
(Tricastin-Valdaine) La période romaine ne
représente quune partie du cycle dexpansion
 démographique  amorcé vers 200 av. JC et qui
sachève au VIIIe s. ap. J.C. !
18
La dynamique des réseaux hydrauliques
200 km
Le  forçage  romain du haut Empire
19
Photo P. Boissinot
Le  forçage  romain du haut Empire Un essor
des cultures peu protectrice des sols
Le développement de la viticulture à des fins
capitalistes (exportation)
20
Quelle place réserver à la période romaine dans
la longue durée ?
Les données de larchéologie spatiale, de la
paléobotanique et sur lhydraulique indiquent 4
périodes dexpansion agraire depuis le Bronze
final 3b jusquau début du Moyen Age! Une
cinquième phase pourrait être représentée par la
fin du VIe s.et le Ve s. av. JC. Mais nos
données paléobotaniques sont peu nombreuses
pour cette période La phase danthropisation
majeure est centrée sur le Ier s. de notre ère
21
4éme étape (fin des années 90 à 2008)
Laffinement des chronologies fluviale et
climatique aux échelles micro- régionales
favorise la confrontation aux sources
paléoclimatiques glaciaires et marines à haute
résolution temporelle et aux sources historiques
et archéologiques et permet  en théorie  de
discriminer les signaux climatiques mineurs des
actions anthropiques Faits observés Forte
variabilité hydroclimatique avec succession
doscillations de courte durée (décennaux à
centennaux) en lien avec les changements de
circulations atmosphériques et de faible
amplitude dans une ambiance générale doptimum
climatique (Roman Warm Period) (Provansal et al.
1999, Bruneton et al. 2001, Salvador et al.
2002, Berger et al. 2003, Arnaud-Fassetta et
Landuré 2003, Benito et al. 2008, Berger et al.
2008) fortement amplifié à léchelle du Bassin
méditerranéen et ses marges septentrionales par
les pratiques agraires Interprétations
climatiques et anthropiques selon les contextes !
22
Ambrussum un enregistrement régulier des crues
du Vidourle (400 BC-500 AD)
Méditerranée
Le Vidourle et les différentes carottes étudiées
dans son bassin aval
23
Ambrussum un enregistrement régulier des crues
du Vidourle (400 BC-500 AD)
Photo J.L. Fiches
Berger et al. 2003
24
Les spéléothems nouveau marqueur
paléoclimatique des milieux karstiques
La largeur des laminations annuelles est
proportionnelle à lexcédent hydrique
Interprétation Fort déficit hydrique entre 200
av. JC et 200 ap. JC, puis entre 600 et 1200 ap.
J.C. (max. entre 900 et 1000 ap. J.C., POM)
Perrette, 2000
25
Les crues karstiques du massif du Bugey (sud Jura)
La grotte du Gardon (Sordoillet 2002)
26
Les fluctuations lacustres du domaine jurassien
et alpin
550-650 AD 700-850 AD
850- 550 BC
200- 300 AD
Toscane- Accesa
50AD
Jura- Alpes
14C résiduel
Un lien étroit avec lactivité solaire
Magny 2004 et 2007
Cal. BP
27
Le signal détritique du Lac du Bourget daprès
les marqueurs géochimiques des crues du Rhône
Daprès modèle âge-profondeur
Arnaud et al. 2007
PAG paroxysmal
PAG
POM
POM paroxysmal
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Essai de confrontation au cadre archéologique du
Lac du Bourget
Zoom sur le Bronze Final / Age du Fer
-600 reprise des constructions en bord de lac
Dernier abattage -805
-795 début de la Péjoration du 1er Age du Fer
Dates Billaud et Marguet, 2005 Billaud, 2005
29
Les mouvements glaciaires dans les Alpes
PAG
Ht-Moyen Age 500-750 AD
1er Fer (900-500 BC pic 750-500)
1700
150-250 ap. JC
1875
1400
Fin de la Protohistoire et période antique
sans progradation glaciaire majeure
30
Le signal détritique des débacles dicebergs
dans lAtlantique nord (lien avec la circulation
thermohaline le gulf stream)
Bond et al. 2001
31
5éme étape (2005-2008 et suivantes)
La confrontation aux mécanismes climatiques et
aux modélisations couplées  Océan-Continent-atmo
sphère  actuels (North Atlantic
Oscillation) L'indice NAO mesure la différence de
pression entre l'anticyclone des Açores et la
dépression d'Islande. Inversion de polarité de la
NAO autour dune limite nord méditerranéenne
située autour des 42- 44 N, avec tripartition
climatique sur lEurasie et le monde Méditerranéen
I
A
Heinz Wanner
32
NAO une perturbation du climat active entre
lest de lAmérique du Nord et la Sibérie
centrale avec des périodicités de 70, 20 et 7.3-8
années
Source Martin Visbeck et Heidi Cullen

• Index NAO négatif
• Anticyclone des açores faible, flux douest moins
  
• rapides, les perturbations océaniques
  sengouffrent
• en Méditerranée, hiver sec et froid en Europe du
• Nord sous linfluence de lanticyclone de
  Sibérie
• Augmentation des apports neigeux entre lEurope
• du Nord et la Méditerranée (retour dest)

Index NAO positif -Fortes Hautes
pressions tropicales qui repoussent les
dépressions océaniques sur lEurope du
Nord -Faible pression sur lAtlantique et
lEurope du nord (grande douceur, hivers chauds
et humides sur l Europe non méditerranéenne,
multiplication des Tempêtes), hivers secs et
doux en Méditerranée
33
Carte du monde romain du second siècle et des
zonages climatiques NAO
60 N
Froid et aride
à partir des proposition Récentes de
zonage climatique pour le  8200 event  (6250
av. JC)
Transition/FCS
50 N
Frontières de lEmpire romain
Frais et humide
Une tripartition climatique sur lEurasie et
lAfrique du Nord avec deux zones de
transition à forts contrastes saisonniers (modifié
daprès Magny et aL. 2003, et Berger Guilaine
2008)
Transition/FCS
40N
Chaud et aride
Berger 2008
30N
Dans cette configuration, le climat peut être
périodiquement contraire de part et dautre de
cette limite et imposer des contraintes
différentes aux sociétés dagropasteurs aux
échelles régionales)
34
ANR  Dylit  et  Pygmalion 
Remplissage lacustre du Chili (Boès et al.)
Lavenir en paléoclimatologie continentale ?
Létude haute résolution de séquences laminées
permettant de travailler à léchelle de la crue
ou dune série de crue et de rechercher leur
fréquence et des périodicités de type NAO est
amorcée. Les outils adaptés de la géologie marine
sont disponibles (Géophysique avec scanners XRF
et radiographies, et microscopie optique avec
lames minces)cf. Rhône, Vidourle (Cepam) ou de
lacs alpins daltitude (Edytem)
Le PAG en Languedoc
Paléochenal du Rhône de Champ-Collet (Isère)
Berger et al. sous presse
35
Temporalités et cycles des paléoenvironnements
Les paramètres du climat antique, sa place dans
la longue durée et les cycles majeurs de la
période post-glaciaire)
36
Les temporalités et évolutions du système fluvial
A/Les stades dévolution identifiés lors de la
métamorphose des systèmes fluviaux (daprès
Bravard 2004, Berger et al. 2007) stade 1 Plus
haute fréquence ponctuelle de laléa hydrologique
(durée dune saison à quelques années) stade
2 Crise hydrologique temporaire ou transitoire
vers le stade 3 (durée pluri-annuelle à
pluri-décennale) stade 3 Crise hydrologique
durable, la métamorphose fluviale vers le
tressage (durée pluridécennale à séculaire, avec
décalage en aval des bassins versants lié à la
longueur des ajustements fluviaux) Variables
proches énoncées par G.Arnaud-Fassetta (2003)
les 3 périodes de fonctionnement
hydrosédimentaire (FDRs, IFDRs, DDRs) B/Les
stades dintensité/amplitude des crues (durée
instantanée) Typologie des crues 3 classes
(Barriendos, Coeur Lang, 2003)
37
Les temporalités et évolutions du système fluvial
stade 1 Plus haute fréquence ponctuelle de
laléa hydrologique (crues)

• Sous contrôle climato-météorologique déterminant
  lévénement hydrologique
• ou une série dévénement hydrologique (durée
  qqs années)

• Souvent associé au forçage anthropique qui
  sexerce à différents niveaux du
• bassin-versant (à partir de lâge du Bronze
  surtout)
• 1/ Sur les processus dérosion/sédimentation
  accélérés dorigine agropastorale
• en amont des bassins
• 2/ Dans les plaines alluviales mêmes en
  favorisant lamplification de leffet
• dévastateur des crues par léradication des
  ripisylves

3/ par la surélévation des côtes de crue et
accélération de la vitesse du courant lors de
lendiguement et/ou la canalisation des
hydrosystèmes (artificialisation)
Effet sur les plaines alluviales flux
hydrologiques à distance du chenal plus chargés
en Matières en Suspension (MES), plus
turbulents mais accélération des processus de
sédimentation fine en lit majeur peut-être perçue
aussi comme une fertilisation bienfaitrice Notamm
ent dans le cadre de lengraissement des marais
tourbeux par les alluvions de crues minérales
qui accroissent les terroirs agricoles
38
stade 2 Crise hydrologique temporaire ou
transitoire vers le stade 3 (durée pluri-annuelle
à pluri-décennale)
-Remontée du plancher fluvial par des apports
sédimentaires fréquents et en excès issus du
bassin amont (QsgtQl) forte érosion en amont
associée à une baisse de la timberline dans les
hauts bassins (impact du climat) ou à des
défrichements suivis de mises en culture durables
(fixation des terroirs) -Engorgement
sédimentaire des lits mineurs (chenaux moins
profonds, hauts fonds plus fréquents pouvant
perturber la navigation sur certains
tronçons) -Accumulation régulière dalluvions
caillouteuses, notamment dans les cours deau de
rang inférieur (perturbant les prise deau des
ouvrages hydrauliques et comblant parfois
instantanément les réseaux par du matériel
grossier) -Remontée des aquifères fluviales
(contraintes agricoles, nécessité de
développer le drainage ou de sadapter aux
nouvelles conditions par une orientation
plus pastorale des fonds de vallée fluviale et de
zones humides) Défluviations ou changements de
tracé du cours deau plus fréquents ( fort
impact sur les communautés riveraines cf.
destruction ou inadéquation des ouvrages dart
aux nouvelles configurations, rupture
dalimentation des réseaux hydrauliques,
conflits dusage autour de la propriété foncière
et lutilisation des nouvelles terres créées par
les cours deau)
39
Les effets dun changement Hydromorphologique sur
le fonctionnement des réseaux hydrauliques le
cas du bief de la Maladière à Bourgoin (Isère) à
la fin du IVe s. de notre ère.
Vue générale de lempierrement F.77 et du bief
F.78/79
40
5. Ladaptation des sociétés riveraines à laléa
hydrologique le cas du vicus dAoste (nord
Isère) et du changement de cours du Rhône
Rhône romain
Vers -100/50
Tracé contemporain (après 1750)
Tracé médiéval à moderne
Aoste-Prébrulé
Vers -2400/-300
Tressage vers -700/-500
Vers -400/-200
Tracé bas empire À médiéval
Vers -100/50
Vicus dAoste
41
3eme stade la métamorphose fluviale vers le
tressage (pluridécennale à séculaire)
Terme ultime progradation dune nappe
dalluvions grossière vers laval, dont la
vitesse peut être accélérée par la canalisation
entre des digues submersibles (effets majeurs et
souvent irrémédiable à léchelle de plusieurs
générations car la temporalité dune métamorphose
est séculaire (et souvent décalée dans le temps
cf. temps de réponse du bassin amont), Lélargisse
ment parfois considérable de la bande active du
fleuve contraint très fortement les communautés
riveraines (réduction des terres
cultivables, destruction des ouvrages dart et
hydrauliques, impossibilité de fixer des prises
deau, navigation très limitée sauf par bateaux
à fonds plats) Lexhaussement de la bande active
multiplie les hauts fonds et donc les guêts
(communications plus faciles à travers le
fleuve!)
Les modification des fonds de vallées lors dune
métamorphose vers le tressage
42
Choix, vulnérabilité et adaptation des acteurs
romains
43
1. Ladaptation des sociétés riveraines à laléa
hydrologique le cas du site dAmbrussum
(plaine du Vidourle, Languedoc)
Deux siècles et demi de lutte intense contre la
rivière (125 BC-125 AD) Au moins 7 phases
daménagement et de renforcement des berges, Une
remontée de près de 3,00 m du plancher fluvial
44
2. Ladaptation des sociétés riveraines à laléa
hydrologique le cas de la cité lyonnaise
Des adaptations identiques sont identifiées chez
les riverains de quelques cités fluviales des
Trois-Gaules au cours du Ier s. de notre ère
(Bedon 2008)
Salvador et al. 2002
70/ 100
Réponse par des épais remblais sur les berges
du Rhône sous Claude
-10/40 (max. taux de Sédimentation)
Léchelle dadaptation au niveau de la ville
45
3. Ladaptation des sociétés riveraines à laléa
hydrologique le cas des Basses Terres
dauphinoises
Cartographie des différentes générations de
paléochenaux Holocènes des Basses Terres
dauphinoises (Isère)
Léchelle dadaptation au niveau de l unité
physiographique
Une recherche permanente des positions hautes
dans les paysages fluviaux (daprès Gaucher et
al. sous presse)
46
4. Ladaptation des sociétés riveraines à laléa
hydrologique le cas de la moyenne vallée du
Rhône
Un pic doccupation des basses plaines du
Tricastin et de la Valdaine est observé entre 50
BC et 150 AD, synchrone de la crise
hydrogéomorphologique Les populations riveraines
des cours deau se montrent très résilientes
et développent de nombreuses stratégies
dadaptation face au chgt hydrologique
Evolution de limplantation des sites entre 800
av. et 800 ap. J.C. daprès létude quantitative
de plus de 500 sites archéologiques
Ve s.BC
Ier s. AD
Crise hydrologique
Léchelle dadaptation micro-régionale
47
Confrontation des marqueurs climatiques globaux,
des marqueurs hydromorphologiques des domaines
fluviaux et des marqueurs d anthropisation des
paysages nord-méditerranéens
48
Evolution paléohydrologique et morphologique des
cours deau rhodaniens
Crise hydrosédimentaire
Majeure, tressage généralisé (prédominance Torrent
ialité, PAG 1300-1890 AD)
Mineure, 700-850 AD
Mineure, 450-600 AD
Mineure à Majeure 100 BC-200 AD
Mineure, 350-200 BC
Majeure, tressage généralisé, torrentialité) 800-5
00 BC
49
Evolution paléohydrologique et morphologique des
cours deau rhodaniens
Stabilité des plaines alluviales
?
Petit Optimum Médiéval (POM) 850-1250 AD
?
Petit Optimum du Bas Empire, 200-450 AD
Petit Optimum Fer final
Petit Optimum Ve s.BC
Petit Optimum BFIIIb
Les paléosols
50
(No Transcript)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)