The Quaternary deposits of the Somerset levels

Pour citer cet article : Kidson, C. & Heyworth, A., 1976. “The Quaternary deposits of the Somerset Levels”, Quarterly Journal of Engineering Geology, 9, 217–235, DOI 10.1144/GSL.QJEG.1976.009.03.05 

Méthodes

L’étude repose sur plusieurs types d’observations :

• affleurements naturels dans les chenaux et l’estran,
• levés aériens de la zone intertidale réalisés en 1962, 1966, 1969 et 1971,
• prospections au sol,
• tariérages,
• nombreux forages réalisés par les auteurs,
• ainsi que des données de forages issues d’études géotechniques, notamment celles de l’autoroute M5.

Les échantillons ont été étudiés par datations radiocarbone, analyses polliniques et analyses microfauniques afin de reconstruire les milieux de dépôt et les rythmes de sédimentation.

La figure 1 cartographie les dépôts de surface des Somerset Levels : argiles estuariennes côtières, argiles estuariennes internes, argiles fluviatiles, sables dunaires, tourbes et argiles de marais, tourbières hautes, Burtle Beds et substratum/gravels.

La figure 2 représente les dépôts intertidaux de Bridgwater Bay.

La figure 3 localise les forages utilisés, notamment dans Bridgwater Bay, Stert Island et autour de Stolford.

Fonctionnement de la zone intertidale

Les auteurs insistent sur l’importance de l’estran actuel pour comprendre les dépôts anciens : les Levels du Somerset ont eux-mêmes été, jusqu’à une période récente, dans une situation intertidale ou proche de l’intertidal.

La zone intertidale actuelle est très large, jusqu’à environ 3 km, et marquée par un fort marnage, supérieur à 13 m. Elle recoupe à la fois des sédiments quaternaires et des affleurements rocheux liasiques et triasiques.

La stratigraphie holocène observée dans l’estran comprend de puissantes argiles estuariennes, interstratifiées avec des niveaux de tourbe saumâtre ou d’eau douce. Certains niveaux de tourbe ligneuse affleurent sous forme de forêts submergées, avec des troncs visibles.

Les auteurs soulignent cependant que l’interprétation est compliquée par la mobilité des sables, galets et vases actuels : certains dépôts peuvent être récents, remaniés, ou hérités.

Organisation des dépôts holocènes

La stratigraphie holocène est structurée autour de deux grands types de tourbes.

La première est une tourbe basale, qui suit la surface du substratum ou celle des dépôts plus anciens. Elle se forme lorsque la nappe phréatique monte dans la zone côtière en réponse à la transgression holocène. Plus cette tourbe basale est située bas en altitude, plus elle est ancienne. Dans le secteur de la rivière Parrett, elle se trouve jusqu’à environ −20 m OD et date d’environ 8 500 ans BP en années radiocarbone.

Le second ensemble correspond à des tourbes plus hautes, dites approximativement horizontales, qui se développent lorsque la remontée du niveau marin ralentit et devient comparable au taux de sédimentation. À ce stade, de petites variations relatives entre sédimentation et niveau marin provoquent des alternances entre tourbes, argiles saumâtres et argiles estuariennes.
La figure 4, consacrée au secteur de Stolford, montre une coupe à travers la plage de tempête actuelle. Elle illustre la coexistence d’argiles estuariennes bleues, de sables, de galets, de tourbes et de graviers soliflués. Les auteurs y voient aussi un indice de stabilité relative de la côte depuis environ 6 000 ans, car des galets enfouis sous la plage de tempête actuelle suggèrent une position littorale durablement proche de l’actuelle.

La figure 6, en travers de la rivière Parrett, montre un remplissage plus profond, avec des sables et argiles holocènes marins et estuariens au-dessus de la tourbe basale. Elle documente aussi des chenaux abandonnés vaseux de la Parrett, montrant que les cours fluviaux ont pu changer rapidement au sein de cette plaine sédimentaire.

Compaction et reconstruction du niveau marin

Un point méthodologique important est la prise en compte de la consolidation et de la compaction des argiles et des tourbes.

Les auteurs considèrent que certaines surfaces, initialement proches de l’horizontale et liées à la nappe ou au niveau de base du drainage, ont été déformées après dépôt par compaction différentielle. Ils appliquent donc des corrections de compaction, inspirées notamment des travaux de Skempton, avant d’utiliser les altitudes des niveaux datés pour reconstruire la courbe de niveau marin relatif.

Le tableau 1 rassemble les datations radiocarbone utilisées, leurs altitudes actuelles, les corrections de compaction et leur relation avec le niveau de base contemporain. Les âges les plus anciens du tableau atteignent environ 8 480 ± 140 BP et 8 360 ± 140 BP, associés à des niveaux profonds proches de −20 m OD.

Les dépôts du Pléistocène : les Burtle Beds

Les dépôts plus anciens sont représentés principalement par les Burtle Beds. Les auteurs les décrivent comme des accumulations estuariennes et intertidales de silts coquilliers, sables et graviers, associées à des bancs sableux et à des plages de tempête.

Contrairement aux dépôts holocènes, qui relèvent plutôt d’environnements de basse énergie — vasières, marais, lagunes saumâtres, tourbières —, les Burtle Beds traduisent un environnement plus ouvert, plus énergique, où la mer avait un accès plus large à la région.

Ces dépôts sont interprétés comme les témoins les plus élevés conservés d’un niveau marin pléistocène dans les Levels du Somerset. Les auteurs les rattachent probablement à l’Ipswichien (Éémien, MIS 5e), mais indiquent aussi qu’ils pourraient être polycycliques, et que certains indices pourraient suggérer un âge plus ancien, possiblement hoxnien (équivalent Mindel-Riss ou Helsteinien, MIS 11). Ils soulignent donc que leur datation absolue reste un problème non résolu.

L’article indique aussi que les marges des Burtle Beds ont été localement remaniées par la mer holocène vers 4 000 BP, lorsque celle-ci atteint son plus haut niveau actif holocène dans la région. Les auteurs estiment que ce remaniement est visible sur une amplitude verticale d’environ 3 m sur certains affleurements internes.

Évolution pré-holocène proposée

Les auteurs proposent une histoire en plusieurs étapes :

1. Des vallées sont d’abord incisées dans le substratum, probablement dès le Tertiaire, par des rivières suivant des trajectoires proches de celles de la Parrett et de la Brue actuelles.
2. Pendant les glaciations pléistocènes, le niveau marin chute fortement, possiblement de plus de 100 m, provoquant une incision accrue des vallées.
3. Pendant les interglaciaires, le niveau marin remonte parfois au-dessus de son niveau actuel, entraînant le dépôt de sédiments marins et estuariens dans les vallées ennoyées.
4. Pendant le Dernier Glaciaire, le Devensien (ou Würm, MIS 2), le niveau marin redescend très bas, la mer se retire au-delà du chenal de Bristol, et les rivières réincisent leurs vallées héritées jusqu’à environ −30 m OD.

La figure 7, coupe générale à travers les Levels du Somerset, synthétise cette architecture : un substratum irrégulier, des vallées profondément incisées, des dépôts holocènes remplissant les bas-fonds, et des reliefs résiduels associés aux Burtle Beds.

Évolution holocène proposée

La figure 8 présente la courbe de remontée du niveau marin relatif dans le Bristol Channel à partir des datations du tableau 1. Les auteurs précisent que les dates sont exprimées en années radiocarbone, pour permettre les comparaisons, même si une courbe corrigée par dendrochronologie serait plus satisfaisante.

Vers 9 000 BP, après l’amélioration climatique post-devensienne (ou post-Würm, post-MIS 2), des forêts — notamment de bouleaux — colonisent les fonds de vallées. La remontée rapide du niveau marin atteint alors les parties basses, provoque l’engorgement en eau, la formation de tourbe basale et la préservation de restes forestiers.

Entre 9 000 et 6 500 BP, le remplissage est très rapide, parce que la remontée du niveau marin est elle-même rapide. Mais les auteurs soulignent que la mer n’envahit jamais brutalement les vallées sous forme de bassins profonds : l’apport sédimentaire est suffisant pour que la sédimentation suive globalement le rythme de la remontée marine. Autrement dit, la profondeur d’eau reste limitée par le comblement progressif des vallées.

Vers 6 000 BP, l’influence marine atteint son extension maximale. Une vaste surface argileuse se développe autour d’OD, puis elle est colonisée par des forêts de chênes et de pins. Ces forêts sont ensuite rapidement remplacées par de nouveaux dépôts tourbeux à cause du mauvais drainage. Plus à l’intérieur des terres, la croissance tourbeuse devient continue à partir d’environ 5 800 BP, avec des épaisseurs de tourbe pouvant dépasser 5 m dans les tourbières hautes.

Entre 6 000 et 5 000 BP, la sédimentation réduit progressivement l’influence marine.

Vers 5 000 BP, les auteurs considèrent que les tourbières hautes et les tourbes de marais couvrent presque tous les Levels et qu’un régime d’eau douce domine largement.

Après l’optimum climatique holocène, la croissance des tourbières ralentit et certaines tourbes côtières sont à nouveau recouvertes par des argiles saumâtres.

Vers 4 000 BP, la mer atteint son plus haut niveau actif holocène, remaniant les marges des Burtle Beds internes.

Depuis cette période, la remontée du niveau marin devient très graduelle, et vers 3 000 BP, la situation naturelle aurait été assez proche de l’actuelle en l’absence des travaux de drainage.

Durant les 3 000 dernières années, la sédimentation est dominée par des dépôts alluviaux de plaine d’inondation, surtout dans les secteurs côtiers où les influences marine, estuarienne et fluviatile interagissent.
La mise en place d’une ceinture d’argiles côtières, puis de dunes, protège progressivement les secteurs internes des incursions marines.

Depuis l’époque romano-britannique, les endiguements côtiers et fluviaux renforcent encore cette protection.

Conclusions principales

La conclusion de Kidson & Heyworth est nette : la morphologie et la stratigraphie actuelles des Levels du Somerset sont principalement le produit de la remontée holocène du niveau marin et de la sédimentation associée.

Les auteurs ne trouvent pas d’indice d’un niveau marin holocène supérieur à l’actuel. Ils proposent une remontée dont le taux décroît presque exponentiellement depuis 9 000 BP. Ils réinterprètent aussi la “Romano-British Transgression” décrite par Godwin et d’autres auteurs comme un événement côtier mineur parmi d’autres, plutôt que comme une véritable variation eustatique majeure.

Enfin, par comparaison avec d’autres régions britanniques, ils concluent que les Somerset Levels ont subi peu ou pas de soulèvement isostatique depuis au moins 8 500 ans.