Evaluating late-Holocene relative sea-level change in the Somerset Levels, southwest Britain

Pour citer cet article : Haslett, S. K., Davies, P., Curr, R. H. F., Davies, C. F. C., Kennington, K., King, C. P., & Margetts, A. J. (1998). Evaluating late-Holocene relative sea-level change in the Somerset Levels, southwest Britain. The Holocene, 8(2), 197-207.

Contexte scientifique et critique des courbes antérieures

Les courbes de niveau marin construites par les travaux antérieurs reposaient en grande partie sur des datations radiocarbone de tourbes dont l’altitude était connue, mais qui ne correspondaient pas toujours à des interfaces transgressives.

Or, pour être un bon indicateur du niveau marin, un échantillon doit avoir quatre propriétés :

1. un âge,
2. une altitude,
3. une signification indicative par rapport au niveau de marée, et
4. une tendance du niveau marin.

Haslett et al. soulignent que ces conditions ne sont pas remplies pour beaucoup de données antérieures.

La figure 1 reprend les points âge/altitude de Heyworth & Kidson, calibrés en années calendaires BP. Les auteurs montrent que ces données dessinent une courbe, mais que cette courbe peut en partie représenter la croissance de tourbe plutôt qu’une vraie trajectoire du niveau marin relatif.

C’est un point fondamental : une tourbe de marais ou de tourbière haute peut accumuler verticalement sans être strictement contrôlée par le niveau marin.

Site étudié : Nyland Hill, vallée de l’Axe

Le site de Nyland Hill est situé dans la vallée de l’Axe, au sein des Somerset Levels, à environ 18 km de l’estuaire actuel de l’Axe sur le chenal de Bristol.

C’est un contexte macrotidal, avec un marnage maximal actuel de l’ordre de 14,5 m à Avonmouth. Le choix de Nyland Hill est stratégique : les sédiments holocènes y viennent onlapper un substratum relativement rigide, ce qui permet de mieux évaluer la compaction des dépôts organiques.

Deux secteurs sont étudiés :

• Decoy Pool Farm, où les auteurs cherchent une séquence holocène relativement développée, et
• Rookery Farm, sur le flanc sud-est de Nyland Hill, où les dépôts holocènes s’appuient sur le substratum.

Les auteurs utilisent des carottages à la gouge Eijkelkamp, un transect de forages, une reconnaissance par sismique P-wave, un nivellement au Leica Total Station, puis des analyses biostratigraphiques, radiocarbone et géochimiques.

Lithostratigraphie observée

À Decoy Pool Farm, le forage NYH/1 atteint 10,59 m de profondeur, jusqu’à −4,71 m OD, sans atteindre le substratum. Il montre une séquence holocène tripartite :

• une unité inférieure argilo-silteuse bleu-gris d’environ 6,04 m,
• une unité organique médiane de tourbe de gazon avec Phragmites (genre de roseau) d’environ 0,92 m,
• puis une unité supérieure argilo-silteuse bleu-gris de 3,48 m.

Les auteurs rapprochent cette organisation de la Wentlooge Formation décrite dans les Levels de Gwent.

À Rookery Farm, la géométrie est plus intéressante pour la question de la compaction.

La figure 4 montre un transect où les dépôts organiques reposent directement sur le substratum ou sur un niveau de head/paléosol. Le contact tourbe–argile marine n’est pas horizontal aujourd’hui : il varie fortement en altitude, descendant vers les parties basses. Pourtant, l’argile supérieure forme une couverture relativement régulière, avec une surface proche de 5,7 m OD.

La figure 5 montre la topographie du substratum reconstituée par sismique P-wave. Cette figure est importante car elle permet de relier la géométrie des sédiments organiques à la pente du substratum : plus la tourbe est épaisse et éloignée du support rigide, plus elle est susceptible d’avoir été compactée sous la charge de l’argile marine supérieure.

Problème central : compaction ou montée marine instantanée ?

Les auteurs posent deux modèles alternatifs.

Le premier est un modèle de compaction : la surface supérieure de la tourbe aurait initialement été à peu près horizontale, formée dans un environnement de marais ou de transition littorale, puis elle aurait été compactée de manière différentielle sous le poids de l’argile marine supérieure.

Dans ce cas, les différences actuelles d’altitude du contact tourbe–argile ne reflètent pas une montée marine rapide, mais une déformation post-dépôt.

Le second est un modèle sans compaction : la surface tourbeuse aurait été originellement inclinée, et la mer l’aurait progressivement recouverte de manière diachrone lors d’une montée du niveau marin relatif. Dans ce cas, les contacts tourbe–argile situés à différentes altitudes devraient avoir des âges différents.

Pour tester ces deux hypothèses, les auteurs datent trois échantillons prélevés le long du contact tourbe–argile à NYH/4, NYH/11 et NYH/12, et complètent ces datations par des analyses de diatomées, foraminifères et pollen.

Résultats biostratigraphiques

Les diatomées sont mal préservées, mais les taxons identifiés indiquent globalement un environnement saumâtre à marin autour du contact tourbe–argile. Les auteurs n’ont pas poursuivi l’analyse diatomique sur d’autres sites car la conservation était jugée trop médiocre.

Les foraminifères sont plus déterminants. À NYH/4 et NYH/12, les assemblages au-dessus du contact tourbe–argile sont dominés par Jadammina macrescens et Trochammina inflata, deux espèces de marais salés associées à des niveaux proches des hautes mers extrêmes ou des hautes mers de vive-eau.

Les auteurs utilisent donc le contact tourbe–argile comme un indicateur approximatif de MHWST (Mean High Water of Spring Tides) et comme un point de tendance marine positive.

Les foraminifères montrent aussi une transition verticale :

• conditions d’eau douce avec incursions marines ponctuelles dans la partie supérieure de la tourbe,
• puis marais salé,
• puis vasière intertidale,
• et enfin bas marais salé ou environnement intertidal supérieur.

Cette transition progressive est cruciale, car elle contredit l’idée d’une montée marine « instantanée » de plus de 2 m.

Le pollen sert surtout à vérifier l’intégrité de la surface tourbeuse. La présence de Chenopodiaceae dans le sommet de la tourbe indique une proximité avec le marais salé et suggère que la surface de tourbe n’a pas été fortement érodée avant son recouvrement par l’argile marine.

Ce point est important car une surface érodée aurait faussé l’âge du contact transgressif.

Datations radiocarbone et démonstration de la compaction

Les trois datations du contact tourbe–argile donnent des âges très proches, malgré des altitudes actuelles différentes :

• NYH/4 : 3370 ± 60 BP, soit 3715–3460 cal. yrs BP, altitude actuelle 3,88 m OD, altitude corrigée 4,64 m OD ;
• NYH/11 : 3380 ± 60 BP, soit 3725–3465 cal. yrs BP, altitude actuelle 2,42 m OD, altitude corrigée 4,64 m OD ;
• NYH/12 : 3250 ± 80 BP, soit 3640–3330 cal. yrs BP, altitude actuelle 3,81 m OD, altitude corrigée 4,64 m OD.

Ces âges quasi contemporains montrent que le contact tourbe–argile s’est formé globalement au même moment sur des points aujourd’hui situés à des altitudes différentes. Les auteurs en concluent que la différence actuelle d’altitude est due à une compaction différentielle de la tourbe, et non à une submersion diachrone par le niveau marin.

L’altitude minimale pré-compaction de la surface tourbeuse est estimée à 4,64 m OD.
La compaction maximale observée atteint 2,22 m à NYH/11, malgré une surcharge argileuse relativement modérée de 3,16 m.

Les auteurs indiquent même que, d’après le site de Decoy Pool Farm, la compaction maximale pourrait atteindre environ 2,7 m dans certains secteurs.

Apport de la chémostratigraphie : datation de la surface argileuse romaine

L’article utilise aussi une méthode intéressante : la chémostratigraphie des métaux lourds, en particulier le plomb et le zinc. Les auteurs analysent le sommet de l’unité argileuse supérieure à NYH/11.

La figure 9 montre une augmentation nette des concentrations en Pb et Zn dans les 30–35 cm supérieurs, alors que le nickel et le cuivre restent davantage contrôlés par le fond lithogénique. Cette hausse en Pb et Zn est interprétée comme le signal de l’activité minière romaine dans les Mendip Hills, dont le début est placé entre 43 AD et 49 AD.

En utilisant ce repère, les auteurs calculent un âge de 1 776 ± 46 cal. yrs BP, soit environ 130–221 AD, pour la surface d’argile réclamée lors de l’occupation romaine.
Cette estimation est cohérente avec les indices archéologiques régionaux, notamment des monnaies et de la céramique.

La surface argileuse supérieure est donc interprétée comme une surface de régression anthropogénique, liée à la poldérisation/réclamation romaine, et non comme une véritable baisse naturelle du niveau marin. Son altitude est estimée à 5,67 ± 0,21 m OD, avec une signification indicative située entre MHWNT et MHWST.

Taux de sédimentation et rôle de la compaction

Grâce à l’âge du contact tourbe–argile et à l’âge de la surface argileuse romaine, les auteurs calculent des taux de sédimentation pour l’argile marine supérieure.

Ces taux varient fortement selon l’intensité de la compaction. À NYH/11, où la compaction est maximale, l’unité argileuse supérieure atteint 3 160 mm d’épaisseur et le taux de sédimentation est estimé entre 1,58 et 1,92 mm/an.

À NYH/4, où la compaction est moins forte, le taux estimé est presque deux fois plus faible, entre 0,8 et 0,96 mm/an.

L’interprétation est claire : la compaction synsédimentaire de la tourbe augmente l’espace d’accommodation disponible, ce qui permet une accumulation plus importante d’argile.

Les auteurs mettent donc en garde contre l’utilisation directe des taux de sédimentation comme proxy du taux de montée du niveau marin relatif lorsque la compaction n’est pas correctement quantifiée.

Niveau marin relatif holocène tardif

En corrigeant la compaction, les auteurs estiment que le niveau marin relatif a continué à monter pendant le dépôt de l’argile supérieure, à un taux compris entre 0,41 et 0,82 mm/an, entre environ 3 700 et 1 770 BP — soit approximativement entre l’âge du contact transgressif tourbe–argile et la surface romaine.

C’est la conclusion majeure de l’article : contrairement au modèle de Heyworth & Kidson, le niveau marin relatif ne se serait pas stabilisé vers 3 000 BP dans les Levels du Somerset. Il aurait continué à monter durant l’Holocène tardif, au moins jusqu’à la période romaine, et probablement au-delà si l’on suit les données régionales discutées par les auteurs.

Implications tectoniques et isostatiques

Les auteurs discutent aussi les implications pour les modèles de stabilité crustale.

Si les points âge/altitude antérieurs ont été abaissés par compaction non corrigée, ils peuvent donner l’illusion d’une subsidence crustale plus forte qu’elle ne l’est réellement. La compaction augmente donc artificiellement la tendance apparente à la subsidence.

En utilisant leurs données corrigées de la compaction, les auteurs obtiennent une estimation de subsidence de seulement 0,06 mm/an depuis environ 3 500 cal. yrs BP, plus faible que l’estimation de Shennan citée dans l’article.

Ils suggèrent donc que la région du chenal de Bristol / des Levels du Somerset pourrait être relativement stable tectoniquement durant l’Holocène tardif.