Caracterisation micromorphologique et hydrodynamique des niveaux structures par le gel Quaternaire dans les formations superficielles du bassin-versant de la Fecht (Vosges, France)

I CATENA vol. 14, p.485M99 Braunschweig 1987 ]

CARACTERISATION MICROMORPHOLOGIQUE ET

HYDRODYNAMIQUE DES NIVEAUX STRUCTURES PAR LE GEL QUATERNAIRE

DANS LES FORMATIONS SUPERFICIELLES DU BASSIN-VERSANT DE LA FECHT

(VOSGES, FRANCE)

K.-S. Oh, D. Reutenauer and J.-L. Mercier, Strasbourg

RESUME

Les formations superficielles d'origine p6riglaciaire couvrent l'essentiel des versants du bassin de la Fecht (Vos- ges, France). L'&ude fine de ces d6p6ts a montr6 des structures directement et indirectement li&s au gel profond: structure lamellaire friable, structure lamellaire compacte A coiffes, ar6ne lit&, formation g61iflu6e fi blocs, etc. Elles sont en g6n6ral bien conserv&s, sauf lorsqu'elles sont soumises

la p6dogen6se actuelle. Les propri&6s hydrodynamiques des formations superficielles refl6tent nettement le r61e jou6 par les structures cryog6niques h6rit&s: l'analyse discriminante effectu& montre qu'ind6pendamment du substrat g6ologique l'action du gel est en grande partie responsable du comportement hydrique des formations. Dans les niveaux cryog6niques, on observe une nette aug-

ISSN 0341-8162 @1987 by CATENA VERLAG, D-3302 Cremlingen-Destedt, W. Germany 0341 8162/87/5011851/US$ 2.00 + 0.25

mentation de la densit+ apparente, une diminution de la r&ention et de la con- ductivit6 hydraulique /t saturation qui s'oppose aux r&entions et conductivit& 61ev&s de la zone p6dog~n&is&. En particulier le niveau d'ar6nes lit6es, du fait de la tr6s faible conductivit6 des bandes de mat6riel fin qu'il inclut, joue le r61e d'un niveau 5. faible perm6abilit6 susceptible de ralentir les transferts hydriques et d'induire des d6placements obliques /t l'int6rieur des formations superficielles, d'ofi son importance dans un bilan hydrique stationnel.

SUMMARY

RELATIONS BETWEEN CRYOGENIC STRUCTURES AND H Y D R O D Y N A M I C PROPERTIES IN SLOPE DEPOSITS OF FECHT BASIN (VOSGES, FRANCE)

Detritic superficial formations, cover- ing most of the slope in Fecht basin (Vos- ges, France), are deposited in the course of Quaternary cold periods. A detailed study on these deposits give evidence of

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486 Oh, Reutenauer & Mercier

structures directly or indirectly associ- ated with the action of deep freezing and thawing: laminated structure, compact laminated structure with silt caps, strat- ified displaced granitic regolith, gelifluc- tion deposits, etc. The cryogenic structures are generally well conserved, unless they are submitted to actual pedogenesis. Their influence on the hydrodynamic properties of the slope deposits is note- worthy: according to discriminant anal- ysis, hydric comportment in this porous medium is largely influenced by the her- ited cryogenic structures. These structures, conserved under the actual soil, present high bulk density, weak water retention and low saturated hydraulic conductivity which are clearly contrasted to the values obtained in the upper part of the profile submitted to the destruction by pedogenesis. Particularly displaced granit regoliths, because of the included few permeable bands of fine material, re- act as a zone that hinders hydric trans- fers and induces lateral flows in slope deposits. This fact plays an important role in stationnal hydric budget.

ZUSAMMENFASSUNG

In dem Einzugsbecken der Fecht ist der gr06te Teil der Hangablagerungen periglazialer Herkunft. Die mikrosko- pische Studie dieser Ablagerungen hat direkt oder indirekt an Frostwechsel ge- bundene Strukturen aufgewiesen: locke- re Bl~itterstrukturen, kompakte Bliitter- strukturen mit "silt capping" ("coiffes"), geschichteter Grus, blOckige Solifluk- tionsablagerungen. Die statistische Be- arbeitung zeigt, dab die hydrodynami- schen Eigenschaften der Ablagerungen stark von dem Typus dieser vererbten Froststrukturen abh~ingig sind. Nicht v o n d e r rezenten Pedogenese betroffe-

ne Ablagerungen haben starke scheinba- re Dichte, schwaches RiJckhalteverm6- gen und eine geringe ges~ittigte Wasser- leitf~ihigkeit. Besonders der geschichtete Grus spielt, wegen seiner sehr schwa- chen, an die Feinmaterialbetten gebun- dene Wasserleitf~ihigkeit, die Rolle einer gehemmt durchl~issigen Schicht, er be- stimmt daher hangparallele Wasserbewe- gungen, die ffir den Wasserhaushalt an einem Standort von Bedeutung sind.

1 I N T R O D U C T I O N

Dans les Vosges moyennes (France), comme c'est la r6gle dans l'ensemble des massifs cristallins d'Europe occidentale, la plupart des versants sont couverts par des formations superficielles dont la mise en place remonte aux p6riodes froides du Quaternaire (le Wurm pour l'essentiel), sous conditions p6riglaciaires. Leur profil vertical pr6sente trois faci6s: fi la base, la roche en place ar6nis6e ou fissur6e, puis une formation d'ar6nes lit6es d6plac6es par fauchage et, au sommet, une formation enrichie en limons et charg6e de blocs, mise en place par g~lifluxion. Ce type de s6quence se rencontre sur tous les substrats lithologiques de la vall6e de la Fecht (Granites, schisto-grauwackes, gr6s).

L'6tude microscopique de ces s6di- ments a montr~ des structures directement ou indirectement associ6es fi l'action du gel et du d6gel (OH 1985). Ces microstructures, seules ou en association, caract6risent un niveau donn~ dans le profil mais elles s'expriment diff6rement selon la nature du mat6riel qu'elles af- fectent. L'observation de terrain et 1'6- rude micromorphologique ont permis de d6gager une typologie descriptive et g6- n6tique des niveaux cryog6niques et les s6quences qui les associent. La termino-

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Formations Superlicielles P&iglaciaires, Vosges 487

logie utilis+e se r6fTre fi l'aspect physio- graphique de ces formations sur le terrain, qui est l'expression macroscopique de la microorganisation du milieu.

On constate sur le terrain que certains niveaux cryog6niques sont le si+ge d'une rbtention hydrique ou d'6coulements pr6ferentiels lors des +pisodes trTs hu- mides. Ces observations ont orient+ nos recherches vers l'6tude du comportement hydrique de ces milieux poreux particuliers. Le comportement hydrique des formations superficielles est enti&ement d+crit par trois variables d'6tat; la teneur en eau volumique 0(cm3/cm3), la tension hydraulique ~p (ex- primTe en cm d'eau) qui mesure l'+tat +nergTtique de l'eau du sol et la conductivit~ hydraulique K (cm/h) qui mesure l'aptitude du sol fi transmettre l'eau qu'il contient, en fonction de son 6tat de saturation. Les caract6ristiques hydrodynamiques d'une formation donn6e dTpendent de l'agencement de son espace poral: la courbe de r&ention hydrique est directement reliTe ~ la distribution de la taille des pores (par la loi de Jurin) et la gTomTtrie du r6seau d'Tcoulement conditionne la conductivit+ hydraulique. Les facteurs qui influent sur ces earact+ristiques et qui permet- tent d'appr6hender l'organisation du milieu poreux sont:

• la texture ou distribution de la taille des particules minTrales

• la structure qui en est l 'arrangement et dont l'&ude micromorphCogique donne l'image rTelle

• la teneur en matiTre organique, sous forme figur+e ou humifiTe, dans la zone p+dogTnetisTe.

Enfin, pour un m~me niveau, les propri+tTs hydrodynamiques prTsentent une

distribution unimodale, normale pour la r+tention, lognormale pour la conductivit+ hydraulique (AMBROISE & VIVILLE 1984).

Le rapprochement de la typologie des formations superficielles et des propriTt6s physiques et hydrodynamiques du milieu correspondant vise donc fi:

• une premiTre caract+risation des niveaux structur6s par le gel

la mise en 6vidence de l'influence des mTcanismes morphop+dologi- ques sur les propriTt6s physiques et hydrodynamiques du matTriel consi- dTr6 et de la diff+renciation verticale qui en rhsulte

une tentative de gTnTralisation du rTle hydrodynamique des niveaux cryogTniques: on &udie la correspondance entre la typologie gTnTtique des formations superficielles et leurs propri+t6s hydrodynamiques.

2 L E S M E T H O D E S

Etude microscopique: les 6chantillons prTlev~s, ~t structure conservTe et repTr+s dans l'espace, sont traitTs au laboratoire par une technique d'induration glob- ale (vernis durcissant fi chaud). Les 6chantillons indurTs sont ensuite sci+s dans une direction appropriTe en vue de rTaliser les lames minces (6p. = 30p).

Etude hydrodynamique: Echantillonnage: 10 sites car-

act~ristiques ont ~t+ retenus. 52 6chantillons ~ structure conserv+e y ont 6t+ pr+levTs dans des cylindres en acier inoxydable de 250 cm 3, ~_ raison de trois par niveau.

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Fig. 1" Localisation des affleurement.

Fig. 1" Outcrops localization.

Site ALT. ORI. PEN. SUB. IIIa IIIb I la BR Ia lb Ic Id

Altenberg ALTEN 825 N140 12 ° ~,lh + + ® (9 Bellevue BELLE 710 NI80 14 ° )'1 + + (9 + Gaschney G A S C H 905 N135 05 ° a73 (9 + (9 Hohneck H O H N E 1240 N220 07 ° ), 1-2 + O (9 [ tohrodberg H O H R O 825 N210 12 ° ,,' I-2H (9 + (9 (9 Luttenbach LUTTE 533 N330 12 ° }'1 + + + • (9 Markstein M A R K S 1220 N350 07 ° h 2 (9 + (9 Sondernach SONDE 805 N340 18 ° h 2 (9 (9 + Soultzeren SZEREN 530 N200 10 ° y I-2H (9 + (9 Soultzermatt SOULT 820 N150 12 ° 71 + (9 + +

ALT. - altitude, ORI. = orientation, PEN. = pent•, SUB. = substrat g6ologique ?,1-2, a';l-2h, a73: granites porphyro'l'des ~,'1 : granite ',i grains moyens 71h: granite fi grains fins h 2 : grauwackes du Vis6en Formation pr6sente dans le profih +, Formation ~chantillonn6e: (9

Tab. 1: Caractbristiques des sites ~chantillonnbs.

Tab. 1' Sampled outcrops characteristics.

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F o r m a t i o n s Superf ic ie l les P&iglaciaires , Vosges 489

Traitement exp6rimental: pour chaque ~chantillon, on a mesur~ au laboratoire la courbe de r6tention hydrique par la m6thode du bac/ t sable et fi kaolin (STAKMAN et al. 1969, VIVILLE & AMBROISE 1982). On d~termine 9 points exp6rimentaux par la mesure de l'humidit~ volumique fi saturation, 5. ~p = 0 et aux pF 0.0, 0.4, 1.0, 1.5, 2.0, 2.3 et 2.7 (pF = LOgl0(tp)). On mesure en outre la conductivit~ hydraulique/t saturation par la m~thode du perm6am~tre/t charge constante et la densit~ apparente par s6chage/t l'6tuve (105°C).

Traitement math6matique des don- n~es: pour appr~hender globalement la courbe de r6tention hydrique, on ajus- te les points exp~rimentaux fi une fonction math6matique d6velopp6e par VAN G E N U C H T E N (1980) et test6e dans une ~tude pr6c6dente (AMBROISE, A M I E T & M E R C I E R 1984). Cette fonction, qui comporte trois param6tres ind~pendants Or, fl = 1 - 1/c~, ~0, s'6nonce:

0 = Or + (Os -- Or)~(1 + (q;/q~O)~)/~) (1)

avec Or - teneur en eau r~siduelle ~/,0 - donne une indication sur la position du

point d'inflexion de la courbe de r~tention et :~ (ou fl) contrSle sa pente.

3 S T R U C T U R E S

I D E N T I F I E E S D A N S L E S

F O R M A T I O N S

S U P E R F I C I E L L E S E T

P R O P R I E T E S

P H Y S I Q U E S E T

H Y D R O D Y N A M I Q U E S

D U M A T E R I E L

Les microstructures observ~es sur les lames minces sont associ6es aux diff,- rents niveaux de la s6quence tripartite typique de la r6gion 6tudi6e:

• fi la base du profil, les ar6nes en place (type I) pr6sentent des structures lamellaires localement compact6es par des coiffes

• d a n s les niveaux sus-jacents, les ar6nes fauch6es et lit6es (type II) sont car- act6ris6es par l 'alternance de bandes sableuses de couleur et de granu- lom6trie diff6rentes

• au sommet, la formation enrichie en limons et charg6e de blocs (type III) doit sa structure au brassage du mat6riel par la g61ifluxion: on trouve fi la base de cette formation les traces d'une p~dogen6se ancienne tandis que dans sa partie sup6rieure la p6dogen~se actuelle d6truit les structures pr6existantes.

3.1 S T R U C T U R E L A M E L L A I R E FRIABLE DANS L 'ARENE EN PLACE (type Ia)

Cette structure ne se trouve que sur granite ~ grain grossier. Elle est caract~ris6e par le d~coupage de l'ar~ne en lamelles millim6triques, parall61es ou subparall~les fi la topographie. U6paisseur des lamelles cro]t graduelle- ment vers la profondeur. Au niveau microscopique, ce d6bit lamellaire est soulign6 par des macrofissures b6antes et continues (phot.1). Elles contien- nent peu de rev~tements et de rares fragments min~raux. Des fissures plus fines, parall~les aux pr6c6dentes existent ~galement fi l'int6rieur des lamelles. Le d6bit du mat6riel en lamelles est dfi fi la progression en profondeur d'un gel lent et ~ la s6gr6gation en lentilles de l'eau emmagasin~e dans l'ar~ne. L'absence de materiel illuvi6 dans les fissures

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Formations Superficielles P6riglaciaires, Vosges 491

Photo 3: "Strates d'accumulation limoneuse" dans une bande fine ( ~paisse de quelques centim~tres) de l'ar~ne lithe (Soultzermatt, L.P.).

Photo 4: Un ensemble d'agrdgats ~mouss~s dans la formation gdliflu~e (Gaschney, L.N. ).

CA'] [~NA A n ln l e rd i~c ip l i na ry J o u r n a l o f S O I L S C I E N C E H Y D R O L O G Y G E O M O R P H O L O G Y


16g6rement 6largies montre que ce niveau a appartenu longtemps au perg+lisol.

I1 pr+sente une densit6 apparente 6lev6e (DA = 1.59), une r6tention faible et une conductivit~ hydraulique ~ saturation relativement forte (KS = 16.4 cm/h).

3.2 S T R U C T U R E L A M E L L A I R E C O M P A C T E A " C O I F F E S " DANS L 'ARENE EN PLACE (type Ib et Ic)

Cette structure, situ6e au sommet de l'arbne en place, constitue une forme de consolidation par insertion de "coiffes" du type d'ar6ne pr6c6dent. Le rythme lameUaire y est produit par l'6gale 6pais- seur de rev~tements limoneux et sableux d6pos6s sur la face sup6rieure des 616- ments grossiers (phot.2). Lorsqu'ils n'ont pas ~t6 pertub6s ult6rieurement, ces rev~- tements sont parall61es fi la surface topo- graphique. Ces rev~tements ont 6t6 appe- 16s "silt cappings" par F I T Z P A T R I C K (1956) et "coiffes" par VAN VLIET- LANOE (1982). Le m~me type de structure (type Ic) existe sur des s~ries s6di- mentaires anciennes (schisto-grauwackes du Carbonifbre), mais sur cette roche tr6s g61ive les "coiffes" couvrent de petits g61ifracts qui se trouvent ainsi consoli- d~s. Ces structures lamellaires compac- tes sont typiques de la surface sommitale des Vosges.

L'enrichissement relatif de ce niveau en fines par la microg61ifraction, lors de la fonte saisonni6re du mollisol, et la mise en place de coiffes sur les 616ments grossiers, au moment des engels, explique la r6tention plus forte observ6e dans ces formations. Le mat6riel pr6sente une densit6 plus faible que dans le cas pr6c6dent (DA = 1.53) et une conduc- tivitb inf6rieure (KS = 12.4 cm/h pour

le type Ib et KS = 1.64 cm/h pour le type Ic sur schisto-grauwackes), due fi la coalescence des coiffes.

3.3 S T R U C T U R E DES ARENES FAUCHEES ET LITEES (type lIa)

Ce niveau qui surmonte la roche en place ar~nis~e et/ou fissur~e est car- act6ris~ par l 'alternance de bandes sableuses de couleur et de granulom6trie diff~rentes. Les lits grossiers et les filons de quartz qu'il inclut sont par- alleles fi la topographie mais, fi la faveur de coupes tridimensionnelles, on peut mettre en ~vidence leur ancrage darts les niveaux sous-jacents: ceci milite en faveur d'un fauchage par ~tirement du materiel vers l'aval du versant accom- pagn~ du d6crochement de feuillets suc- cessifs. Dans ces ar~nes mises en place par fauchage, on a identifi~ deux facies diff6rents en fonction de l ' importance du d~placement: l'ar~ne fauch6e et l'ar6ne lit6e. Dans ces formations, l'6paisseur des bandes varie de quelques millimbtres /t quelques centim8tres. Elles contien- nent 12% d'argile et 13% de limons en moyenne. Les intervalles interbandes ont 10 fi 15 cm d'~paisseur et leur teneur en argiles n'est plus que de 4%, pour 12% de limons.

La plupart de ces bandes pr6sentent une couleur rouge. En combinant les observations macroscopiques et micro- scopiques, on a pu mettre en ~vidence la suite d'6v6nements responsables de ieur gen~se: tout d'abord, le materiel fin, r8sultant d'une microg~lifraction active dans le mollisol, a migr6 et s'est accumul6 sur les discontinuit~s physiques (plans de fauchage) sous forme de bandes continues. La s6gr6gation de glace a structur6 ce materiel en formant des rev~tements

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Formations Superticielles P6riglaciaires, Vosges 493

silteux ou "coiffes" sur les 616ments grossiers, et des "strates d'accumulations limoneuses" (phot.3) semblables ~ celles d+crites par BOULTON & D E N T (1974) au Spitzberg. Ult6rieurement, des accumulations argilo-limoneuses rouges se sont d+pos6es pr6f6rentiellement au niveau des bandes limoneuses, soulignant ainsi le litage. Au microscope, ce mat6riel ferruginis6 appara~t dans les vides sous forme de cutanes. I1 en r6sulte finalement des bandes rouges que l'on peut rattacher

la famille des horizons "Bt en bandes" des p6dologues, mais l'6tude micromorphologique a montr6 que la structuration cryog6nique joue un r61e essentiel dans leur gen6se. I I e n r6sulte finalement des bandes rouges que ron peut rattacher la famille des horizons "Bt en bandes" des p6dologues, mais l'6tude micromorphologique a montr6 que la structuration cryog6nique joue un r61e essentiel dans leur gen6se.

Au sommet de l'ar6ne lit6e, on trouve quelquefois des horizons r6duits (type BR = Bandes r6duites) de couleur grise et tr6s riche en argiles.

Globalement, ces formations pr6sen- tent une densit~ 61ev6e (1.60), une r~tention faible et une conductivit6 hydraulique ~ saturation tr6s faible (5.8 cm/h). Cependant, les bandes altern6es qu'elles comportent pr6sentent des caract6ris- tiques hydrodynamiques nettement dif- f6rencibes.

A Soultzermatt (fig.3), la com- paraison des bandes d'accumulation argileuse et du milieu encaissant montre l 'accumulation absolue d'argile (14% dans la bande contre 4%). Celle-ci a un r61e double: d'une part, elle augmente la r6tention hydrique dans toute la gamme des tensions, et d 'autre part, elle augmente la densit6 apparente. En retour, la conductivit6 hydraulique 5, sat-

uration est divis6e par 8. Ceci con- firme le r61e hydrique particulier de ces niveaux. L'6chantillon 4 qui comprend 1/3 seulement de bande d'illuviation a une r6tention qui s 'apparente & celle des intervalles sableux et une conductivit6 hydraulique faible, typique des niveaux d'illuviation. Les bandes d'illuviation jouent donc un r61e qualitatif important dans le ralentissement des transferts d'eau fi l'int~rieur d'un profil. Les bandes r6duites (type BR) riches en argile sont caract6ris6es par une tr+s forte den- sit6 apparente, une porosit6 faible et des valeurs tr+s faibles de KS (DA = 1.87 et KS = 3.01 cm/h).

3.4 FORMATION ENRICHIE EN LIMONS ET C H A R G E E DE BLOCS (type lllb)

Cette formation, ~paisse de 1 A 1.5 m, riche en limons et charg4e de blocs an- guleux, couvre presque tous les versants du bassin de la Fecht, ~ rexception de ceux qui ont 6t6 retouch6s par l'action glaciaire. L'enrichissement en limons qu'on y observe (20 ~ 30% de la fraction minbrale) provient de la persis- tance en surface de conditions favor- ables fi la microg~lifraction. I1 a favoris~ la g61ifluxion susceptible de vhhiculer des cailloux et des blocs provenant de la macroghlifraction des chicots. Ces 4lhments grossiers sont dispos4s au hasard mais leur grand axe est orient6 dans le sens de la pente 16g6rement re- dress6 vers le haut. Au niveau microscopique (phot.4), la g6lifluxion, in- terfhrant avec la cryoturbation, a form6 un ensemble d'agr6gats 6mouss6s. La presence simultan6e de ferriargilanes et de papules de marne nature atteste une illuviation d'argile rouges, alors que le mat4riel 4tait brass6 par la g6lifluxion.

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Ces phbnom+nes sont responsables de la rub6faction diffuse qu'on observe sou- vent ~t la base de la formation g61iflu6e. La p~dog6n+se actuelle (sol actuel = type IIIa) prend cet horizon rub~fi~ comme roche-m+re.

La r6tention plus 61ev6e de ces niveaux s'explique par l 'abondance de la fraction limoneuse. La structuration cryog6nique contrari6e par la g61ifluxion et la destruction des microstructures existantes par la p6dogen6se expliquent les valeurs 61ev6es de la conductivit6 hydraulique fi saturation qu'on y observe (KS = 21.1 cm/h).

4 LA D I F F E R E N C I A T I O N VERTICALE DES PROFILS

Les niveaux cryog6niques s'opposent par l'ensemble de leur propri6t+s tant au niveau sous jacent des ar6nes non structur6es (type Id) qu'fi la zone p~dogen&is6e (type IIIa). La structuration par le gel s'accompagne du tasse- ment du mat6riel par la pression exerc6e par le gonflement des lentilles de glace lors des engels: elle a permis la conser- vation des microstructures cryog6niques et entraine une augmentation relative de la densit+ apparente et une diminution de la porosit6 totale (fig.2, a et b) dans les niveaux consid6r6s. En outre, elle a pour cons6quence une nette diminution de la conductivit6 hydraulique fi saturation, les valeurs les plus faibles 6tant celles du niveau d'ar6nes lit6es (type IIa), alors que la conductivit6 augmente fortement dans les ar~nes non structur~es sous-jacentes (fig.2c). Dans le sol actuel, la structure p6dologique est responsable des valeurs 61ev~es de la conductivit6 hydraulique saturation.

La superposition des d6p6ts de ver-

sants aux propri&6s hydrodynamiques contrast6es conditionne la circulation de l'eau ~ l'int~rieur des formations superficielles: les mesures de laboratoire confir- ment donc le r61e particulier de certains niveaux structur6s par le gel dans les transferts hydriques. Les ar6nes lit6es en particulier, situ6es entre 1 et 2 m&res de profondeur, pr6sentent des valeurs de conductivit6 hydraulique /t saturation tr6s faibles relativement aux autres niveaux qui expliquent les 6coulements observ6s fi ce niveau.

5 ANALYSE D I S C R I M I N A N T E DES D O N N E E S

Afin d'6tablir leur port6e g6n6rale, les donn6es ont &6 trait6es par une analyse discriminante (AD) norm6e par la variance. Dans ce type de traitement, on affecte les 6chantillons ~ des groupes pr6&ablis (les 8 groupes de la typologie g6n&ique pr6alablement d+finis). Un ac- cord de 82% a 6t6 obtenu entre la parti- tion faite par l'algorithme et la typologie d6coulant des descriptions de terrain et de lames minces.

Plusieurs analyses ont &6 effectu~es afin d'optimiser la fonction d'affectation des individus. Les variables utilis6es sont la profondeur de l'6chantillon PROF, la conductivit6 hydraulique ~. saturation KS, la densit6 apparente DA, la teneur en eau r6siduelle Or TRES, les param~t- res ~Po PSIO et ~ ALFA. Pour faire res- sortir l 'information 61ementaire, on a su- prim6 successivement la profondeur, qui pr6sentait un faible pouvoir discriminant 1i6 fi l'6volution g6omorphologique com- plexe des versants, et la porosit6, fortement correl6e fi la densit+ apparente (~ = -0.92), pour 61iminer l'information redon-

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Formations Superl~cielles P&iglaciaires, Vosges 495

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Fig. 3: DiffErenciation des caract~ristiques hydrodynamiques entre les bandes de matkriel.fin et les intervalles sableux dans le niveau d'arEnes lit~es (respectivement 110 et 120 cm de profondeur).

Fig. 3: Water retention curves of the fine material bands and the sandy intervals, in displacer regoliths (respectively 110 and 120 cm depth).

dante. On obtient ainsi une proportion de bien class+s de 82.4%. La fonction d'affectation montre que 45/52 individus sont classes dans leur groupe d'origine, i.e. se trouvent sur la diagonale du tab- leau crois6. Parmi les 7 individus mal class6s, 3 individus suppl6mentaires sont rattach6s ~ des niveaux imm~diatement sus ou sous-jacents. La contribution l'inertie du premier axe discriminant est de 50.9%. I1 est fortement corr61~ avec la densit6 apparente, moins fortement & la teneur en eau r6siduelle, et oppose les niveaux de surface (sol actuel et formation g61iflu6e) aux niveaux cryog6ni- ques et en particulier aux bandes r6duites (BR), de densit~ tr6s 61ev6e. La seconde composante discriminante, qui explique 28.2% de la variance, est fortement li6e avec les param6tres ~p0 et ~. La forme

des courbes de r6tention hydrique consti- rue donc un facteur de s6gr~gation entre les groupes. Cet axe oppose les niveaux

granulom6trie fine (bandes r6duites et structure lamellaire sur alt6rites fines des grauwackes) aux niveaux fi texture plus grossi6re caract6ris6s par une forme sig- mo'/de tr+s accus+e des courbes 0(pF). Enfin, la troisi+me composante discriminante (contribution ~ l'inertie 18.3%), uniquement corr~l~e avec la conductivi- t8 hydraulique fi saturation, souligne le r61e de cette derni~re w~riable dans la discrimination des groupes.

La qualit6 de la discrimination des groupes ~t partir des variables physiques et hydrodynamiques du milieu met en 6vidence l'influence des microstructures h~rit6es sur le comportement hydrique des formations superficielles et 6tablit sa

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port~e gbn6rale.

6 C O N C L U S I O N

Dans cette 6tude, nous avons tent6 une liaison entre deux approches compl6men- taires en g~omorphologie: d'une part la mise en 6vidence de niveaux d'origine cryog+nique dans les formations superficielles et, d'autre part, la caract6risation hydrodynamique de ceux-ci. On a ainsi pu 6tablir la correspondance entre le type g6n+tique du mat+riel et ses propri6t~s hydrodynamiques. La qualit6 de la parti- tion effectu6e par l'analyse discriminante /t partir des seuls critbres g6n&iques souligne l'importance des m~canismes li~s au gel dans l'acquisition des propri~t6s hydrodynamiques actuelles. Cet apport m6thodologique doit contribuer ~i terme / tune mod61isation rbaliste des transferts hydriques int6grant la variabilit6 spatiale des propri6t6s hydrodynamiques et leur diff6renciation verticale.

REMERCIEMENTS

Nous tenons ~ remercier I'U.E.R. de G6ologie de Strasbourg off ont Ot6 r6alis6es les lames minces et le Labo- ratoire de SOdimentologie du Centre de GOographie AppliquOe de Strasbourg off ont 6t6 effectuOes les analyses granulom&riques.

Cette 6tude a 6t6 r6alisOe dans le cad- re du programme PIREN- Eau/Alsace (Centre National de la Recherche Sci- entifique, Minist6re de l'Environnement, ROgion Alsace).

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Address of authors: K.S. Oh, D. Reutenauer, J.L. Mercier Centre d'Etudes et de Rechcrches Eco-G6ographiques, Universit6 Louis Pasteur 3, rue de l 'Argonne 67083 Strasbourg Cedex - France

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Caracterisation micromorphologique et hydrodynamique des niveaux structures par le gel Quaternaire dans les formations superficielles du bassin-versant de la Fecht (Vosges, France)