1) Le cours de la Meuse et le paléo-méandre de Doulcon :

Dans le département de la Meuse, la rivière éponyme serpente en décrivant de multiples méandres ^{(1, 2)} (pente faible de 0,5 à 2m/km) dans une vallée surdimentionnée large de 500 à 700 m en moyenne, orientée SSE-NNO, et creusée dans les calcaires du Jurassique Supérieur (j3) (fig.3, 5, 6,11 et 12). 

Cette vallée encaissée orthoclinale (fig.4 et relief de cuesta sur ce site) dédouble la Côte de Meuse (fig.3) à laquelle elle est sub-parallèle.

Fig. 3 : La vallée de la Meuse et le dédoublement de la Côte de Meuse (carte en couleur
© BRGM Infoterre - ce site) et [Croquis carte en noir et blanc © M. Deshaies et A. Weisrock 1995 ⁽²⁾]
Légende: 1 = axe anticlinal, 2 = axe synclinal, 3 = front de la Côte de Meuse,
4 = versant de rive concave de méandre encaissé, 5 = versant de vallée.
Remarquer les nombreuses indentations tout au long de la vallée en amont de Doulcon
(dernier méandre le plus septentrional à Dun-sur-Meuse), traces des paléoméandres de la Meuse.

Fig. 4 : Illustration de la nomenclature utilisée pour décrire le cours des rivières
et les éléments du relief de cuesta. (© J. Le Roux in Cordier et al., 2007 - Vallées de la Moselle, de la Sarre et de la Meurthe - Vosges : piémont et témoins glaciaires. Livret-guide d'excursion. A.F.E.Q.).

Les dimensions de la vallée s'expliquent par le fait que les eaux de la Moselle, avant que cette dernière ne soit capturée par la Meurthe au Saalien (Riss), il y a 270.000 ans environ ^{(1, 2, 3 et 4)}, traversaient la Côte de Meuse (= cours cataclinal) et confluaient avec celles de la Meuse près de Pagny-sur-Meuse (fig.5) pour s'écouler ensuite dans une seule et même vallée formant la "Haute Moselle-Meuse" ^{(1, 2)}. 

Fig. 5 : Bloc diagramme illustrant le phénomène de capture de la Moselle par la Meurthe. (© D. Harmand 2006)

Les dimensions et l'importance des creusements des vallées et des méandres peuvent s'expliquer par la charge solide transportée (= les alluvions) et par la charge liquide qui sert d'agent de transport (= le débit lors des crues). Ces charges doivent avoir été beaucoup plus importantes à l'époque pour expliquer la taille de la vallée de la Meuse actuelle et justifier de l'amplitude des méandres observés⁽²⁾ (fig.3). La présence de plusieurs plaquages ou de terrasses alluviales à galets siliceux (granites, gneiss, quartzites...) en pays calcaire⁽³⁾, comme dans le Val de l'Asne^{(1 et 3)}, sur les hauteurs du fort des Paroches et des Avrils autour de Saint-Mihiel ou encore sur le pépin du méandre de Doulcon par exemple (notés "Fy" sur la fig.11), témoignent d'apports venant du Massif Vosgien^{(1, 2, 3, 4 et 5)} et confirment l'existence d'une paléo "Haute Moselle-Meuse ⁽¹⁾. Le surdimentionnement de la vallée par rapport aux débits et charges actuels de la seule Meuse trouve donc ici une explication scientifique et rationnelle.

Fig. 6 : Cours subséquent de la Meuse dans une vallée orthoclinale
par rapport à la Côte de Meuse dédoublée et sortie anaclinale vers la Plaine de Woëvre
au moment où la Côte de Meuse se biseaute. (© BRGM Infoterre)

Les communes de Doulcon et Dun-sur-Meuse se situent précisément à l'endroit où la Meuse quitte son cours subséquent (fig.6). La Meuse qui s'écoulait depuis la région de St.-Mihiel et jusqu'au nord-ouest de Verdun dans une vallée orthoclinale (fig.4), perpendiculaire au pendage des couches de terrain, trouve une porte dans le revers de la Côte de Meuse, là où celle-ci se biseaute et sort ainsi de son rail SSE-NNO, organisé jusque-là entre les deux côtes qui correspondent à un dédoublement de la même Côte de Meuse. Le Bois de Mont (Mont-devant-Sassey) à l'ouest et la côte St-Germain (Milly-sur-Bradon) à l'est bordent cette porte nord de la vallée. Dun-sur-Meuse et son ancienne forteresse médiévale située sur une petite butte témoin de la Côte de Meuse forment une sorte de "verrou" utilisé comme élément défensif durant les périodes historiques.

Une fois la Côte de Meuse traversée de façon anaclinale (fig.4), la rivière reprend la direction SSE-NNO et s'étale dans la plaine de Mouzay connue également comme la "Trouée de Stenay" lors des guerres entre la France et l'Allemagne. La plaine de Mouzay correspond à la partie septentrionnale de la plaine de la Woëvre (fig.6).

Le paléoméandre de Doulcon (fig.7) est la trace d'une vallée fossile en fer à cheval empruntée antérieurement par la Haute Moselle-Meuse. Il est également appelé "Vallée morte de Brière".

La Meuse passe actuellement à Dun-sur-Meuse à une altitude voisine de 174 mètres. Le lit fossile situé à 177 m n'est plus emprunté que par deux petits ruisseaux, celui des Archets au sud et celui de la Jupille au nord, et ne se situe donc que 3 mètres au dessus du lit actuel (fig. 7, 8 et 9).

Fig. 7 : Image satellite du méandre de Doulcon. Remarquer la forme en oméga,
les limites du pépin de méandre dessinées par les ruisseaux des Archets au sud et de la Jupille au nord,
le méandre de la "vieille Meuse" (près de Dun/Meuse). (© Geoportail.gouv.fr)

Fig. 8 : Vue du méandre depuis la RD998), parallèle à ce qui était la rive gauche de la Meuse lorsqu'elle occupait le méandre. La forêt occupe la rive concave creusée dans les calcaires. Les cultures occupent le fond de la vallée riche en limons. (© Photo BRGM)

Fig. 9 : Méandre de Doulcon : données topographiques. (© BRGM Infoterre)

Ce méandre en forme d'oméga très fermé a été creusé dans les calcaires du Jurassique supérieur (fig.11 et 12), datés de l'Oxfordien moyen (j5a et b) ainsi que de l'Oxfordien supérieur, anciennement Argovien-Rauracien-Séquanien (j6a et b - fig.11, 12). Une butte témoin, la butte de Sautmoncy (209m), occupe le pépin laissé au coeur du méandre (fig.9, 10 et 11).

Remarque: La Meuse a abandonné plus récemment un autre méandre, dit de la "Vieille Meuse" à proximité de Dun-sur-Meuse (fig.9 et 11), abandon en lien avec la canalisation partielle du cours de la Meuse (voir une comparaison des cartes topographiques actuelle et ancienne ici).

Fig. 10 : Vue du paléoméandre de Doulcon (en bleu cours actuel de la Meuse qui recoupe
le paléoméandre, en jaune trace du paléoméandre = cours fossile). (© Photo BRGM)

Le pédoncule du pépin de méandre a été recoupé par la "Haute Moselle-Meuse" elle-même (D. Harmand, communication orale) et le méandre abandonné avant que les deux rivières ne soient séparées par la capture de la Moselle.

Fig. 11 : Extrait de la carte géologique de la France, Feuille Stenay. (© BRGM Infoterre)
Légende: lim = limons actuels, E = Eboulis, Fz= alluvions récentes (mélange de sédiments
carbonatés et siliceux repris d'alluviuons plus anciennes), LP = limons des plateaux,
Fy = alluvions anciennes de nature siliceuse (anciens dépôts de la Moselle avant sa capture) [1] et [2],  
j6a = Calcaires argovo-rauraciens (Oxfordien Supérieur),  j6b = Calcaire à Astartes (Oxfordien Supérieur),
j5bM = Calcaire marneux d'Ornes (Oxfordien Moyen),  j5a = terrain à chailles (Oxfordien Moyen)..

Fig. 12 : Série carbonatée jurassique entaillée par la Meuse (illustration © BRGM)

Plusieurs autres paléo-méandres recoupés existent également dans la même vallée mais plus en amont (fig.3).

Remarque : Un phénomène similaire de capture (avec baisse de débit et de charge transportée) et des explications pour l'existence d'une large vallée et de méandres surdimentionnés peuvent s'appliquer au cours de la Meuse en aval de Pagny-sur-Meuse (2). La Meuse recevait auparavant les eaux de l'Aroffe (capturée depuis par la Moselle voir fiche Pertes de l'Aroffe à Gémonville 54) et a creusé ainsi d'imposants méandres qui ne peuvent être expliqués aujourd'hui que par l'activité d'une paléo-rivière jumelée "Aroffe-Meuse".

Pour illustrer le recoupement de méandres ou observer d'autres méandres abandonnés, consulter sur ce site les fiches paléoméandre de la Saulx à Stainville dans la Meuse, paléoméandre de Doulcon dans la Meuse, paléo-Sarre et paléo-Blies à Blies-Ebersing en Moselle.

Les cartes géologiques "Les Andelys" (BRGM 1/50.000 n°124) pour la Seine et l'Eure en amont de Rouen, "Moulins" (BRGM 1/50.000 n°598) et "Vichy" (BRGM 1/50.000 n°646) pour l'Allier entre Vichy et Moulins, ou encore "Bourg-Saint-Andéol" (BRGM 1/50.000 n°889) pour l'Ardèche près de Vallon-Pont d'Arc, peuvent s'avérer particulièrement intéressantes pour illustrer la complexité des rivières à méandres.

2) Hydrologie et débits :

La Meuse est un fleuve irrégulier qui montre des fluctuations saisonnières de débit très marquées. 

A Saint-Mihiel (fig.13) par exemple, le débit de la Meuse varie énormément passant de quelques m³/s en étiage (chaque été) à 200 m³/s lors des crues hivernales ordinaires et jusqu'à plus de 600 m³/s lors des crues historiques ^{(6 et 12)} (record de 647 m³/s mesuré en décembre 2001)

Fig. 13 : Exemple des variations des débits moyens de la Meuse mesurés à la station de St-Mihiel. [© DREAL Lorraine - site Vigicrues ⁽¹²⁾]

Le débit moyen mesuré est de 24,2 m³/s à Commercy, 30,5 m³/s à St.-Mihiel et 47,3 m³/s à Stenay ⁽¹²⁾.

3) Formation des méandres morts :

Certaines conditions vont favoriser les recoupements de méandres : ce sont les effets des débordements occasionnés par les crues (a), les hausses du niveau de base par des apports solides (b) ou encore les phénomènes de karstification mis en place en shunt entre les boucles des méandres dans les régions à sous sol calcaire (c). Certains de ces phénomènes sont grandement favorisés par les activités humaines ⁽¹³⁾.

- (a) Les méandres en oméga sont souvent court-circuités par une fraction du débit lors des crues supérieures au débit à plein-bord (fig.14 et 15)⁽⁷⁾. Ces phénomènes ont été bien étudiés pour l'Armançon dans l'Yonne (fig.16) ⁽¹³⁾ ou le Gave d'Oloron dans les Pyrénnées Atlantiques ⁽¹⁴⁾. Lors des crues supérieures au débit de plein bord, des déversements se produisent dans la dernière boucle en aval du méandre produisant une érosion régressive de son pédoncule et à plus long terme son recoupement ⁽⁷⁾.

Fig. 14 : Organisation du lit fluvial ( © Hervé Pigeay 2019)

Fig.15 : Illustrations montrant l'occupation du lit fluvial avec l'exemple de la Moselle sauvage
à Bainville-aux-Miroirs (54). En étiage dans son lit mineur en décembre 2015, puis à plein bord en janvier 2016.

Fig.16 : Recoupement d'un méandre par l'Armançon, affluent en rive droite de l'Yonne ⁽¹⁴⁾.
Les flèches bleues indiquent le sens de l'écoulement des eaux de l'Armançon.
Remarquer également les paléotracés de la rivière qui apparaissent sous le trait des travaux aratoires ou de la répartition des différentes strates de végétation.

- (b) La stabilité d'un méandre dépend aussi de la charge solide transportée et du courant (= charge liquide)⁽¹³⁾. Lorsque le niveau de base descend ⁽⁸⁾, l'érosion s'exerce au fond de la vallée qu'elle incise et cela stabilise le méandre, l'érosion se concentrant au fond du talweg (= lit d'étiage - fig. 14 et 17). Si au contraire, le niveau de base remonte à la faveur de dépôts au fond du talweg, l'érosion s'exerce sur une plus large partie du talweg jusqu'aux berges (niveau de plein bord) et le méandre risque le recoupement (fig.15 et 17).

Fig. 17 : Variations du niveau de base et risque de recoupement (© J-Y-Bigot 2005)⁽⁸⁾

- (c) Un autre facteur favorisant le recoupement doit être pris en considération dans les régions à sous-sol calcaire. Le calcaire étant soluble dans l'eau, des endokarsts sous-alluviaux peuvent naître par soutirage au fond du lit de la rivière comme c'est le cas pour la Meuse (voir fiches pertes de la Meuse à Bazoiles-sur-Meuse et résurgences de la Meuse à Neufchâteau) mais également pour la Moselle (voir fiche Pierre-la-Treiche qui aborde les causes de la capture de la Moselle par la Meurthe avec assistance active d'un endokarst sous-alluvial).

D'autres phénomènes karstiques en forme de "shunt" peuvent naître à l'intérieur d'un méandre comme c'est le cas pour l'Ardèche ^{(8, 9, 15)} dans les boucles de St.-Marcel (fig.18) avec la grotte du même nom ⁽⁸⁾ et la grotte des Copains d'Abord⁽⁹⁾, ou pour les méandres d'autres rivières telles la Cure et le Lot ⁽¹⁵⁾. Le pédoncule du méandre ainsi affaibli par les circulations karstiques peut alors plus aisément être recoupé ultérieurement.

Fig. 18 : Affaiblissement du pédoncule d'un méandre de l'Ardèche par un endokarst
(© L. Mocochain et al. 2006)⁽⁹⁾ - Carte géologique "Bourg-Saint-Andéol" BRGM 1/50.000 n° 889.

La première condition de recoupement de méandre invoquée plus haut (i.e. effets des débordements occasionnés par les crues) semble devoir être privilégiée dans le cas du paléoméandre de Doulcon.

La capture de la Haute-Moselle par la Meurthe ayant eu lieu avant le recoupement de méandre ne peut être incriminée dans une baisse de charge ou de de débit, et aucun phénomène karstique n'est connu ou décrit dans la butte du pépin de méndre de Doulcon.

Un article en cours de rédaction (Harmand et Leroux, en cours) devrait clarifier l'origine de ce recoupement prochainement.

4) Influence des variations climatiques sur les facteurs de charge solide et/ou liquide :

Puisque le débit et la charge transportée jouent un rôle majeur dans ces phénomènes de recoupement de méandres ⁽²⁾, il est important de mettre également en relation la dynamique fluviale et le climat ⁽¹⁰⁾.

Le plus souvent les cycles climatiques mis en évidence ont une durée voisine de 100 Ka. Le creusement est surtout actif durant les périodes interglaciaires (durée 20 Ka) - énergie hydraulique présente et forte avec fluides mobiles - et la sédimentation active durant les épisodes plus froids (durée 80 Ka) - production importante de matériaux par cryoclastie mais énergie hydraulique plus faible avec fluides peu mobiles ⁽¹⁰⁾.

Les recoupements auront donc davantage de chance de s'opérer durant les périodes froides.

Cependant, la fréquence des épisodes météorologiques violents avec des cumuls de précipitations importants, et ce, en toute saison (tempêtes, phénomènes cévenoles,...), et imputés à un déréglement climatique global, peuvent laisser supposer que de tels phénomènes de recoupement soient à l'avenir plus courants.

L'étude de ces événements est donc au coeur des préocupations politiques locales en matière de prévention des risques liés aux innondations.

5) Influence des activités humaines sur les facteurs de charge solide et/ou liquide :

Et enfin, puisque le débit et la charge transportée jouent un rôle majeur dans ces phénomènes de recoupement de méandres ⁽²⁾, il est important de mettre aussi en relation la dynamique fluviale et l'activité humaine ⁽¹⁶⁾.

En effet, l'aménagement du lit du cours d'eau par l'Homme (endiguement, enrochement des berges, construction de retenues et de barrages, soutirage et pompage dans les nappes alluviales, dragage ou exploitation des sédiments alluviaux ...) peut fortement perturber sa géomorphologie naturelle et la dynamique de l'écoulement en modifiant les paramètres hydrauliques ainsi que la charge solide transportée. 

Une retenue par exemple, bloque une partie de la charge solide transportée. L'équilibre étant rompu, le cours d'eau va inciser son lit pour augmenter sa vitesse et ainsi entailler ses berges pour se recharger en matériaux en aval du barrage créant le "phénomène des eaux affamées" ⁽¹³⁾. Ce phénomène serait par exemple impliqué dans le cas du recoupement d'un méandre de l'Armançon qui est un affluent de l'Yonne (fig. 16) ^{(13, 17)}.

Une rivière a besoin d'un "espace de mobilité fonctionnelle" aussi appelé "espace de liberté" ou "lit moyen" (fig.19) ⁽¹⁶⁾. Il correspond à un espace du lit majeur dans lequel le chenal ou les chenaux fluviaux assurent des translations latérales permettant une mobilisation des sédiments ainsi que le fonctionnement optimum des écosystèmes aquatiques et terrestres comme cela est inscrit dans le Schéma Directeur d'Aménagement et de Gestion des Eaux.

Fig. 19 : Espace de mobilité ou de liberté d'un cours d'eau (© SMMAR)⁽¹⁶⁾

Cet espace est donc bien différent de la zone inondable et sa préservation est nécessaire pour le bon fonctionnement du cours d’eau et son équilibre sédimentaire. Un exemple de préservation d'un tel espace en Lorraine est décrit dans la fiche Méandre actuel de Bainville-aux-Miroirs sur ce site.

Cet espace est aussi un enjeu économique majeur puisque les exploitations de carrières de granulats sont interdites dans l’espace de mobilité du cours d’eau (arrêté du 22 septembre 1994, Article 11.2 relatif aux exploitations de carrières, modifié en 2016 ⁽¹⁸⁾).

L'étude de ces phénomènes est donc au cœur des politiques d'aménagement du territoire.

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Les auteurs tiennent particulièrement à remercier Dominique Harmand, Professeur de Géographie à l'Université de Lorraine, pour les orientations bibliographiques et ses précieux conseils.

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Eléments de bibliographie :

(1) Dominique HARMAND et Stéphane CORDIER 2012 The Pleistocene terrace staircases of the present and past rivers downstream from the Vosges Massif (Meuse and Moselle catchments). Netherlands Journal of geosciences-Geologie en Mijnbouw, 91-1/2, 91-109.

(2) Michel DESHAIES et André WEISROCK 1995 Les méandres encaissés de la Meuse et les captures dans le bassin de la Moselle : enseignements de l'étude morphométrique, Revue Géographique de l'Est, 35-3-4, pp.241-254, in La capture de la Moselle. A propos du centenaire de l'article de W.M. Davis, 1895-1995. Actes du Colloque Paléoréseaux hydrographiques quaternaires, Nancy, 6-8 septembre 1995.

(3) Dominique HARMAND 1989 La Meuse lorraine. Contribution à l’étude des alluvions anciennes de la Meuse entre Pagny/Meuse et Mouzon (Ardennes). Tentative d’une reconstitution paléogéographique et dynamique actuelle du bassin. Thèse Univ. Nancy 2, Vol. I : 603 p., Vol. II : 100 p.  

(4) Dominique HARMAND, Jacques LE ROUX, Benoît LOSSON et Stéphane CORDIER 2007 La capture de la Haute Moselle: Bilan des connaissances. In: Livret Guide : Vallées de la Moselle, de la Sarre et de la Meurthe. Vosges: Piémont et témoins glaciaires, AFEQ, Centre d’Etude et de Recherche sur les Paysages, Département de Géographie, Université Nancy 2. Article n°4, pp. 53-66.

(5) Pierre-Louis MAUBEUGE 1970 Notice de la carte géologique de Stenay au 1:50 000, BRGM Ed., 20 p.

(6) Gilles BRESSON 1966 Données géologiques et hydrogéologiques acquises à la date du 15 janvier 1966, Feuille topographique au 1:20 000 de Stenay (n°111), coupures n° 5 et 6 (Meuse), BRGM Ed., DSGR.66.A4, 125 p.

(7) François PETIT 1984  Les processus contrôlant l'évolution du tracé d'une rivière ardennaise, Z. Geomorph. N. F., Suppl.-Bd.49, 95-109, Berlin-Stuttgart, Oktober 1984.

(8) Jean-Yves BIGOT 2005 Descente et remontée du niveau de base, les recoupements de méandre: le cas de la grotte de Saint-Marcel, méandre de la Madeleine, gorges de l'Ardèche, RIKRAK de Seyssins, Isère, 15 et 16 janvier 2005. (RIKRAK = Rencontres Informelles de Karstologie Réunissant les Amis du Karst). https://slideplayer.fr/slide/7293659/

(9) Ludovic MOCOCHAIN, Jean-Yves BIGOT, Georges CLAUZON, Marc FAVERJON et Philippe BRUNET 2006 La grotte de Saint-Marcel (Ardèche): un référentiel pour l'évolution des endokarsts méditerranéens depuis 6Ma, Karstologia, 48, p. 33-50.

(10) David BRIDGLAND, Rob WESTAWAY et Stéphane CORDIER 2009 Les causes de l'étagement des terrasses alluviales à travers le monde. In: Les systèmes fluviatiles des bassins versants de la Moselle et du Rhin (France, Allemagne, Luxembourg), vol.20/1, Quaternaire, p. 5-23.

(11) Hervé PIEGAY 2019 Apprendre à vivre avec les rivières, une question de géomorphologie. Encyclopédie de l’Environnement en ligne: https://www.encyclopedie-environnement.org/eau/rivieres-geomorphologie/

(12) Site gouvernemental Vigicrues "Territoire Meuse-Moselle": https://www.vigicrues.gouv.fr/niv2-bassin.php?CdEntVigiCru=2

(13) https://www.bassin-armancon.fr/2019/03/25/le-recoupement-de-m%C3%A9andres-de-la-ferme-de-cr%C3%A9cy/

(14) https://www.persee.fr/doc/rgpso_0035-3221_1987_num_58_1_4972

(15) Jean NICOD 1997 Les recoupements karstiques de méandres encaissés, Karstologia, 30, p. 41-48.

(16) http://www.smmar.org/article/etudes-actions/espaces-de-mobilite

(17) George Mathias KONDOLF 1997 Hungry Water: Effects of Dams and Gravel Mining on River Channels. Environmental Management 21, p. 533-551.

(18) https://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000000347845