Stratigraphie

L’étude de la séquence stratigraphique du gisement et de son remplissage permet de comprendre l’évolution morphologique du site. Les derniers travaux de M.-H. Moncel (Moncel et al., 2002) établissent, à partir de l’analyse stratigraphique, des études sédimentologiques (Debard, in Moncel et al., 2002) et de celles des micromammifères (El Hazzazi, 1998 ; Desclaux, in Moncel et al., 2002), trois grandes phases différentes de dépôt des sédiments. La première, dans l’ordre chronologique, correspondrait à un remplissage karstique en grotte, la deuxième à en remplissage sous abri et enfin la dernière à un remplissage à l’air libre. Chacune de ces phases contient plusieurs unités archéologiques et géologiques. La séquence se compose de dix ensembles (de A à I), dont quatre au moins montrent la présence d’occupations humaines. Ce sont les ensembles D, E, F et G. Ces niveaux d’occupation sont plus ou moins bien individualisés. Les sédiments reposent sur un plancher stalagmitique, H, bien mis en évidence dans la partie Est du gisement (Payre II), représentant le premier sol en grotte foulé par les Néanderthaliens. Ce plancher s’est mis en place lors d’une période tempérée du stade isotopique 7. Chacun des ensembles de A à I a une particularité géologique qui le distingue, la couleur et la nature de sa matrice ou le nombre et la taille des cailloutis. La description sédimento-morphologique et archéologique de chaque couche, ici détaillée, permet de reconstituer au fur et à mesure la morphologie du site (tab. 2 et fig. 19) :

• Dernière phase de remplissage à l’air libre postérieure à 80 000 ans :
• • Ensemble A : c’est le plus récent, son remplissage est d’origine karstique et serait actuel ou sub - actuel. Le sédiment est fin, sédiment limoneux jaune, brêchifié à la base. Il recouvre seulement partiellement la terrasse (Payre II) d’une épaisseur de cinq à soixante centimètres. Son matériel archéologique est pauvre. Il est seulement constitué de quelques pièces lithiques qui semblent allochtones.
  • Ensemble B : son sédiment est jaune et très concrétionné. Il renferme de nombreux fragments de plancher stalagmitique qui aurait colmaté tout le boyau, puis aurait été vidangé. Cet ensemble d’une épaisseur d’environ quatre-vingts centimètres n’est présent que dans un sondage à l’entrée du boyau.

• Phase de remplissage sous abri puis à l’air libre pendant le stade isotopique 5  :
• • Ensemble C : son remplissage s’est également déroulé à l’air libre. Cet ensemble n’est présent qu’à l’arrière de la terrasse, dans sa partie Est, il apparaît sous la forme d’une brèche grise à matrice sablonneuse. On note une absence d’artefacts dans cet ensemble.

Ces trois ensembles supérieurs du remplissage, dégagés dans la tranchée prolongeant le boyau, sont marqués par une bioturbation importante.

• Ensemble D : le plus riche du point de vue archéologique (une deuxième molaire inférieure droite d’un jeune Néanderthalien y a été découverte), il s’étend sur toute la surface de l’actuelle terrasse moulant les sommets des couches E, F et G, tronquées en avant du site, et est actuellement le plus largement fouillé (environ 80 m²). Le sédiment d’origine autochtone et allochtone est rougeâtre, très caillouteux et localement brêchifié. Son épaisseur est d’environ cinquante centimètres. Cet ensemble a été subdivisé en deux unités D1 et D2, D2 étant la plus riche archéologiquement. Il est délimité de chaque côté dans la partie Est de la terrasse (Payre II) par des bancs calcaires qui représenteraient les anciennes parois latérales de la cavité. Il est archéologiquement très riche, correspondant à une phase d’occupation régulière. Les différents niveaux d’occupation, fréquemment piétinés et bioperturbés, sont cependant difficiles à individualiser.

• Première phase de remplissage en grotte (du stade isotopique 7 au stade 5)  :
• • Ensemble E : il correspond essentiellement à différentes phases d’effondrement du plafond (nombreux blocs calcaires). Il est gris – blanchâtre, très brêchifié, constitué en majorité de cailloutis et de gros blocs de pierres et pauvre en matrice. Il a été divisé dans la partie centrale de la terrasse en deux unités E1 et E2 selon leur proportion plus ou moins importante de matrice. Une troisième unité, E3 a été isolée sur quelques mètres carrés dans la partie Ouest de la terrasse (Payre I) mais sans lien stratigraphique avec les deux autres. Cet ensemble est pauvre en artefacts lithiques et en faune, et le concrétionnement des sédiments à certains endroits rend difficile la mise au jour des vestiges. La délimitation entre les ensembles F et E ne se distingue pas nettement.
  • Ensemble F : de couleur grise, il n’est observable que sur vingt-cinq mètres carrés dans la partie centrale de Payre II. Il présente plusieurs niveaux archéologiques bien distincts, Fa, Fb, Fc et Fd, séparés par des niveaux à Ursidés. Son nombre plus conséquent de restes de Carnivores indiquerait que cette grotte ait pu servir de tanière à certaines périodes. Au niveau sédimentologique, on note l’alternance de lits d’argile, de cailloutis, de gros blocs calcaires et d’éléments de plancher stalagmitique. Cet ensemble atteint à certains endroits un mètre d’épaisseur et est divisé en sept unités. Les blocs de calcaire sont les témoins de phases d’effondrement de la paroi à cette période aussi, et les couches argileuses attestent quant à elles de phases de ruissellement (nombreux galets provenant du réseau karstique). A la base de ce dépôt on mesure une hauteur de plafond (bord supérieur du boyau actuel) d’environ un mètre cinquante. L’ensemble F renferme quatre niveaux archéologiques regroupés dans notre étude archéozoologique en Fa, Fb et Fc-d. Ces différents horizons archéologiques sont à associer aux différents ensembles stratigraphiques F1 à F7 décrits par E. Debard et J.-M. Dubois (in Moncel et al., 2002). La première phase de remplissage de F (F7 à F4), correspondant aux niveaux Fc-d, est caractérisée par les mêmes conditions sédimentologiques que celles de l’ensemble G : granulométrie grossière, cailloutis fissurés par la gélivation secondaire, etc…, traduisant des conditions froides liées à une nouvelle phase d’instabilité des voûtes de la cavité. Le dépôt F3 (niveau archéologique Fb) est marqué par le développement des ruissellements à l’origine de l’apport de limons argileux (lentille sans cailloux) et de l’émoussé des cailloux du niveau sous-jacent. Enfin, la dernière phase de remplissage F1-F2 correspondant au niveau Fa révèle des traces de dissolution et de gélivation secondaire traduisant un contexte humide qui reste froid.
  • Ensemble G : sédiment brun – orangé, argileux, plus ou moins caillouteux et presque totalement induré. Fouillé sur quarante mètres carrés, il est présent sur toute la terrasse, et atteint plus d’un mètre d’épaisseur dans la partie Est. Il est subdivisé en six unités, individualisées en fonction de la densité de blocs calcaires. De grandes dalles calcaires à la base témoignent également de phases d’effondrement du plafond. Cet ensemble est en contact avec les ensembles E, F ou D selon les endroits et le plancher stalagmitique. Ce premier dépôt, l’un des plus riche, comprend deux phases majeures d’occupation humaine renfermant des restes humains (Moncel & Condemi, 1996, 1997). Il s’agit d’une dizaine de dents et d’un morceau de pariétal appartenant à trois individus différents, ces restes sont tous situés dans un même secteur d’environ quatre mètres carrés et à une même profondeur indiquant leur contemporanéité. Cette zone se situe en avant de la terrasse. En l’état actuel des connaissances, aucune explication ne peut être donnée en ce qui concerne la présence de ces restes humains, peut-être s’agit-il d’un lieu d’abandon des corps ou tout simplement de déchets de prédateurs.
  • Ensemble H : plancher stalagmitique reposant sur les restes des anciennes parois de la cavité, il est épais de cinquante à soixante-dix centimètres. Ce plancher est un dépôt endokarstique typique, révélateur d’un optimum climatique et de phases d’équilibre écologique.

Aux vues des données sédimentologiques, les sédiments renfermant les dépôts archéologiques montrent une alternance de phases détritiques (recul de la cavité, démantèlement du plancher stalagmitique), entrecoupées de phases humides responsables de l’érosion et de l’induration des sédiments. Les premiers dépôts (unités H et G) se sont mis en place dans une cavité encore fermée comme le montrent la présence de planchers stalagmitiques et l’importance des précipitations au sein des sédiments. Les niveaux de brèches traduisent des circulations d’eau carbonatées lors d’épisodes humides pas forcément associées à des phases d’amélioration climatique (Debard, 1988). La présence de blocs de parois et de fragments de spéléothèmes remaniés révèle les premières phases d’effondrement de l’ancienne cavité. Le recul des parois et du plafond se poursuit avec le dépôt des couches suivantes (F et E). Le passage d’une grotte à un abri, avec un surplomb sans doute peu marqué, entraîne l’érosion accélérée de la partie antérieure du remplissage par appel au vide en relation avec le recul du versant et le ravinement de la partie amont dans les secteurs non protégés. A la suite de cet effondrement, les hommes sont revenus à Payre dans un contexte d’abri sous–roche puis de site de plein air. Les derniers dépôts (D, B et A) montrent d’importantes traces de remaniement liées à la disparition complète des surplombs (Dubois & Debard, in Moncel et al., soumis 2006).