The Chauvet Cave's entrance is localized in the Lower Cretaceous limestone cliffs in the Ardèche River canyon (L = 44.23°N; l = 4.26°E; 240 m asl). The eight studied stalagmites and the two flowstones have been taken close to the pathway that was put in since the discovery of the cave; they are spread all over the cave (Fig. 1; Table 1).

We have used the TIMS U/Th method because it is less destructive and because 300 to 2000 mg of calcite are only necessary. Dated samples represent between 5 and 50 years of calcite deposition, which is less than the analytical errors for most of the stalagmites, but which can be much larger for flowstones whose growth rate is slower. U/Th dating have been made by two different laboratories: the LSCE (Gif-sur-Yvette, France; V.P., Ch.C.) for Chau-stm1, Chau-stm2 and Chau-stm3, and GEOTOP (Canada; B.G.) for all the other samples. Details of the methods can be found in [21,32]. We only recall that a ²³²Th correction has been performed when necessary in order to take into account the detrital origin of the ²³⁰Th. Final error is given at 2 σ.

TIMS U/Th dating of the Chauvet Cave stalagmites and flowstones brings the following results: •

since 33 ka, several periods of stalagmite growth are observed and are coincident with climatic improvements; but it appears from this first set of analyses that no deposition occurred between 24.5 ± 0.5 ka and 15.5 ± 0.5 ka because the climate was too cold;

Pour le ¹⁴C (AMS), les prélèvements sur les stalagmites se font à la micro-perceuse (diamètre : 0,8 mm). Deux à quatre trous sont suffisants et peuvent être faits latéralement sur un même niveau de croissance, ce qui représente une durée de croissance variant de 1 à 5 ans. La méthode employée est détaillée dans [21] and [22]. Les incertitudes varient de 0,4 à 0,8 pMC (% modern carbon). Les âges issus des mesures de radiocarbone sur la calcite sont corrigés d'une proportion de carbone mort (carbone issu principalement de la dissolution du calcaire) et calibrés [21], [22] and [33]. Cette proportion avait été estimée à 4% en comparant les âges U/Th et ¹⁴C de la stalagmite Chau-stm1, obtenus lors d'une précédente étude [21] and [22]. Seule la stalagmite Chau-stm4 a été datée uniquement par ¹⁴C, ainsi que le sommet de Chau-stm1.

Vingt-neuf analyses U/Th TIMS ont été effectuées sur les spéléothèmes de la grotte Chauvet (Tableau 2). Les âges s'échelonnent entre 32,9 et 0,3 ka et montrent plusieurs phases de croissance successives, plus ou moins distinctes. La première, entre 32,9 et 24 ka, pendant laquelle la stalagmite Chau-stm6 a poussé de 13,5 cm et le plancher Chau-pl1 a commencé sa croissance (Fig. 2 and Fig. 3). La seconde phase, qui est la mieux marquée, a lieu aux environs de 15 ka : elle comporte les stalagmites Chau-stm2 et Chau-stm3 qui commencent leur croissance entre 14260 ± 95 et 14 900 ± 84 ans (âges par rapport à l'année 2000 extrapolés jusqu'à la base des échantillons) ainsi que Chau-stm6, dont la croissance reprend il y a 15 148 ± 254 ans, après un arrêt d'environ 9000 ans (Fig. 2). Enfin, le plancher Chau-pl2 aurait déposé sa fine couche de calcite (2 cm) autour de 16 ka, ±1.1. Le début de la croissance de Chau-stm8 à 11500 ± 172 ans, ainsi que celui de Chau-stm5 (Fig. 2), bien que moins net à cause des incertitudes, pourraient marquer une troisième période favorable à la reprise du concrétionnement à Chauvet. Enfin, Chau-stm1, Chau-stm4 et Chau-stm7 débutent leur croissance autour de 5000 ± 800 ans.

Même si, statistiquement, le nombre d'échantillons étudiés est faible, ces phases de croissance coïncident avec des événements climatiques connus : la première phase correspond à la fin du stade isotopique 3, période encore suffisamment chaude et humide pour permettre l'infiltration de l'eau et la dissolution du calcaire. La seconde phase débute à la transition pléniglaciaire Bølling–Allerød (BA) à 15 ka ; la troisième, bien que moins nette, a lieu exactement après le Younger Dryas (11,5 ka). La dernière phase, autour de 5 ka, pourrait être liée à la fin de la période humide de l'« Atlantique ». Les âges des planchers doivent, en revanche, être interprétés avec précaution, pour deux raisons. D'une part, leur forte contamination en éléments détritiques (concentration en ²³²Th élevée) entraîne une incertitude importante sur l'âge. D'autre part, leur vitesse de croissance est beaucoup plus faible ; avec une vitesse moyenne de 0,0015 mm an^–1 pour le plancher Chau-pl1, un prélèvement typique pour une datation (10 mm de hauteur en moyenne) représente, en théorie, 6700 années de dépôt. Cependant, les spéléothèmes ne poussent pas aussi lentement, mais plutôt irrégulièrement, avec des phases de croissance « normales », qui alternent avec des arrêts, ce qui pourrait être le cas de ces planchers. Enfin, la structure de la base de Chau-pl1 étant confuse (pas de stratification nette, cristaux dendritiques et fabrique cristalline poreuse), les âges de 27.8 ka ± 1.9 et 18.3 ± 1.0 ka sont encore à considérer avec prudence.

Mais le point essentiel qui ressort de ce premier ensemble d'âges est qu'il n'y a pas de croissance de stalagmite entre 25 et 16 ka environ, ce qui s'explique par des conditions climatiques rigoureuses. Ainsi, le niveau des mers est au plus bas entre 23 et 17 ka [31] (Fig. 2). Le méthane, qui caractérise l'activité biopédologique, mesuré dans les bulles d'air piégées dans les glaces de l'Antarctique et du Groenland montre aussi des valeurs très basses (~400 ppb) entre 26 et 17 ka, avant une augmentation brusque jusqu'à ~700 ppb à 14,8 ka [8]. La fin de cet intervalle, autour de 16 ka, est particulièrement marquée dans nos échantillons, avec le début de croissance de plusieurs stalagmites (Fig. 2). Elle correspond à la transition Pléniglaciaire/Bølling-Allerød (BA) reconnue dans de nombreuses archives paléoclimatiques globales et régionales. Ainsi, la brusque transition vers le BA est datée à 14,5 ka dans les isotopes des glaces du Groenland [1] and [13]. Sur le continent européen, les isotopes des ostracodes du lac Ammersee (Sud de l'Allemagne) ont livré une courbe remarquable de la déglaciation où la transition BA est calée à 14,7 ka [26]. Plus proche de l'Ardèche, les pollens des lacs des monts d'Aubrac (Massif central) et du Sud des Alpes caractérisent le passage d'une végétation steppique, essentiellement composée d'Artemisia, à une végétation arborée avec l'apparition de Juniperus dans l'intervalle 14,4–16 ka cal BP (12,8 ± 0,25 ka BP non calibré ; [4] and [5]).

La croissance des spéléothèmes est conditionnée par de nombreux paramètres, dont les principaux sont la teneur en calcium de l'eau d'infiltration, le débit, la température et les pressions partielles de CO₂ (air et eau) [16]. Lorsque le climat se refroidit, les spéléothèmes ralentissent leur croissance. Au-delà d'un certain seuil, ils s'arrêtent de pousser, soit à cause d'un blocage de l'infiltration, lié à un pergélisol ou à une période sèche, soit à cause du manque de végétation qui empêche l'eau de se charger en CO₂ et donc de dissoudre le calcaire encaissant. Il est possible ainsi de définir des « chronozones », c'est-à-dire des périodes durant lesquelles les spéléothèmes poussent, ceci pour une région donnée. Pour l'Europe du Nord-Ouest (Angleterre, Nord de l'Europe continentale), la distribution statistique des âges U/Th publiés montre qu'autour de 20 ka, très peu de spéléothèmes ont poussé [2] and [25]. Dans le Sud-Ouest de la France, à la même latitude que celle de la grotte Chauvet, les âges U/Th (TIMS) des stalagmites de la grotte de Villars montrent un arrêt entre ca 16 et 32 ka [23] and [24], qui se superpose à celui observé à Chauvet. Toutes ces observations suggèrent donc qu'entre 25 et 16 ka, la croissance d'une stalagmite est peu probable dans cette région.

Vitesses de croissance. Les vitesses verticales de croissance des stalagmites sont des indicateurs paléoclimatiques indirects, puisqu'elles sont liées principalement à la teneur en calcium et au débit de l'eau. Dans la grotte Chauvet, elles varient de 0,002 mm an^–1 (base de Chau-stm6) à 0,68 mm an^–1 (Chau-stm4) (Fig. 3). Calculées à partir des âges U/Th, il s'agit de vitesses moyennes entre deux points datés. En conséquence, un événement froid situé entre deux de ces points entraîne une réduction apparente de la vitesse moyenne de croissance. C'est le cas pour la moitié supérieure de la stalagmite Chau-stm2, où la vitesse moyenne est faible (0,023 mm an^–1), probablement parce qu'elle recouvre le Younger-Dryas (YD), période particulièrement froide qui a entraîné des ralentissements, voire des arrêts, dans le concrétionnement des spéléothèmes (cas de la grotte de Villars, données non publiées). Cependant, le YD ne semble pas avoir affecté la croissance de Chau-stm6 où l'on observe une vitesse de 0,18 mm an^–1 (Fig. 3). Les isotopes stables effectués sur cette stalagmite (en cours de publication) confirment l'impact du YD sur le climat, malgré une vitesse de croissance toujours relativement élevée. La situation de Chau-stm6, au fond de la grotte, plus à l'intérieur du massif calcaire et donc mieux protégée du froid extérieur et peut-être uniquement alimentée par des eaux d'infiltration d'été qui régulent la température de la grotte, pourrait en partie expliquer son fonctionnement pendant cette période froide.

Afin de préciser la dynamique de mise en place de l'éboulis d'entrée (événement abrupt ou multiphasé) et son âge, deux stalagmites ont été prélevées en juin 2001 : Chau-stm7 qui provient du haut de l'éboulis et Chau-stm8 qui se trouve à environ un mètre au-dessus des derniers blocs de calcaire déposés sur le sol de la grotte. Chacune des stalagmites intègre dans sa base des blocs de calcaire de l'encaissant urgonien constitutif de l'éboulis, ce qui a permis de prélever des échantillons de calcite au niveau de leurs toutes premières phases de croissance. À la base de l'éboulis, le concrétionnement de Chau-stm8 débute à 11 500 ± 172 ans et se termine après 8648 ± 155 ans (Tableau 2). En haut de l'éboulis, la base de Chau-stm7 donne un âge de 5797 ± 92 ans et 290 ± 13 à quelques millimètres du sommet, démontrant que cette dernière était active lors de son prélèvement.

Comme la grotte Chauvet, de nombreuses cavités ont leur entrée originelle colmatée par un éboulis ; citons par exemple des grottes de Dordogne comme Cussac, Lascaux, Villars etc. ou des Pyrénées (Fontanet). Il en existe de nombreuses autres, répertoriées surtout dans le Sud de la France par M. Escalon de Fonton [17] et J.-J. Blanc [6]. Diverses hypothèses ont été émises quant à la cause de ces éboulis, faisant intervenir la fissuration, le climat et la tectonique [6]. D'une façon générale, la tectonique prédispose plus ou moins favorablement une falaise à s'écrouler. Des diaclases dont la direction est proche de celle du front de falaise vont favoriser l'effondrement. La falaise où se situe la grotte Chauvet correspond à un accident ̃N20 qui, quelques kilomètres plus au sud, met en contact le Barrémien supérieur avec le Bédoulien inférieur (carte géologique de la France au 1:50 000, n^o 889, BRGM). Cet accident pourrait être à l'origine d'une fracturation favorisant les éboulements. Ces derniers peuvent être déclenchés par une secousse sismique ou, plus probablement, un climat à fort contraste thermique. L'exemple relaté par Escalon De Fonton (in [6]) d'une cuesta de biocalcarénites miocène surplombante (près de Fos, Bouches du Rhône) montre, de façon remarquable, qu'un éboulement peut être polyphasé et lié à différentes phases climatiques, où chaque phase d'effondrement est ici mise en relation avec un climat froid.

L'âge le plus ancien obtenu dans cette étude, à partir des stalagmites de l'éboulis d'entrée, montre que la base de cette formation est plus ancienne que 11,5 ± 0,17 ka et son sommet plus ancien que 5,8 ± 0,1 ka. D'après les données de ces deux seules stalagmites, l'éboulis se serait donc formé avant la fin du Younger-Dryas. L'étude d'autres stalagmites de l'éboulis d'entrée permettra de préciser l'âge exact de cet événement. Notons, par ailleurs, que les âges ¹⁴C obtenus, d'une part, sur les charbons et les peintures et, d'autre part, sur les ossements d'animaux trouvés dans la grotte, montrent qu'il n'y a pas eu d'activité humaine postérieure à 24 ka BP [34] et qu'aucun animal de grosse taille n'est entré dans la grotte après 22 ka BP [7].

Il y a au fond de la grotte, dans la salle Hillaire, un effondrement du sol archéologique et du plancher stalagmitique qui le recouvre (Fig. 1). Ce trou, d'environ 10 m de diamètre, est le seul lieu dans la grotte où il soit possible d'observer la succession des dépôts sédimentaires sur une épaisseur de plus de 2 m. Ceux-ci, principalement argileux, contiennent de nombreux restes paléontologiques et sont scellés par un plancher stalagmitique d'environ 5 cm d'épaisseur [18] and [28]. L'âge de la base du plancher montre que l'eau a commencé à recouvrir le sol archéologique en y déposant de la calcite à la fin du stade isotopique 3, aux environs de 28 ka (Tableau 2). À 3 cm de la base du plancher, une discontinuité pétrographique bien visible (passage d'une calcite blanche et poreuse à une calcite compacte et translucide) sépare la base d'une seconde génération de dépôt de calcite, dont l'âge maximal est d'environ 9.3 ka (7,7 ka en âge corrigé, mais avec une incertitude élevée à cause de la forte contamination en détritique, Tableau 2). Il est donc probable que l'effondrement s'est produit pendant la première moitié de l'Holocène. La discontinuité correspond très probablement au Pléniglaciaire, autour de 20 ka, au cours duquel, comme sur la stalagmite Chau-stm6, il n'y a pas eu de dépôt de calcite à cause des conditions climatiques sévères.

Des fragments de charbon résultant de l'activité de l'homme préhistorique ont été trouvés piégés sous quatre des spéléothèmes étudiés : Chau-stm2, Chau-stm3, Chau-pl1 et Chau-pl2 (Tableau 3). Les âges ¹⁴C (UMS Tandétron, Gif-sur-Yvette) s'échelonnent de 31 350 ± 440 ans BP à 21822 ± 130 ans BP. Ce dernier échantillon étant très petit et proche de la limite analytique est à considérer avec prudence. Ces âges ¹⁴C sont conventionnels et l'âge vrai est donc plus grand, de 2 à 6 ka selon les hypothèses sur la courbe de calibration pour cette période [3], [29] and [35]. Ces résultats informent sur l'intervalle de temps qui s'est écoulé entre les dépôts archéologiques, témoins de l'activité humaine, et le début des phases de concrétionnement : > 2200 ans pour le premier plancher de la salle Hillaire ; > 7000 ans pour la stalagmite de la galerie des Mégacéros (Chau-stm3) et > 12 600 ans pour la stalagmite du passage avant la galerie du Cierge (Chau-stm2). L'âge de la base du plancher de la salle Hillaire (Chau-pl1) est cohérent avec l'âge ¹⁴C des charbons trouvés au-dessous (âge ¹⁴C non calibré de 30 020 ± 350 ans BP ; Tableau 3). Il en est de même pour la stalagmite Chau-stm6 qui a poussé sur le sol archéologique où un charbon de bois, trouvé en surface à environ 2 m de la stalagmite, a été daté à 30 550 ± 370 ans BP (GC0022, Tableau 3). Comme la base de cette stalagmite est datée par U/Th de 32870 ± 625, cela implique que l'âge réel du charbon de ce niveau est encore plus vieux, en accord avec les dernières courbes de calibration [3]. Les autres résultats démontrent que pendant 7 à 15 millénaires, aucun dépôt n'est venu recouvrir les charbons de bois laissés par les hommes préhistoriques.