biostratigraphie esep 2011

COURS DE BIOSTRATIGRAPHIEESEP 2010-2011

ParProf. DIGBEHI

Rappels de géologie historique

La géologie historique est une discipline scientifique basée sur

- La stratigraphie- La Paléogéographie

Elle fait également appel à la Géodynamique, la Géologie structurale, la Paléontologie, la Sédimentologie

ObjetsObjets

–Reconstituer à chaque période ou tranche de temps, le paysage géologique, les manifestations géodynamiques

La population animale et végétale

ObjetsObjets

- Retracer les différentes évolutions paléogéographiques paléocourantologique, paléoocéanographique,paléoclimatique, paléoécologique…

STRATIGRAPHIESTRATIGRAPHIE

GénéralitésGénéralités

Etymologiquement , la stratigraphie signifie description des couches de terrain qui constituent l’écorce terrestre


En dautres termes c’est est une discipline des sciences de la Terre qui étudie la succession des différentes couches géologiques ou strates.

GénéralitésGénéralitésIl s'agit d'une approche intégrée, en ce

que des résultats apportés par la géochimie, la paléontologie, la pétrographie, l'astronomie... sont réunis et exploités à travers différentes méthodes : biostratigraphie, chimiostratigraphie, lithostratigraphie, magnétostratigraphie, cyclostratigraphie...


Ces méthodes, développées de façon relativement indépendante, sont ensuite réinvesties dans des approches plus généralistes :


la chronostratigraphie cherche à établir une échelle des temps géologiques aussi précise et fiable que possible en organisant les données élémentaires que constituent les « unités chronostratigraphiques » ;

GénéralitésGénéralitésla stratigraphie séquentielle,

exploitant la sismique, cherche à éclairer l'organisation relative des corps sédimentaires en liaison avec les variations cycliques du niveau marin à l'échelle régionale ;


la stratigraphie génétique cherche à dégager des modèles sédimentologiques généraux pour effectuer des prévisions en sous-sol, en l'absence de données complètes (forages ponctuels).


Objectif : donner une explication de l’organisation et de l’agencement des divers éléments de l’écorce terrestre.

N-B : Ces éléments ont subi des transformations et ne sont pas dans leur contexte de formation initiale

Rôles de la stratigraphieRôles de la stratigraphieFaire abstraction des

transformations ultérieuresRemonter à travers le temps pour

retrouver l’état initial et les événements qu’il a enregistrés

Replacer cet « état initial » dans un cadre spatio-temporel.

PréoccupationsPréoccupationsTemporelle :

– Datation des objets et événements par différentes méthodes (paléontologie, sédimentologie, pétrographie, tectonique, géophysique, géochimie

Spatiale :– Paléogéographie au sens large

Le temps en stratigraphieLe temps en stratigraphie

Durée :– Vitesse de mise en place / valeur de l’élément

mesuréSimultanéité

– Besoin de marqueur– Corrélation stratigraphique– notion d’isochrones

Succession– Ordre de déroulement des événements

Les grands principes en Les grands principes en stratigraphiestratigraphie

Les principes de la stratigraphie sont en nombre variable selon les auteurs. Ces principes sont d'une part des postulats, qu'il faut vérifier par l'observation, et d'autre part des relations géométriques entre les formations géologiques étudiées.

Les grands principes (suite) Les grands principes (suite)

Les trois principes qui semblent unanimement acceptés sont le principe de continuité, le principe de superposition et le principe d’identité paléontologique

1er Principe fondamental1er Principe fondamentalLe Le principe de superpositionprincipe de superposition

Enoncé. : en l'absence de bouleversements structuraux, une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre et plus ancienne que celle qui la recouvre. C'est le principe le plus ancien en géologie, il a été formulé dès le XVIIe siècle par Nicolas Stenon

1er Principe fondamental1er Principe fondamental

Principe de superposition– « de deux strates superposées, la

strate supérieure est la plus récente »– « une structure ou événement qui

recoupe, métamorphise ou affecte une autre structure lui est postérieure.

2e principe fondamental2e principe fondamental

Principe de continuité latérale :– « Une strate continue est de même âge

sur toute son étendue, quel que soit le faciès »

– Cette notion implique que l’on prenne en compte un intervalle de temps équivalent au temps nécessaire au dépôt de la strate considérée.

2e principe fondamental2e principe fondamental

- Le faciès apporte des informations sur les conditions et l’environnement de dépôt

– L’épaisseur n’est pas forcément proportionnelle à la durée qu’elle représente

– Notion d’isochrones

33ee principe fondamental principe fondamental

Principe de l’identité paléontologique :– « Deux strates contenant les mêmes

fossiles sont de même âge ».– N-B : il s’agit généralement de fossiles

stratigraphiques (à voir ultérieurement). Les autres fossiles de faciès peuvent être utilisés mais dans des conditions particulières.

Les principes précédents souffrent de nombreux contre-exemples (cf. infra) et doivent être validés par l'observation de la situation étudiée. Ils sont néanmoins des points de départ utilisés par tous les géologues dans une situation inconnue.

Autres principes (suite) Autres principes (suite) 4. Le principe d'uniformitarisme :

les structures géologiques passées ont été formées par des phénomènes (tectoniques, magmatiques, sédimentaires ou autres) agissant comme à notre époque

Autres principes (suite) Autres principes (suite)

5. Le principe d'horizontalité : les couches sédimentaires se déposent horizontalement ; une séquence sédimentaire qui n'est pas en position horizontale a subi des déformations postérieures à son dépôt.


6. Le principe de recoupement : les couches sédimentaires sont plus anciennes que les failles ou les roches qui les recoupent.


7. Le principe d'inclusion : les morceaux de roche inclus dans une autre couche sont plus anciens que leur contenant.

Exceptions aux principes Exceptions aux principes

Pour chacun de ces principes on peut trouver des exceptions. Ces exceptions dépendent du mode de sédimentation et de l'échelle à laquelle on les observe :

Exceptions aux principes Exceptions aux principes les nappes alluviales les plus

récentes peuvent être déposées après l'encaissement de la vallée et être plus basses que les alluvions antérieures (néanmoins, les alluvions récentes ne sont pas recouvertes par les plus anciennes).


les dépôts fluviatiles et deltaïques ne se déposent pas horizontalement, mais en sédimentation oblique.


les sédimentations bio-construites ne sont pas obligatoirement horizontales (un récif corallien n'est pas horizontal par exemple).


Une superposition de couches ne permet pas d'appliquer le principe de superposition si elle est renversée (plan inclinée par plissement par exemple).

UNITES UNITES STRATIGRAPHIQUESSTRATIGRAPHIQUES

Les unités stratigraphiques sont des découpages proposés pour définir des séquences de dépôt. Il s’agit, par la description fine des tranches de terrain que constituent les coupes et les profils, de proposer à la fois une mise en séquence de chaque coupe ou profil mais également de définir des corrélations entre eux.

C’est la convergence de critères qui permet de proposer des corrélations. Chaque critère est porteur d’une information sur les modes de mise en place ou/et les modes de transformations post-dépositionnelles

Méthodes de description Méthodes de description des unités stratigraphiques des unités stratigraphiques Les unités stratigraphiques sont décrites de

façon fine avec une série de critères empruntés à la géologie et à la pédologie. Les différents constituants des unités stratigraphiques sont représentatifs des processus de dépôts et des processus pédogénétiques.

C’est seulement après une description objective que l’on peut commencer le processus d’interprétation et de corrélation des unités stratigraphiques entre les différentes coupes.

Les limites entre les unités Les limites entre les unités stratigraphiquesstratigraphiques

Les unités stratigraphiques sont des volumes superposés entre lesquels on peut définir des limites plus ou moins nettes et plus ou moins sinueuses.

Il s’agit de définir la forme et la netteté de ces limites. Les limites peuvent être :

irrégulières (présence de sinuosités plus profondes que larges)

ondulées (présence de sinuosités plus larges que profondes)

régulières (limite approximativement parallèle à la surface du terrain)

interrompues (la limite entre les unités stratigraphiques est discontinue, les unités stratigraphiques sont développés dans des fissures ou des poches séparées, organisation en poches non jointives).

nettes (ou abruptes)graduellesdiffuses

Les Les couleurs

Les couleurs sont des caractères très importants et très significatifs lors de la description des coupes.

Comme elles sont immédiatement perceptibles, elles nous guident pour distinguer les différentes unités stratigraphiques avant de commencer la description systématique qui s’opère unité stratigraphique par unité stratigraphique.

La couleur n’est pas un caractère trompeur : chaque modification est significative d’un changement dans les proportions d’un ou plusieurs constituants ou bien un changement de leur état.

Ce critère est souvent très subjectif. Seule l’utilisation d’une charte de couleur permet de se défaire de cette subjectivité. Le Nuancier de Munsell® est un référentiel international des couleurs, dont une charte pour les sols existe.

Le principe de cette charte est de proposer des comparaisons entre un échantillon de l’unité stratigraphique et des pastilles de couleur réparties sur les planches d’un livret en fonction de trois critères :

la teinte de base (Hue)la clarté (value)la saturation (chroma).

Chaque planche correspond à une teinte de base. Les pastilles sont classées sur cette planche de bas en haut en clarté croissante et de gauche à droite en saturation croissante. Les teintes de base correspondent aux couleurs principales, le rouge (R, red), le jaune (Y, yellow), le vert (G, green), le bleu (B, blue) et le pourpre (P, purple).

Des intermédiaires entre ces couleurs existent (YR, PB, etc.). Une teinte neutre (N, neutral) correspondant aux niveaux de gris existe aussi.

Chaque faisceau de couleur est découpé en 10 segments : 10R est le plus rouge, 2.5Y le moins jaune. La gamme utilisée pour les sols comprend les teintes de base suivante 10R, 2.5YR, 5YR, 7.5YR, 10YR, 2.5Y et 5Y, avec des complémentaires pour les gleys (sols hydromorphes, gris bleu ou vert).

La clarté est donné selon 7 valeurs 2.5, 3, 4, 5, 6, 7 et 8, la saturation selon 6 valeurs, 1, 2, 3, 4, 6 et 8. La pastille dont la couleur se rapproche le plus de l’échantillon donne le code Munsell® de celui-ci, par exemple 10YR4/2 où 10YR correspond à la teinte de base 4 à la clarté et 2 à la saturation.

La chartre propose une dénomination littérale : very dark grayish brown soit en français brun grisâtre très sombre. Nous donnons toujours l’état d’humidité de l’unité stratigraphique au moment de la caractérisation de la couleur, celle-ci pouvant en dépendre.

Cinq modalités sont reconnues :sec (pas d’humidité décelable)fraishumide (échantillon malléable, absence

d’eau libre)très humidenoyé (présence d’eau libre).

La La texture

Chaque unité stratigraphique comprend un ensemble de constituants visibles à l’œil nu, les éléments grossiers, contenus dans une masse de matériaux plus fins que l’on dénomme la matrice. La texture se définit sur la matrice.

Il s’agit d’un jugement global de propriétés d’un matériau fait grâce à des sensations tactiles (pétrissage entre les doigts), permettant une estimation de la composition granulométrique d’une unité stratigraphique.

Ceci permet d’attribuer à un matériau le nom d’une classe texturale (exemple : limon sableux, argile limoneuse, etc.) en indiquant sa teneur dans les grandes classes granulométriques des fines, en sables, limons et argiles.

La La structure

C’est la façon selon laquelle s’arrange naturellement et durablement les particules élémentaires en formant ou non des agrégats.

L’agrégat est le résultat de l’organisation naturelle des constituants, ce en quoi il est fondamentalement différent d’un fragment lequel résulte de la brisure d’un objet préexistant.

C’est un critère très important pour la pédologie. Tous les mécanismes et processus de la pédogènèse (actions physiques, chimiques et biologiques) concourent à transformer des matériaux à structure lithologique (roche et dépôts) en matériaux à structure pédologique. Si leur présence est avérée nous donnons la taille des agrégats.

L’effervescence à HClL’effervescence à HCl

Ce critère exclusivement effectué au laboratoire, permet d’estimer la teneur de l’unité stratigraphique en carbonate de calcium dans la terre fine (matrice).

En versant l’acide chlorhydrique (HCl) sur un échantillon de l’unité stratigraphique on peut observer sa réaction à l’effervescence.

Quatre modalités sont reconnues :effervescence nulle : aucune bulle ne se

dégage ;effervescence faible : quelques bulles visibles

(et audibles) ;effervescence forte : réaction vive ;effervescence très forte : réaction très vive et

instantanée, très grosses bulles.

Ce test permet de définir les variations de la teneur en carbonate de calcium dans les profils pédologiques et les coupes stratigraphiques. C’est un critère important pour reconstituer les évolutions pédologiques.

Les constituants grossiersLes constituants grossiers

Ce sont tous les constituants minéraux individualisés (fragments de roches, poly- ou mono-minéraux) visibles à l’œil nu des sables grossiers (0,2 à 2 mm), aux blocs (au delà de 100 mm), en passant par les granules ou graviers (2 à 10 mm) et les cailloux (10 à 100 mm).

Même s’ils ont perdu, partiellement ou totalement, leur structure lithique originelle par altération, ils n’ont pas acquis de structure pédologique. Ces éléments ne doivent pas être confondus avec des agrégats.

Leur description se fait indépendamment de celle des constituants plus fins (matrice) qui seuls sont pris en compte dans la détermination de la texture (Cf. supra).

Leur abondance (ou charge en éléments grossiers) correspond à la proportion en volume des éléments grossiers dans la masse de l’unité stratigraphique.

Cette proportion est estimé sur le terrain pour chaque classe granulométrique (sables grossiers, granules/graviers, cailloux et blocs)

On propose 5 termes d’abondance :rares élémentspeu d’élémentséléments (sans mention, charge moyenne)éléments abondantséléments très abondant.

Parfois est défini le cas inverse en présentant la proportion prise par la matrice (très peu de matrice, peu de matrice, matrice abondante, très abondante).

Leur nature lithologique est définie de façon détaillée : calcaire crayeux, granite, silex, gneiss, quartzite, etc.

La notation de la nature est complétée si possible par la description de leur dureté, de leur gélivité et de leur état d’altération.

La dureté s’appréhende à l’aide du marteau. On distingue les éléments peu durs qui se cassent à la main, les éléments durs qui se cassent facilement au marteau et très dur qui se cassent difficilement au marteau.

En outre, le son rendu au choc est significatif : un son clair dénote une grande dureté, un bruit mat ou « cartonneux » étant le signe d’un élément grossier tendre.

Il faut bien distinguer le niveau d’altération des éléments grossiers. Cette altération peut être chimique, physique ou mécanique.

L’émoussé et la corrosion donne une idée de l’altération chimique (frange, cortex), la forme de l’altération mécanique (arrondi, anguleux), les cupules, craquelures ou les changements de couleur de l’altération physique (gel, chauffe).

– L’émoussé se défini en quatre modalités : pas émoussé (rugueux), peu émoussé, émoussé et très émoussé.

– On distingue 4 échelles de corrosion (sain, peu corrodé, corrodé, très corrodé), dans certains cas la corrosion peut être ultime, il ne reste dans ces cas là qu’un fantôme de l’élément grossier.

La forme est définie d’une part par l’arrondissement (anguleux à arrondi) et d’autre part par l’aplatissement (globuleux à plat). Les altérations physiques sont données en clair (craquelure de surface, frange de rubéfaction, cupules thermiques, etc.).

La La porosité

Il s’agit du volume de sol occupé par l’air, l’eau et les organismes vivants (animaux et végétaux).

Cette porosité du sol est fondamentale pour les transferts de matières et pour l’activité biologique, notamment la facilité avec laquelle le système racinaire des végétaux peut pénétrer les différents horizons du sol.

Les vides visibles à l’œil nu ou à la loupe à main sont décrits selon leurs formes, leurs tailles et leurs origines.

Les éléments particuliers et Les éléments particuliers et diversdivers

Dans cet ensemble se distinguent des éléments naturels ou anthropiques (coquilles, fragments de racine, oxyde de fer, charbon, silex, céramique, os, etc.). Certains éléments particuliers ont des implications propres dans l’interprétation comme par exemple les oncolithes et les galets cristallins.

Les catégories stratigraphiquesLes catégories stratigraphiques

L’on distingue généralement trois catégories :

La lithostratigraphieLa biostratigraphieLa chronostratigraphie

LITHOSTRATIGRAPHIELITHOSTRATIGRAPHIE

Description des terrains à partir de leur nature lithologique indépendamment de leur contenu en fossiles. La plus petite division est la couche. Plusieurs couches constituent un membre, plusieurs membres une formation et plusieurs formations un groupe.

La formationLa formationOn regroupe en général au sein d’une

formation des couches déposées dans des conditions semblables et se présentant sous des faciès voisins. (On évite de mettre au sein d’une même formation des dépôts continentaux et marins)

Elle est définie dans une localité bien définie appelée stratotype

Sa puissance est variable

StratotypesStratotypes

Coupe type choisie comme référence pour la définition et l’identification d’une unité ou d’une limite stratigraphiques.

Un stratotype doit obéir à plusieurs critères pour être retenu

Reconnaissance internationale (publication)

Stratotypes (critères)Stratotypes (critères)Repérage géographique

indispensable de la coupe sur une carte (coordonnées) : Localité type

A défaut : description précise de sa localisation

Bonne définition géologique de son contenu (lithologique, minéralogique, paléontologique)

types (critères)types (critères)

Photos légendées ou coupes ou logs lithologiques

Bonne définition des limites inférieure et supérieure

Accès facile (au moins aux chercheurs)Information de la communauté

scientifique (publication officielle).

Les différents (strato)typesLes différents (strato)typesHolo(strato)type : stratotype

originel défini par l’auteurPara(strato)type : stratotype

supplémentaire utilisé par l’auteur pour complément d’info

Les différents (strato)typesLes différents (strato)typesLecto(strato)type : stratotype

choisi a posteriori faute d’une bonne définition du stratotype

Néo(strato)type : nouveau stratotype choisi pour remplacer un stratotype disparu

Les différents (strato)typesLes différents (strato)types

Hypo(strato)type : stratotype défini a posteriori pour compléter la connaissance d’une unité ou d’une limite (domaine paléogéographique différent)

FormationFormation

Unité stratigraphique de base.Une certaine homogénéité faciologiqueSouvent figurée sur les cartes

géologiquesÉpaisseur variable : du mètre au

kilomètre!

FormationFormation

Nomenclature : Le mot Formation (et Membre) ainsi que le nom de l’unité commencent toujours par une majuscule (Les Marnes bleues d’Argenteuil..etc. …)

Horizon repèreHorizon repèreFormation très caractéristiqueSert de repère

– à l’échelle locales (niveau condensé) ou – Globales (niveau cinéritique, niveau

argileux à fort taux d’iridium…)Faible épaisseur

Sous-unitésSous-unitésMembre :

–Les formations sont subdivisées en membres ; ex.: Grès armoricains inférieurs, Grès armoricains supérieurs

Sous-unitésSous-unités

Couche ou strate : –Les membres sont subdivisés

en couches ou strates, eux-mêmes subdivisés en lits ou lamines ou varves

Limites d’utilisationLimites d’utilisation

Lithologie (nature des dépôts) = fonction des conditions et environnement de dépôts–Agent de la géodynamique

externe–Bassin sédimentaire–Climat et tectonique ….

Limites d’utilisationLimites d’utilisation

Extension limitée à l’échelle régionale

Utilisation dans la confection des cartes géologiques régionales (1/50.000)

BIOSTRATIGRAPHIEBIOSTRATIGRAPHIE

Définitions généralesDéfinitions générales

La biostratigraphie est la discipline qui s’intéresse à la répartition temporelle des espèces, ainsi qu’à leurs successions au cours du temps.

Définitions (suite) Définitions (suite)

Elle permet ainsi l’obtention d’une chronologie, dont les datations relatives sont parfois extrêmement fines. Pour cela, on va utiliser des fossiles qu’on appelle stratigraphiques. (manque de chance...) ou autres raisons.

Définitions (suite)Définitions (suite)C’est donc est une approche

stratigraphique basée sur le principe d'irréversibilité du mécanisme d'évolution des espèces au cours des temps géologiques. Par des études paléontologiques, elle se donne pour objectif l'établissement d'une chronologie relative.


La biostratigraphie intervient par ailleurs comme support de corrélation pour la plupart des autres disciplines des sciences de la Terre.

Définitions (suite)Définitions (suite)

La biostratigraphie utilise des fossiles stratigraphiques pour établir des biozones, une unité fondamentale définie à partir de l'extension d'un ou de plusieurs taxons (a priori, des espèces).


Les biozones représentent des intervalles corrélables dans des faciès lithologiques éventuellement hétérogènes. On parlera de « zones à ... » et on établira des corrélations de zones fossilifères.

Définitions (suite) Définitions (suite) Ces zones de terrains sont rapportées à des

chronozones théoriques, c'est-à-dire que l'ensemble des couches d'une « zone à A » est considéré s'être déposé entre l'apparition d'une espèce indice A et sa disparition, même si certaines couches intermédiaires peuvent ne pas contenir d'individus de l'espèce A, en raison de variations paléoenvironnementales, d'un biais d'échantillonnage sur le terrain

Définition Définition Dollo 1909Dollo 1909

C’est la caractérisation des couches par leur contenu paléontologique

Basée sur le principe de l’évolution des espèces

Biostratigraphie Biostratigraphie Dollo 1909Dollo 1909

La reconnaissance des espèces fossiles se base sur:

Emploi des techniques biométriques et statistiques. On pourra alors suivre les modalités d’évolution de ces espèces (anagenèse et cladogenèse)


Même si l’identité biologique de certains groupes n’est pas clairement établie (Acritarches, Chitinozoaires, ..), la distinction de plusieurs formes et de leur évolution sont tout aussi utiles en biostratigraphie


En fonction de leur vitesse d’évolution et de leur distribution, tous les groupes fossiles ne sont pas d’importance égale en biostratigraphie


Les bons fossiles en biostratigraphie devront répondre aux critères suivants

-Evolution rapide-Vaste répartition géographique-Ubiquité (relative indépendance vis-à-vis

du milieu)-Grande abondance dans le registre fossile


l’évolution concerne tous les groupes d’organismes et c’est un processus globalement irréversible


Les êtres vivants d’un même intervalle de temps seront différents de ceux les ayant précédé et de ceux qui les suivent dans le temps. L’évolution permet donc d’employer les fossiles comme marqueurs du temps géologique


Domaine d’application : Par sa nature même, la biostratigraphie ne concerne que les roches sédimentaires ou très peu métamorphisées mises en place essentiellement au Phanérozoïque.


Bien qu’étant un outil très précieux, cette approche est sujette à plusieurs problèmes, qui peuvent parfois se cumuler.


Utilisations –en vue de corrélation–En vue de datation


Exemples d’utilisationsLes grandes divisions de l’échelle

géologiques ont été définies par la disparition et l’apparition de certaines composantes des faunes et des flores.


La base même du Phanérozoïque est définie par l’apparition d’un ichnofossile, Trichophycus (Phycodes) pedum = base du Cambrien. Autre exemple : le Paléogène était parfois appelé le « Nummulitique »…


Limites d’utilisationPréservation et détermination des fossilesMigrations et diachronismesInfluence du milieu et du climatCependant, l’emploi de plusieurs échelles

biostratigraphiques parallèles aide parfois à résoudre ces problèmes, comme nous allons le voir à présent


Ces échelles permettent à leur tour d’étudier les variations des environnements et de la biosphère au cours du temps (crises, radiations, …)


Corrélation de régions éloignéesExemple de la limite siluro-dévonienne en

Amérique du Nord et en Europe centrale grâce aux conodontes et aux trilobites ou bien de la corrélation en Europe des niveaux Eocene sup-Oligocène inf. grâce aux mollusques, nannoplancton et foraminifères


Corrélation de formations marines et continentales : exemple du Paléogène du Bassin d’Aquitaine

Il s’agit de la corrélation des formations marines de la Gironde avec les formations continentales de l’Agenais grâce aux riches faunes de mammifères.

Unité biostratigraphiqueUnité biostratigraphique

La Biozone, souvent simplement appelée zone quand le contexte est connu.

Il existe différent type de « zones »– Zone d’association ou d’assemblage– Zones d’extension– Zone d’abondance


Il en découle également toutes les applications « secondaires » qui en découlent: recherches pétrolière, corrélation d’analyses sédimentologiques, étude de la diversité, etc……

Zone d’associationZone d’association

« Un zone d’association peut être fondée sur toutes les catégories de formes fossiles présentes, ou bien sur certaines seulement ». « Ainsi, une zone d’association peut s’appuyer uniquement sur la faune fossile, une autre sur la flore : une zone d’association de coraux, de foraminifères, de mollusques ou d’algues … » Hedberg 1976

Zone d’association (suite)Zone d’association (suite)

Une zone d’association est désignée par deux ou plusieurs de ses constituants marquants :– Zone à Orbitolites complanatus et Nummulites

variolatus (sédiments carbonatés où abondent également Milioles et Mollusques)

Désignation par un indice littéral– Zone Cn1 pour la première zone du

Cénomanien

Zones d’extensionZones d’extension

Il existe trois types de zones d’extension– Zone d’extension totale (T.R.Z.)– Zone d’extension intervallaire (I.Z.)– Zone d’extension concomitante

Zone d’extension totaleZone d’extension totale Autre écriture : T.R.Z. ou Total range zone Ensemble des couches représentant l’extension

totale de l’espèce indice Définie à la base par l’apparition de l’espèce

et au sommet par sa disparition. Ex.: Macrocephalites macrocephalus TRZ

Rotalipora cushmani TRZ

Globotruncanita calcarata TRZ Zone intimement liée au concept du taxon Avantage : zone très fiable

Zone d’extension intervallaireZone d’extension intervallaire

Zone d’intervalle, Interval zone (I.Z.)Définie

– À sa base par une apparition (FAD) ou disparition (LAD) d’une espèce

– Au sommet par une disparition ou apparition d’une autre espèce

Dénomination : pas de règle stricte. Choix en général d’un taxon facile à identifier

Zone intervallaire (suite)Zone intervallaire (suite)

Les Phyllozones ou « zones de lignage » = cas particulier de zone intervallaire

Caractérisée – à la base par l’apparition (FAD) d’une espèce– Au sommet par l’apparition d’une espèce - fille

En général il existe plusieurs zones successives (3 au moins)

Avantage : plus fiable qu’un I.Z. ordinaire

Zone d’extension concomitanteZone d’extension concomitante

Zone d’extension concomitante (ou concurrent rage zone) désigne l’intervalle de temps pendant laquelle coexistent deux ou plusieurs taxons

Définie - à la base par l’apparition d’un taxon• Au sommet par la disparition d’un

autre taxonIl s’agit en fait d’un cas particulier d’I.Z.

Zone d’abondance (acmé zone)Zone d’abondance (acmé zone)

Correspond à un intervalle de temps inférieur à la zone d’extension totale.

Dénomination liée au taxon abondant

Ex.: Zone à Didymograptus

Les découpages Les découpages

Deux zones successives ne présentent aucun hiatus.

La définition de la base d’une « biozone » doit donc absolument coïncider avec le sommet de la zone précédente et ainsi de suite.

ConclusionConclusion

La biostratigraphie est une discipline fournissant des échelles de temps relatives. Elle vient donc compléter les techniques de chronologie absolues, afin de disposer d’échelles chronologiques de référence.

ConclusionConclusion

La biostratigraphie, de même que la paléogéographie, peuvent être considérée en elle-même comme des applications basées sur l’évolution des êtres vivants au cours des temps géologiques.

ConclusionConclusionLa première établit des zones

temporelles, la seconde des zones spatiales. Ainsi la biostratigraphie n’illustre qu’un aspect de l’utilité des fossiles en géologie (modalités d’évolution, reconstruction des paléoenvironnements, etc…).

CHRONOSTRATIGRAPHIECHRONOSTRATIGRAPHIE

ChronostratigraphieChronostratigraphie

C’est la catégorie stratigraphique la plus importante car la plus complète, la plus abstraite donc globale et universelle.

« Les unités chronostratigraphiques sont des unités de référence servant de base aux corrélations » RAT

Chaque unité chronostratigraphique qui représente un ensemble de couches équivaut au temps nécessaire à son dépôt.

Possibilité de découpage du temps géologique

Echelle chronostratigraphiqueEchelle chronostratigraphique

Objet : « Établissement d ’une hiérarchie complète et structurée de toutes les unités stratigraphiques » Pomerol et al.

Chaque unité chronostratigraphique représente un ensemble de couches

La durée correspondant au dépôt des-dites couches est une unité géochronologique.

Les UnitésLes Unités

Chronostratigraphie Eonothème Erathème Système Série Etage Chronozone

Géochronologie Eon : Protérozoïque Ere : Paléozoïque Période : Crétacé Epoque : Néogène Age : Cénomanien Chron (correspond en

général à la durée d’une biozone)

Unités dérivésUnités dérivés

Sous-étage : L ’Aptien est subdivisé en Bédoulien, Gargasien, Clansyesien

super étage : Néocomien regroupe le Berriasien, Valanginien, Hauterivien, Barremien

EtageEtage

C’est l’unité chronostratigraphique la plus employée et la plus ancienne

« Historiquement, deux étages successifs sont séparés par des hiatus, lacunes de sédimentation, discordances … » et sont associées à des cycles sédimentaires.

D’où redéfinition suivant des règles strictes

Etage (suite)Etage (suite)

Définit un intervalle de temps bien limitée aussi bien à sa base qu’au sommet par des apparitions/disparitions d’espèces (cf. biozones)

Présence de plusieurs biozones

Etage (suite)Etage (suite)

Sa durée est matérialisée par une série stratigraphique de référence (= stratotype ; cf. lithostratigraphie) avec un contenu paléontologique permettant une corrélation à grande distance, et dont les limites sont bien définies.

Derivatio nominisDerivatio nominis

Le nom d ’un étage est dérivé d ’un terme géographique (localité type ou région type) suivi du suffixe « -ien ».

Le terme géographique est le plus souvent issu du nom latin s ’il existe. Ex.: Cenomanien, de Cenomanum = ancien nom latin de la localité type = Le Mans

Il existe des exceptions, ex.: Tithonien

RèglesRègles

Coupe unique (dans une localité type = stratotype d’étage)

Coupe exposée en totale continuitéCoupe choisie dans des faciès

marins* (pour cause de corrélations à grande distance)

Règles (suite)Règles (suite)

Définition au besoin de stratotypes de limites –mêmes exigences (séquence de dépôts

continus …)–Présences de plusieurs biozones

(* il existe encore des exceptions : Sparnacien défini en milieu lagunaire)

Différence avec la Différence avec la lithostratigraphielithostratigraphie

Si la dénomination d ’un étage est liée à une localité type (stratotype d ’étage), donc à une formation géologique (cf. lithostratigraphie), l ’étage désigne le TEMPS nécessaire au dépôt de cette formation et fournit donc un cadre chronologique utilisable partout dans le monde.

La Craie de Tours n ’a pas la même signification que le Turonien

Eonothème et EonEonothème et Eon

Eon = C ’est la plus grande unité géochronologique . Sa durée est de plusieurs centaine de millions d ’année.

Il est subdivisé en Eres

EresEres

L ’Eon Phanérozoïquqe est subdivisé en 3 ères :–Le Paléozoïque–Le Mésozoïque–Le Cénozoïque

Eres (suite) Eres (suite)

Leurs limites sont marquées par de grands bouleversements biologiques (grandes extinctions), paléogéographiques (Orogenèse) ...

Systèmes et PériodesSystèmes et Périodes

Subdivision des Eresdurée moyenne entre 20Ma et 70MaSa limite inférieure est celle de l ’étage le

plus jeune et sa limite supérieure celle de l ’ étage le plus vieux

Systèmes et Périodes (suite) Systèmes et Périodes (suite)

Regroupe des étages sur des références lithologiques (Carbonifère, Crétacé), paléontologiques (Nummulitique = Paléogène) ou autres

Séries et époquesSéries et époques

Subdivisions des périodes :Durée moyenne : environ 15Ma

– (sauf pour le Quaternaire)

Limites (même règle que pour la Période)Désignation : adjectif inf., moyen, sup.

(Crétacé inf., sup.) ou encore « -cène » (Eocène, Oligocène ….)

DiscontinuitésDiscontinuités

Lorsqu'il y a interruption de la sédimentation, suivie d'une déformation (failles, basculement ou plissement) et d'une érosion, il y a discordance entre les couches (ou strates) les plus anciennes déformées et celles plus récentes, horizontales.

Discontinuités (suite) Discontinuités (suite)

Il existe aussi des discordances sédimentaires. Elles sont le résultat d'un changement du milieu de dépôt. Ce changement est provoqué par une variation du niveau marin.

Discordance angulaireDiscordance angulaire

Une discordance angulaire existe entre deux couches superposées dont les pendages sont différents de part et d'autre de la surface de discordance

Discordance angulaire (suite)Discordance angulaire (suite). La série inférieure de strates a alors

subi des déformations (basculement dans le cas d'une série monoclinale, plissement dans le cas d'un synclinal ou d'un anticlinal: dans ce cas c'est une discordance angulaire sur structure plissée).

DiscontinuiteDiscontinuitestratigraphiquestratigraphique

Il existe presque toujours des discontinuités au sein d ’une série stratigraphique apparemment homogène

Les différentes catégoriesLes différentes catégoriesDiscontinuités sédimentaires

–absence de dépôt pendant un temps relativement court

Discontinuités stratigraphiques–absence de dépôt appréciable

(absence d ’un ou plusieurs biozones)

Les différentes catégoriesLes différentes catégories

Discontinuités diastrophiques :–absence de dépôt +

déformation tectonique avant recouvrement par le dépôt suivant

Discontinuités (suite)Discontinuités (suite)

Discordance progressive (progressive unconformity ou cumulative wedging) : dans blocs basculés suivant des failles listriques.

Onlap : recouvrement transgressif (débordement)

Offlap : recouvrement en retrait, régressif

Discontinuité et DuréeDiscontinuité et DuréeAbsence de sédiment correspond également

à une duréejoint de stratification : durée très courtediastème : notion très voisine de la

précédente (mêmes conditions de sédimentation de part et d ’autre)

hiatus = courte duréelacune : durée plus longue, mise en

évidence par l ’absence de biozone (s).

LacunesLacunes

Lorsqu'il n'y a pas de continuité chronologique entre deux couches, on parle de lacune. Il y a deux types de lacunes :

Lacunes (suite)Lacunes (suite)

lacune d'érosion : l'érosion a enlevé des couches, puis la sédimentation a repris en laissant la lacune.

Lacunes (suite) Lacunes (suite)

* lacune de sédimentation : pendant la période correspondant à la durée de la lacune, la sédimentation s'est interrompue. Cela peut être dû à une régression marine.

NomenclatureNomenclatureDiscontinuité conforme

(paraconformity) :–bref arrêt de sédimentation

sans déformation tectonique (les bancs restent // entre eux)

Nomenclature (suite)Nomenclature (suite)

Disconformité (disconformity) : couches parallèles de part et d ’autre de la surface de discontinuité qui elle est érosive

Nomenclature (suite) Nomenclature (suite)

Discordance angulaire (angular unconformity) : déformation + érosion = pendage différent entre couches supérieures et inférieures (de part et d ’autre de la surface)

DEFINITIONS PARTICULIERES

TéphrochronologieTéphrochronologie

La téphrochronologie (nom féminin singulier) (du grec τέφρα — cendres, χρόνος, "chrono" auquel est ajouté le suffixe "-logie", du grec ancien λόγος, "logos", "parole"): procédé reposant sur la datation des tephra dans les sédiments;

c'est-à-dire des dépôts pyroclastiques (ou éjectas) expulsés lors d'éruptions volcaniques, autour du cratère lors d'une nuée ardente ou qui retombent après avoir été transporté de quelques kilomètres à plusieurs centaines, depuis leur lieu d'émission via les courants atmosphériques de la troposphère

Caractéristiques et Caractéristiques et utilisationutilisation

Le problème est que certaines tephras provenant d'éruptions différentes ont une composition minéralogique proche et, par conséquent, perturbent le travail de datation. Un autre problème est de déterminer l'ère d'extension d'une retombée.

Ce procédé est principalement utilisé en stratigraphie pour la datation, les dépôts de cendres étant isochrones.

Les poussières microscopiques peuvent rester des années en suspension (sans être précipités dans la pluie) et faire plus de cent fois le tour de la Terre, dans les courant-jets

TTéépphhrroocchhrroonnoollooggiiee

ChimiostratigraphieChimiostratigraphie

CChhii

mmiiooddttrraattiigg

MagnétostratigraphieMagnétostratigraphie

PaléoenvironnementPaléoenvironnement

Les paléoenvironnements sont des environnements anciens, appartenant à des échelles de temps du ressort de la paléontologie

Comme tout environnement, un paléoenvironnement se compose d'un milieu (biotope), ainsi que des êtres vivants qui y évoluent (biocénose).

Cependant, chacune des composantes d'un paléoenvironnement doit souvent être étudiée séparément à partir d'éléments différents du registre fossile, et faire ensuite l'objet d'une reconstitution

Plusieurs disciplines travaillent en commun à la reconstitution des paléoenvironnements :

la paléontologie sert à déterminer la biocénose, à partir des informations contenues dans la taphocénose, la sédimentologie apporte des données complémentaires d'ordre environnementaux.

Enfin les paléoclimats peuvent être étudiés par plusieurs approches, notamment la palynologie, la glaciologie et la dendrochronologie.

Le paléoclimatLe paléoclimat

La température est le facteur principal qui permet de déterminer les climats, actuels ou passés. La température peut être estimée à partir des relevés isotopiques sur la glace, ou les sédiments, ou déduite par d'autres méthodes.

D'autres facteurs, comme l'aridité, notamment, peuvent être déduits par d'autres méthodes, notamment en utilisant les plantes, organismes sédentaires, fortement influencés par le climat.

L'étude des pollens fossiles (palynologie), ou de la croissance des arbres, d'après leurs cernes (dendrochronologie), permet, d'après le principe de l'actualisme, d'estimer les conditions climatiques d'un milieu disparu d'après la flore qui y a vécu.

Les fossiles de facièsLes fossiles de faciès

Tous les fossiles n'ont pas la même valeur au sein de la taphocénose : les fossiles marqueurs sont choisis parmi des espèces plutôt abondantes, et non pas destinés à recueillir des informations sur l'espèce elle-même, mais sur son environnement. Les fossiles dits de faciès, notamment, nous renseignent sur le milieu qu'ils ont peuplé.

En se basant sur le principe de l'actualisme, on est capable de déterminer quel type d'environnement a pu peupler une espèce assez commune; en conséquence, les espèces qui sont retrouvées en compagnie de ce fossile marqueur devront avoir peuplé le même milieu

Parmi les fossiles de faciès du phanérozoïque les plus couramment utilisés depuis les strates sédimentaires les plus anciennes jusqu'aux plus récentes,

citons : les bivalves qui sont marqueurs de l'hydrodynamisme, les oursins qui sont marqueurs de la topologie des fonds marins, et les gastéropodes qui sont utilisés notamment dans le Cénozoïque pour la caractérisation des environnements terrestres.

PaléoichnologiePaléoichnologie

La paléoichnologie est le domaine de la paléontologie étudiant exclusivement les traces d'activité biologique fossilisées (ichnofossiles).

Ceci inclut les traces de déplacement, bioturbation, forage, bioconstruction, de prédation, de repos et autres comportements habituels ou occasionnels d'êtres vivants ou tout élément permettant de reconstituer des paléoenvironnements.

Classification des traces Classification des traces fossilesfossiles

Les différents types de traces sont classés en ichnogenres et ichnoespèces selon la nomenclature binomiale habituelle en taxinomie.

Ils sont également organisés en grands groupes, nommés d'après le mode supposé de formation des traces:

Fugichnia:' Traces de fuite.Pascichnia: Traces de recherche de

nourriture. Exemple: Helminthoidia.Repichnia: Traces de reptation sur ou dans

un substrat. Exemples: Cruziana, Isopodichnus, Chirothérium, Nereites.

Domichnia: Traces d'habitation (terriers). Exemple: Skolithos, Tisaas, Acenicolites (tous des suspensivores sessiles).

Cubichnia: Traces de repos. Exemple: Asteriacites.

Ambulichnia: Traces de déplacement ou migration.

Entobia:'Traces de forage (biochimique ou mécanique) de roche, coquille, os, corne...

Il arrive que les ichnofossiles soient les seules traces d'activité biologique observées dans les roches sédimentaires (exemple de la formation du flysch à Helminthoïdes dans les Alpes).

Bien souvent, les organismes à l'origine des traces ne sont pas connus.On soupçonne par ailleurs, grâce aux travaux sur les traces actuelles, qu'un même ichnofossile peut résulter de l'action d'organismes variés.

Principes et applications de Principes et applications de la paléoichnologiela paléoichnologie

Ce domaine de la paléontologie très actif dans la deuxième moitié du XXe siècle (travaux d'Adolf Seilacher (en)) ne se contente pas de la description des traces fossiles.

L'association de ces dernières au sein des roches constitue en effet un moyen privilégié de reconstituer les paléoenvironnements.

Des ichnofaciès sont définis à partir des assemblages les plus caractéristiques d'ichnofossiles ; ces ichnofaciès se retrouvent à différentes époques géologiques mais caractérisent toujours un même environnement.

En effet, les comportements des organismes anciens semblent souvent contrôlés par des paramètres tels que le taux de sédimentation, les apports de matière organique, la bathymétrie etc.

La paléoichnologie peut à l'occasion fournir des indications sur les conditions de dépôt d'une roche sédimentaire, et ainsi favoriser la découverte de gisements d'hydrocarbures fossiles. Enfin, les ichnofossiles témoignent de l'évolution du comportement animal au cours des temps géologiques

AsteriacitesAsteriacites, ichnogenre attribué à des , ichnogenre attribué à des étoiles de mer (groupe Cubichnia)étoiles de mer (groupe Cubichnia)

ThalassinoidesThalassinoides, terriers , terriers attribués à des crustacés attribués à des crustacés

(groupe Domichnia)(groupe Domichnia)

Thalassinoides : terrier cylindrique branchu (branches en T ou en Y) formant des réseau emboités horizontaux généralement, mais également obliques ou verticaux, avec des élargissement aux jonctions des branches (chambres de demi-tour).

Les parois sont lisses. Ce sont des terriers mixtes de nutrition et d'habitation. Souvent associé à des arthropodes décapodes ou des bryozoaires. Ils apparaissent souvent en association dense.

La dimension des terriers peut relèter le niveau d'énergie environnemental. Il se forment à quelques décimètres de la surface du fond.

Empreinte fossiliséeEmpreinte fossilisée

thumb| thumb| AsteriacitesAsteriacites

Chondrites Chondrites

Chondrites : terrier de nutrition branchu, vertical à horizontal. On peut imaginer dans l'espace le Chondrites comme un arbre renversé, avec un terrier "tronc" principal connecté à la surface du sédiment et des branches dirigées vers le bas de plus en plus complexes.

On associe ce terrier à des substrats mal oxygénés.généralemnt attribué à un ver qui se déplace en avant et en arrière, chaque branche étant une nouvelle zone d'exploration

PalynozonePalynozone

Une palynozone est une biozone basée sur le contenu palynologique des sédiments. Elle est utilisée comme unité stratigraphique.

L'utilisation comme unité chronologique (fréquente), voir l'article chronozone, est à manier avec précaution car, dépendante de la dynamique du couvert végétal, l'âge d'une palynozone est susceptible de varier suivant les régions.

Stratigraphie séquentielleStratigraphie séquentielle

La stratigraphie séquentielle ou allostratigraphie tente de donner une interprétation génétique (au sens de genése des processus) à la géométrie des dépôts sédimentaires.

Cette méthode de la stratigraphie se base sur la reconnaissance des séquences de dépots (séquence de Bouma...), et les cortèges sédimentaires observés par stratigraphie sismique corrélé par des levées de terrain et des forages.

La répartition des sédiments dans un bassin est contrôlé par l'espace d'accommodation: place disponible pour la sédimentation, entre le fond du bassin et la surface de l'eau. Cet espace varie dans le temps selon trois principaux facteurs:

Les apports sédimentaires:Ils comblent l'espace disponible, et forment des séquences de dépôts limitées par des lacunes ( en effet le temps n'est pas enregistré en continu à causes des arrêts de sédimentation et de l'érosion ).

La subsidence:Sous le poids des sédiments le bassins s'enfonce et crée de l'espace d'accommodation.

L'eustatisme:C'est la fluctuation des niveaux marins, directement lié à l'espace d'accommodation. Les augmentation du niveau marin sont qualifiée de transgression, et les baisses de régressions

C'est le facteur qui a la vitesse de variation la plus rapide, et l'on estime que c'est le principal facteur qui contrôle les migrations des corps sédimentaires.

Il dépend lui-même de nombreux autres facteurs (l'astronomie, la variation de la température et la fonte des glaces, la variation du volume du bassin océanique...).

Synchronie et diachronieSynchronie et diachronie

En linguistique, deux points de vue différents et complémentaires peuvent être adoptés lorsqu'on analyse des faits de langue :

l'approche dite diachronique s'intéresse à l'histoire de la langue et étudie ses évolutions (étymologie, évolutions phonétiques, sémantiques, lexicales, syntaxiques, etc.). Le terme est un emprunt savant construit sur des racines grecques, δια-, « à travers », et χρόνος, « temps » ; la linguistique comparée, par exemple, a une approche diachronique

l'approche dite synchronique s'intéresse à une langue à un moment précis de son histoire ; le mot est aussi fabriqué à partir de deux termes du grec : συν-, « avec », χρόνος, « temps »..

La grammaire scolaire est pour l'essentiel synchronique : elle indique quelles sont les normes considérées comme des règles d'une langue, qui peuvent avoir changé depuis des états antérieurs

NANNOFOSSILES NANNOFOSSILES

Très petits microfossiles (de 2 à 15 μm ; 10 μm en moyenne), à la limite du pouvoir séparateur du microscope optique, les nannofossiles sont étudiés au microscope électronique. Ils comprennent les coccolithes, les hystricosphères, les radiolaires, les chitinozoaires, etc

Ils sont soit siliceux comme les radiolaires et les hystricosphères, soit calcaires comme les coccolithes sensu lato.

Il s'agit alors, d'une part, des coccolithes sensu stricto, vestiges du squelette externe d'algues unicellulaires planctoniques et de corpuscules également de nature calcitique d'origine mal définie ou inconnue, tels les Nannoconus, les Discoasters, etc., de taille comparable à celle des coccolithes et qu'on observe dans les mêmes préparations

Il peut s'agir, d'autre part, de stades juvéniles de microfossiles. En stratigraphie, on les utilise, comme les autres fossiles, pour définir les unités biostratigraphiques et l'établissement de corrélations entre ces unités en divers points du globe.

GéochronologieGéochronologie

La géochronologie est l'ensemble des méthodes de datation utilisées pour dater les roches et les différents événements de l'histoire de la Terre.

La stratigraphie et la paléontologie permettent une géochronologie relative.

La radiochronologie est une des méthodes de géochronologie absolue.

Échelle des temps Échelle des temps géologiquesgéologiques

L'échelle des temps géologiques est un système de classement chronologique utilisé, notamment en géologie, pour dater les événements survenus durant l'histoire de la Terre.

Les premières échelles des temps géologiques trouvent leur source au XVIIIe siècle mais prennent une forme de datation précise avec Arthur Holmes, dans les années 1930. Celui-ci publie une première échelle en 1937 et il est aujourd'hui reconnu comme le père de l'échelle des temps géologiques.

Bénéficiant du croisement de plusieurs disciplines scientifiques, celles concernant notamment les techniques de datation, la science de la chronostratigraphie ne cesse de s'enrichir, et les échelles doivent être périodiquement mises à jour, avec des âges numériques donnés avec une précision accrue.

Tous les quatre ans, l'Union internationale des sciences géologiques (UISG) organise le Congrès géologique international dont la 34e édition va se dérouler du 2 au 10 août 2012[1] à Brisbane, en Australie

À l'occasion de la tenue de ces congrès, la Commission internationale de stratigraphie, qui dépend de l’UISG, statue officiellement sur la dénomination et le calibrage des différentes divisions et subdivisions des temps géologiques

Ces congrès sont également parrainés par d'autres organismes nationaux, comme la Commission de la carte géologique du monde (CCGM), établie à Paris.

Histoire de la Terre Histoire de la Terre cartographiée en 24 heurescartographiée en 24 heures

Les dernières échelles publiées intègrent notamment les magnétochrones (inversions du champ magnétique terrestre) et comportent 5 à 6 niveaux et sous-niveaux normalisés.

D'anciennes nomenclatures, notamment celles des ères Primaire, Secondaire, et Tertiaire, ont ainsi été abandonnées au profit de subdivisions plus précises et rigoureuses.

Les échelles présentées dans cet article sont basées sur les publications de la Commission internationale de stratigraphie.

L'échelle des temps géologiques débute généralement avec l'âge estimé de la Terre, soit plus de 4,6 milliards d'années.

biostratigraphie esep 2011

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