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Les foraminifères : marqueurs du climat

Foraminifère planctonique vivant (G.bulloides).Photographie Bijma J.

Les foraminifères sont des organismes unicellulaires, presque exclusivement marins. Les individus planctoniques occupent de façon très importante les deux cents premiers mètres de tous les océans (environ 10 % du zooplancton, genre à laquelle ils appartiennent) et se déplacent au gré des courants. D’autres, benthiques, restent fixés au fond

On estime à environ 38 000 le nombre d’espèces fossiles et entre 10 000 et 20 000 le nombre d’espèces existantes encore de nos jours. Ils proviennent de lignées complexes et nombreuses, développées depuis le Mésozoïque (environ 250 millions d’années).

Les foraminifères se caractérisent par un squelette appelé " test ". Celui ci est très variable, aussi bien en composition qu’en forme. Il peut être uniquement organique, composé de grains de sable agglomérés ou bien formé de fines couches de calcaire. Le type le plus courant étant calcaire et poreux

Le test de certaines espèces peut atteindre un diamètre de 8 cm, mais la moyenne se situe aux environs de 0,05 cm. C’est l’étude de ces tests dans les sédiments qui permet la reconnaissance des espèces. Quelques exemples de tests de foraminifères actuels.D'après

les photographies par microscope électroniques à balayage de Bé A. (1977).

Globigerina rubescens. Espèce essentiellement tropicale et subtropicale.

Globorotalia menardii menardii. Espèce tropicale et subtropicale commune.

Globorotalia truncalinoïdès. Espèce principalement subtropicale.

Globigerina pachyderma. Espèce dominante dans les eaux polaires.

Si les foraminifères sont des organismes particulièrement précieux pour les reconstitutions paléo-océanographiques ils sont présents dans presque toutes les mers du globe,

c’est qu’ils possèdent de nombreuses qualités :

ce sont des individus très sensibles aux conditions environnementales (température, salinité,..), de sorte que l’analyse statistique des populations fossiles (par fonction de transfert et/ou meilleurs analogues) permet de reconstituer de manière précise les conditions de milieux dans lesquels ils ont grandit

Ces analyses sont très fiables car les foraminifères peuvent être très nombreux dans les sédiments. De petits échantillons peuvent contenir plusieurs milliers d’individus dans quelques centimètres cubes,

du fait de leur abondance et de leur rapide évolution, les foraminifères sont d’excellents marqueurs biostratigraphiques qui permettent de dater les dépôts sédimentaires dans lesquels ils se trouvent, et peuvent également servir de support à des datations 14C si leur abondance dans les sédiments est suffisamment importante. 

Biologie

Les foraminifères sont des protozoaires apparus au Cambrien. Le test (parfois baptisé, à tort, coquille), comprenant une ou plusieurs chambres (ou loculus ou loges), est muni d'un ou plusieurs foramen (orifice

bactéries, d'algues, de larves de mollusques ). Ils ont un mode de vie benthique (sur et dans le sédiment) ou planctonique (dans la colonne d'eau, et particulièrement dans la zone photique). Leur taille varie généralement de 38 µm à 1 mm (certains peuvent faire plus de 10 cm). Leur régime alimentaire est constitué de, de crustacés, de déchets variés.

Les bases de la classification

La composition de ce test (organique, agglutinés, carbonatés et siliceux) est le principal critère de classification des foraminifères et est à la base de la plupart des classifications, dont celle de Loeblich et Tappan (1964 et 1988).

Les foraminifères à tests organiques sont principalement représentés par des foraminifères uniloculaires, les Allogromiina (sous-ordre). Ce sous-ordre est encore mal connu puisque, du fait de sa perte dans les assemblages fossiles, les micropaléontologues les ont très peu étudiés.

Les foraminifères à tests agglutinés sont caractérisés par l'agglutinat de grains prélevés dans le sédiment (cf. Gaudryina sp.,

Une sélection des grains pourrait s'opérer chez certaines espèces (e.g. Saccammina micaceus, qui présente uniquement des grains de micas). Deux types de foraminifères à tests carbonatés peuvent être différenciés.

Les porcelanés ont un aspect blanc opaque, alors que les hyalins sont transparents et vitreux. Enfin, les foraminifères à tests siliceux sont extrêmement rares.

Le deuxième critère de classification est l'agencement des loges. Ainsi, on peut distinguer plusieurs grands types de tests :

tests uniloculaires ; tests pluriloculaires :

– tests sériés, les loges s'organisent en série (e.g. Gaudryina sp.);

– tests spiralés (à la façon des escargots ; les trois autres exemples sur la planche) ;

– tests discoïdes ; – tests milioliformes. Les loges se forment

successivement et individuellement dans plusieurs plans ;

tests complexes

Un troisième critère est l'ornementation du test. Le test peut être lisse, mais présente souvent des excroissances (côtes, épines, ponts suturaux...) et des dépressions.

un quatrième critère est la morphologie de l'ouverture principale et sa position. Ainsi, l'ouverture est parfois en relation avec des éléments supplémentaires (dents, lèvres, plaques...) et/ou à l'extrémité d'un col.

Utilisation potentielle des foraminifères récents

Omniprésents dans les milieux marins, ils occupent de très nombreuses niches écologiques (des marais maritimes aux plaines abysales). Du fait de leur cycle de vie court (1 à 3 mois en moyenne, 1 an maximum), les foraminifères réagissent rapidement aux changements de leur environnement.

Leurs populations peuvent croître ou diminuer, leur variété se transformer, les loges grandir ou se réduire... La pollution et les changements environnementaux (e.g. variations climatiques) peuvent ainsi conduire à une transformation radicale des populations de foraminifères.

Ainsi, leur cycle de vie court et leur ubiquité dans le milieu marin, associés à une grande richesse dans le sédiment (analyses statistiques robustes), une méthode d'analyse peu onéreuse et aisée et à une trace dans le fossile (permet l'étude avant modification du milieu) font des foraminifères, en particulier benthiques, de bon bio-indicateurs de la qualité de l'environnement ou proxies des changements environnementaux.

Écologie des foraminifères benthiques

Les foraminifères en paléontologie

Les foraminifères sont d'excellents marqueurs biostratigraphiques. Ils sont utilisés en géologie pour la datation des roches sédimentaires.

Certaines roches sont composées principalement d'une accumulation de foraminifères (pierre à liards du Stampien de Seine et Marne, composée de nummulites ; sable de Villiers-Saint-Frédéric (Yvelines) composé de millioles de 1 à 2 mm accummulées par le vent ; etc.)

L'ordre des foraminifères (Foraminiferida) est apparu dès le début du Cambrien. Les foraminifères se distinguent par leur architecture (forme et arrangement des chambres), et la microstructure de leur test (organique, agglutination de particules exogènes, cristallisation microgranulaire, porcelanée, ou hyaline, de carbonate de calcium).

Quelques données sur leur classificationQuelques sous-ordres (-ina), super-familles

(-acea) et familles (-idae) de foraminifères 

les Fusulinina : – Fusulinacea ;

les Miliolina (Alveolinidae); les Rotaliina :

– Rotaliacea (Rotaliidae, Nummulitidae, ...) ; – Globigerinacae ; – Orbitoïdacea ;

les Textulariina : – Lituolacea (Orbitolinidae,...)

Exemple d’utilisation des foraminifères : l’étude des cycles glaciaires-interglaciaires du Pléistocène (derniers 2 Ma).

Une élévation du niveau moyen de la mer est prévue en raison du

réchauffement des océans et de la fonte des glaciers de montagne et des

calottes glaciaires. La valeur la plus probable est de 50 cm avec des valeurs

comprises entre 15 et 95 cm.

Carte montrant la position des lignes de rivage après une montée

de 100 mètres du niveau marin

Carte montrant la position des lignes de rivage après une montée de 100 mètres du niveau marin.Source Internet : http://resumbrae.com/archive/warming/europeMap.jpg

Globigerina pachyderma. Espèce dominante dans les eaux polaires.

Si les foraminifères sont des organismes particulièrement précieux pour les reconstitutions paléo-océanographiques, c’est qu’ils possèdent de nombreuses qualités :

Nous savons maintenant que le climat

passé n’a pas toujours été tel qu’aujourd’hui. Durant le dernier million d’années, la Terre a été le théâtre de variations climatiques de grandes ampleurs, avec une alternance de périodes plus chaudes et surtout beaucoup plus froides qu’actuellement :

Durant les périodes de climat plus chaud, les glaces se retiraient vers des latitudes plus septentrionales et les zones polaires laissaient derrière elles des paysages aplanis et couverts de débris de moraines glaciaires.

Le niveau de la mer montait plus haut qu’aujourd’hui (d’une dizaine de mètres environ). Des plages fossiles sont encore observables à plusieurs kilomètres dans les terres (dans la baie du Mont St Michel, par exemple). On y retrouve des coquilles de mollusques qui vivent maintenant dans les mers tropicales.

Durant les périodes froides, la formation d’énormes glaciers dans le nord de l’Europe et de l’Amérique a transformé le paysage, laissant de nombreuses traces

Les modelés et les dépôts d'origine glaciaire constituent les marques les plus facilement repérables de l'extension passée des glaciations (fjords, moraines et lacs glaciaires).

Exemple de modelé glaciaire typique : le fjord.

Dans le monde végétal et animal, les glaciations ont également modifié profondément la répartition géographique

des espèces. Les régions des grandes plaines européennes et américaines se sont

transformées en toundra et en steppes désolées,

parcourues par des troupeaux de rennes, de bouquetins et de

chamois.

D’autres espèces se sont adaptées pour pouvoir

résister à ces conditions climatiques plus froides

(rhinocéros laineux, mammouth).