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Deacutepartement des Sciences Geacuteologiques (20192020)
Geacuteologie du Quaternaire (Cours)
(Prof Ramdane MARMI) Introduction
Le Quaternaire est la troisiegraveme peacuteriode geacuteologique du Ceacutenozoiumlque et la plus reacutecente sur leacutechelle des
temps geacuteologiques Cette peacuteriode se caracteacuterise par le retour des glaciations lapparition du genre
Homo et lExtinction de lHolocegravene
La deacutenomination laquo Quaternaire raquo a eacuteteacute proposeacutee par Jules Desnoyers en 1829 pour qualifier des
formations ou terrains agrave partir de lanalyse des seacutediments du Bassin de la Seine qui semblaient ecirctre plus
jeunes que les roches du Tertiaire
Relation avec les autres disciplines
1 Historique de la deacutefinition du Quaternaire
La limite infeacuterieure de la peacuteriode a fait lobjet de nombreux deacutebats scientifiques et restait difficile agrave
preacuteciser car plusieurs marqueurs de froids peuvent ecirctre utiliseacutes (donnant une limite infeacuterieure entre
environ -26 et -15 millions danneacutees) Avec lavanceacutee des meacutethodes de datation absolue des roches les
plus anciennes et apregraves la deacutecouverte de fossiles dans les roches preacutecambriennes le Quaternaire a eacuteteacute
requalifieacute geacuteo-chronologiquement comme la troisiegraveme des peacuteriodes geacuteologiques du Ceacutenozoiumlque (la
seconde eacutetant le Neacuteogegravene) Cette disposition a eacuteteacute confirmeacutee en 2009 par lUnion Internationale des
Sciences Geacuteologiques avec un deacutebut deacutetermineacute agrave environ 26 millions danneacutees BP
2 Principes de stratigraphie du Quaternaire
a Les formations superficielles
Les deacutepocircts quaternaires continentaux se rapportent agrave ce que lrsquoon appelle les formations superficielles Il
srsquoagit de deacutepocircts geacuteneacuteralement meubles parfois indureacutes qui recouvrent le substratum le plus souvent en
discordance Campy et Macaire (1986) les deacutefinissent comme constituant lrsquointerface terre-atmosphegravere
Variables dans leur nature geacuteochimique leur structure est geacuteneacuteralement celle de roches deacutetritiques
meubles modifieacutees par les alteacuterations Leur reacutepartition et leur nature sont eacutetroitement deacutependantes du
contexte geacuteomorphologique et des climats locaux
En geacuteneacuteral elles repreacutesentent la reacutesultante relique des processus antagonistes ou compleacutementaires de
lrsquoeacuterosion et de la seacutedimentation La grande varieacuteteacute des formations superficielles reflegravete celle des
environnements seacutedimentaires Les uniteacutes lithologiques preacutesentent drsquoimportantes variations de faciegraves
lateacuterales et verticales On rassemble geacuteneacuteralement sous la deacutenomination drsquoensembles les groupements
horizontaux de formations associeacutees intriqueacutees reacutesultant drsquoun pheacutenomegravene complexe (glaciers fleuves
etc) Les formations superposeacutees peuvent ecirctre regroupeacutees en complexes refleacutetant les processus
seacutedimentaires dans le temps Cette double analyse spatio-temporelle des ensembles seacutedimentaires au
moyen de la seacutedimentologie et de la geacuteochimie permet de reconstituer la dynamique de leur mise en
place
Lrsquoimportance des formations superficielles deacutepend non seulement de la morphologie locale mais aussi
des anciens climats Si les environnements climatiques froids ont favoriseacute la mobilisation des
formations superficielles les reacutechauffements ont tendance agrave les stabiliser par le deacuteveloppement de la
veacutegeacutetation Lrsquoune des grandes caracteacuteristiques des formations superficielles est lrsquoexistence de
nombreuses lacunes seacutedimentaires entraicircnant des discontinuiteacutes A lrsquoexception des deacutepocircts lacustres ou
marins profonds les formations superficielles sont tregraves discontinues lenticulaires Les deacutepocircts nrsquoont pas
enregistreacute toute lrsquohistoire drsquoun pheacutenomegravene mais seulement sa phase maximale Par exemple les
moraines terminales sont les teacutemoins des extensions maximales des glaciers Les formations
superficielles actuellement observables donc stabiliseacutees reacutesultent drsquoun eacutetat drsquoeacutequilibre entre les phases
drsquoeacuterosion et de seacutedimentation
b Les meacutethodes drsquoeacutetude
En fait les deacutemarches des quaternaristes doivent ecirctre celles de la Geacuteologie en geacuteneacuteral avec en plus
certaines approches particuliegraveres rendues possibles par la proximiteacute et la finesse de la chronologie des
eacuteveacutenements et les comparaisons possibles avec les pheacutenomegravenes actuels
Les principes eacuteleacutementaires de la stratigraphie ont fait lrsquoobjet des travaux de la Commission de
Stratigraphie de lrsquoIUGS (International Union of Geology Sciences) qui a publieacute un guide de
classification stratigraphique et de terminologie connue sous le nom de Guide Hedberg (1976) Ces
recommandations srsquoappliquent naturellement au Quaternaire
On peut distinguer trois familles de meacutethodes dans cette approche
- La premiegravere concerne lrsquoeacutetablissement des stratigraphies locales drsquoapregraves le principe de
superposition des couches la nature des deacutepocircts (Lithostratigraphie) et leur morphologie
(geacuteomorphologie) ce dernier aspect eacutetant tregraves particulier du Quaternaire Cet ensemble que le Guide
2
Hedberg rassemble sous le terme un peu restrictif de laquo Lithostratigraphie raquo pourrait comme lrsquoa suggeacutereacute
Rat (1978) ecirctre qualifieacute de laquo stratigraphie geacuteomeacutetrique raquo Il srsquoagit de lrsquoanalyse des seacutequences locales
reacutegion par reacutegion domaine par domaine La terminologie recommandeacutee pour la traduire est de la plus
grande agrave la plus petite uniteacute le groupe la formation le membre (ou assise) et le lit (ou la couche)
- La seconde deacutemarche est celle qui consiste agrave placer les seacutequences locales par rapport agrave une
eacutechelle de reacutefeacuterence Cette eacutechelle pourrait ecirctre lithologique mais elle se heurterait aux lacunes
possibles et agrave lrsquoinconveacutenient majeur que repreacutesente lrsquoaspect local des conditions de seacutedimentation On
cherche agrave se reacutefeacuterer agrave un pheacutenomegravene qui a une eacutevolution continue et irreacuteversible Deux ensembles de
processus reacutepondent agrave ces neacutecessiteacutes ce sont respectivement lrsquoeacutevolution biologique et la chronologie
absolue La biostratigraphie est fondeacutee sur le contenu paleacuteontologique des strates Compte tenu de la
dureacutee tregraves courte du Quaternaire tous les groupes nrsquoont pas une vitesse eacutevolutive assez grande et une
assez large extension pour servir de repegraveres
En milieu continental parmi les mammifegraveres ce sont les Rongeurs qui preacutesentent le plus grand inteacuterecirct
parce qursquoils ont eacutevolueacute tregraves vite sont tregraves abondants et ont une large reacutepartition
En milieu marin ougrave les foraminifegraveres et les mollusques nrsquoont pratiquement pas eacutevolueacute la zonation est
fondeacutee plutocirct sur les successions drsquoassociations eacutecologiques que sur les degreacutes drsquoeacutevolution des espegraveces
Lrsquouniteacute geacuteneacuterale de la biostratigraphie est la biozone Elle se preacutesente sous divers aspects tels que la
zone drsquoassociation (ensemble des taxons preacutesents dans tel groupe de couches) la zone de reacutepartition
(ensemble des couches correspondant agrave la reacutepartition stratigraphique du taxon choisi) la zone
drsquoabondance (ensemble des couches ougrave le taxon est tregraves abondant) etc
- La troisiegraveme deacutemarche du stratigraphe consiste agrave passer des eacutetapes stratigraphie geacuteomeacutetrique-
biostratigraphie agrave la chronostratigraphie La classification chronostratigraphique consiste agrave placer les
seacutequences des couches dans un cadre qui deacutecoupe le temps en uniteacutes ayant une valeur mondiale Les
uniteacutes chronostratigraphiques qui ordonnent les seacutequences des deacutepocircts correspondent agrave des intervalles
de temps geacuteologiques distingueacutes comme uniteacutes geacuteochronologiques
Pour ce qui concerne le Quaternaire la hieacuterarchie des uniteacutes chronostratigraphiques et
geacuteochronologiques correspondante est la suivante le systegraveme (peacuteriode) quaternaire est diviseacute en deux
seacuteries (eacutepoques) le Pleacuteistocegravene et lrsquoHolocegravene Les eacutetages sont ensuite subdiviseacutes en chronozones
(chrons) biozones ceacutenozones et climatozones
En pratique le stratigraphe deacutecrit selon une approche pluridisciplinaire les seacuteries locales en distinguant
les eacuteleacutements lithostratigraphiques et biostratigraphiques Ensuite il tente des correacutelations de reacutegion agrave
reacutegion drsquoune province seacutedimentologique agrave une autre de domaine agrave domaine drsquoun continent agrave lrsquoautre
Il peut proposer alors un cadre des eacutechelles chronostratigraphiques qui doivent ecirctre remodeleacutees en
fonction des progregraves Les uniteacutes chronostratigraphiques doivent ecirctre eacutetablies agrave partir de gisements ou
reacutegions types le stratotype ougrave lrsquoon doit avoir une seacutequence sans lacune renfermant des eacuteleacutements de
correacutelation
3 Deacutefinition actuelle du Quaternaire
Le Quaternaire est subdiviseacute en deux eacutepoques geacuteologiques Pleacuteistocegravene et Holocegravene Une troisiegraveme
eacutepoque est actuellement proposeacutee lAnthropocegravene
Le stratotype correspondant agrave son deacutebut au commencement du Geacutelasien (deacutebut du Pleacuteistocegravene) est la
coupe stratigraphique de Monte San Nicola pregraves de Gela en Sicile
Bien que lInternational Commission on Stratigraphy (ICS) ait proposeacute deacutetendre le Neacuteogegravene jusquagrave
nos jours en y incluant le Pleacuteistocegravene et lHolocegravene The Geologic Time Scale (2012) maintient ces
deux eacutepoques geacuteologiques dans le Quaternaire Tant que la proposition de creacuteation de lAnthropocegravene
nest pas retenue lHolocegravene correspond agrave lactuelle eacutepoque geacuteologique
- Notation chronostratigraphique q ou IV
- Stratotype Coupe de Monte San Nicola pregraves de Gela en Sicile (Italie)
- Niveau Peacuteriode (Systegraveme)
- Ere correspondante Ceacutenozoiumlque
Stratigraphie
- Deacutebut -26 Ma
- Fin en cours
Subdivisions
bull Pleacuteistocegravene
bull Holocegravene
Le Quaternaire est lrsquoeacutepoque la plus reacutecente de lhistoire de la terre les derniegraveres 26 millions drsquoanneacutees
Il est caracteacuteriseacute par lapparition des humains ainsi que des cycles de peacuteriode glaciaireinterglaciaire
reacutepeacuteteacutes qui ont fortement influenceacute les montagnes et leur environnement
3
Le Quaternaire correspond agrave la derniegravere peacuteriode de lhistoire geacuteologique de la terre Sa dureacutee est
comprise entre 2 et 3 millions danneacutees Cest au cours du Quaternaire quapparaissent les premiers
hommes et que sy deacuteroule toute leacutevolution de lHomme et de ses techniques Il est marqueacute par
plusieurs phases de refroidissements climatiques connus sous le nom de glaciations seacutepareacutees par des
peacuteriodes de reacutechauffements ougrave le climat est proche de celui que lon connaicirct actuellement
Chaque changement climatique entraicircne donc des modifications de la faune et de la flore
La derniegravere glaciation a eu lieu durant le Paleacuteolithique supeacuterieur Cest leacutepoque des chasseurs de
rennes Entre 35 000 ans et 18 000 ans la reacutegion est abandonneacutee par les hommes Apregraves le maximum
de froid peu agrave peu elle est reacuteoccupeacutee par les chasseurs du Paleacuteolithique final agrave partir de 13 000 ans
avant notre egravere A la fin de la glaciation vers 10 000 ans avant notre egravere tous les continents de la
planegravete sont coloniseacutes par lHomme
Chronologie du Paleacuteolithique
De
Limite infeacuterieure
agrave
Limite supeacuterieure
Les diffeacuterentes peacuteriodes
- 35 000 environ de - 10 000 environ Paleacuteolithique supeacuterieur
Pleacuteistocegravene
Preacutehistoire - 100 000 environ - 35 000 environ Paleacuteolithique moyen
- 16 Ma environ - 100 000 environ Paleacuteolithique infeacuterieur
- 53 Ma environ - 17 Ma Peacuteriode Preacute-Paleacuteolithique archaiumlque Pliocegravene
Meacutethodes et outils
- Repeacuterage des contextes geacuteomorphologiques favorables agrave lrsquoenregistrement des donneacutees
seacutedimentologiques et palynologiques tourbiegraveres cocircne de deacutejection formations colluviales de bas de
versant et formations fluviatiles
Prospection archeacuteologique de surface et sondages geacuteoarcheacuteologiques (Gagnaire 1986 1996 2002
Cubizolle et Georges 2002 et 2003) pour la deacutetection des indices drsquohabitat et plus geacuteneacuteralement de
preacutesence humaine ou de matiegraveres premiegraveres
Le pollen est un puissant marqueur de la reacuteponse de la veacutegeacutetation aux changements climatiques du
Quaternaire Lors des peacuteriodes froides les assemblages polliniques domineacutes par les herbaceacutees
reflegravetent des milieux ouverts A lrsquoinverse lors des peacuteriodes de reacutechauffements climatiques
lrsquoaugmentation des taux de pollen drsquoarbres teacutemoigne de la reconquecircte forestiegravere
Appliqueacutee aux derniers millions drsquoanneacutees en suivant une deacutemarche actualiste la palynologie
va eacutegalement servir agrave deacutecrire les environnements passeacutes En effet le pollen eacutemis transporteacute
puis deacuteposeacute sur le sol peut se conserver lorsqursquoil est enfoui rapidement dans le seacute diment La
peacuteriode geacuteologique du Quaternaire se caracteacuterise par lrsquoeacutemergence puis la reacutecurrence de
cycles climatiques depuis 26 millions drsquoanneacutees Les analyses polliniques entreprises sur des
seacutediments quaternaires enregistrent les dynamiques environnementales en reacuteponse agrave ces
changements climatiques
4 Anthroposphegravere
(anthropos laquo ecirctre humain raquo) et (kainos laquo nouveau raquo)
LAnthropocegravene est un terme relatif agrave la chronologie de la geacuteologie proposeacute pour caracteacuteriser
leacutepoque de lhistoire de la Terre qui a deacutebuteacute lorsque les activiteacutes humaines ont eu un impact global
significatif sur leacutecosystegraveme terrestre
LAnthropocegravene serait la peacuteriode durant laquelle linfluence de lecirctre humain sur la biosphegravere a atteint
un tel niveau quelle est devenue une laquo force geacuteologique raquo majeure capable de marquer la lithosphegravere
LAnthropocegravene est un concept de plus en plus utiliseacute dans les meacutedias et la litteacuterature scientifique mais
toujours discuteacute par la communauteacute scientifique geacuteologique ndash speacutecifiquement au sein de la Commission
Internationale de Stratigraphie (CIS) de lUnion Internationale des Sciences Geacuteologiques (UISG) ndash
qui deacutetermine les subdivisions de leacutechelle des temps geacuteologiques
5 Importance de la geacuteologie du quaternaire
Pour les projets de geacutenie civil les eacuteveacutenements geacuteologiques reacutecents (soit depuis le deacutebut du Quaternaire
environ) sont drsquoune grande importance Drsquoune part les formations quaternaires sont pour la plupart
situeacutees agrave lrsquointerface lithosphegravere‐atmosphegravere et donc les ouvrages les rencontrent presque toujours nous
laquo heacuteritons raquo en particulier de formations issues de peacuteriodes ougrave le climat eacutetait fort diffeacuterent du nocirctre
deacutepocircts glaciaires par exemple Drsquoautre part les processus drsquoeacutevolution actifs agrave la surface du globe
peuvent poser des problegravemes de seacutecuriteacute aux personnes ou de stabiliteacute aux ouvrages or les processus
4
actifs aujourdrsquohui eacuteruptions volcaniques ou seacuteismes par exemple lrsquoont presque toujours eacuteteacute eacutegalement
dans un passeacute geacuteologique reacutecent et peuvent donc ecirctre eacutetudieacutes par les meacutethodes de la geacuteologie
6 Les glaciations (Drsquoapregraves le geacuteologue allemand Albrecht Penck)
Une peacuteriode glaciaire est une phase climatique et geacuteologique de la Terre pendant laquelle une grande
partie des continents est geleacutee Il y a eu de nombreuses glaciations dans lrsquohistoire de la Terre et la fin de
la peacuteriode geacuteologique tertiaire et la peacuteriode quaternaire se caracteacuterisent par leur grande freacutequence
Si lon exclut la glaciation du Donau quatre grandes glaciations se sont succeacutedeacute suivies chacune dune
peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins prolongeacutee ce sont
- Biber environ de ndash 3 Ma agrave -18 Ma
- Danau de -18 Ma agrave ndash 12 Ma
- Guumlnz de - 12 Ma agrave - 750000 ans
- Mindel de - 650000 agrave - 300000 ans
- Riss de - 250000 agrave - 120000 ans
La glaciation rissienne commence il y a 250 000 ans et sachegraveve vers ndash 120 000 Au cours du premier
interstade dans une steppe peupleacutee de rennes de chevaux et de rhinoceacuteros vit lhomme de
Tautavel (Pyreacuteneacutees-Orientales) qui a laisseacute le plus ancien cracircne dhominideacute dateacute avec certitude en
Europe Les derniers repreacutesentants de la faune de climat chaud tels le tigre agrave dents de sabre et le
rhinoceacuteros eacutetrusque seacuteteignent peu agrave peu Au cours dinterstades leacuteleacutephant antique et lhippopotame
replieacutes vers le sud se reacutepandent de nouveau
Linterglaciaire Mindel-Riss paraicirct plus chaud et plus humide que le climat actuel Aux abords de la
mer Meacutediterraneacutee un paleacuteosol rouge le ferretto est le teacutemoin dune alteacuteration des roches active et
profonde Le site de Saint-Acheul qui a donneacute son nom agrave lAcheuleacuteen est occupeacute par ses premiers
habitants
- Wuumlrm de - 120000 agrave - 10000 ans (4 eacutepisodes)
Au Wuumlrm derniegravere glaciation du Quaternaire les glaciers nont pas rejoint partout la limite extrecircme
atteinte en Europe par les glaciers rissiens mais le froid a eacuteteacute encore plus vif La faune arctique renne
bœuf musqueacute perdrix des neiges envahit lEurope Bouquetins chamois et marmottes descendent vers
les plaines ougrave ils rencontrent bisons et aurochs Cerfs et sangliers prolifegraverent lors des interstades au
cours desquels le climat se reacutechauffe
Linterglaciaire Riss-Wuumlrm (de ndash 120 000 agrave ndash 80 000 ans) repreacutesenteacute par lEleacutemien de lEurope du
Nord est deacutefini par des deacutepocircts lacustres et marins qui reposent sur des argiles morainiques rissiennes et
qui supportent les deacutepocircts fluvio-glaciaires de la derniegravere glaciation Le niveau de la mer est alors agrave
peine supeacuterieur au niveau actuel (environ de 6 agrave 8 m) La reconquecircte de lEurope du Nord par la
checircnaie mixte est en cours pendant la deuxiegraveme des six phases climatiques puis recule lors de la
troisiegraveme phase plus humide
Ces chiffres sont approximatifs
- Tardiglaciaire
Au tardiglaciaire (Wuumlrm supeacuterieur) des vagues de froid se poursuivent La toundra caracteacuteriseacutee par
une rosaceacutee en coussinet Dryas octopetala qui a donneacute son nom aux trois stades du dryas seacutetend sur
lEurope septentrionale et meacutediane Mais sous les latitudes moyennes leacuteteacute est plus long et plus
ensoleilleacute que dans la toundra actuelle Les hommes et de nombreux animaux comme lours des
cavernes se reacutefugient dans les grottes
bull Lholocegravene ou postglaciaire (de ndash 10 000 ans agrave aujourdhui)
Une rapide fusion des glaciers amorceacutee en Europe il y a dix mille ans environ marque le deacutebut de la
transgression flandrienne qui modifie le traceacute des littoraux Les rivages situeacutes vraisemblablement
entre 120 et 70 m au-dessous du niveau actuel lors du maximum glaciaire et entre 100 et 50 m au
Wuumlrm lors de la reacutegression preacuteflandrienne se rapprochent du niveau actuel Apregraves avoir eacuteteacute libeacutereacutees
rapidement du poids des glaciers les marges continentales se sont souleveacutees lentement par
compensation isostatique Le mouvement nest pas encore acheveacute aujourdhui il se poursuit au rythme
de 10 m par milleacutenaire dans les icircles et les continents proches de la zone arctique Le mammouth le
rhinoceacuteros laineux et lours des cavernes disparaissent Le renne remonte vers le nord Au cours du
preacuteboreacuteal la forecirct colonise les plaines occupeacutees auparavant par la toundra La tourbe commence agrave
saccumuler dans les deacutepressions mal draineacutees La fusion de linlandsis scandinave provoque le recul du
front glaciaire et la formation dun lac baltique ougrave saccumulent les argiles agrave varves La mer agrave Yoldia
submerge le lac agrave la suite du relegravevement glacio-eustatique du niveau marin
bull Le boreacuteal (de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans)
Au boreacuteal (environ de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans) lorme et la checircnaie mixte se substituent aux pins et aux
bouleaux premiers colonisateurs de la toundra En Fennoscandie la compensation isostatique annule
entre ndash 9 000 agrave ndash 8 000 ans les effets de la transgression Le lac agrave ancylus succegravede agrave la mer agrave yoldia Le
climat encore sec devient humide au cours de lAtlantique (de ndash 7 500 agrave ndash 4 500 ans) et se reacutechauffe
5
La reprise de la transgression flandrienne pendant cette peacuteriode atlantique et le ralentissement du
mouvement isostatique changent le lac Baltique en mer agrave littorines vers ndash 4 000 ans Le pas de Calais
se forme agrave la mecircme eacutepoque
bull Le subboreacuteal (de ndash 4 500 agrave ndash 2 800 ans)
Entre ndash 4 500 et ndash 2 800 ans environ au subboreacuteal le climat devient moins chaud et plus sec quau
cours de latlantique Lexpansion du hecirctre lhumification et lacidification des tourbiegraveres indiquent
ensuite un retour agrave lhumiditeacute qui distingue le subatlantique
bull Laction de lhomme au postglaciaire
Au cours de la peacuteriode postglaciaire laction de lhomme sest consideacuterablement renforceacutee Certes de
nombreux groupes vivent encore longtemps de la chasse de la pecircche et de la cueillette prolongeant le
paleacuteolithique par leacutepipaleacuteolithique Mais en Orient samorce degraves le IXe milleacutenaire une eacuteconomie de
production La domestication puis la culture des ceacutereacuteales favorisent la seacutedentarisation Ce mode de vie
neacuteolithique se propage vers lEurope occidentale Succeacutedant agrave la meacutetallurgie du cuivre lacircge du bronze
qui commence au IIIe milleacutenaire marque le deacutebut de la protohistoire
7 Le deacuteveloppement des Hominideacutes
Apparus au cours du Pliocegravene il y a 36 millions danneacuteesraquo (et peut-ecirctre mecircme agrave la fin du Miocegravene) les
hominideacutes vont eacutevoluer assez rapidement malgreacute des conditions de vie difficiles surtout en Europe
Venus dAfrique australe et orientale en passant par le moyen Orient et lAsie ils gagnegraverent peu agrave peu
lEurope en subissant de multiples transformations en nouvelles ligneacutees et nouvelles espegraveces toujours
de plus en plus eacutevolueacutees
Si lAfrique de lEst perdait son monopole de berceau de lhumaniteacute Des travaux publieacutes dans la
prestigieuse revue Science jeudi 29 novembre pourraient ouvrir cette possibiliteacute ils reacutevegravelent que des
archeacuteologues ont deacutecouvert en Algeacuterie des outils en pierre tailleacutee remontant agrave 24 millions danneacutees
Des objets bien plus anciens que ceux trouveacutes dans cette reacutegion jusquagrave preacutesent
Les galets en calcaire et en silex tailleacutes ont eacuteteacute deacutecouverts agrave Seacutetif agrave 300 km agrave lest dAlger par une
eacutequipe de chercheurs internationaux dont des chercheurs algeacuteriens Les outils ressemblaient exactement
agrave ceux dits Oldowan trouveacutes jusqualors principalement en Afrique de lEst
Ils ont aussi deacuteterreacute agrave proximiteacute plusieurs dizaines dossements animaux fossiliseacutes preacutesentant ce qui
ressemble agrave des marques doutils ndash de veacuteritables outils de boucherie preacutehistoriques Ces ossements
proviennent dancecirctres crocodiles eacuteleacutephants hippopotames ou encore girafes
8 Les conseacutequences dune glaciation
Une glaciation (ou englaciation) est une peacuteriode glaciaire cest-agrave-dire agrave la fois une phase
paleacuteoclimatique froide et une peacuteriode geacuteologique de la Terre durant laquelle une part importante des
continents est englaceacutee
Les glaciations ont dabord eacuteteacute mises en eacutevidence gracircce agrave leurs traces morphologiques (moraines blocs
erratiques) dans les valleacutees alpines agrave la fin du XIXe siegravecle
Depuis les anneacutees 1950 leacutetude des rapports entre les diffeacuterents isotopes de loxygegravene dans les
seacutediments preacuteleveacutes par carottage au fond des oceacuteans a confirmeacute et preacuteciseacute lexistence de nombreuses
fluctuations climatiques plus ou moins cycliques (cf Stades isotopiques marins et Chronologie
isotopique)
A chaque glaciation a succeacutedeacute une peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins longue reacutetablissant un
climat plus cleacutement soit du type tempeacutereacute humide (Atlantique) soit sec avec des steppes froides Ces
peacuteriodes ont eacuteteacute appeleacutees interglaciaire ou interstades
a) Conseacutequences geacuteologiques
Une importante modification des rivages sest produite par suite de labaissement parfois important du
niveau des oceacuteans leau deacutevaporation stockeacutee par les glaciers sous forme de glace na pas suivi le
cycle naturel de reacutecupeacuteration par ruissellement
bull baisse du niveau de la mer (glacio-eustasie) le stockage de glace sur les continents provoque
la baisse du niveau des oceacuteans (de lordre de 120 m lors de la derniegravere peacuteriode glaciaire) et provoque
leacutemersion dune partie des plateaux continentaux
bull contraction oceacuteanique
bull mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) sous le poids de la glace des
mouvements tectoniques verticaux affectent les reacutegions englaceacutees et leur marges (enfoncement lors de
la glaciation soulegravevement ou rebond isostasique lors de la deacuteglaciation)
bull modification de la circulation oceacuteanique mondiale Elle est alors complegravetement transformeacutee
(avec des influences reacuteciproques complexes et meacuteconnues dans le deacutetail sur le climat)
6
b) Conseacutequences eacutecologiques
A chaque glaciation une partie de la flore et de la faune a disparu soit par laction directe du froid soit
pour la faune par migration vers des reacutegions plus meacuteridionales (les espegraveces soumises agrave un froid trop
important pour elles doivent descendre vers les plaines etou se rapprocher de leacutequateur)
Les proboscidiens (mastodontes eacuteleacutephants) disparaissent les premiers quittant lEurope pour lAfrique
et le moyen-Orient avec les hippopotames et les rhinoceacuteros
Seuls subsistent encore durant la troisiegraveme glaciation les grands mammifegraveres agrave toison laineuse
rhinoceacuteros laineux mammouths ours des cavernes et certains herbivores rennes aurochs chevaux
rongeurs qui reacuteussissent agrave sadapter agrave la maigre veacutegeacutetation des steppes froides
Enfin la quatriegraveme glaciation tregraves seacutevegravere surtout au Wuumlrm final fait disparaicirctre les mammouths
rhinoceacuteros laineux et ours des cavernes deacutefinitivement
Notons cependant que lhomme le plus grand preacutedateur y fut aussi pour quelque chose
81 Les traces des paysages glaciaires et peacuteriglaciaires du Quaternaire
Les glaciations du Quaternaire ont produit des inlandsis des calottes glaciaires et le deacuteveloppement de
langues glaciaires qui ont couvert et marqueacute de nombreuses montagnes y compris en zone
intertropicale et des espaces aujourdhui submergeacutes par la remonteacutee de la mer (plateau continental) qui
a suivi la deacuteglaciation
Les glaces eacutepaisses ont raboteacute certains reliefs ou entameacute le sol dune maniegravere speacutecifique Leur fonte a
ensuite libeacutereacute une eacutenorme quantiteacute deau cette double action associeacutee agrave des pheacutenomegravenes de
cryoturbation de solifluxion (geacutelifluxion)hellip a laisseacute de nombreuses traces encore visibles dans les
reacutegions anciennement englaceacutees
Certains modeleacutes daccumulation et deacuterosion en sont notamment caracteacuteristiques Les ocircs drumlins et
chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et peacuteriglaciaires des Alpes
des Pyreacuteneacutees des Vosges du Massif central et de lAlaska du Spitzberg de lIslande etc
82 Les formes et formations glaciaires
Les quaternaristes observent et eacutetudient
bull des valleacutees des cirques et des moraines Dans les valleacutees en particulier il est possible de
connaicirctre laltitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes heacuteriteacutees de
celles-ci ndash les sites teacutemoins ndash tels les eacutepaulements que preacutesentent parfois les arecirctes descendues des
sommets lateacuteraux en direction du talweg des valleacutees
bull Ces diverses formes peacuteriglaciaires parfois regroupeacutees sous le nom dhydrolaccolites
comprennent les pingos les palses et les lithalses dont les reliques sont des laquets La plupart dentre
elles sont apparues pendant les eacutepoques glaciaires essentiellement dans le nord de lEurope mais agrave
lheure actuelle encore des hydrolaccolites prennent naissance sous les climats froids de lAlaska et du
nord-ouest du Canada par exemple
bull des formations dites kettles des drumlins des pipkrates des laquets des laquo fers agrave repasser raquo et
des dreikanters
bull deacutepais deacutepocircts de lœss et de limons accumuleacutes sur de vastes surfaces en Ameacuterique du Nord
sur les plateaux et les plaines dEurope moyenne et en Chine septentrionale et dans lheacutemisphegravere Sud
en Argentine (Pampa) Transporteacutes par le vent les lœss finissent par former une couverture plus ou
moins eacutepaisse (jusquagrave 200 m en Chine) rendant fertiles ces reacutegions mais en posant des problegravemes de
stabiliteacute (sols tregraves vulneacuterables agrave leacuterosion) Par exemple la reacutegion des Boumlrde (en Allemagne) ou celle de
Shanxi (valleacutee du Huang He en Chine) sont tapisseacutees de lœss
Certains paysages actuels formations veacutegeacutetales lacs etc sont des heacuteritages directs de ces eacutepisodes
climatiques
bull des landes dorigine glaciaire par exemple la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine
polonaise sont concerneacutees par les deacutepocircts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes
(Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le
nord
bull des paysages de marais et de tourbiegraveres (marais de Pinsk en Ukraine)
bull des lacs (Lac Ladoga Lac Onega en Russie Grands Lacs en Ameacuterique du Nord)
9 La notion de cycle interglaciaire-glaciaire
Une peacuteriode interglaciaire est une peacuteriode seacuteparant deux glaciations et durant laquelle les tempeacuteratures
moyennes de la planegravete sont relativement eacuteleveacutees LHolocegravene eacutepoque geacuteologique actuelle est une
peacuteriode interglaciaire Il dure depuis la fin de la derniegravere peacuteriode glaciaire il y a environ 11 700 ans
- Les cycles glaciaires
La fin du Ceacutenozoiumlque est marqueacutee par le retour de glaciations dites quaternaires denviron 26 millions
danneacutees agrave 12 000 ans avant le preacutesent
7
Les glaciations quaternaires correspondent agrave la mise en place dun climat qui se refroidit et au retour
cyclique de peacuteriodes froides (dites glaciaires) et tempeacutereacutees (interglaciaires)
Depuis le deacutebut du Q se sont deacuterouleacutes une vingtaine de cycles interglaciaire-glaciaire La dureacutee drsquoun
cycle peut ecirctre estimeacutee agrave 100 000ans Le cycle se compose drsquoune phase tempeacutereacutee ou chaude
sensiblement comparable agrave lrsquoactuel appeleacutee interglaciaire et drsquoune phase froide ou phase glaciaire
Lrsquointerglaciaire repreacutesente environ 110 du cycle le glaciaire 910 Il faut savoir toutefois que les
peacuteriodes tregraves froides sont aussi des exceptions puisqursquoelles ne sont estimeacutees qursquoagrave environ 110egrave drsquoun
cycle
- Lrsquoeacutevolution drsquoun cycle
Actuellement nous eacutevoluons sous une phase tempeacutereacutee il srsquoagit de lrsquointerglaciaire Flandrien La
derniegravere peacuteriode glaciaire (Weichseacutelien) srsquoest acheveacute il y a environ 10 000 ans BP (deacutebut du Preacuteboreacuteal
deacutebut Holocegravene)
Les changements climatiques constants au cours du Quaternaire vont entrainer avec eux de profonds
changements paleacuteo-environnementaux Les changements les plus profonds vont naturellement srsquoopeacuterer
lors du passage entre les phases tempeacutereacutees et les phases froides
Durant les peacuteriodes glaciaires on assiste agrave un deacuteveloppement important des glaciers aux pocircles
(inlandsis -calotte polaire est un glacier de tregraves grande eacutetendue se preacutesentant sous la forme dune nappe de glace
recouvrant la terre ferme et qui peut atteindre plusieurs milliers de megravetres deacutepaisseur Ils peuvent se prolonger agrave la
surface de la mer en formant des barriegraveres de glace- scandinave pour lrsquoEurope du nord-ouest) et de
montagnes (Alpes Pyreacuteneacutees Balkans Carpateshellip) La conseacutequence de cette reacutetention drsquoeau sous
forme de glace est une baisse massive de lrsquoapprovisionnement en eau douce des oceacuteans pheacutenomegravene se
traduisant par une baisse des niveaux marins
Les phases anteacuterieures de lrsquoHistoire humaine relegravevent de la paleacuteoclimatologie Elles permettent de
suivre au fil de la deacuterive des continents et des peacuteriodes de glaciations successives les variations lieacutees
au changement climatique ayant affecteacute les sols et les espegraveces selon leur nature Le cycle du carbone
(cycle biogeacuteochimique) en est deacutesormais partie prenante Le cycle des changements climatiques permet
aujourdrsquohui drsquoestimer 6 glaciations anteacuterieures Biber Donau Gunz Mindel Riss et le Wuumlrm (voir
plus haut)
10 Changement climatique et Facteurs agrave lrsquoorigine des changements climatiques
Le reacutechauffement climatique reacutechauffement planeacutetaire reacutechauffement global ou deacuteregraveglement
climatique est le pheacutenomegravene daugmentation des tempeacuteratures moyennes oceacuteaniques et de lair induit
par la quantiteacute de chaleur pieacutegeacutee agrave la surface terrestre mesureacutee depuis plusieurs deacutecennies du fait des
eacutemissions de gaz agrave effet de serre (CO2 etc)
Un changement climatique ou deacuteregraveglement climatique correspond agrave une modification durable (de la
deacutecennie au million danneacutees) des paramegravetres statistiques (paramegravetres moyens variabiliteacute)
du climat global de la Terre ou de ses divers climats reacutegionaux Ces changements peuvent ecirctre dus agrave
des processus intrinsegraveques agrave la Terre agrave des influences exteacuterieures ou plus reacutecemment aux activiteacutes
humaines
- Facteurs astronomiques
Cette theacuteorie est confirmeacutee par leacutetude de loxygegravene 18 et largement approuveacutee par la communauteacute
scientifique explique les cycles climatiques glaciaires interglaciaires par les variations dexcentriciteacute
de lrsquoorbite de la Terre autour du soleil dobliquiteacute (des changements dans lrsquoinclinaison de lrsquoaxe de la
Terre et de preacutecession ( changement graduel dorientation de laxe de rotation ) terrestre et des
collisions avec les asteacuteroiumldes ou des comegravetes
- Facteurs geacuteologiques
Comme la deacuterive des continents des changements dans la topographie des fonds oceacuteaniques les
eacuteruptions volcaniques la formation des montagnes lrsquoeacuterosion et lrsquoalteacuteration des roches
- Facteurs oceacuteaniques comme lrsquoeffet du pheacutenomegravene El Nino des changements dans la
circulation oceacuteanique des variations du niveau de la mer la formation de glace les efflorescences
phytoplanctoniques et la production de sulfures de dimeacutethyle (Biochimie composeacute organo-sulfureacute de
formule chimique (CH3)2S produit notamment par le phytoplancton et certaines bacteacuteries)
- Facteurs intervenant agrave la surface de la Terre notamment lrsquoeffet de la veacutegeacutetation sur
lrsquoalbeacutedo de la surface (la blancheur ou le degreacute de reacuteflexion de la lumiegravere incidente provenant drsquoun
objet) et lrsquoeacutevapotranspiration les effets des plans drsquoeau y compris lrsquoirrigation et la poussiegravere
- Facteurs atmospheacuteriques tels que le rocircle des gaz agrave effet de serre du dioxyde de soufre et les
polluants atmospheacuteriques les effets de la couche nuageuse et les interactions entre lrsquoair la Terre et la
mer
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
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2
Hedberg rassemble sous le terme un peu restrictif de laquo Lithostratigraphie raquo pourrait comme lrsquoa suggeacutereacute
Rat (1978) ecirctre qualifieacute de laquo stratigraphie geacuteomeacutetrique raquo Il srsquoagit de lrsquoanalyse des seacutequences locales
reacutegion par reacutegion domaine par domaine La terminologie recommandeacutee pour la traduire est de la plus
grande agrave la plus petite uniteacute le groupe la formation le membre (ou assise) et le lit (ou la couche)
- La seconde deacutemarche est celle qui consiste agrave placer les seacutequences locales par rapport agrave une
eacutechelle de reacutefeacuterence Cette eacutechelle pourrait ecirctre lithologique mais elle se heurterait aux lacunes
possibles et agrave lrsquoinconveacutenient majeur que repreacutesente lrsquoaspect local des conditions de seacutedimentation On
cherche agrave se reacutefeacuterer agrave un pheacutenomegravene qui a une eacutevolution continue et irreacuteversible Deux ensembles de
processus reacutepondent agrave ces neacutecessiteacutes ce sont respectivement lrsquoeacutevolution biologique et la chronologie
absolue La biostratigraphie est fondeacutee sur le contenu paleacuteontologique des strates Compte tenu de la
dureacutee tregraves courte du Quaternaire tous les groupes nrsquoont pas une vitesse eacutevolutive assez grande et une
assez large extension pour servir de repegraveres
En milieu continental parmi les mammifegraveres ce sont les Rongeurs qui preacutesentent le plus grand inteacuterecirct
parce qursquoils ont eacutevolueacute tregraves vite sont tregraves abondants et ont une large reacutepartition
En milieu marin ougrave les foraminifegraveres et les mollusques nrsquoont pratiquement pas eacutevolueacute la zonation est
fondeacutee plutocirct sur les successions drsquoassociations eacutecologiques que sur les degreacutes drsquoeacutevolution des espegraveces
Lrsquouniteacute geacuteneacuterale de la biostratigraphie est la biozone Elle se preacutesente sous divers aspects tels que la
zone drsquoassociation (ensemble des taxons preacutesents dans tel groupe de couches) la zone de reacutepartition
(ensemble des couches correspondant agrave la reacutepartition stratigraphique du taxon choisi) la zone
drsquoabondance (ensemble des couches ougrave le taxon est tregraves abondant) etc
- La troisiegraveme deacutemarche du stratigraphe consiste agrave passer des eacutetapes stratigraphie geacuteomeacutetrique-
biostratigraphie agrave la chronostratigraphie La classification chronostratigraphique consiste agrave placer les
seacutequences des couches dans un cadre qui deacutecoupe le temps en uniteacutes ayant une valeur mondiale Les
uniteacutes chronostratigraphiques qui ordonnent les seacutequences des deacutepocircts correspondent agrave des intervalles
de temps geacuteologiques distingueacutes comme uniteacutes geacuteochronologiques
Pour ce qui concerne le Quaternaire la hieacuterarchie des uniteacutes chronostratigraphiques et
geacuteochronologiques correspondante est la suivante le systegraveme (peacuteriode) quaternaire est diviseacute en deux
seacuteries (eacutepoques) le Pleacuteistocegravene et lrsquoHolocegravene Les eacutetages sont ensuite subdiviseacutes en chronozones
(chrons) biozones ceacutenozones et climatozones
En pratique le stratigraphe deacutecrit selon une approche pluridisciplinaire les seacuteries locales en distinguant
les eacuteleacutements lithostratigraphiques et biostratigraphiques Ensuite il tente des correacutelations de reacutegion agrave
reacutegion drsquoune province seacutedimentologique agrave une autre de domaine agrave domaine drsquoun continent agrave lrsquoautre
Il peut proposer alors un cadre des eacutechelles chronostratigraphiques qui doivent ecirctre remodeleacutees en
fonction des progregraves Les uniteacutes chronostratigraphiques doivent ecirctre eacutetablies agrave partir de gisements ou
reacutegions types le stratotype ougrave lrsquoon doit avoir une seacutequence sans lacune renfermant des eacuteleacutements de
correacutelation
3 Deacutefinition actuelle du Quaternaire
Le Quaternaire est subdiviseacute en deux eacutepoques geacuteologiques Pleacuteistocegravene et Holocegravene Une troisiegraveme
eacutepoque est actuellement proposeacutee lAnthropocegravene
Le stratotype correspondant agrave son deacutebut au commencement du Geacutelasien (deacutebut du Pleacuteistocegravene) est la
coupe stratigraphique de Monte San Nicola pregraves de Gela en Sicile
Bien que lInternational Commission on Stratigraphy (ICS) ait proposeacute deacutetendre le Neacuteogegravene jusquagrave
nos jours en y incluant le Pleacuteistocegravene et lHolocegravene The Geologic Time Scale (2012) maintient ces
deux eacutepoques geacuteologiques dans le Quaternaire Tant que la proposition de creacuteation de lAnthropocegravene
nest pas retenue lHolocegravene correspond agrave lactuelle eacutepoque geacuteologique
- Notation chronostratigraphique q ou IV
- Stratotype Coupe de Monte San Nicola pregraves de Gela en Sicile (Italie)
- Niveau Peacuteriode (Systegraveme)
- Ere correspondante Ceacutenozoiumlque
Stratigraphie
- Deacutebut -26 Ma
- Fin en cours
Subdivisions
bull Pleacuteistocegravene
bull Holocegravene
Le Quaternaire est lrsquoeacutepoque la plus reacutecente de lhistoire de la terre les derniegraveres 26 millions drsquoanneacutees
Il est caracteacuteriseacute par lapparition des humains ainsi que des cycles de peacuteriode glaciaireinterglaciaire
reacutepeacuteteacutes qui ont fortement influenceacute les montagnes et leur environnement
3
Le Quaternaire correspond agrave la derniegravere peacuteriode de lhistoire geacuteologique de la terre Sa dureacutee est
comprise entre 2 et 3 millions danneacutees Cest au cours du Quaternaire quapparaissent les premiers
hommes et que sy deacuteroule toute leacutevolution de lHomme et de ses techniques Il est marqueacute par
plusieurs phases de refroidissements climatiques connus sous le nom de glaciations seacutepareacutees par des
peacuteriodes de reacutechauffements ougrave le climat est proche de celui que lon connaicirct actuellement
Chaque changement climatique entraicircne donc des modifications de la faune et de la flore
La derniegravere glaciation a eu lieu durant le Paleacuteolithique supeacuterieur Cest leacutepoque des chasseurs de
rennes Entre 35 000 ans et 18 000 ans la reacutegion est abandonneacutee par les hommes Apregraves le maximum
de froid peu agrave peu elle est reacuteoccupeacutee par les chasseurs du Paleacuteolithique final agrave partir de 13 000 ans
avant notre egravere A la fin de la glaciation vers 10 000 ans avant notre egravere tous les continents de la
planegravete sont coloniseacutes par lHomme
Chronologie du Paleacuteolithique
De
Limite infeacuterieure
agrave
Limite supeacuterieure
Les diffeacuterentes peacuteriodes
- 35 000 environ de - 10 000 environ Paleacuteolithique supeacuterieur
Pleacuteistocegravene
Preacutehistoire - 100 000 environ - 35 000 environ Paleacuteolithique moyen
- 16 Ma environ - 100 000 environ Paleacuteolithique infeacuterieur
- 53 Ma environ - 17 Ma Peacuteriode Preacute-Paleacuteolithique archaiumlque Pliocegravene
Meacutethodes et outils
- Repeacuterage des contextes geacuteomorphologiques favorables agrave lrsquoenregistrement des donneacutees
seacutedimentologiques et palynologiques tourbiegraveres cocircne de deacutejection formations colluviales de bas de
versant et formations fluviatiles
Prospection archeacuteologique de surface et sondages geacuteoarcheacuteologiques (Gagnaire 1986 1996 2002
Cubizolle et Georges 2002 et 2003) pour la deacutetection des indices drsquohabitat et plus geacuteneacuteralement de
preacutesence humaine ou de matiegraveres premiegraveres
Le pollen est un puissant marqueur de la reacuteponse de la veacutegeacutetation aux changements climatiques du
Quaternaire Lors des peacuteriodes froides les assemblages polliniques domineacutes par les herbaceacutees
reflegravetent des milieux ouverts A lrsquoinverse lors des peacuteriodes de reacutechauffements climatiques
lrsquoaugmentation des taux de pollen drsquoarbres teacutemoigne de la reconquecircte forestiegravere
Appliqueacutee aux derniers millions drsquoanneacutees en suivant une deacutemarche actualiste la palynologie
va eacutegalement servir agrave deacutecrire les environnements passeacutes En effet le pollen eacutemis transporteacute
puis deacuteposeacute sur le sol peut se conserver lorsqursquoil est enfoui rapidement dans le seacute diment La
peacuteriode geacuteologique du Quaternaire se caracteacuterise par lrsquoeacutemergence puis la reacutecurrence de
cycles climatiques depuis 26 millions drsquoanneacutees Les analyses polliniques entreprises sur des
seacutediments quaternaires enregistrent les dynamiques environnementales en reacuteponse agrave ces
changements climatiques
4 Anthroposphegravere
(anthropos laquo ecirctre humain raquo) et (kainos laquo nouveau raquo)
LAnthropocegravene est un terme relatif agrave la chronologie de la geacuteologie proposeacute pour caracteacuteriser
leacutepoque de lhistoire de la Terre qui a deacutebuteacute lorsque les activiteacutes humaines ont eu un impact global
significatif sur leacutecosystegraveme terrestre
LAnthropocegravene serait la peacuteriode durant laquelle linfluence de lecirctre humain sur la biosphegravere a atteint
un tel niveau quelle est devenue une laquo force geacuteologique raquo majeure capable de marquer la lithosphegravere
LAnthropocegravene est un concept de plus en plus utiliseacute dans les meacutedias et la litteacuterature scientifique mais
toujours discuteacute par la communauteacute scientifique geacuteologique ndash speacutecifiquement au sein de la Commission
Internationale de Stratigraphie (CIS) de lUnion Internationale des Sciences Geacuteologiques (UISG) ndash
qui deacutetermine les subdivisions de leacutechelle des temps geacuteologiques
5 Importance de la geacuteologie du quaternaire
Pour les projets de geacutenie civil les eacuteveacutenements geacuteologiques reacutecents (soit depuis le deacutebut du Quaternaire
environ) sont drsquoune grande importance Drsquoune part les formations quaternaires sont pour la plupart
situeacutees agrave lrsquointerface lithosphegravere‐atmosphegravere et donc les ouvrages les rencontrent presque toujours nous
laquo heacuteritons raquo en particulier de formations issues de peacuteriodes ougrave le climat eacutetait fort diffeacuterent du nocirctre
deacutepocircts glaciaires par exemple Drsquoautre part les processus drsquoeacutevolution actifs agrave la surface du globe
peuvent poser des problegravemes de seacutecuriteacute aux personnes ou de stabiliteacute aux ouvrages or les processus
4
actifs aujourdrsquohui eacuteruptions volcaniques ou seacuteismes par exemple lrsquoont presque toujours eacuteteacute eacutegalement
dans un passeacute geacuteologique reacutecent et peuvent donc ecirctre eacutetudieacutes par les meacutethodes de la geacuteologie
6 Les glaciations (Drsquoapregraves le geacuteologue allemand Albrecht Penck)
Une peacuteriode glaciaire est une phase climatique et geacuteologique de la Terre pendant laquelle une grande
partie des continents est geleacutee Il y a eu de nombreuses glaciations dans lrsquohistoire de la Terre et la fin de
la peacuteriode geacuteologique tertiaire et la peacuteriode quaternaire se caracteacuterisent par leur grande freacutequence
Si lon exclut la glaciation du Donau quatre grandes glaciations se sont succeacutedeacute suivies chacune dune
peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins prolongeacutee ce sont
- Biber environ de ndash 3 Ma agrave -18 Ma
- Danau de -18 Ma agrave ndash 12 Ma
- Guumlnz de - 12 Ma agrave - 750000 ans
- Mindel de - 650000 agrave - 300000 ans
- Riss de - 250000 agrave - 120000 ans
La glaciation rissienne commence il y a 250 000 ans et sachegraveve vers ndash 120 000 Au cours du premier
interstade dans une steppe peupleacutee de rennes de chevaux et de rhinoceacuteros vit lhomme de
Tautavel (Pyreacuteneacutees-Orientales) qui a laisseacute le plus ancien cracircne dhominideacute dateacute avec certitude en
Europe Les derniers repreacutesentants de la faune de climat chaud tels le tigre agrave dents de sabre et le
rhinoceacuteros eacutetrusque seacuteteignent peu agrave peu Au cours dinterstades leacuteleacutephant antique et lhippopotame
replieacutes vers le sud se reacutepandent de nouveau
Linterglaciaire Mindel-Riss paraicirct plus chaud et plus humide que le climat actuel Aux abords de la
mer Meacutediterraneacutee un paleacuteosol rouge le ferretto est le teacutemoin dune alteacuteration des roches active et
profonde Le site de Saint-Acheul qui a donneacute son nom agrave lAcheuleacuteen est occupeacute par ses premiers
habitants
- Wuumlrm de - 120000 agrave - 10000 ans (4 eacutepisodes)
Au Wuumlrm derniegravere glaciation du Quaternaire les glaciers nont pas rejoint partout la limite extrecircme
atteinte en Europe par les glaciers rissiens mais le froid a eacuteteacute encore plus vif La faune arctique renne
bœuf musqueacute perdrix des neiges envahit lEurope Bouquetins chamois et marmottes descendent vers
les plaines ougrave ils rencontrent bisons et aurochs Cerfs et sangliers prolifegraverent lors des interstades au
cours desquels le climat se reacutechauffe
Linterglaciaire Riss-Wuumlrm (de ndash 120 000 agrave ndash 80 000 ans) repreacutesenteacute par lEleacutemien de lEurope du
Nord est deacutefini par des deacutepocircts lacustres et marins qui reposent sur des argiles morainiques rissiennes et
qui supportent les deacutepocircts fluvio-glaciaires de la derniegravere glaciation Le niveau de la mer est alors agrave
peine supeacuterieur au niveau actuel (environ de 6 agrave 8 m) La reconquecircte de lEurope du Nord par la
checircnaie mixte est en cours pendant la deuxiegraveme des six phases climatiques puis recule lors de la
troisiegraveme phase plus humide
Ces chiffres sont approximatifs
- Tardiglaciaire
Au tardiglaciaire (Wuumlrm supeacuterieur) des vagues de froid se poursuivent La toundra caracteacuteriseacutee par
une rosaceacutee en coussinet Dryas octopetala qui a donneacute son nom aux trois stades du dryas seacutetend sur
lEurope septentrionale et meacutediane Mais sous les latitudes moyennes leacuteteacute est plus long et plus
ensoleilleacute que dans la toundra actuelle Les hommes et de nombreux animaux comme lours des
cavernes se reacutefugient dans les grottes
bull Lholocegravene ou postglaciaire (de ndash 10 000 ans agrave aujourdhui)
Une rapide fusion des glaciers amorceacutee en Europe il y a dix mille ans environ marque le deacutebut de la
transgression flandrienne qui modifie le traceacute des littoraux Les rivages situeacutes vraisemblablement
entre 120 et 70 m au-dessous du niveau actuel lors du maximum glaciaire et entre 100 et 50 m au
Wuumlrm lors de la reacutegression preacuteflandrienne se rapprochent du niveau actuel Apregraves avoir eacuteteacute libeacutereacutees
rapidement du poids des glaciers les marges continentales se sont souleveacutees lentement par
compensation isostatique Le mouvement nest pas encore acheveacute aujourdhui il se poursuit au rythme
de 10 m par milleacutenaire dans les icircles et les continents proches de la zone arctique Le mammouth le
rhinoceacuteros laineux et lours des cavernes disparaissent Le renne remonte vers le nord Au cours du
preacuteboreacuteal la forecirct colonise les plaines occupeacutees auparavant par la toundra La tourbe commence agrave
saccumuler dans les deacutepressions mal draineacutees La fusion de linlandsis scandinave provoque le recul du
front glaciaire et la formation dun lac baltique ougrave saccumulent les argiles agrave varves La mer agrave Yoldia
submerge le lac agrave la suite du relegravevement glacio-eustatique du niveau marin
bull Le boreacuteal (de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans)
Au boreacuteal (environ de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans) lorme et la checircnaie mixte se substituent aux pins et aux
bouleaux premiers colonisateurs de la toundra En Fennoscandie la compensation isostatique annule
entre ndash 9 000 agrave ndash 8 000 ans les effets de la transgression Le lac agrave ancylus succegravede agrave la mer agrave yoldia Le
climat encore sec devient humide au cours de lAtlantique (de ndash 7 500 agrave ndash 4 500 ans) et se reacutechauffe
5
La reprise de la transgression flandrienne pendant cette peacuteriode atlantique et le ralentissement du
mouvement isostatique changent le lac Baltique en mer agrave littorines vers ndash 4 000 ans Le pas de Calais
se forme agrave la mecircme eacutepoque
bull Le subboreacuteal (de ndash 4 500 agrave ndash 2 800 ans)
Entre ndash 4 500 et ndash 2 800 ans environ au subboreacuteal le climat devient moins chaud et plus sec quau
cours de latlantique Lexpansion du hecirctre lhumification et lacidification des tourbiegraveres indiquent
ensuite un retour agrave lhumiditeacute qui distingue le subatlantique
bull Laction de lhomme au postglaciaire
Au cours de la peacuteriode postglaciaire laction de lhomme sest consideacuterablement renforceacutee Certes de
nombreux groupes vivent encore longtemps de la chasse de la pecircche et de la cueillette prolongeant le
paleacuteolithique par leacutepipaleacuteolithique Mais en Orient samorce degraves le IXe milleacutenaire une eacuteconomie de
production La domestication puis la culture des ceacutereacuteales favorisent la seacutedentarisation Ce mode de vie
neacuteolithique se propage vers lEurope occidentale Succeacutedant agrave la meacutetallurgie du cuivre lacircge du bronze
qui commence au IIIe milleacutenaire marque le deacutebut de la protohistoire
7 Le deacuteveloppement des Hominideacutes
Apparus au cours du Pliocegravene il y a 36 millions danneacuteesraquo (et peut-ecirctre mecircme agrave la fin du Miocegravene) les
hominideacutes vont eacutevoluer assez rapidement malgreacute des conditions de vie difficiles surtout en Europe
Venus dAfrique australe et orientale en passant par le moyen Orient et lAsie ils gagnegraverent peu agrave peu
lEurope en subissant de multiples transformations en nouvelles ligneacutees et nouvelles espegraveces toujours
de plus en plus eacutevolueacutees
Si lAfrique de lEst perdait son monopole de berceau de lhumaniteacute Des travaux publieacutes dans la
prestigieuse revue Science jeudi 29 novembre pourraient ouvrir cette possibiliteacute ils reacutevegravelent que des
archeacuteologues ont deacutecouvert en Algeacuterie des outils en pierre tailleacutee remontant agrave 24 millions danneacutees
Des objets bien plus anciens que ceux trouveacutes dans cette reacutegion jusquagrave preacutesent
Les galets en calcaire et en silex tailleacutes ont eacuteteacute deacutecouverts agrave Seacutetif agrave 300 km agrave lest dAlger par une
eacutequipe de chercheurs internationaux dont des chercheurs algeacuteriens Les outils ressemblaient exactement
agrave ceux dits Oldowan trouveacutes jusqualors principalement en Afrique de lEst
Ils ont aussi deacuteterreacute agrave proximiteacute plusieurs dizaines dossements animaux fossiliseacutes preacutesentant ce qui
ressemble agrave des marques doutils ndash de veacuteritables outils de boucherie preacutehistoriques Ces ossements
proviennent dancecirctres crocodiles eacuteleacutephants hippopotames ou encore girafes
8 Les conseacutequences dune glaciation
Une glaciation (ou englaciation) est une peacuteriode glaciaire cest-agrave-dire agrave la fois une phase
paleacuteoclimatique froide et une peacuteriode geacuteologique de la Terre durant laquelle une part importante des
continents est englaceacutee
Les glaciations ont dabord eacuteteacute mises en eacutevidence gracircce agrave leurs traces morphologiques (moraines blocs
erratiques) dans les valleacutees alpines agrave la fin du XIXe siegravecle
Depuis les anneacutees 1950 leacutetude des rapports entre les diffeacuterents isotopes de loxygegravene dans les
seacutediments preacuteleveacutes par carottage au fond des oceacuteans a confirmeacute et preacuteciseacute lexistence de nombreuses
fluctuations climatiques plus ou moins cycliques (cf Stades isotopiques marins et Chronologie
isotopique)
A chaque glaciation a succeacutedeacute une peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins longue reacutetablissant un
climat plus cleacutement soit du type tempeacutereacute humide (Atlantique) soit sec avec des steppes froides Ces
peacuteriodes ont eacuteteacute appeleacutees interglaciaire ou interstades
a) Conseacutequences geacuteologiques
Une importante modification des rivages sest produite par suite de labaissement parfois important du
niveau des oceacuteans leau deacutevaporation stockeacutee par les glaciers sous forme de glace na pas suivi le
cycle naturel de reacutecupeacuteration par ruissellement
bull baisse du niveau de la mer (glacio-eustasie) le stockage de glace sur les continents provoque
la baisse du niveau des oceacuteans (de lordre de 120 m lors de la derniegravere peacuteriode glaciaire) et provoque
leacutemersion dune partie des plateaux continentaux
bull contraction oceacuteanique
bull mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) sous le poids de la glace des
mouvements tectoniques verticaux affectent les reacutegions englaceacutees et leur marges (enfoncement lors de
la glaciation soulegravevement ou rebond isostasique lors de la deacuteglaciation)
bull modification de la circulation oceacuteanique mondiale Elle est alors complegravetement transformeacutee
(avec des influences reacuteciproques complexes et meacuteconnues dans le deacutetail sur le climat)
6
b) Conseacutequences eacutecologiques
A chaque glaciation une partie de la flore et de la faune a disparu soit par laction directe du froid soit
pour la faune par migration vers des reacutegions plus meacuteridionales (les espegraveces soumises agrave un froid trop
important pour elles doivent descendre vers les plaines etou se rapprocher de leacutequateur)
Les proboscidiens (mastodontes eacuteleacutephants) disparaissent les premiers quittant lEurope pour lAfrique
et le moyen-Orient avec les hippopotames et les rhinoceacuteros
Seuls subsistent encore durant la troisiegraveme glaciation les grands mammifegraveres agrave toison laineuse
rhinoceacuteros laineux mammouths ours des cavernes et certains herbivores rennes aurochs chevaux
rongeurs qui reacuteussissent agrave sadapter agrave la maigre veacutegeacutetation des steppes froides
Enfin la quatriegraveme glaciation tregraves seacutevegravere surtout au Wuumlrm final fait disparaicirctre les mammouths
rhinoceacuteros laineux et ours des cavernes deacutefinitivement
Notons cependant que lhomme le plus grand preacutedateur y fut aussi pour quelque chose
81 Les traces des paysages glaciaires et peacuteriglaciaires du Quaternaire
Les glaciations du Quaternaire ont produit des inlandsis des calottes glaciaires et le deacuteveloppement de
langues glaciaires qui ont couvert et marqueacute de nombreuses montagnes y compris en zone
intertropicale et des espaces aujourdhui submergeacutes par la remonteacutee de la mer (plateau continental) qui
a suivi la deacuteglaciation
Les glaces eacutepaisses ont raboteacute certains reliefs ou entameacute le sol dune maniegravere speacutecifique Leur fonte a
ensuite libeacutereacute une eacutenorme quantiteacute deau cette double action associeacutee agrave des pheacutenomegravenes de
cryoturbation de solifluxion (geacutelifluxion)hellip a laisseacute de nombreuses traces encore visibles dans les
reacutegions anciennement englaceacutees
Certains modeleacutes daccumulation et deacuterosion en sont notamment caracteacuteristiques Les ocircs drumlins et
chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et peacuteriglaciaires des Alpes
des Pyreacuteneacutees des Vosges du Massif central et de lAlaska du Spitzberg de lIslande etc
82 Les formes et formations glaciaires
Les quaternaristes observent et eacutetudient
bull des valleacutees des cirques et des moraines Dans les valleacutees en particulier il est possible de
connaicirctre laltitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes heacuteriteacutees de
celles-ci ndash les sites teacutemoins ndash tels les eacutepaulements que preacutesentent parfois les arecirctes descendues des
sommets lateacuteraux en direction du talweg des valleacutees
bull Ces diverses formes peacuteriglaciaires parfois regroupeacutees sous le nom dhydrolaccolites
comprennent les pingos les palses et les lithalses dont les reliques sont des laquets La plupart dentre
elles sont apparues pendant les eacutepoques glaciaires essentiellement dans le nord de lEurope mais agrave
lheure actuelle encore des hydrolaccolites prennent naissance sous les climats froids de lAlaska et du
nord-ouest du Canada par exemple
bull des formations dites kettles des drumlins des pipkrates des laquets des laquo fers agrave repasser raquo et
des dreikanters
bull deacutepais deacutepocircts de lœss et de limons accumuleacutes sur de vastes surfaces en Ameacuterique du Nord
sur les plateaux et les plaines dEurope moyenne et en Chine septentrionale et dans lheacutemisphegravere Sud
en Argentine (Pampa) Transporteacutes par le vent les lœss finissent par former une couverture plus ou
moins eacutepaisse (jusquagrave 200 m en Chine) rendant fertiles ces reacutegions mais en posant des problegravemes de
stabiliteacute (sols tregraves vulneacuterables agrave leacuterosion) Par exemple la reacutegion des Boumlrde (en Allemagne) ou celle de
Shanxi (valleacutee du Huang He en Chine) sont tapisseacutees de lœss
Certains paysages actuels formations veacutegeacutetales lacs etc sont des heacuteritages directs de ces eacutepisodes
climatiques
bull des landes dorigine glaciaire par exemple la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine
polonaise sont concerneacutees par les deacutepocircts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes
(Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le
nord
bull des paysages de marais et de tourbiegraveres (marais de Pinsk en Ukraine)
bull des lacs (Lac Ladoga Lac Onega en Russie Grands Lacs en Ameacuterique du Nord)
9 La notion de cycle interglaciaire-glaciaire
Une peacuteriode interglaciaire est une peacuteriode seacuteparant deux glaciations et durant laquelle les tempeacuteratures
moyennes de la planegravete sont relativement eacuteleveacutees LHolocegravene eacutepoque geacuteologique actuelle est une
peacuteriode interglaciaire Il dure depuis la fin de la derniegravere peacuteriode glaciaire il y a environ 11 700 ans
- Les cycles glaciaires
La fin du Ceacutenozoiumlque est marqueacutee par le retour de glaciations dites quaternaires denviron 26 millions
danneacutees agrave 12 000 ans avant le preacutesent
7
Les glaciations quaternaires correspondent agrave la mise en place dun climat qui se refroidit et au retour
cyclique de peacuteriodes froides (dites glaciaires) et tempeacutereacutees (interglaciaires)
Depuis le deacutebut du Q se sont deacuterouleacutes une vingtaine de cycles interglaciaire-glaciaire La dureacutee drsquoun
cycle peut ecirctre estimeacutee agrave 100 000ans Le cycle se compose drsquoune phase tempeacutereacutee ou chaude
sensiblement comparable agrave lrsquoactuel appeleacutee interglaciaire et drsquoune phase froide ou phase glaciaire
Lrsquointerglaciaire repreacutesente environ 110 du cycle le glaciaire 910 Il faut savoir toutefois que les
peacuteriodes tregraves froides sont aussi des exceptions puisqursquoelles ne sont estimeacutees qursquoagrave environ 110egrave drsquoun
cycle
- Lrsquoeacutevolution drsquoun cycle
Actuellement nous eacutevoluons sous une phase tempeacutereacutee il srsquoagit de lrsquointerglaciaire Flandrien La
derniegravere peacuteriode glaciaire (Weichseacutelien) srsquoest acheveacute il y a environ 10 000 ans BP (deacutebut du Preacuteboreacuteal
deacutebut Holocegravene)
Les changements climatiques constants au cours du Quaternaire vont entrainer avec eux de profonds
changements paleacuteo-environnementaux Les changements les plus profonds vont naturellement srsquoopeacuterer
lors du passage entre les phases tempeacutereacutees et les phases froides
Durant les peacuteriodes glaciaires on assiste agrave un deacuteveloppement important des glaciers aux pocircles
(inlandsis -calotte polaire est un glacier de tregraves grande eacutetendue se preacutesentant sous la forme dune nappe de glace
recouvrant la terre ferme et qui peut atteindre plusieurs milliers de megravetres deacutepaisseur Ils peuvent se prolonger agrave la
surface de la mer en formant des barriegraveres de glace- scandinave pour lrsquoEurope du nord-ouest) et de
montagnes (Alpes Pyreacuteneacutees Balkans Carpateshellip) La conseacutequence de cette reacutetention drsquoeau sous
forme de glace est une baisse massive de lrsquoapprovisionnement en eau douce des oceacuteans pheacutenomegravene se
traduisant par une baisse des niveaux marins
Les phases anteacuterieures de lrsquoHistoire humaine relegravevent de la paleacuteoclimatologie Elles permettent de
suivre au fil de la deacuterive des continents et des peacuteriodes de glaciations successives les variations lieacutees
au changement climatique ayant affecteacute les sols et les espegraveces selon leur nature Le cycle du carbone
(cycle biogeacuteochimique) en est deacutesormais partie prenante Le cycle des changements climatiques permet
aujourdrsquohui drsquoestimer 6 glaciations anteacuterieures Biber Donau Gunz Mindel Riss et le Wuumlrm (voir
plus haut)
10 Changement climatique et Facteurs agrave lrsquoorigine des changements climatiques
Le reacutechauffement climatique reacutechauffement planeacutetaire reacutechauffement global ou deacuteregraveglement
climatique est le pheacutenomegravene daugmentation des tempeacuteratures moyennes oceacuteaniques et de lair induit
par la quantiteacute de chaleur pieacutegeacutee agrave la surface terrestre mesureacutee depuis plusieurs deacutecennies du fait des
eacutemissions de gaz agrave effet de serre (CO2 etc)
Un changement climatique ou deacuteregraveglement climatique correspond agrave une modification durable (de la
deacutecennie au million danneacutees) des paramegravetres statistiques (paramegravetres moyens variabiliteacute)
du climat global de la Terre ou de ses divers climats reacutegionaux Ces changements peuvent ecirctre dus agrave
des processus intrinsegraveques agrave la Terre agrave des influences exteacuterieures ou plus reacutecemment aux activiteacutes
humaines
- Facteurs astronomiques
Cette theacuteorie est confirmeacutee par leacutetude de loxygegravene 18 et largement approuveacutee par la communauteacute
scientifique explique les cycles climatiques glaciaires interglaciaires par les variations dexcentriciteacute
de lrsquoorbite de la Terre autour du soleil dobliquiteacute (des changements dans lrsquoinclinaison de lrsquoaxe de la
Terre et de preacutecession ( changement graduel dorientation de laxe de rotation ) terrestre et des
collisions avec les asteacuteroiumldes ou des comegravetes
- Facteurs geacuteologiques
Comme la deacuterive des continents des changements dans la topographie des fonds oceacuteaniques les
eacuteruptions volcaniques la formation des montagnes lrsquoeacuterosion et lrsquoalteacuteration des roches
- Facteurs oceacuteaniques comme lrsquoeffet du pheacutenomegravene El Nino des changements dans la
circulation oceacuteanique des variations du niveau de la mer la formation de glace les efflorescences
phytoplanctoniques et la production de sulfures de dimeacutethyle (Biochimie composeacute organo-sulfureacute de
formule chimique (CH3)2S produit notamment par le phytoplancton et certaines bacteacuteries)
- Facteurs intervenant agrave la surface de la Terre notamment lrsquoeffet de la veacutegeacutetation sur
lrsquoalbeacutedo de la surface (la blancheur ou le degreacute de reacuteflexion de la lumiegravere incidente provenant drsquoun
objet) et lrsquoeacutevapotranspiration les effets des plans drsquoeau y compris lrsquoirrigation et la poussiegravere
- Facteurs atmospheacuteriques tels que le rocircle des gaz agrave effet de serre du dioxyde de soufre et les
polluants atmospheacuteriques les effets de la couche nuageuse et les interactions entre lrsquoair la Terre et la
mer
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
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3
Le Quaternaire correspond agrave la derniegravere peacuteriode de lhistoire geacuteologique de la terre Sa dureacutee est
comprise entre 2 et 3 millions danneacutees Cest au cours du Quaternaire quapparaissent les premiers
hommes et que sy deacuteroule toute leacutevolution de lHomme et de ses techniques Il est marqueacute par
plusieurs phases de refroidissements climatiques connus sous le nom de glaciations seacutepareacutees par des
peacuteriodes de reacutechauffements ougrave le climat est proche de celui que lon connaicirct actuellement
Chaque changement climatique entraicircne donc des modifications de la faune et de la flore
La derniegravere glaciation a eu lieu durant le Paleacuteolithique supeacuterieur Cest leacutepoque des chasseurs de
rennes Entre 35 000 ans et 18 000 ans la reacutegion est abandonneacutee par les hommes Apregraves le maximum
de froid peu agrave peu elle est reacuteoccupeacutee par les chasseurs du Paleacuteolithique final agrave partir de 13 000 ans
avant notre egravere A la fin de la glaciation vers 10 000 ans avant notre egravere tous les continents de la
planegravete sont coloniseacutes par lHomme
Chronologie du Paleacuteolithique
De
Limite infeacuterieure
agrave
Limite supeacuterieure
Les diffeacuterentes peacuteriodes
- 35 000 environ de - 10 000 environ Paleacuteolithique supeacuterieur
Pleacuteistocegravene
Preacutehistoire - 100 000 environ - 35 000 environ Paleacuteolithique moyen
- 16 Ma environ - 100 000 environ Paleacuteolithique infeacuterieur
- 53 Ma environ - 17 Ma Peacuteriode Preacute-Paleacuteolithique archaiumlque Pliocegravene
Meacutethodes et outils
- Repeacuterage des contextes geacuteomorphologiques favorables agrave lrsquoenregistrement des donneacutees
seacutedimentologiques et palynologiques tourbiegraveres cocircne de deacutejection formations colluviales de bas de
versant et formations fluviatiles
Prospection archeacuteologique de surface et sondages geacuteoarcheacuteologiques (Gagnaire 1986 1996 2002
Cubizolle et Georges 2002 et 2003) pour la deacutetection des indices drsquohabitat et plus geacuteneacuteralement de
preacutesence humaine ou de matiegraveres premiegraveres
Le pollen est un puissant marqueur de la reacuteponse de la veacutegeacutetation aux changements climatiques du
Quaternaire Lors des peacuteriodes froides les assemblages polliniques domineacutes par les herbaceacutees
reflegravetent des milieux ouverts A lrsquoinverse lors des peacuteriodes de reacutechauffements climatiques
lrsquoaugmentation des taux de pollen drsquoarbres teacutemoigne de la reconquecircte forestiegravere
Appliqueacutee aux derniers millions drsquoanneacutees en suivant une deacutemarche actualiste la palynologie
va eacutegalement servir agrave deacutecrire les environnements passeacutes En effet le pollen eacutemis transporteacute
puis deacuteposeacute sur le sol peut se conserver lorsqursquoil est enfoui rapidement dans le seacute diment La
peacuteriode geacuteologique du Quaternaire se caracteacuterise par lrsquoeacutemergence puis la reacutecurrence de
cycles climatiques depuis 26 millions drsquoanneacutees Les analyses polliniques entreprises sur des
seacutediments quaternaires enregistrent les dynamiques environnementales en reacuteponse agrave ces
changements climatiques
4 Anthroposphegravere
(anthropos laquo ecirctre humain raquo) et (kainos laquo nouveau raquo)
LAnthropocegravene est un terme relatif agrave la chronologie de la geacuteologie proposeacute pour caracteacuteriser
leacutepoque de lhistoire de la Terre qui a deacutebuteacute lorsque les activiteacutes humaines ont eu un impact global
significatif sur leacutecosystegraveme terrestre
LAnthropocegravene serait la peacuteriode durant laquelle linfluence de lecirctre humain sur la biosphegravere a atteint
un tel niveau quelle est devenue une laquo force geacuteologique raquo majeure capable de marquer la lithosphegravere
LAnthropocegravene est un concept de plus en plus utiliseacute dans les meacutedias et la litteacuterature scientifique mais
toujours discuteacute par la communauteacute scientifique geacuteologique ndash speacutecifiquement au sein de la Commission
Internationale de Stratigraphie (CIS) de lUnion Internationale des Sciences Geacuteologiques (UISG) ndash
qui deacutetermine les subdivisions de leacutechelle des temps geacuteologiques
5 Importance de la geacuteologie du quaternaire
Pour les projets de geacutenie civil les eacuteveacutenements geacuteologiques reacutecents (soit depuis le deacutebut du Quaternaire
environ) sont drsquoune grande importance Drsquoune part les formations quaternaires sont pour la plupart
situeacutees agrave lrsquointerface lithosphegravere‐atmosphegravere et donc les ouvrages les rencontrent presque toujours nous
laquo heacuteritons raquo en particulier de formations issues de peacuteriodes ougrave le climat eacutetait fort diffeacuterent du nocirctre
deacutepocircts glaciaires par exemple Drsquoautre part les processus drsquoeacutevolution actifs agrave la surface du globe
peuvent poser des problegravemes de seacutecuriteacute aux personnes ou de stabiliteacute aux ouvrages or les processus
4
actifs aujourdrsquohui eacuteruptions volcaniques ou seacuteismes par exemple lrsquoont presque toujours eacuteteacute eacutegalement
dans un passeacute geacuteologique reacutecent et peuvent donc ecirctre eacutetudieacutes par les meacutethodes de la geacuteologie
6 Les glaciations (Drsquoapregraves le geacuteologue allemand Albrecht Penck)
Une peacuteriode glaciaire est une phase climatique et geacuteologique de la Terre pendant laquelle une grande
partie des continents est geleacutee Il y a eu de nombreuses glaciations dans lrsquohistoire de la Terre et la fin de
la peacuteriode geacuteologique tertiaire et la peacuteriode quaternaire se caracteacuterisent par leur grande freacutequence
Si lon exclut la glaciation du Donau quatre grandes glaciations se sont succeacutedeacute suivies chacune dune
peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins prolongeacutee ce sont
- Biber environ de ndash 3 Ma agrave -18 Ma
- Danau de -18 Ma agrave ndash 12 Ma
- Guumlnz de - 12 Ma agrave - 750000 ans
- Mindel de - 650000 agrave - 300000 ans
- Riss de - 250000 agrave - 120000 ans
La glaciation rissienne commence il y a 250 000 ans et sachegraveve vers ndash 120 000 Au cours du premier
interstade dans une steppe peupleacutee de rennes de chevaux et de rhinoceacuteros vit lhomme de
Tautavel (Pyreacuteneacutees-Orientales) qui a laisseacute le plus ancien cracircne dhominideacute dateacute avec certitude en
Europe Les derniers repreacutesentants de la faune de climat chaud tels le tigre agrave dents de sabre et le
rhinoceacuteros eacutetrusque seacuteteignent peu agrave peu Au cours dinterstades leacuteleacutephant antique et lhippopotame
replieacutes vers le sud se reacutepandent de nouveau
Linterglaciaire Mindel-Riss paraicirct plus chaud et plus humide que le climat actuel Aux abords de la
mer Meacutediterraneacutee un paleacuteosol rouge le ferretto est le teacutemoin dune alteacuteration des roches active et
profonde Le site de Saint-Acheul qui a donneacute son nom agrave lAcheuleacuteen est occupeacute par ses premiers
habitants
- Wuumlrm de - 120000 agrave - 10000 ans (4 eacutepisodes)
Au Wuumlrm derniegravere glaciation du Quaternaire les glaciers nont pas rejoint partout la limite extrecircme
atteinte en Europe par les glaciers rissiens mais le froid a eacuteteacute encore plus vif La faune arctique renne
bœuf musqueacute perdrix des neiges envahit lEurope Bouquetins chamois et marmottes descendent vers
les plaines ougrave ils rencontrent bisons et aurochs Cerfs et sangliers prolifegraverent lors des interstades au
cours desquels le climat se reacutechauffe
Linterglaciaire Riss-Wuumlrm (de ndash 120 000 agrave ndash 80 000 ans) repreacutesenteacute par lEleacutemien de lEurope du
Nord est deacutefini par des deacutepocircts lacustres et marins qui reposent sur des argiles morainiques rissiennes et
qui supportent les deacutepocircts fluvio-glaciaires de la derniegravere glaciation Le niveau de la mer est alors agrave
peine supeacuterieur au niveau actuel (environ de 6 agrave 8 m) La reconquecircte de lEurope du Nord par la
checircnaie mixte est en cours pendant la deuxiegraveme des six phases climatiques puis recule lors de la
troisiegraveme phase plus humide
Ces chiffres sont approximatifs
- Tardiglaciaire
Au tardiglaciaire (Wuumlrm supeacuterieur) des vagues de froid se poursuivent La toundra caracteacuteriseacutee par
une rosaceacutee en coussinet Dryas octopetala qui a donneacute son nom aux trois stades du dryas seacutetend sur
lEurope septentrionale et meacutediane Mais sous les latitudes moyennes leacuteteacute est plus long et plus
ensoleilleacute que dans la toundra actuelle Les hommes et de nombreux animaux comme lours des
cavernes se reacutefugient dans les grottes
bull Lholocegravene ou postglaciaire (de ndash 10 000 ans agrave aujourdhui)
Une rapide fusion des glaciers amorceacutee en Europe il y a dix mille ans environ marque le deacutebut de la
transgression flandrienne qui modifie le traceacute des littoraux Les rivages situeacutes vraisemblablement
entre 120 et 70 m au-dessous du niveau actuel lors du maximum glaciaire et entre 100 et 50 m au
Wuumlrm lors de la reacutegression preacuteflandrienne se rapprochent du niveau actuel Apregraves avoir eacuteteacute libeacutereacutees
rapidement du poids des glaciers les marges continentales se sont souleveacutees lentement par
compensation isostatique Le mouvement nest pas encore acheveacute aujourdhui il se poursuit au rythme
de 10 m par milleacutenaire dans les icircles et les continents proches de la zone arctique Le mammouth le
rhinoceacuteros laineux et lours des cavernes disparaissent Le renne remonte vers le nord Au cours du
preacuteboreacuteal la forecirct colonise les plaines occupeacutees auparavant par la toundra La tourbe commence agrave
saccumuler dans les deacutepressions mal draineacutees La fusion de linlandsis scandinave provoque le recul du
front glaciaire et la formation dun lac baltique ougrave saccumulent les argiles agrave varves La mer agrave Yoldia
submerge le lac agrave la suite du relegravevement glacio-eustatique du niveau marin
bull Le boreacuteal (de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans)
Au boreacuteal (environ de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans) lorme et la checircnaie mixte se substituent aux pins et aux
bouleaux premiers colonisateurs de la toundra En Fennoscandie la compensation isostatique annule
entre ndash 9 000 agrave ndash 8 000 ans les effets de la transgression Le lac agrave ancylus succegravede agrave la mer agrave yoldia Le
climat encore sec devient humide au cours de lAtlantique (de ndash 7 500 agrave ndash 4 500 ans) et se reacutechauffe
5
La reprise de la transgression flandrienne pendant cette peacuteriode atlantique et le ralentissement du
mouvement isostatique changent le lac Baltique en mer agrave littorines vers ndash 4 000 ans Le pas de Calais
se forme agrave la mecircme eacutepoque
bull Le subboreacuteal (de ndash 4 500 agrave ndash 2 800 ans)
Entre ndash 4 500 et ndash 2 800 ans environ au subboreacuteal le climat devient moins chaud et plus sec quau
cours de latlantique Lexpansion du hecirctre lhumification et lacidification des tourbiegraveres indiquent
ensuite un retour agrave lhumiditeacute qui distingue le subatlantique
bull Laction de lhomme au postglaciaire
Au cours de la peacuteriode postglaciaire laction de lhomme sest consideacuterablement renforceacutee Certes de
nombreux groupes vivent encore longtemps de la chasse de la pecircche et de la cueillette prolongeant le
paleacuteolithique par leacutepipaleacuteolithique Mais en Orient samorce degraves le IXe milleacutenaire une eacuteconomie de
production La domestication puis la culture des ceacutereacuteales favorisent la seacutedentarisation Ce mode de vie
neacuteolithique se propage vers lEurope occidentale Succeacutedant agrave la meacutetallurgie du cuivre lacircge du bronze
qui commence au IIIe milleacutenaire marque le deacutebut de la protohistoire
7 Le deacuteveloppement des Hominideacutes
Apparus au cours du Pliocegravene il y a 36 millions danneacuteesraquo (et peut-ecirctre mecircme agrave la fin du Miocegravene) les
hominideacutes vont eacutevoluer assez rapidement malgreacute des conditions de vie difficiles surtout en Europe
Venus dAfrique australe et orientale en passant par le moyen Orient et lAsie ils gagnegraverent peu agrave peu
lEurope en subissant de multiples transformations en nouvelles ligneacutees et nouvelles espegraveces toujours
de plus en plus eacutevolueacutees
Si lAfrique de lEst perdait son monopole de berceau de lhumaniteacute Des travaux publieacutes dans la
prestigieuse revue Science jeudi 29 novembre pourraient ouvrir cette possibiliteacute ils reacutevegravelent que des
archeacuteologues ont deacutecouvert en Algeacuterie des outils en pierre tailleacutee remontant agrave 24 millions danneacutees
Des objets bien plus anciens que ceux trouveacutes dans cette reacutegion jusquagrave preacutesent
Les galets en calcaire et en silex tailleacutes ont eacuteteacute deacutecouverts agrave Seacutetif agrave 300 km agrave lest dAlger par une
eacutequipe de chercheurs internationaux dont des chercheurs algeacuteriens Les outils ressemblaient exactement
agrave ceux dits Oldowan trouveacutes jusqualors principalement en Afrique de lEst
Ils ont aussi deacuteterreacute agrave proximiteacute plusieurs dizaines dossements animaux fossiliseacutes preacutesentant ce qui
ressemble agrave des marques doutils ndash de veacuteritables outils de boucherie preacutehistoriques Ces ossements
proviennent dancecirctres crocodiles eacuteleacutephants hippopotames ou encore girafes
8 Les conseacutequences dune glaciation
Une glaciation (ou englaciation) est une peacuteriode glaciaire cest-agrave-dire agrave la fois une phase
paleacuteoclimatique froide et une peacuteriode geacuteologique de la Terre durant laquelle une part importante des
continents est englaceacutee
Les glaciations ont dabord eacuteteacute mises en eacutevidence gracircce agrave leurs traces morphologiques (moraines blocs
erratiques) dans les valleacutees alpines agrave la fin du XIXe siegravecle
Depuis les anneacutees 1950 leacutetude des rapports entre les diffeacuterents isotopes de loxygegravene dans les
seacutediments preacuteleveacutes par carottage au fond des oceacuteans a confirmeacute et preacuteciseacute lexistence de nombreuses
fluctuations climatiques plus ou moins cycliques (cf Stades isotopiques marins et Chronologie
isotopique)
A chaque glaciation a succeacutedeacute une peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins longue reacutetablissant un
climat plus cleacutement soit du type tempeacutereacute humide (Atlantique) soit sec avec des steppes froides Ces
peacuteriodes ont eacuteteacute appeleacutees interglaciaire ou interstades
a) Conseacutequences geacuteologiques
Une importante modification des rivages sest produite par suite de labaissement parfois important du
niveau des oceacuteans leau deacutevaporation stockeacutee par les glaciers sous forme de glace na pas suivi le
cycle naturel de reacutecupeacuteration par ruissellement
bull baisse du niveau de la mer (glacio-eustasie) le stockage de glace sur les continents provoque
la baisse du niveau des oceacuteans (de lordre de 120 m lors de la derniegravere peacuteriode glaciaire) et provoque
leacutemersion dune partie des plateaux continentaux
bull contraction oceacuteanique
bull mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) sous le poids de la glace des
mouvements tectoniques verticaux affectent les reacutegions englaceacutees et leur marges (enfoncement lors de
la glaciation soulegravevement ou rebond isostasique lors de la deacuteglaciation)
bull modification de la circulation oceacuteanique mondiale Elle est alors complegravetement transformeacutee
(avec des influences reacuteciproques complexes et meacuteconnues dans le deacutetail sur le climat)
6
b) Conseacutequences eacutecologiques
A chaque glaciation une partie de la flore et de la faune a disparu soit par laction directe du froid soit
pour la faune par migration vers des reacutegions plus meacuteridionales (les espegraveces soumises agrave un froid trop
important pour elles doivent descendre vers les plaines etou se rapprocher de leacutequateur)
Les proboscidiens (mastodontes eacuteleacutephants) disparaissent les premiers quittant lEurope pour lAfrique
et le moyen-Orient avec les hippopotames et les rhinoceacuteros
Seuls subsistent encore durant la troisiegraveme glaciation les grands mammifegraveres agrave toison laineuse
rhinoceacuteros laineux mammouths ours des cavernes et certains herbivores rennes aurochs chevaux
rongeurs qui reacuteussissent agrave sadapter agrave la maigre veacutegeacutetation des steppes froides
Enfin la quatriegraveme glaciation tregraves seacutevegravere surtout au Wuumlrm final fait disparaicirctre les mammouths
rhinoceacuteros laineux et ours des cavernes deacutefinitivement
Notons cependant que lhomme le plus grand preacutedateur y fut aussi pour quelque chose
81 Les traces des paysages glaciaires et peacuteriglaciaires du Quaternaire
Les glaciations du Quaternaire ont produit des inlandsis des calottes glaciaires et le deacuteveloppement de
langues glaciaires qui ont couvert et marqueacute de nombreuses montagnes y compris en zone
intertropicale et des espaces aujourdhui submergeacutes par la remonteacutee de la mer (plateau continental) qui
a suivi la deacuteglaciation
Les glaces eacutepaisses ont raboteacute certains reliefs ou entameacute le sol dune maniegravere speacutecifique Leur fonte a
ensuite libeacutereacute une eacutenorme quantiteacute deau cette double action associeacutee agrave des pheacutenomegravenes de
cryoturbation de solifluxion (geacutelifluxion)hellip a laisseacute de nombreuses traces encore visibles dans les
reacutegions anciennement englaceacutees
Certains modeleacutes daccumulation et deacuterosion en sont notamment caracteacuteristiques Les ocircs drumlins et
chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et peacuteriglaciaires des Alpes
des Pyreacuteneacutees des Vosges du Massif central et de lAlaska du Spitzberg de lIslande etc
82 Les formes et formations glaciaires
Les quaternaristes observent et eacutetudient
bull des valleacutees des cirques et des moraines Dans les valleacutees en particulier il est possible de
connaicirctre laltitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes heacuteriteacutees de
celles-ci ndash les sites teacutemoins ndash tels les eacutepaulements que preacutesentent parfois les arecirctes descendues des
sommets lateacuteraux en direction du talweg des valleacutees
bull Ces diverses formes peacuteriglaciaires parfois regroupeacutees sous le nom dhydrolaccolites
comprennent les pingos les palses et les lithalses dont les reliques sont des laquets La plupart dentre
elles sont apparues pendant les eacutepoques glaciaires essentiellement dans le nord de lEurope mais agrave
lheure actuelle encore des hydrolaccolites prennent naissance sous les climats froids de lAlaska et du
nord-ouest du Canada par exemple
bull des formations dites kettles des drumlins des pipkrates des laquets des laquo fers agrave repasser raquo et
des dreikanters
bull deacutepais deacutepocircts de lœss et de limons accumuleacutes sur de vastes surfaces en Ameacuterique du Nord
sur les plateaux et les plaines dEurope moyenne et en Chine septentrionale et dans lheacutemisphegravere Sud
en Argentine (Pampa) Transporteacutes par le vent les lœss finissent par former une couverture plus ou
moins eacutepaisse (jusquagrave 200 m en Chine) rendant fertiles ces reacutegions mais en posant des problegravemes de
stabiliteacute (sols tregraves vulneacuterables agrave leacuterosion) Par exemple la reacutegion des Boumlrde (en Allemagne) ou celle de
Shanxi (valleacutee du Huang He en Chine) sont tapisseacutees de lœss
Certains paysages actuels formations veacutegeacutetales lacs etc sont des heacuteritages directs de ces eacutepisodes
climatiques
bull des landes dorigine glaciaire par exemple la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine
polonaise sont concerneacutees par les deacutepocircts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes
(Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le
nord
bull des paysages de marais et de tourbiegraveres (marais de Pinsk en Ukraine)
bull des lacs (Lac Ladoga Lac Onega en Russie Grands Lacs en Ameacuterique du Nord)
9 La notion de cycle interglaciaire-glaciaire
Une peacuteriode interglaciaire est une peacuteriode seacuteparant deux glaciations et durant laquelle les tempeacuteratures
moyennes de la planegravete sont relativement eacuteleveacutees LHolocegravene eacutepoque geacuteologique actuelle est une
peacuteriode interglaciaire Il dure depuis la fin de la derniegravere peacuteriode glaciaire il y a environ 11 700 ans
- Les cycles glaciaires
La fin du Ceacutenozoiumlque est marqueacutee par le retour de glaciations dites quaternaires denviron 26 millions
danneacutees agrave 12 000 ans avant le preacutesent
7
Les glaciations quaternaires correspondent agrave la mise en place dun climat qui se refroidit et au retour
cyclique de peacuteriodes froides (dites glaciaires) et tempeacutereacutees (interglaciaires)
Depuis le deacutebut du Q se sont deacuterouleacutes une vingtaine de cycles interglaciaire-glaciaire La dureacutee drsquoun
cycle peut ecirctre estimeacutee agrave 100 000ans Le cycle se compose drsquoune phase tempeacutereacutee ou chaude
sensiblement comparable agrave lrsquoactuel appeleacutee interglaciaire et drsquoune phase froide ou phase glaciaire
Lrsquointerglaciaire repreacutesente environ 110 du cycle le glaciaire 910 Il faut savoir toutefois que les
peacuteriodes tregraves froides sont aussi des exceptions puisqursquoelles ne sont estimeacutees qursquoagrave environ 110egrave drsquoun
cycle
- Lrsquoeacutevolution drsquoun cycle
Actuellement nous eacutevoluons sous une phase tempeacutereacutee il srsquoagit de lrsquointerglaciaire Flandrien La
derniegravere peacuteriode glaciaire (Weichseacutelien) srsquoest acheveacute il y a environ 10 000 ans BP (deacutebut du Preacuteboreacuteal
deacutebut Holocegravene)
Les changements climatiques constants au cours du Quaternaire vont entrainer avec eux de profonds
changements paleacuteo-environnementaux Les changements les plus profonds vont naturellement srsquoopeacuterer
lors du passage entre les phases tempeacutereacutees et les phases froides
Durant les peacuteriodes glaciaires on assiste agrave un deacuteveloppement important des glaciers aux pocircles
(inlandsis -calotte polaire est un glacier de tregraves grande eacutetendue se preacutesentant sous la forme dune nappe de glace
recouvrant la terre ferme et qui peut atteindre plusieurs milliers de megravetres deacutepaisseur Ils peuvent se prolonger agrave la
surface de la mer en formant des barriegraveres de glace- scandinave pour lrsquoEurope du nord-ouest) et de
montagnes (Alpes Pyreacuteneacutees Balkans Carpateshellip) La conseacutequence de cette reacutetention drsquoeau sous
forme de glace est une baisse massive de lrsquoapprovisionnement en eau douce des oceacuteans pheacutenomegravene se
traduisant par une baisse des niveaux marins
Les phases anteacuterieures de lrsquoHistoire humaine relegravevent de la paleacuteoclimatologie Elles permettent de
suivre au fil de la deacuterive des continents et des peacuteriodes de glaciations successives les variations lieacutees
au changement climatique ayant affecteacute les sols et les espegraveces selon leur nature Le cycle du carbone
(cycle biogeacuteochimique) en est deacutesormais partie prenante Le cycle des changements climatiques permet
aujourdrsquohui drsquoestimer 6 glaciations anteacuterieures Biber Donau Gunz Mindel Riss et le Wuumlrm (voir
plus haut)
10 Changement climatique et Facteurs agrave lrsquoorigine des changements climatiques
Le reacutechauffement climatique reacutechauffement planeacutetaire reacutechauffement global ou deacuteregraveglement
climatique est le pheacutenomegravene daugmentation des tempeacuteratures moyennes oceacuteaniques et de lair induit
par la quantiteacute de chaleur pieacutegeacutee agrave la surface terrestre mesureacutee depuis plusieurs deacutecennies du fait des
eacutemissions de gaz agrave effet de serre (CO2 etc)
Un changement climatique ou deacuteregraveglement climatique correspond agrave une modification durable (de la
deacutecennie au million danneacutees) des paramegravetres statistiques (paramegravetres moyens variabiliteacute)
du climat global de la Terre ou de ses divers climats reacutegionaux Ces changements peuvent ecirctre dus agrave
des processus intrinsegraveques agrave la Terre agrave des influences exteacuterieures ou plus reacutecemment aux activiteacutes
humaines
- Facteurs astronomiques
Cette theacuteorie est confirmeacutee par leacutetude de loxygegravene 18 et largement approuveacutee par la communauteacute
scientifique explique les cycles climatiques glaciaires interglaciaires par les variations dexcentriciteacute
de lrsquoorbite de la Terre autour du soleil dobliquiteacute (des changements dans lrsquoinclinaison de lrsquoaxe de la
Terre et de preacutecession ( changement graduel dorientation de laxe de rotation ) terrestre et des
collisions avec les asteacuteroiumldes ou des comegravetes
- Facteurs geacuteologiques
Comme la deacuterive des continents des changements dans la topographie des fonds oceacuteaniques les
eacuteruptions volcaniques la formation des montagnes lrsquoeacuterosion et lrsquoalteacuteration des roches
- Facteurs oceacuteaniques comme lrsquoeffet du pheacutenomegravene El Nino des changements dans la
circulation oceacuteanique des variations du niveau de la mer la formation de glace les efflorescences
phytoplanctoniques et la production de sulfures de dimeacutethyle (Biochimie composeacute organo-sulfureacute de
formule chimique (CH3)2S produit notamment par le phytoplancton et certaines bacteacuteries)
- Facteurs intervenant agrave la surface de la Terre notamment lrsquoeffet de la veacutegeacutetation sur
lrsquoalbeacutedo de la surface (la blancheur ou le degreacute de reacuteflexion de la lumiegravere incidente provenant drsquoun
objet) et lrsquoeacutevapotranspiration les effets des plans drsquoeau y compris lrsquoirrigation et la poussiegravere
- Facteurs atmospheacuteriques tels que le rocircle des gaz agrave effet de serre du dioxyde de soufre et les
polluants atmospheacuteriques les effets de la couche nuageuse et les interactions entre lrsquoair la Terre et la
mer
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
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4
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dans un passeacute geacuteologique reacutecent et peuvent donc ecirctre eacutetudieacutes par les meacutethodes de la geacuteologie
6 Les glaciations (Drsquoapregraves le geacuteologue allemand Albrecht Penck)
Une peacuteriode glaciaire est une phase climatique et geacuteologique de la Terre pendant laquelle une grande
partie des continents est geleacutee Il y a eu de nombreuses glaciations dans lrsquohistoire de la Terre et la fin de
la peacuteriode geacuteologique tertiaire et la peacuteriode quaternaire se caracteacuterisent par leur grande freacutequence
Si lon exclut la glaciation du Donau quatre grandes glaciations se sont succeacutedeacute suivies chacune dune
peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins prolongeacutee ce sont
- Biber environ de ndash 3 Ma agrave -18 Ma
- Danau de -18 Ma agrave ndash 12 Ma
- Guumlnz de - 12 Ma agrave - 750000 ans
- Mindel de - 650000 agrave - 300000 ans
- Riss de - 250000 agrave - 120000 ans
La glaciation rissienne commence il y a 250 000 ans et sachegraveve vers ndash 120 000 Au cours du premier
interstade dans une steppe peupleacutee de rennes de chevaux et de rhinoceacuteros vit lhomme de
Tautavel (Pyreacuteneacutees-Orientales) qui a laisseacute le plus ancien cracircne dhominideacute dateacute avec certitude en
Europe Les derniers repreacutesentants de la faune de climat chaud tels le tigre agrave dents de sabre et le
rhinoceacuteros eacutetrusque seacuteteignent peu agrave peu Au cours dinterstades leacuteleacutephant antique et lhippopotame
replieacutes vers le sud se reacutepandent de nouveau
Linterglaciaire Mindel-Riss paraicirct plus chaud et plus humide que le climat actuel Aux abords de la
mer Meacutediterraneacutee un paleacuteosol rouge le ferretto est le teacutemoin dune alteacuteration des roches active et
profonde Le site de Saint-Acheul qui a donneacute son nom agrave lAcheuleacuteen est occupeacute par ses premiers
habitants
- Wuumlrm de - 120000 agrave - 10000 ans (4 eacutepisodes)
Au Wuumlrm derniegravere glaciation du Quaternaire les glaciers nont pas rejoint partout la limite extrecircme
atteinte en Europe par les glaciers rissiens mais le froid a eacuteteacute encore plus vif La faune arctique renne
bœuf musqueacute perdrix des neiges envahit lEurope Bouquetins chamois et marmottes descendent vers
les plaines ougrave ils rencontrent bisons et aurochs Cerfs et sangliers prolifegraverent lors des interstades au
cours desquels le climat se reacutechauffe
Linterglaciaire Riss-Wuumlrm (de ndash 120 000 agrave ndash 80 000 ans) repreacutesenteacute par lEleacutemien de lEurope du
Nord est deacutefini par des deacutepocircts lacustres et marins qui reposent sur des argiles morainiques rissiennes et
qui supportent les deacutepocircts fluvio-glaciaires de la derniegravere glaciation Le niveau de la mer est alors agrave
peine supeacuterieur au niveau actuel (environ de 6 agrave 8 m) La reconquecircte de lEurope du Nord par la
checircnaie mixte est en cours pendant la deuxiegraveme des six phases climatiques puis recule lors de la
troisiegraveme phase plus humide
Ces chiffres sont approximatifs
- Tardiglaciaire
Au tardiglaciaire (Wuumlrm supeacuterieur) des vagues de froid se poursuivent La toundra caracteacuteriseacutee par
une rosaceacutee en coussinet Dryas octopetala qui a donneacute son nom aux trois stades du dryas seacutetend sur
lEurope septentrionale et meacutediane Mais sous les latitudes moyennes leacuteteacute est plus long et plus
ensoleilleacute que dans la toundra actuelle Les hommes et de nombreux animaux comme lours des
cavernes se reacutefugient dans les grottes
bull Lholocegravene ou postglaciaire (de ndash 10 000 ans agrave aujourdhui)
Une rapide fusion des glaciers amorceacutee en Europe il y a dix mille ans environ marque le deacutebut de la
transgression flandrienne qui modifie le traceacute des littoraux Les rivages situeacutes vraisemblablement
entre 120 et 70 m au-dessous du niveau actuel lors du maximum glaciaire et entre 100 et 50 m au
Wuumlrm lors de la reacutegression preacuteflandrienne se rapprochent du niveau actuel Apregraves avoir eacuteteacute libeacutereacutees
rapidement du poids des glaciers les marges continentales se sont souleveacutees lentement par
compensation isostatique Le mouvement nest pas encore acheveacute aujourdhui il se poursuit au rythme
de 10 m par milleacutenaire dans les icircles et les continents proches de la zone arctique Le mammouth le
rhinoceacuteros laineux et lours des cavernes disparaissent Le renne remonte vers le nord Au cours du
preacuteboreacuteal la forecirct colonise les plaines occupeacutees auparavant par la toundra La tourbe commence agrave
saccumuler dans les deacutepressions mal draineacutees La fusion de linlandsis scandinave provoque le recul du
front glaciaire et la formation dun lac baltique ougrave saccumulent les argiles agrave varves La mer agrave Yoldia
submerge le lac agrave la suite du relegravevement glacio-eustatique du niveau marin
bull Le boreacuteal (de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans)
Au boreacuteal (environ de ndash 8 500 agrave ndash 7 500 ans) lorme et la checircnaie mixte se substituent aux pins et aux
bouleaux premiers colonisateurs de la toundra En Fennoscandie la compensation isostatique annule
entre ndash 9 000 agrave ndash 8 000 ans les effets de la transgression Le lac agrave ancylus succegravede agrave la mer agrave yoldia Le
climat encore sec devient humide au cours de lAtlantique (de ndash 7 500 agrave ndash 4 500 ans) et se reacutechauffe
5
La reprise de la transgression flandrienne pendant cette peacuteriode atlantique et le ralentissement du
mouvement isostatique changent le lac Baltique en mer agrave littorines vers ndash 4 000 ans Le pas de Calais
se forme agrave la mecircme eacutepoque
bull Le subboreacuteal (de ndash 4 500 agrave ndash 2 800 ans)
Entre ndash 4 500 et ndash 2 800 ans environ au subboreacuteal le climat devient moins chaud et plus sec quau
cours de latlantique Lexpansion du hecirctre lhumification et lacidification des tourbiegraveres indiquent
ensuite un retour agrave lhumiditeacute qui distingue le subatlantique
bull Laction de lhomme au postglaciaire
Au cours de la peacuteriode postglaciaire laction de lhomme sest consideacuterablement renforceacutee Certes de
nombreux groupes vivent encore longtemps de la chasse de la pecircche et de la cueillette prolongeant le
paleacuteolithique par leacutepipaleacuteolithique Mais en Orient samorce degraves le IXe milleacutenaire une eacuteconomie de
production La domestication puis la culture des ceacutereacuteales favorisent la seacutedentarisation Ce mode de vie
neacuteolithique se propage vers lEurope occidentale Succeacutedant agrave la meacutetallurgie du cuivre lacircge du bronze
qui commence au IIIe milleacutenaire marque le deacutebut de la protohistoire
7 Le deacuteveloppement des Hominideacutes
Apparus au cours du Pliocegravene il y a 36 millions danneacuteesraquo (et peut-ecirctre mecircme agrave la fin du Miocegravene) les
hominideacutes vont eacutevoluer assez rapidement malgreacute des conditions de vie difficiles surtout en Europe
Venus dAfrique australe et orientale en passant par le moyen Orient et lAsie ils gagnegraverent peu agrave peu
lEurope en subissant de multiples transformations en nouvelles ligneacutees et nouvelles espegraveces toujours
de plus en plus eacutevolueacutees
Si lAfrique de lEst perdait son monopole de berceau de lhumaniteacute Des travaux publieacutes dans la
prestigieuse revue Science jeudi 29 novembre pourraient ouvrir cette possibiliteacute ils reacutevegravelent que des
archeacuteologues ont deacutecouvert en Algeacuterie des outils en pierre tailleacutee remontant agrave 24 millions danneacutees
Des objets bien plus anciens que ceux trouveacutes dans cette reacutegion jusquagrave preacutesent
Les galets en calcaire et en silex tailleacutes ont eacuteteacute deacutecouverts agrave Seacutetif agrave 300 km agrave lest dAlger par une
eacutequipe de chercheurs internationaux dont des chercheurs algeacuteriens Les outils ressemblaient exactement
agrave ceux dits Oldowan trouveacutes jusqualors principalement en Afrique de lEst
Ils ont aussi deacuteterreacute agrave proximiteacute plusieurs dizaines dossements animaux fossiliseacutes preacutesentant ce qui
ressemble agrave des marques doutils ndash de veacuteritables outils de boucherie preacutehistoriques Ces ossements
proviennent dancecirctres crocodiles eacuteleacutephants hippopotames ou encore girafes
8 Les conseacutequences dune glaciation
Une glaciation (ou englaciation) est une peacuteriode glaciaire cest-agrave-dire agrave la fois une phase
paleacuteoclimatique froide et une peacuteriode geacuteologique de la Terre durant laquelle une part importante des
continents est englaceacutee
Les glaciations ont dabord eacuteteacute mises en eacutevidence gracircce agrave leurs traces morphologiques (moraines blocs
erratiques) dans les valleacutees alpines agrave la fin du XIXe siegravecle
Depuis les anneacutees 1950 leacutetude des rapports entre les diffeacuterents isotopes de loxygegravene dans les
seacutediments preacuteleveacutes par carottage au fond des oceacuteans a confirmeacute et preacuteciseacute lexistence de nombreuses
fluctuations climatiques plus ou moins cycliques (cf Stades isotopiques marins et Chronologie
isotopique)
A chaque glaciation a succeacutedeacute une peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins longue reacutetablissant un
climat plus cleacutement soit du type tempeacutereacute humide (Atlantique) soit sec avec des steppes froides Ces
peacuteriodes ont eacuteteacute appeleacutees interglaciaire ou interstades
a) Conseacutequences geacuteologiques
Une importante modification des rivages sest produite par suite de labaissement parfois important du
niveau des oceacuteans leau deacutevaporation stockeacutee par les glaciers sous forme de glace na pas suivi le
cycle naturel de reacutecupeacuteration par ruissellement
bull baisse du niveau de la mer (glacio-eustasie) le stockage de glace sur les continents provoque
la baisse du niveau des oceacuteans (de lordre de 120 m lors de la derniegravere peacuteriode glaciaire) et provoque
leacutemersion dune partie des plateaux continentaux
bull contraction oceacuteanique
bull mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) sous le poids de la glace des
mouvements tectoniques verticaux affectent les reacutegions englaceacutees et leur marges (enfoncement lors de
la glaciation soulegravevement ou rebond isostasique lors de la deacuteglaciation)
bull modification de la circulation oceacuteanique mondiale Elle est alors complegravetement transformeacutee
(avec des influences reacuteciproques complexes et meacuteconnues dans le deacutetail sur le climat)
6
b) Conseacutequences eacutecologiques
A chaque glaciation une partie de la flore et de la faune a disparu soit par laction directe du froid soit
pour la faune par migration vers des reacutegions plus meacuteridionales (les espegraveces soumises agrave un froid trop
important pour elles doivent descendre vers les plaines etou se rapprocher de leacutequateur)
Les proboscidiens (mastodontes eacuteleacutephants) disparaissent les premiers quittant lEurope pour lAfrique
et le moyen-Orient avec les hippopotames et les rhinoceacuteros
Seuls subsistent encore durant la troisiegraveme glaciation les grands mammifegraveres agrave toison laineuse
rhinoceacuteros laineux mammouths ours des cavernes et certains herbivores rennes aurochs chevaux
rongeurs qui reacuteussissent agrave sadapter agrave la maigre veacutegeacutetation des steppes froides
Enfin la quatriegraveme glaciation tregraves seacutevegravere surtout au Wuumlrm final fait disparaicirctre les mammouths
rhinoceacuteros laineux et ours des cavernes deacutefinitivement
Notons cependant que lhomme le plus grand preacutedateur y fut aussi pour quelque chose
81 Les traces des paysages glaciaires et peacuteriglaciaires du Quaternaire
Les glaciations du Quaternaire ont produit des inlandsis des calottes glaciaires et le deacuteveloppement de
langues glaciaires qui ont couvert et marqueacute de nombreuses montagnes y compris en zone
intertropicale et des espaces aujourdhui submergeacutes par la remonteacutee de la mer (plateau continental) qui
a suivi la deacuteglaciation
Les glaces eacutepaisses ont raboteacute certains reliefs ou entameacute le sol dune maniegravere speacutecifique Leur fonte a
ensuite libeacutereacute une eacutenorme quantiteacute deau cette double action associeacutee agrave des pheacutenomegravenes de
cryoturbation de solifluxion (geacutelifluxion)hellip a laisseacute de nombreuses traces encore visibles dans les
reacutegions anciennement englaceacutees
Certains modeleacutes daccumulation et deacuterosion en sont notamment caracteacuteristiques Les ocircs drumlins et
chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et peacuteriglaciaires des Alpes
des Pyreacuteneacutees des Vosges du Massif central et de lAlaska du Spitzberg de lIslande etc
82 Les formes et formations glaciaires
Les quaternaristes observent et eacutetudient
bull des valleacutees des cirques et des moraines Dans les valleacutees en particulier il est possible de
connaicirctre laltitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes heacuteriteacutees de
celles-ci ndash les sites teacutemoins ndash tels les eacutepaulements que preacutesentent parfois les arecirctes descendues des
sommets lateacuteraux en direction du talweg des valleacutees
bull Ces diverses formes peacuteriglaciaires parfois regroupeacutees sous le nom dhydrolaccolites
comprennent les pingos les palses et les lithalses dont les reliques sont des laquets La plupart dentre
elles sont apparues pendant les eacutepoques glaciaires essentiellement dans le nord de lEurope mais agrave
lheure actuelle encore des hydrolaccolites prennent naissance sous les climats froids de lAlaska et du
nord-ouest du Canada par exemple
bull des formations dites kettles des drumlins des pipkrates des laquets des laquo fers agrave repasser raquo et
des dreikanters
bull deacutepais deacutepocircts de lœss et de limons accumuleacutes sur de vastes surfaces en Ameacuterique du Nord
sur les plateaux et les plaines dEurope moyenne et en Chine septentrionale et dans lheacutemisphegravere Sud
en Argentine (Pampa) Transporteacutes par le vent les lœss finissent par former une couverture plus ou
moins eacutepaisse (jusquagrave 200 m en Chine) rendant fertiles ces reacutegions mais en posant des problegravemes de
stabiliteacute (sols tregraves vulneacuterables agrave leacuterosion) Par exemple la reacutegion des Boumlrde (en Allemagne) ou celle de
Shanxi (valleacutee du Huang He en Chine) sont tapisseacutees de lœss
Certains paysages actuels formations veacutegeacutetales lacs etc sont des heacuteritages directs de ces eacutepisodes
climatiques
bull des landes dorigine glaciaire par exemple la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine
polonaise sont concerneacutees par les deacutepocircts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes
(Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le
nord
bull des paysages de marais et de tourbiegraveres (marais de Pinsk en Ukraine)
bull des lacs (Lac Ladoga Lac Onega en Russie Grands Lacs en Ameacuterique du Nord)
9 La notion de cycle interglaciaire-glaciaire
Une peacuteriode interglaciaire est une peacuteriode seacuteparant deux glaciations et durant laquelle les tempeacuteratures
moyennes de la planegravete sont relativement eacuteleveacutees LHolocegravene eacutepoque geacuteologique actuelle est une
peacuteriode interglaciaire Il dure depuis la fin de la derniegravere peacuteriode glaciaire il y a environ 11 700 ans
- Les cycles glaciaires
La fin du Ceacutenozoiumlque est marqueacutee par le retour de glaciations dites quaternaires denviron 26 millions
danneacutees agrave 12 000 ans avant le preacutesent
7
Les glaciations quaternaires correspondent agrave la mise en place dun climat qui se refroidit et au retour
cyclique de peacuteriodes froides (dites glaciaires) et tempeacutereacutees (interglaciaires)
Depuis le deacutebut du Q se sont deacuterouleacutes une vingtaine de cycles interglaciaire-glaciaire La dureacutee drsquoun
cycle peut ecirctre estimeacutee agrave 100 000ans Le cycle se compose drsquoune phase tempeacutereacutee ou chaude
sensiblement comparable agrave lrsquoactuel appeleacutee interglaciaire et drsquoune phase froide ou phase glaciaire
Lrsquointerglaciaire repreacutesente environ 110 du cycle le glaciaire 910 Il faut savoir toutefois que les
peacuteriodes tregraves froides sont aussi des exceptions puisqursquoelles ne sont estimeacutees qursquoagrave environ 110egrave drsquoun
cycle
- Lrsquoeacutevolution drsquoun cycle
Actuellement nous eacutevoluons sous une phase tempeacutereacutee il srsquoagit de lrsquointerglaciaire Flandrien La
derniegravere peacuteriode glaciaire (Weichseacutelien) srsquoest acheveacute il y a environ 10 000 ans BP (deacutebut du Preacuteboreacuteal
deacutebut Holocegravene)
Les changements climatiques constants au cours du Quaternaire vont entrainer avec eux de profonds
changements paleacuteo-environnementaux Les changements les plus profonds vont naturellement srsquoopeacuterer
lors du passage entre les phases tempeacutereacutees et les phases froides
Durant les peacuteriodes glaciaires on assiste agrave un deacuteveloppement important des glaciers aux pocircles
(inlandsis -calotte polaire est un glacier de tregraves grande eacutetendue se preacutesentant sous la forme dune nappe de glace
recouvrant la terre ferme et qui peut atteindre plusieurs milliers de megravetres deacutepaisseur Ils peuvent se prolonger agrave la
surface de la mer en formant des barriegraveres de glace- scandinave pour lrsquoEurope du nord-ouest) et de
montagnes (Alpes Pyreacuteneacutees Balkans Carpateshellip) La conseacutequence de cette reacutetention drsquoeau sous
forme de glace est une baisse massive de lrsquoapprovisionnement en eau douce des oceacuteans pheacutenomegravene se
traduisant par une baisse des niveaux marins
Les phases anteacuterieures de lrsquoHistoire humaine relegravevent de la paleacuteoclimatologie Elles permettent de
suivre au fil de la deacuterive des continents et des peacuteriodes de glaciations successives les variations lieacutees
au changement climatique ayant affecteacute les sols et les espegraveces selon leur nature Le cycle du carbone
(cycle biogeacuteochimique) en est deacutesormais partie prenante Le cycle des changements climatiques permet
aujourdrsquohui drsquoestimer 6 glaciations anteacuterieures Biber Donau Gunz Mindel Riss et le Wuumlrm (voir
plus haut)
10 Changement climatique et Facteurs agrave lrsquoorigine des changements climatiques
Le reacutechauffement climatique reacutechauffement planeacutetaire reacutechauffement global ou deacuteregraveglement
climatique est le pheacutenomegravene daugmentation des tempeacuteratures moyennes oceacuteaniques et de lair induit
par la quantiteacute de chaleur pieacutegeacutee agrave la surface terrestre mesureacutee depuis plusieurs deacutecennies du fait des
eacutemissions de gaz agrave effet de serre (CO2 etc)
Un changement climatique ou deacuteregraveglement climatique correspond agrave une modification durable (de la
deacutecennie au million danneacutees) des paramegravetres statistiques (paramegravetres moyens variabiliteacute)
du climat global de la Terre ou de ses divers climats reacutegionaux Ces changements peuvent ecirctre dus agrave
des processus intrinsegraveques agrave la Terre agrave des influences exteacuterieures ou plus reacutecemment aux activiteacutes
humaines
- Facteurs astronomiques
Cette theacuteorie est confirmeacutee par leacutetude de loxygegravene 18 et largement approuveacutee par la communauteacute
scientifique explique les cycles climatiques glaciaires interglaciaires par les variations dexcentriciteacute
de lrsquoorbite de la Terre autour du soleil dobliquiteacute (des changements dans lrsquoinclinaison de lrsquoaxe de la
Terre et de preacutecession ( changement graduel dorientation de laxe de rotation ) terrestre et des
collisions avec les asteacuteroiumldes ou des comegravetes
- Facteurs geacuteologiques
Comme la deacuterive des continents des changements dans la topographie des fonds oceacuteaniques les
eacuteruptions volcaniques la formation des montagnes lrsquoeacuterosion et lrsquoalteacuteration des roches
- Facteurs oceacuteaniques comme lrsquoeffet du pheacutenomegravene El Nino des changements dans la
circulation oceacuteanique des variations du niveau de la mer la formation de glace les efflorescences
phytoplanctoniques et la production de sulfures de dimeacutethyle (Biochimie composeacute organo-sulfureacute de
formule chimique (CH3)2S produit notamment par le phytoplancton et certaines bacteacuteries)
- Facteurs intervenant agrave la surface de la Terre notamment lrsquoeffet de la veacutegeacutetation sur
lrsquoalbeacutedo de la surface (la blancheur ou le degreacute de reacuteflexion de la lumiegravere incidente provenant drsquoun
objet) et lrsquoeacutevapotranspiration les effets des plans drsquoeau y compris lrsquoirrigation et la poussiegravere
- Facteurs atmospheacuteriques tels que le rocircle des gaz agrave effet de serre du dioxyde de soufre et les
polluants atmospheacuteriques les effets de la couche nuageuse et les interactions entre lrsquoair la Terre et la
mer
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
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5
La reprise de la transgression flandrienne pendant cette peacuteriode atlantique et le ralentissement du
mouvement isostatique changent le lac Baltique en mer agrave littorines vers ndash 4 000 ans Le pas de Calais
se forme agrave la mecircme eacutepoque
bull Le subboreacuteal (de ndash 4 500 agrave ndash 2 800 ans)
Entre ndash 4 500 et ndash 2 800 ans environ au subboreacuteal le climat devient moins chaud et plus sec quau
cours de latlantique Lexpansion du hecirctre lhumification et lacidification des tourbiegraveres indiquent
ensuite un retour agrave lhumiditeacute qui distingue le subatlantique
bull Laction de lhomme au postglaciaire
Au cours de la peacuteriode postglaciaire laction de lhomme sest consideacuterablement renforceacutee Certes de
nombreux groupes vivent encore longtemps de la chasse de la pecircche et de la cueillette prolongeant le
paleacuteolithique par leacutepipaleacuteolithique Mais en Orient samorce degraves le IXe milleacutenaire une eacuteconomie de
production La domestication puis la culture des ceacutereacuteales favorisent la seacutedentarisation Ce mode de vie
neacuteolithique se propage vers lEurope occidentale Succeacutedant agrave la meacutetallurgie du cuivre lacircge du bronze
qui commence au IIIe milleacutenaire marque le deacutebut de la protohistoire
7 Le deacuteveloppement des Hominideacutes
Apparus au cours du Pliocegravene il y a 36 millions danneacuteesraquo (et peut-ecirctre mecircme agrave la fin du Miocegravene) les
hominideacutes vont eacutevoluer assez rapidement malgreacute des conditions de vie difficiles surtout en Europe
Venus dAfrique australe et orientale en passant par le moyen Orient et lAsie ils gagnegraverent peu agrave peu
lEurope en subissant de multiples transformations en nouvelles ligneacutees et nouvelles espegraveces toujours
de plus en plus eacutevolueacutees
Si lAfrique de lEst perdait son monopole de berceau de lhumaniteacute Des travaux publieacutes dans la
prestigieuse revue Science jeudi 29 novembre pourraient ouvrir cette possibiliteacute ils reacutevegravelent que des
archeacuteologues ont deacutecouvert en Algeacuterie des outils en pierre tailleacutee remontant agrave 24 millions danneacutees
Des objets bien plus anciens que ceux trouveacutes dans cette reacutegion jusquagrave preacutesent
Les galets en calcaire et en silex tailleacutes ont eacuteteacute deacutecouverts agrave Seacutetif agrave 300 km agrave lest dAlger par une
eacutequipe de chercheurs internationaux dont des chercheurs algeacuteriens Les outils ressemblaient exactement
agrave ceux dits Oldowan trouveacutes jusqualors principalement en Afrique de lEst
Ils ont aussi deacuteterreacute agrave proximiteacute plusieurs dizaines dossements animaux fossiliseacutes preacutesentant ce qui
ressemble agrave des marques doutils ndash de veacuteritables outils de boucherie preacutehistoriques Ces ossements
proviennent dancecirctres crocodiles eacuteleacutephants hippopotames ou encore girafes
8 Les conseacutequences dune glaciation
Une glaciation (ou englaciation) est une peacuteriode glaciaire cest-agrave-dire agrave la fois une phase
paleacuteoclimatique froide et une peacuteriode geacuteologique de la Terre durant laquelle une part importante des
continents est englaceacutee
Les glaciations ont dabord eacuteteacute mises en eacutevidence gracircce agrave leurs traces morphologiques (moraines blocs
erratiques) dans les valleacutees alpines agrave la fin du XIXe siegravecle
Depuis les anneacutees 1950 leacutetude des rapports entre les diffeacuterents isotopes de loxygegravene dans les
seacutediments preacuteleveacutes par carottage au fond des oceacuteans a confirmeacute et preacuteciseacute lexistence de nombreuses
fluctuations climatiques plus ou moins cycliques (cf Stades isotopiques marins et Chronologie
isotopique)
A chaque glaciation a succeacutedeacute une peacuteriode de reacutechauffement plus ou moins longue reacutetablissant un
climat plus cleacutement soit du type tempeacutereacute humide (Atlantique) soit sec avec des steppes froides Ces
peacuteriodes ont eacuteteacute appeleacutees interglaciaire ou interstades
a) Conseacutequences geacuteologiques
Une importante modification des rivages sest produite par suite de labaissement parfois important du
niveau des oceacuteans leau deacutevaporation stockeacutee par les glaciers sous forme de glace na pas suivi le
cycle naturel de reacutecupeacuteration par ruissellement
bull baisse du niveau de la mer (glacio-eustasie) le stockage de glace sur les continents provoque
la baisse du niveau des oceacuteans (de lordre de 120 m lors de la derniegravere peacuteriode glaciaire) et provoque
leacutemersion dune partie des plateaux continentaux
bull contraction oceacuteanique
bull mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) sous le poids de la glace des
mouvements tectoniques verticaux affectent les reacutegions englaceacutees et leur marges (enfoncement lors de
la glaciation soulegravevement ou rebond isostasique lors de la deacuteglaciation)
bull modification de la circulation oceacuteanique mondiale Elle est alors complegravetement transformeacutee
(avec des influences reacuteciproques complexes et meacuteconnues dans le deacutetail sur le climat)
6
b) Conseacutequences eacutecologiques
A chaque glaciation une partie de la flore et de la faune a disparu soit par laction directe du froid soit
pour la faune par migration vers des reacutegions plus meacuteridionales (les espegraveces soumises agrave un froid trop
important pour elles doivent descendre vers les plaines etou se rapprocher de leacutequateur)
Les proboscidiens (mastodontes eacuteleacutephants) disparaissent les premiers quittant lEurope pour lAfrique
et le moyen-Orient avec les hippopotames et les rhinoceacuteros
Seuls subsistent encore durant la troisiegraveme glaciation les grands mammifegraveres agrave toison laineuse
rhinoceacuteros laineux mammouths ours des cavernes et certains herbivores rennes aurochs chevaux
rongeurs qui reacuteussissent agrave sadapter agrave la maigre veacutegeacutetation des steppes froides
Enfin la quatriegraveme glaciation tregraves seacutevegravere surtout au Wuumlrm final fait disparaicirctre les mammouths
rhinoceacuteros laineux et ours des cavernes deacutefinitivement
Notons cependant que lhomme le plus grand preacutedateur y fut aussi pour quelque chose
81 Les traces des paysages glaciaires et peacuteriglaciaires du Quaternaire
Les glaciations du Quaternaire ont produit des inlandsis des calottes glaciaires et le deacuteveloppement de
langues glaciaires qui ont couvert et marqueacute de nombreuses montagnes y compris en zone
intertropicale et des espaces aujourdhui submergeacutes par la remonteacutee de la mer (plateau continental) qui
a suivi la deacuteglaciation
Les glaces eacutepaisses ont raboteacute certains reliefs ou entameacute le sol dune maniegravere speacutecifique Leur fonte a
ensuite libeacutereacute une eacutenorme quantiteacute deau cette double action associeacutee agrave des pheacutenomegravenes de
cryoturbation de solifluxion (geacutelifluxion)hellip a laisseacute de nombreuses traces encore visibles dans les
reacutegions anciennement englaceacutees
Certains modeleacutes daccumulation et deacuterosion en sont notamment caracteacuteristiques Les ocircs drumlins et
chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et peacuteriglaciaires des Alpes
des Pyreacuteneacutees des Vosges du Massif central et de lAlaska du Spitzberg de lIslande etc
82 Les formes et formations glaciaires
Les quaternaristes observent et eacutetudient
bull des valleacutees des cirques et des moraines Dans les valleacutees en particulier il est possible de
connaicirctre laltitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes heacuteriteacutees de
celles-ci ndash les sites teacutemoins ndash tels les eacutepaulements que preacutesentent parfois les arecirctes descendues des
sommets lateacuteraux en direction du talweg des valleacutees
bull Ces diverses formes peacuteriglaciaires parfois regroupeacutees sous le nom dhydrolaccolites
comprennent les pingos les palses et les lithalses dont les reliques sont des laquets La plupart dentre
elles sont apparues pendant les eacutepoques glaciaires essentiellement dans le nord de lEurope mais agrave
lheure actuelle encore des hydrolaccolites prennent naissance sous les climats froids de lAlaska et du
nord-ouest du Canada par exemple
bull des formations dites kettles des drumlins des pipkrates des laquets des laquo fers agrave repasser raquo et
des dreikanters
bull deacutepais deacutepocircts de lœss et de limons accumuleacutes sur de vastes surfaces en Ameacuterique du Nord
sur les plateaux et les plaines dEurope moyenne et en Chine septentrionale et dans lheacutemisphegravere Sud
en Argentine (Pampa) Transporteacutes par le vent les lœss finissent par former une couverture plus ou
moins eacutepaisse (jusquagrave 200 m en Chine) rendant fertiles ces reacutegions mais en posant des problegravemes de
stabiliteacute (sols tregraves vulneacuterables agrave leacuterosion) Par exemple la reacutegion des Boumlrde (en Allemagne) ou celle de
Shanxi (valleacutee du Huang He en Chine) sont tapisseacutees de lœss
Certains paysages actuels formations veacutegeacutetales lacs etc sont des heacuteritages directs de ces eacutepisodes
climatiques
bull des landes dorigine glaciaire par exemple la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine
polonaise sont concerneacutees par les deacutepocircts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes
(Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le
nord
bull des paysages de marais et de tourbiegraveres (marais de Pinsk en Ukraine)
bull des lacs (Lac Ladoga Lac Onega en Russie Grands Lacs en Ameacuterique du Nord)
9 La notion de cycle interglaciaire-glaciaire
Une peacuteriode interglaciaire est une peacuteriode seacuteparant deux glaciations et durant laquelle les tempeacuteratures
moyennes de la planegravete sont relativement eacuteleveacutees LHolocegravene eacutepoque geacuteologique actuelle est une
peacuteriode interglaciaire Il dure depuis la fin de la derniegravere peacuteriode glaciaire il y a environ 11 700 ans
- Les cycles glaciaires
La fin du Ceacutenozoiumlque est marqueacutee par le retour de glaciations dites quaternaires denviron 26 millions
danneacutees agrave 12 000 ans avant le preacutesent
7
Les glaciations quaternaires correspondent agrave la mise en place dun climat qui se refroidit et au retour
cyclique de peacuteriodes froides (dites glaciaires) et tempeacutereacutees (interglaciaires)
Depuis le deacutebut du Q se sont deacuterouleacutes une vingtaine de cycles interglaciaire-glaciaire La dureacutee drsquoun
cycle peut ecirctre estimeacutee agrave 100 000ans Le cycle se compose drsquoune phase tempeacutereacutee ou chaude
sensiblement comparable agrave lrsquoactuel appeleacutee interglaciaire et drsquoune phase froide ou phase glaciaire
Lrsquointerglaciaire repreacutesente environ 110 du cycle le glaciaire 910 Il faut savoir toutefois que les
peacuteriodes tregraves froides sont aussi des exceptions puisqursquoelles ne sont estimeacutees qursquoagrave environ 110egrave drsquoun
cycle
- Lrsquoeacutevolution drsquoun cycle
Actuellement nous eacutevoluons sous une phase tempeacutereacutee il srsquoagit de lrsquointerglaciaire Flandrien La
derniegravere peacuteriode glaciaire (Weichseacutelien) srsquoest acheveacute il y a environ 10 000 ans BP (deacutebut du Preacuteboreacuteal
deacutebut Holocegravene)
Les changements climatiques constants au cours du Quaternaire vont entrainer avec eux de profonds
changements paleacuteo-environnementaux Les changements les plus profonds vont naturellement srsquoopeacuterer
lors du passage entre les phases tempeacutereacutees et les phases froides
Durant les peacuteriodes glaciaires on assiste agrave un deacuteveloppement important des glaciers aux pocircles
(inlandsis -calotte polaire est un glacier de tregraves grande eacutetendue se preacutesentant sous la forme dune nappe de glace
recouvrant la terre ferme et qui peut atteindre plusieurs milliers de megravetres deacutepaisseur Ils peuvent se prolonger agrave la
surface de la mer en formant des barriegraveres de glace- scandinave pour lrsquoEurope du nord-ouest) et de
montagnes (Alpes Pyreacuteneacutees Balkans Carpateshellip) La conseacutequence de cette reacutetention drsquoeau sous
forme de glace est une baisse massive de lrsquoapprovisionnement en eau douce des oceacuteans pheacutenomegravene se
traduisant par une baisse des niveaux marins
Les phases anteacuterieures de lrsquoHistoire humaine relegravevent de la paleacuteoclimatologie Elles permettent de
suivre au fil de la deacuterive des continents et des peacuteriodes de glaciations successives les variations lieacutees
au changement climatique ayant affecteacute les sols et les espegraveces selon leur nature Le cycle du carbone
(cycle biogeacuteochimique) en est deacutesormais partie prenante Le cycle des changements climatiques permet
aujourdrsquohui drsquoestimer 6 glaciations anteacuterieures Biber Donau Gunz Mindel Riss et le Wuumlrm (voir
plus haut)
10 Changement climatique et Facteurs agrave lrsquoorigine des changements climatiques
Le reacutechauffement climatique reacutechauffement planeacutetaire reacutechauffement global ou deacuteregraveglement
climatique est le pheacutenomegravene daugmentation des tempeacuteratures moyennes oceacuteaniques et de lair induit
par la quantiteacute de chaleur pieacutegeacutee agrave la surface terrestre mesureacutee depuis plusieurs deacutecennies du fait des
eacutemissions de gaz agrave effet de serre (CO2 etc)
Un changement climatique ou deacuteregraveglement climatique correspond agrave une modification durable (de la
deacutecennie au million danneacutees) des paramegravetres statistiques (paramegravetres moyens variabiliteacute)
du climat global de la Terre ou de ses divers climats reacutegionaux Ces changements peuvent ecirctre dus agrave
des processus intrinsegraveques agrave la Terre agrave des influences exteacuterieures ou plus reacutecemment aux activiteacutes
humaines
- Facteurs astronomiques
Cette theacuteorie est confirmeacutee par leacutetude de loxygegravene 18 et largement approuveacutee par la communauteacute
scientifique explique les cycles climatiques glaciaires interglaciaires par les variations dexcentriciteacute
de lrsquoorbite de la Terre autour du soleil dobliquiteacute (des changements dans lrsquoinclinaison de lrsquoaxe de la
Terre et de preacutecession ( changement graduel dorientation de laxe de rotation ) terrestre et des
collisions avec les asteacuteroiumldes ou des comegravetes
- Facteurs geacuteologiques
Comme la deacuterive des continents des changements dans la topographie des fonds oceacuteaniques les
eacuteruptions volcaniques la formation des montagnes lrsquoeacuterosion et lrsquoalteacuteration des roches
- Facteurs oceacuteaniques comme lrsquoeffet du pheacutenomegravene El Nino des changements dans la
circulation oceacuteanique des variations du niveau de la mer la formation de glace les efflorescences
phytoplanctoniques et la production de sulfures de dimeacutethyle (Biochimie composeacute organo-sulfureacute de
formule chimique (CH3)2S produit notamment par le phytoplancton et certaines bacteacuteries)
- Facteurs intervenant agrave la surface de la Terre notamment lrsquoeffet de la veacutegeacutetation sur
lrsquoalbeacutedo de la surface (la blancheur ou le degreacute de reacuteflexion de la lumiegravere incidente provenant drsquoun
objet) et lrsquoeacutevapotranspiration les effets des plans drsquoeau y compris lrsquoirrigation et la poussiegravere
- Facteurs atmospheacuteriques tels que le rocircle des gaz agrave effet de serre du dioxyde de soufre et les
polluants atmospheacuteriques les effets de la couche nuageuse et les interactions entre lrsquoair la Terre et la
mer
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
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6
b) Conseacutequences eacutecologiques
A chaque glaciation une partie de la flore et de la faune a disparu soit par laction directe du froid soit
pour la faune par migration vers des reacutegions plus meacuteridionales (les espegraveces soumises agrave un froid trop
important pour elles doivent descendre vers les plaines etou se rapprocher de leacutequateur)
Les proboscidiens (mastodontes eacuteleacutephants) disparaissent les premiers quittant lEurope pour lAfrique
et le moyen-Orient avec les hippopotames et les rhinoceacuteros
Seuls subsistent encore durant la troisiegraveme glaciation les grands mammifegraveres agrave toison laineuse
rhinoceacuteros laineux mammouths ours des cavernes et certains herbivores rennes aurochs chevaux
rongeurs qui reacuteussissent agrave sadapter agrave la maigre veacutegeacutetation des steppes froides
Enfin la quatriegraveme glaciation tregraves seacutevegravere surtout au Wuumlrm final fait disparaicirctre les mammouths
rhinoceacuteros laineux et ours des cavernes deacutefinitivement
Notons cependant que lhomme le plus grand preacutedateur y fut aussi pour quelque chose
81 Les traces des paysages glaciaires et peacuteriglaciaires du Quaternaire
Les glaciations du Quaternaire ont produit des inlandsis des calottes glaciaires et le deacuteveloppement de
langues glaciaires qui ont couvert et marqueacute de nombreuses montagnes y compris en zone
intertropicale et des espaces aujourdhui submergeacutes par la remonteacutee de la mer (plateau continental) qui
a suivi la deacuteglaciation
Les glaces eacutepaisses ont raboteacute certains reliefs ou entameacute le sol dune maniegravere speacutecifique Leur fonte a
ensuite libeacutereacute une eacutenorme quantiteacute deau cette double action associeacutee agrave des pheacutenomegravenes de
cryoturbation de solifluxion (geacutelifluxion)hellip a laisseacute de nombreuses traces encore visibles dans les
reacutegions anciennement englaceacutees
Certains modeleacutes daccumulation et deacuterosion en sont notamment caracteacuteristiques Les ocircs drumlins et
chenaux proglaciaires marquent ainsi encore de nombreux reliefs glaciaires et peacuteriglaciaires des Alpes
des Pyreacuteneacutees des Vosges du Massif central et de lAlaska du Spitzberg de lIslande etc
82 Les formes et formations glaciaires
Les quaternaristes observent et eacutetudient
bull des valleacutees des cirques et des moraines Dans les valleacutees en particulier il est possible de
connaicirctre laltitude atteinte par la glace lors des glaciations en utilisant certaines formes heacuteriteacutees de
celles-ci ndash les sites teacutemoins ndash tels les eacutepaulements que preacutesentent parfois les arecirctes descendues des
sommets lateacuteraux en direction du talweg des valleacutees
bull Ces diverses formes peacuteriglaciaires parfois regroupeacutees sous le nom dhydrolaccolites
comprennent les pingos les palses et les lithalses dont les reliques sont des laquets La plupart dentre
elles sont apparues pendant les eacutepoques glaciaires essentiellement dans le nord de lEurope mais agrave
lheure actuelle encore des hydrolaccolites prennent naissance sous les climats froids de lAlaska et du
nord-ouest du Canada par exemple
bull des formations dites kettles des drumlins des pipkrates des laquets des laquo fers agrave repasser raquo et
des dreikanters
bull deacutepais deacutepocircts de lœss et de limons accumuleacutes sur de vastes surfaces en Ameacuterique du Nord
sur les plateaux et les plaines dEurope moyenne et en Chine septentrionale et dans lheacutemisphegravere Sud
en Argentine (Pampa) Transporteacutes par le vent les lœss finissent par former une couverture plus ou
moins eacutepaisse (jusquagrave 200 m en Chine) rendant fertiles ces reacutegions mais en posant des problegravemes de
stabiliteacute (sols tregraves vulneacuterables agrave leacuterosion) Par exemple la reacutegion des Boumlrde (en Allemagne) ou celle de
Shanxi (valleacutee du Huang He en Chine) sont tapisseacutees de lœss
Certains paysages actuels formations veacutegeacutetales lacs etc sont des heacuteritages directs de ces eacutepisodes
climatiques
bull des landes dorigine glaciaire par exemple la plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine
polonaise sont concerneacutees par les deacutepocircts morainiques du Quaternaire avec de nombreuses landes
(Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le
nord
bull des paysages de marais et de tourbiegraveres (marais de Pinsk en Ukraine)
bull des lacs (Lac Ladoga Lac Onega en Russie Grands Lacs en Ameacuterique du Nord)
9 La notion de cycle interglaciaire-glaciaire
Une peacuteriode interglaciaire est une peacuteriode seacuteparant deux glaciations et durant laquelle les tempeacuteratures
moyennes de la planegravete sont relativement eacuteleveacutees LHolocegravene eacutepoque geacuteologique actuelle est une
peacuteriode interglaciaire Il dure depuis la fin de la derniegravere peacuteriode glaciaire il y a environ 11 700 ans
- Les cycles glaciaires
La fin du Ceacutenozoiumlque est marqueacutee par le retour de glaciations dites quaternaires denviron 26 millions
danneacutees agrave 12 000 ans avant le preacutesent
7
Les glaciations quaternaires correspondent agrave la mise en place dun climat qui se refroidit et au retour
cyclique de peacuteriodes froides (dites glaciaires) et tempeacutereacutees (interglaciaires)
Depuis le deacutebut du Q se sont deacuterouleacutes une vingtaine de cycles interglaciaire-glaciaire La dureacutee drsquoun
cycle peut ecirctre estimeacutee agrave 100 000ans Le cycle se compose drsquoune phase tempeacutereacutee ou chaude
sensiblement comparable agrave lrsquoactuel appeleacutee interglaciaire et drsquoune phase froide ou phase glaciaire
Lrsquointerglaciaire repreacutesente environ 110 du cycle le glaciaire 910 Il faut savoir toutefois que les
peacuteriodes tregraves froides sont aussi des exceptions puisqursquoelles ne sont estimeacutees qursquoagrave environ 110egrave drsquoun
cycle
- Lrsquoeacutevolution drsquoun cycle
Actuellement nous eacutevoluons sous une phase tempeacutereacutee il srsquoagit de lrsquointerglaciaire Flandrien La
derniegravere peacuteriode glaciaire (Weichseacutelien) srsquoest acheveacute il y a environ 10 000 ans BP (deacutebut du Preacuteboreacuteal
deacutebut Holocegravene)
Les changements climatiques constants au cours du Quaternaire vont entrainer avec eux de profonds
changements paleacuteo-environnementaux Les changements les plus profonds vont naturellement srsquoopeacuterer
lors du passage entre les phases tempeacutereacutees et les phases froides
Durant les peacuteriodes glaciaires on assiste agrave un deacuteveloppement important des glaciers aux pocircles
(inlandsis -calotte polaire est un glacier de tregraves grande eacutetendue se preacutesentant sous la forme dune nappe de glace
recouvrant la terre ferme et qui peut atteindre plusieurs milliers de megravetres deacutepaisseur Ils peuvent se prolonger agrave la
surface de la mer en formant des barriegraveres de glace- scandinave pour lrsquoEurope du nord-ouest) et de
montagnes (Alpes Pyreacuteneacutees Balkans Carpateshellip) La conseacutequence de cette reacutetention drsquoeau sous
forme de glace est une baisse massive de lrsquoapprovisionnement en eau douce des oceacuteans pheacutenomegravene se
traduisant par une baisse des niveaux marins
Les phases anteacuterieures de lrsquoHistoire humaine relegravevent de la paleacuteoclimatologie Elles permettent de
suivre au fil de la deacuterive des continents et des peacuteriodes de glaciations successives les variations lieacutees
au changement climatique ayant affecteacute les sols et les espegraveces selon leur nature Le cycle du carbone
(cycle biogeacuteochimique) en est deacutesormais partie prenante Le cycle des changements climatiques permet
aujourdrsquohui drsquoestimer 6 glaciations anteacuterieures Biber Donau Gunz Mindel Riss et le Wuumlrm (voir
plus haut)
10 Changement climatique et Facteurs agrave lrsquoorigine des changements climatiques
Le reacutechauffement climatique reacutechauffement planeacutetaire reacutechauffement global ou deacuteregraveglement
climatique est le pheacutenomegravene daugmentation des tempeacuteratures moyennes oceacuteaniques et de lair induit
par la quantiteacute de chaleur pieacutegeacutee agrave la surface terrestre mesureacutee depuis plusieurs deacutecennies du fait des
eacutemissions de gaz agrave effet de serre (CO2 etc)
Un changement climatique ou deacuteregraveglement climatique correspond agrave une modification durable (de la
deacutecennie au million danneacutees) des paramegravetres statistiques (paramegravetres moyens variabiliteacute)
du climat global de la Terre ou de ses divers climats reacutegionaux Ces changements peuvent ecirctre dus agrave
des processus intrinsegraveques agrave la Terre agrave des influences exteacuterieures ou plus reacutecemment aux activiteacutes
humaines
- Facteurs astronomiques
Cette theacuteorie est confirmeacutee par leacutetude de loxygegravene 18 et largement approuveacutee par la communauteacute
scientifique explique les cycles climatiques glaciaires interglaciaires par les variations dexcentriciteacute
de lrsquoorbite de la Terre autour du soleil dobliquiteacute (des changements dans lrsquoinclinaison de lrsquoaxe de la
Terre et de preacutecession ( changement graduel dorientation de laxe de rotation ) terrestre et des
collisions avec les asteacuteroiumldes ou des comegravetes
- Facteurs geacuteologiques
Comme la deacuterive des continents des changements dans la topographie des fonds oceacuteaniques les
eacuteruptions volcaniques la formation des montagnes lrsquoeacuterosion et lrsquoalteacuteration des roches
- Facteurs oceacuteaniques comme lrsquoeffet du pheacutenomegravene El Nino des changements dans la
circulation oceacuteanique des variations du niveau de la mer la formation de glace les efflorescences
phytoplanctoniques et la production de sulfures de dimeacutethyle (Biochimie composeacute organo-sulfureacute de
formule chimique (CH3)2S produit notamment par le phytoplancton et certaines bacteacuteries)
- Facteurs intervenant agrave la surface de la Terre notamment lrsquoeffet de la veacutegeacutetation sur
lrsquoalbeacutedo de la surface (la blancheur ou le degreacute de reacuteflexion de la lumiegravere incidente provenant drsquoun
objet) et lrsquoeacutevapotranspiration les effets des plans drsquoeau y compris lrsquoirrigation et la poussiegravere
- Facteurs atmospheacuteriques tels que le rocircle des gaz agrave effet de serre du dioxyde de soufre et les
polluants atmospheacuteriques les effets de la couche nuageuse et les interactions entre lrsquoair la Terre et la
mer
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
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7
Les glaciations quaternaires correspondent agrave la mise en place dun climat qui se refroidit et au retour
cyclique de peacuteriodes froides (dites glaciaires) et tempeacutereacutees (interglaciaires)
Depuis le deacutebut du Q se sont deacuterouleacutes une vingtaine de cycles interglaciaire-glaciaire La dureacutee drsquoun
cycle peut ecirctre estimeacutee agrave 100 000ans Le cycle se compose drsquoune phase tempeacutereacutee ou chaude
sensiblement comparable agrave lrsquoactuel appeleacutee interglaciaire et drsquoune phase froide ou phase glaciaire
Lrsquointerglaciaire repreacutesente environ 110 du cycle le glaciaire 910 Il faut savoir toutefois que les
peacuteriodes tregraves froides sont aussi des exceptions puisqursquoelles ne sont estimeacutees qursquoagrave environ 110egrave drsquoun
cycle
- Lrsquoeacutevolution drsquoun cycle
Actuellement nous eacutevoluons sous une phase tempeacutereacutee il srsquoagit de lrsquointerglaciaire Flandrien La
derniegravere peacuteriode glaciaire (Weichseacutelien) srsquoest acheveacute il y a environ 10 000 ans BP (deacutebut du Preacuteboreacuteal
deacutebut Holocegravene)
Les changements climatiques constants au cours du Quaternaire vont entrainer avec eux de profonds
changements paleacuteo-environnementaux Les changements les plus profonds vont naturellement srsquoopeacuterer
lors du passage entre les phases tempeacutereacutees et les phases froides
Durant les peacuteriodes glaciaires on assiste agrave un deacuteveloppement important des glaciers aux pocircles
(inlandsis -calotte polaire est un glacier de tregraves grande eacutetendue se preacutesentant sous la forme dune nappe de glace
recouvrant la terre ferme et qui peut atteindre plusieurs milliers de megravetres deacutepaisseur Ils peuvent se prolonger agrave la
surface de la mer en formant des barriegraveres de glace- scandinave pour lrsquoEurope du nord-ouest) et de
montagnes (Alpes Pyreacuteneacutees Balkans Carpateshellip) La conseacutequence de cette reacutetention drsquoeau sous
forme de glace est une baisse massive de lrsquoapprovisionnement en eau douce des oceacuteans pheacutenomegravene se
traduisant par une baisse des niveaux marins
Les phases anteacuterieures de lrsquoHistoire humaine relegravevent de la paleacuteoclimatologie Elles permettent de
suivre au fil de la deacuterive des continents et des peacuteriodes de glaciations successives les variations lieacutees
au changement climatique ayant affecteacute les sols et les espegraveces selon leur nature Le cycle du carbone
(cycle biogeacuteochimique) en est deacutesormais partie prenante Le cycle des changements climatiques permet
aujourdrsquohui drsquoestimer 6 glaciations anteacuterieures Biber Donau Gunz Mindel Riss et le Wuumlrm (voir
plus haut)
10 Changement climatique et Facteurs agrave lrsquoorigine des changements climatiques
Le reacutechauffement climatique reacutechauffement planeacutetaire reacutechauffement global ou deacuteregraveglement
climatique est le pheacutenomegravene daugmentation des tempeacuteratures moyennes oceacuteaniques et de lair induit
par la quantiteacute de chaleur pieacutegeacutee agrave la surface terrestre mesureacutee depuis plusieurs deacutecennies du fait des
eacutemissions de gaz agrave effet de serre (CO2 etc)
Un changement climatique ou deacuteregraveglement climatique correspond agrave une modification durable (de la
deacutecennie au million danneacutees) des paramegravetres statistiques (paramegravetres moyens variabiliteacute)
du climat global de la Terre ou de ses divers climats reacutegionaux Ces changements peuvent ecirctre dus agrave
des processus intrinsegraveques agrave la Terre agrave des influences exteacuterieures ou plus reacutecemment aux activiteacutes
humaines
- Facteurs astronomiques
Cette theacuteorie est confirmeacutee par leacutetude de loxygegravene 18 et largement approuveacutee par la communauteacute
scientifique explique les cycles climatiques glaciaires interglaciaires par les variations dexcentriciteacute
de lrsquoorbite de la Terre autour du soleil dobliquiteacute (des changements dans lrsquoinclinaison de lrsquoaxe de la
Terre et de preacutecession ( changement graduel dorientation de laxe de rotation ) terrestre et des
collisions avec les asteacuteroiumldes ou des comegravetes
- Facteurs geacuteologiques
Comme la deacuterive des continents des changements dans la topographie des fonds oceacuteaniques les
eacuteruptions volcaniques la formation des montagnes lrsquoeacuterosion et lrsquoalteacuteration des roches
- Facteurs oceacuteaniques comme lrsquoeffet du pheacutenomegravene El Nino des changements dans la
circulation oceacuteanique des variations du niveau de la mer la formation de glace les efflorescences
phytoplanctoniques et la production de sulfures de dimeacutethyle (Biochimie composeacute organo-sulfureacute de
formule chimique (CH3)2S produit notamment par le phytoplancton et certaines bacteacuteries)
- Facteurs intervenant agrave la surface de la Terre notamment lrsquoeffet de la veacutegeacutetation sur
lrsquoalbeacutedo de la surface (la blancheur ou le degreacute de reacuteflexion de la lumiegravere incidente provenant drsquoun
objet) et lrsquoeacutevapotranspiration les effets des plans drsquoeau y compris lrsquoirrigation et la poussiegravere
- Facteurs atmospheacuteriques tels que le rocircle des gaz agrave effet de serre du dioxyde de soufre et les
polluants atmospheacuteriques les effets de la couche nuageuse et les interactions entre lrsquoair la Terre et la
mer
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
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De Schepper S Head M J (2009) pliocene and pleistocene dinoflagellate cyst and acritarch zonation of dsdp
hole 610a eastern north atlantic Palynology 33
Doukas Constantin S Papayianni Katerina (2016) Vertebrate Paleobiology and Paleoanthropology
Paleoanthropology of the Balkans and Anatolia
Gaudenyi Tivadar Nenadić Draženko Jovanović Mladjen Bogićević Katarina (2014) The stratigraphical
position and the use of the term Eopleistocene in Serbian geological literature Quaternary International 319
Gibbard Philip L Head Martin J Walker Michael J C (2010) Formal ratification of the Quaternary
SystemPeriod and the Pleistocene SeriesEpoch with a base at 258 Ma Journal of Quaternary Science 25
Habib Kazi Ahsan Jeong Dageum Myoung Jung-Goo Lee Youn-Ho (2015) Population panmixia and the
Pleistocene demographic expansion of spotty belly greenling Hexagrammos agrammus in the East Sea and
Northwest Pacific Ocean Science Journal 50
Head Martin J Gibbard Philip L (2015) Formal subdivision of the Quaternary SystemPeriod Past present and
future Quaternary International 383
Higashi Hiroyuki Ikeda Hajime Setoguchi Hiroaki (2015) Molecular phylogeny of Shortia sensu lato
(Diapensiaceae) based on multiple nuclear sequences Plant Systematics and Evolution 301
15
Jeffries Daniel L Copp Gordon H Lawson Handley Lori Olseacuten K Haringkan Sayer Carl D Haumlnfling Bernd
(2016) Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns an empirical
perspective in the Crucian carpCarassius carassiusL Molecular Ecology 25
Kuzmina S A (2015) Quaternary insects and environment of northeastern Asia Paleontological Journal 49
Laine Angeacutelique Gauthier Emilie Garcia Jean-Pierre Petit Christophe Cruz Freacutedeacuteric Richard Herveacute (2010)
A three-thousand-year history of vegetation and human impact in Burgundy (France) reconstructed from pollen
and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
Mashchenko E N Amirkhanov Kh A Ozherelyev D V (2015) Morphology of a fossil elephant calf
(Archidiskodon Elephantidae) from the Oldowan Muhkai IIa site Doklady Biological Sciences 465
Palombo MR Brugal J-Ph (2010) Quaternary mammal communities at a glance Quaternary International
212
Paombo Maria R (2009) Biochronology paleobiogeography and faunal turnover in western Mediterranean
Cenozoic mammals Integrative Zoology 4 DOI 101111j1749-4877200900174x
Pan Tsun-You Lin Andrew Tien-Shun Chi Wen-Rong (2015) Paleoenvironments of the evolving Pliocene to
early Pleistocene foreland basin in northwestern Taiwan An example from the Dahan River sectionIsland Arc
24
Papanikolaou Maria D Triantaphyllou Maria V Platzman Ellen S Gibbard Philip L Niocaill Conall Mac
Head Martin J (2011) A well-established Early-Middle Pleistocene marine sequence on south-east Zakynthos
island western Greece Magneto-biostratigraphic constraints and palaeoclimatic implications Journal of
Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
Pierluigi Sardella Raffaele Tema Evdokia Villier Boris Pavia Giulio (2012) Stratigraphical and
palaeontological data from the Early Pleistocene Pirro 10 site of Pirro Nord (Puglia south eastern
Italy) Quaternary International 267
Philip L Gibbard et Martin J Head laquo The Definition of the Quaternary SystemEra and the Pleistocene
SeriesEpoch raquo Quaternaire vol 202 | 2009 125-133
Ruddiman William F (2018) Three flaws in defining a formal lsquoAnthropocenersquoProgress in Physical Geography
Earth and Environment 42
Walker M J C Berkelhammer M Bjoumlrck S Cwynar L C Fisher D A Long A J Lowe J J Newnham R
M Rasmussen S O Weiss H (2012) Formal subdivision of the Holocene SeriesEpoch a Discussion Paper by a
Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core marine and terrestrial records) and the Subcommission on
Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy) Journal of Quaternary Science 27
8
GEOCHRONOLOGIE DU QUATERNAIRE LES METHODES DE DATATION
1 Datations relatives
Meacutethodes fondeacutees sur les pheacutenomegravenes naturels non calibreacutees ou par profils
- Varves
- Dendrochronologie
- Stratigraphie
- Biostratigraphie
- Teacutephrochronologie
- Paleacuteomagneacutetisme
- Archeacuteomagneacutetisme
- Isotopes de lrsquooxygegravene
- Variation climatique
2 Introduction
Lrsquohistoire de lrsquohomme comme celle de la Terre se situent dans le temps et lrsquoune des grandes difficulteacutes
de ces disciplines reacuteside dans la datation A la base de toute meacutethode de datation il y a neacutecessairement
un processus eacutevolutif lieacute au deacuteroulement du temps
Les premiegraveres recherches drsquoun chronomegravetre furent tenteacutees en Sciences de la Terre en utilisant un
pheacutenomegravene qui se serait accru plus ou moins reacuteguliegraverement avec le temps On a tout drsquoabord utiliseacute la
vitesse drsquoaccumulation seacutedimentaire et drsquoalteacuteration Puis on est passeacute au comptage de donneacutees
rythmiques naturelles comme les stries drsquoaccroissement des fossiles des arbres (dendrochronologie)
des varves avec leurs feuillets successifs drsquohiver et drsquoeacuteteacute Toutes ces meacutethodes de datation ont une
valeur locale et une utilisation limiteacutee dans le temps (fig 1)
Fig 1- Les domaines chronologiques couverts par les principales meacutethodes de datation
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984)
La biostratigraphie fondeacutee sur le pheacutenomegravene de lrsquoeacutevolution biologique est une meacutethode de datation
relative Drsquoautres meacutethodes enfin qui utilisent les pheacutenomegravenes physico-chimiques donnent des reacutesultats
quantifieacutes Elles ont fait tellement impression qursquoon les a tout drsquoabord dites laquo absolues raquo En fait ce
sont des meacutethodes physiques quantitatives qui conservent une certaine relativiteacute du fait que les
eacutechantillons se trouvent dans des environnements ayant subi le plus souvent une eacutevolution complexe
perturbant les conditions initiales
3 Principales meacutethodes utiliseacutees en Geacuteochronologie
31 La biostratigraphie
La biostratigraphie est une meacutethode qui utilise le pheacutenomegravene irreacuteversible de lrsquoeacutevolution biologique
Dans le premier temps on proceacutedait par analyse des associations de faunes successives (apparition et
disparition drsquoespegraveces) On srsquoappuie maintenant en plus sur la distinction des degreacutes eacutevolutifs des
diverses ligneacutees au moyen de meacutethodes statistiques drsquoanalyses de donneacutees et lrsquoon aboutit agrave une
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Cette meacutethode implique que lrsquoon connaisse bien le pheacutenomegravene
eacutevolutif Or il faut savoir que les ligneacutees peuvent avoir des eacutevolutions diffeacuterentes Certaines ligneacutees
peuvent rester stables pendant des milliers voire des millions drsquoanneacutees en stase morphologique Ces
espegraveces ne peuvent ecirctre utiliseacutees que dans des groupements drsquoespegraveces ougrave sont seuls significatifs leur
premiegravere et leur derniegravere apparition Drsquoautres ligneacutees sont globalement stables mais ont une grande
9
variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
Ciampalini A Firpo M (2015) Depositional architecture and sequence stratigraphy of Pleistocene coarse-grained
deltas along the Ligurian coast (Italy) Journal of Earth System Science 124
De Schepper S Head M J (2009) pliocene and pleistocene dinoflagellate cyst and acritarch zonation of dsdp
hole 610a eastern north atlantic Palynology 33
Doukas Constantin S Papayianni Katerina (2016) Vertebrate Paleobiology and Paleoanthropology
Paleoanthropology of the Balkans and Anatolia
Gaudenyi Tivadar Nenadić Draženko Jovanović Mladjen Bogićević Katarina (2014) The stratigraphical
position and the use of the term Eopleistocene in Serbian geological literature Quaternary International 319
Gibbard Philip L Head Martin J Walker Michael J C (2010) Formal ratification of the Quaternary
SystemPeriod and the Pleistocene SeriesEpoch with a base at 258 Ma Journal of Quaternary Science 25
Habib Kazi Ahsan Jeong Dageum Myoung Jung-Goo Lee Youn-Ho (2015) Population panmixia and the
Pleistocene demographic expansion of spotty belly greenling Hexagrammos agrammus in the East Sea and
Northwest Pacific Ocean Science Journal 50
Head Martin J Gibbard Philip L (2015) Formal subdivision of the Quaternary SystemPeriod Past present and
future Quaternary International 383
Higashi Hiroyuki Ikeda Hajime Setoguchi Hiroaki (2015) Molecular phylogeny of Shortia sensu lato
(Diapensiaceae) based on multiple nuclear sequences Plant Systematics and Evolution 301
15
Jeffries Daniel L Copp Gordon H Lawson Handley Lori Olseacuten K Haringkan Sayer Carl D Haumlnfling Bernd
(2016) Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns an empirical
perspective in the Crucian carpCarassius carassiusL Molecular Ecology 25
Kuzmina S A (2015) Quaternary insects and environment of northeastern Asia Paleontological Journal 49
Laine Angeacutelique Gauthier Emilie Garcia Jean-Pierre Petit Christophe Cruz Freacutedeacuteric Richard Herveacute (2010)
A three-thousand-year history of vegetation and human impact in Burgundy (France) reconstructed from pollen
and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
Mashchenko E N Amirkhanov Kh A Ozherelyev D V (2015) Morphology of a fossil elephant calf
(Archidiskodon Elephantidae) from the Oldowan Muhkai IIa site Doklady Biological Sciences 465
Palombo MR Brugal J-Ph (2010) Quaternary mammal communities at a glance Quaternary International
212
Paombo Maria R (2009) Biochronology paleobiogeography and faunal turnover in western Mediterranean
Cenozoic mammals Integrative Zoology 4 DOI 101111j1749-4877200900174x
Pan Tsun-You Lin Andrew Tien-Shun Chi Wen-Rong (2015) Paleoenvironments of the evolving Pliocene to
early Pleistocene foreland basin in northwestern Taiwan An example from the Dahan River sectionIsland Arc
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Papanikolaou Maria D Triantaphyllou Maria V Platzman Ellen S Gibbard Philip L Niocaill Conall Mac
Head Martin J (2011) A well-established Early-Middle Pleistocene marine sequence on south-east Zakynthos
island western Greece Magneto-biostratigraphic constraints and palaeoclimatic implications Journal of
Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
Pierluigi Sardella Raffaele Tema Evdokia Villier Boris Pavia Giulio (2012) Stratigraphical and
palaeontological data from the Early Pleistocene Pirro 10 site of Pirro Nord (Puglia south eastern
Italy) Quaternary International 267
Philip L Gibbard et Martin J Head laquo The Definition of the Quaternary SystemEra and the Pleistocene
SeriesEpoch raquo Quaternaire vol 202 | 2009 125-133
Ruddiman William F (2018) Three flaws in defining a formal lsquoAnthropocenersquoProgress in Physical Geography
Earth and Environment 42
Walker M J C Berkelhammer M Bjoumlrck S Cwynar L C Fisher D A Long A J Lowe J J Newnham R
M Rasmussen S O Weiss H (2012) Formal subdivision of the Holocene SeriesEpoch a Discussion Paper by a
Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core marine and terrestrial records) and the Subcommission on
Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy) Journal of Quaternary Science 27
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variabiliteacute morphologique potentielle qui ne srsquoexprime que partiellement sous la forme
drsquoeacutecopheacutenotypes adapteacutes aux conditions locales et momentaneacutees du milieu Ces eacutecopheacutenotypes ont
alors une signification eacutecologique et paleacuteoclimatique mais pas reacuteellement biostratigraphique dans le
sens de la chronologie
Enfin il existe des ligneacutees qui preacutesentent des eacutevolutions graduelles agrave rythme drsquoailleurs variable Il
semble que ce gradualisme phyleacutetique reacutesulte dans la plupart des cas drsquoheacuteteacuterochronies de
deacuteveloppement c-agrave-d de lrsquoextension dans le temps des processus ontogeacuteneacutetiques qui regraveglent la
constitution des individus Seules ces ligneacutees agrave eacutevolution continue se precirctent agrave la biostratographie fine
en distinguant les degreacutes eacutevolutifs
Monde vivant
Domaine rarr Regravegne rarrEmbranchement rarrClasse rarrOrdre rarrFamille rarrGenre rarrEspegravece
On arrive actuellement au stade ougrave gracircce aux meacutethodes statistiques et agrave lrsquoutilisation de lrsquooutil
informatique chaque degreacute eacutevolutif pourra ecirctre deacutefini par des paramegravetres quantitatifs et la
biostratigraphie agrave haute reacutesolution Elles srsquoappliquent du Pliocegravene supeacuterieur agrave la fin du Pleacuteistocegravene
moyen Au Pleacuteistocegravene supeacuterieur lrsquoeacutevolution est trop peu marqueacutee pour servir de chronomegravetre
32 La dendrochronologie
Reconstruire le climat des zones tempeacutereacutees et datation
Elle est fondeacutee sur la croissance saisonniegravere des arbres par deacutenombrement des anneaux concentriques
successifs appeleacutes cernes Cette meacutethode utilise les arbres ayant une grande longeacuteviteacute qui peuvent
permettre de remonter respectivement agrave 7000 ans BP et au-delagrave de 200 ans AT (Actually Time) La
largeur des cernes est conditionneacutee en Ameacuterique du Nord par les preacutecipitations en Scandinavie par les
tempeacuteratures estivales En Europe crsquoest le checircne qui permet de reconstituer les grandes seacutequences (exp
6000BP en Allemagne) (Fig 2a et 2b)
Deux arbres contemporains portent les mecircmes signatures climatiques les mecircmes cernes Il est possible
drsquoapregraves lrsquoeacutepaisseur de ces cernes drsquoeacutetablir un signal qui statistiquement peut se recouvrir et ecirctre
identique Cela permet drsquoobtenir une datation de lrsquoarbre et ainsi de lrsquoanneacutee drsquoabatage de cet arbre
La limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000ans
Anneaux de croissance
La largeur de lrsquoanneau est fonction de tempeacuteratures et de preacutecipitations
Utilisation en archeacuteologie expertise drsquoœuvre drsquoart (ceacuteramique)
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
Ciampalini A Firpo M (2015) Depositional architecture and sequence stratigraphy of Pleistocene coarse-grained
deltas along the Ligurian coast (Italy) Journal of Earth System Science 124
De Schepper S Head M J (2009) pliocene and pleistocene dinoflagellate cyst and acritarch zonation of dsdp
hole 610a eastern north atlantic Palynology 33
Doukas Constantin S Papayianni Katerina (2016) Vertebrate Paleobiology and Paleoanthropology
Paleoanthropology of the Balkans and Anatolia
Gaudenyi Tivadar Nenadić Draženko Jovanović Mladjen Bogićević Katarina (2014) The stratigraphical
position and the use of the term Eopleistocene in Serbian geological literature Quaternary International 319
Gibbard Philip L Head Martin J Walker Michael J C (2010) Formal ratification of the Quaternary
SystemPeriod and the Pleistocene SeriesEpoch with a base at 258 Ma Journal of Quaternary Science 25
Habib Kazi Ahsan Jeong Dageum Myoung Jung-Goo Lee Youn-Ho (2015) Population panmixia and the
Pleistocene demographic expansion of spotty belly greenling Hexagrammos agrammus in the East Sea and
Northwest Pacific Ocean Science Journal 50
Head Martin J Gibbard Philip L (2015) Formal subdivision of the Quaternary SystemPeriod Past present and
future Quaternary International 383
Higashi Hiroyuki Ikeda Hajime Setoguchi Hiroaki (2015) Molecular phylogeny of Shortia sensu lato
(Diapensiaceae) based on multiple nuclear sequences Plant Systematics and Evolution 301
15
Jeffries Daniel L Copp Gordon H Lawson Handley Lori Olseacuten K Haringkan Sayer Carl D Haumlnfling Bernd
(2016) Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns an empirical
perspective in the Crucian carpCarassius carassiusL Molecular Ecology 25
Kuzmina S A (2015) Quaternary insects and environment of northeastern Asia Paleontological Journal 49
Laine Angeacutelique Gauthier Emilie Garcia Jean-Pierre Petit Christophe Cruz Freacutedeacuteric Richard Herveacute (2010)
A three-thousand-year history of vegetation and human impact in Burgundy (France) reconstructed from pollen
and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
Mashchenko E N Amirkhanov Kh A Ozherelyev D V (2015) Morphology of a fossil elephant calf
(Archidiskodon Elephantidae) from the Oldowan Muhkai IIa site Doklady Biological Sciences 465
Palombo MR Brugal J-Ph (2010) Quaternary mammal communities at a glance Quaternary International
212
Paombo Maria R (2009) Biochronology paleobiogeography and faunal turnover in western Mediterranean
Cenozoic mammals Integrative Zoology 4 DOI 101111j1749-4877200900174x
Pan Tsun-You Lin Andrew Tien-Shun Chi Wen-Rong (2015) Paleoenvironments of the evolving Pliocene to
early Pleistocene foreland basin in northwestern Taiwan An example from the Dahan River sectionIsland Arc
24
Papanikolaou Maria D Triantaphyllou Maria V Platzman Ellen S Gibbard Philip L Niocaill Conall Mac
Head Martin J (2011) A well-established Early-Middle Pleistocene marine sequence on south-east Zakynthos
island western Greece Magneto-biostratigraphic constraints and palaeoclimatic implications Journal of
Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
Pierluigi Sardella Raffaele Tema Evdokia Villier Boris Pavia Giulio (2012) Stratigraphical and
palaeontological data from the Early Pleistocene Pirro 10 site of Pirro Nord (Puglia south eastern
Italy) Quaternary International 267
Philip L Gibbard et Martin J Head laquo The Definition of the Quaternary SystemEra and the Pleistocene
SeriesEpoch raquo Quaternaire vol 202 | 2009 125-133
Ruddiman William F (2018) Three flaws in defining a formal lsquoAnthropocenersquoProgress in Physical Geography
Earth and Environment 42
Walker M J C Berkelhammer M Bjoumlrck S Cwynar L C Fisher D A Long A J Lowe J J Newnham R
M Rasmussen S O Weiss H (2012) Formal subdivision of the Holocene SeriesEpoch a Discussion Paper by a
Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core marine and terrestrial records) and the Subcommission on
Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy) Journal of Quaternary Science 27
10
Fig 2a- La dendrochronologie
(drsquoapregraves Giot et Langouet 1984) Elaboration drsquoune grande seacutequence de reacutefeacuterence gracircce au chevauchement de seacutequences plus courtes obtenues agrave partir des troncs
drsquoarbres 1 2 et 3 La seacutequence de reacutefeacuterence montre les variations de lrsquoeacutepaisseur des cernes (E en mm)
Fig 2b- La dendrochronologie utilisation du rythme de croissance de lrsquoarbre
33 Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7 000 agrave 10 000ans avec une preacutecision de 20 ans
Limites de la meacutethode
bull dureacutee depuis le dernier temps de chauffe
bull mateacuteriel doit contenir quartz feldspaths ou zircon
bull laquocapaciteacute drsquoemmagasinageraquo des mineacuteraux 700 000 ans
4 Les datations physiques agrave partir des isotopes radioactifs
Ces meacutethodes utilisent des pheacutenomegravenes physico-chimiques qui suivent des lois voire statistiques
simples formulables matheacutematiquement Beaucoup sont fondeacutes sur la loi de la deacutecroissance de la
radioactiviteacute deacutecouverte par Rutherford et Soddy en 1905 Ces lois donnent la possibiliteacute drsquoeacutetablir un
chronomegravetre Dans tous ces pheacutenomegravenes il faut trouver un fait marquant qui puisse ecirctre mis en
correacutelation avec un eacuteveacutenement geacuteologique ou archeacuteologique un eacutetat initial repeacuterable agrave partir duquel on
puisse mesurer une eacutevolution lieacutee au deacuteroulement du temps Dans la meacutethode du carbone 14 (14C)
absorbeacute par cet individu diminuera inexorablement Pour la thermoluminescence ce sera le chauffage
drsquoun galet dans un foyer de lrsquohomme preacutehistorique
Les datations absolues permettent de fournir un cadre chronologique mieux deacutefini aux divers
eacutevegravenements jalonnant le Quaternaire
Elles permettent une ordonnance des faits dans le temps Une eacutechelle de temps relative est reacutealiseacutee par
une comparaison des eacuteveacutenements les uns par rapport aux autres
Une eacutechelle de temps absolue apporte une date agrave un fait crsquoest un gain de preacutecision
Les meacutethodes de datations absolues utiliseacutees sont diverses et fonctionnent suivant des conditions
preacutecises Chaque meacutethode doit ou ne peut intervenir qursquoen fonction des conditions physico-chimique et
de la nature du site comme des mateacuteriaux agrave disposition
Meacutethodes fondeacutees sur la croissance ou la deacutecroissance radioactive (Fig 3)
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
Ciampalini A Firpo M (2015) Depositional architecture and sequence stratigraphy of Pleistocene coarse-grained
deltas along the Ligurian coast (Italy) Journal of Earth System Science 124
De Schepper S Head M J (2009) pliocene and pleistocene dinoflagellate cyst and acritarch zonation of dsdp
hole 610a eastern north atlantic Palynology 33
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Paleoanthropology of the Balkans and Anatolia
Gaudenyi Tivadar Nenadić Draženko Jovanović Mladjen Bogićević Katarina (2014) The stratigraphical
position and the use of the term Eopleistocene in Serbian geological literature Quaternary International 319
Gibbard Philip L Head Martin J Walker Michael J C (2010) Formal ratification of the Quaternary
SystemPeriod and the Pleistocene SeriesEpoch with a base at 258 Ma Journal of Quaternary Science 25
Habib Kazi Ahsan Jeong Dageum Myoung Jung-Goo Lee Youn-Ho (2015) Population panmixia and the
Pleistocene demographic expansion of spotty belly greenling Hexagrammos agrammus in the East Sea and
Northwest Pacific Ocean Science Journal 50
Head Martin J Gibbard Philip L (2015) Formal subdivision of the Quaternary SystemPeriod Past present and
future Quaternary International 383
Higashi Hiroyuki Ikeda Hajime Setoguchi Hiroaki (2015) Molecular phylogeny of Shortia sensu lato
(Diapensiaceae) based on multiple nuclear sequences Plant Systematics and Evolution 301
15
Jeffries Daniel L Copp Gordon H Lawson Handley Lori Olseacuten K Haringkan Sayer Carl D Haumlnfling Bernd
(2016) Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns an empirical
perspective in the Crucian carpCarassius carassiusL Molecular Ecology 25
Kuzmina S A (2015) Quaternary insects and environment of northeastern Asia Paleontological Journal 49
Laine Angeacutelique Gauthier Emilie Garcia Jean-Pierre Petit Christophe Cruz Freacutedeacuteric Richard Herveacute (2010)
A three-thousand-year history of vegetation and human impact in Burgundy (France) reconstructed from pollen
and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
Mashchenko E N Amirkhanov Kh A Ozherelyev D V (2015) Morphology of a fossil elephant calf
(Archidiskodon Elephantidae) from the Oldowan Muhkai IIa site Doklady Biological Sciences 465
Palombo MR Brugal J-Ph (2010) Quaternary mammal communities at a glance Quaternary International
212
Paombo Maria R (2009) Biochronology paleobiogeography and faunal turnover in western Mediterranean
Cenozoic mammals Integrative Zoology 4 DOI 101111j1749-4877200900174x
Pan Tsun-You Lin Andrew Tien-Shun Chi Wen-Rong (2015) Paleoenvironments of the evolving Pliocene to
early Pleistocene foreland basin in northwestern Taiwan An example from the Dahan River sectionIsland Arc
24
Papanikolaou Maria D Triantaphyllou Maria V Platzman Ellen S Gibbard Philip L Niocaill Conall Mac
Head Martin J (2011) A well-established Early-Middle Pleistocene marine sequence on south-east Zakynthos
island western Greece Magneto-biostratigraphic constraints and palaeoclimatic implications Journal of
Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
Pierluigi Sardella Raffaele Tema Evdokia Villier Boris Pavia Giulio (2012) Stratigraphical and
palaeontological data from the Early Pleistocene Pirro 10 site of Pirro Nord (Puglia south eastern
Italy) Quaternary International 267
Philip L Gibbard et Martin J Head laquo The Definition of the Quaternary SystemEra and the Pleistocene
SeriesEpoch raquo Quaternaire vol 202 | 2009 125-133
Ruddiman William F (2018) Three flaws in defining a formal lsquoAnthropocenersquoProgress in Physical Geography
Earth and Environment 42
Walker M J C Berkelhammer M Bjoumlrck S Cwynar L C Fisher D A Long A J Lowe J J Newnham R
M Rasmussen S O Weiss H (2012) Formal subdivision of the Holocene SeriesEpoch a Discussion Paper by a
Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core marine and terrestrial records) and the Subcommission on
Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy) Journal of Quaternary Science 27
11
Fig 3 Principe de la croissance ou la deacutecroissance radioactive
41 Datation au carbone 14
Les isotopes du carbone C11 C12 C13 C14
Le C14 est produit en haute atmosphegravere (par des rayons cosmiques puis il est inteacutegreacute dans le CO2
Crsquoest sous cette forme qursquoil est absorbeacute par les plantes et organismes photosyntheacutetique puis dans le
reste de la chaicircne alimentaire (os chair bois)
Le C14 fait partie inteacutegrante de la matiegravere organique agrave lrsquoheure actuelle comme agrave un tempsT0
Enfouit la dose (agrave T0) ou la concentration du C14 devient une paleacuteodose Le C14 est un eacuteleacutement radioactif Sa peacuteriode T= 5570 ans (peacuteriode de demi-vie)
Les datations au C14 sont exprimeacutees en BP avec un intervalle de confiance de 95 (soit deux eacutecart-
types)
42 PotassiumArgon
Potassium 40 (se transforme en calcium 40 et Argon 40)
Crsquoest le rapport entre les deux eacuteleacutements qui va permettre de deacuteterminer une date
Preacutesent dans les mineacuteraux Feldspath micas dans les roches volcaniques
Limite de la meacutethode (10 000 agrave plusieurs millions drsquoanneacutees (500 000) agrave plusieurs millions drsquoanneacutees)
Peacuteriode 125 Ma 43 UraniumThorium
U238 se transforme en Th230 et Pb Ces eacuteleacutements sont preacutesents dans les seacutediments coraux
coquillages travertins stalagmites
Peacuteriode 447Ma (Fig 4)
Limite de la meacutethode (500 000ans)
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
Limite de la meacutethode 7000 agrave 10 000 ans avec une preacutecision de 20 ans
46 La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
Ciampalini A Firpo M (2015) Depositional architecture and sequence stratigraphy of Pleistocene coarse-grained
deltas along the Ligurian coast (Italy) Journal of Earth System Science 124
De Schepper S Head M J (2009) pliocene and pleistocene dinoflagellate cyst and acritarch zonation of dsdp
hole 610a eastern north atlantic Palynology 33
Doukas Constantin S Papayianni Katerina (2016) Vertebrate Paleobiology and Paleoanthropology
Paleoanthropology of the Balkans and Anatolia
Gaudenyi Tivadar Nenadić Draženko Jovanović Mladjen Bogićević Katarina (2014) The stratigraphical
position and the use of the term Eopleistocene in Serbian geological literature Quaternary International 319
Gibbard Philip L Head Martin J Walker Michael J C (2010) Formal ratification of the Quaternary
SystemPeriod and the Pleistocene SeriesEpoch with a base at 258 Ma Journal of Quaternary Science 25
Habib Kazi Ahsan Jeong Dageum Myoung Jung-Goo Lee Youn-Ho (2015) Population panmixia and the
Pleistocene demographic expansion of spotty belly greenling Hexagrammos agrammus in the East Sea and
Northwest Pacific Ocean Science Journal 50
Head Martin J Gibbard Philip L (2015) Formal subdivision of the Quaternary SystemPeriod Past present and
future Quaternary International 383
Higashi Hiroyuki Ikeda Hajime Setoguchi Hiroaki (2015) Molecular phylogeny of Shortia sensu lato
(Diapensiaceae) based on multiple nuclear sequences Plant Systematics and Evolution 301
15
Jeffries Daniel L Copp Gordon H Lawson Handley Lori Olseacuten K Haringkan Sayer Carl D Haumlnfling Bernd
(2016) Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns an empirical
perspective in the Crucian carpCarassius carassiusL Molecular Ecology 25
Kuzmina S A (2015) Quaternary insects and environment of northeastern Asia Paleontological Journal 49
Laine Angeacutelique Gauthier Emilie Garcia Jean-Pierre Petit Christophe Cruz Freacutedeacuteric Richard Herveacute (2010)
A three-thousand-year history of vegetation and human impact in Burgundy (France) reconstructed from pollen
and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
Mashchenko E N Amirkhanov Kh A Ozherelyev D V (2015) Morphology of a fossil elephant calf
(Archidiskodon Elephantidae) from the Oldowan Muhkai IIa site Doklady Biological Sciences 465
Palombo MR Brugal J-Ph (2010) Quaternary mammal communities at a glance Quaternary International
212
Paombo Maria R (2009) Biochronology paleobiogeography and faunal turnover in western Mediterranean
Cenozoic mammals Integrative Zoology 4 DOI 101111j1749-4877200900174x
Pan Tsun-You Lin Andrew Tien-Shun Chi Wen-Rong (2015) Paleoenvironments of the evolving Pliocene to
early Pleistocene foreland basin in northwestern Taiwan An example from the Dahan River sectionIsland Arc
24
Papanikolaou Maria D Triantaphyllou Maria V Platzman Ellen S Gibbard Philip L Niocaill Conall Mac
Head Martin J (2011) A well-established Early-Middle Pleistocene marine sequence on south-east Zakynthos
island western Greece Magneto-biostratigraphic constraints and palaeoclimatic implications Journal of
Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
Pierluigi Sardella Raffaele Tema Evdokia Villier Boris Pavia Giulio (2012) Stratigraphical and
palaeontological data from the Early Pleistocene Pirro 10 site of Pirro Nord (Puglia south eastern
Italy) Quaternary International 267
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Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy) Journal of Quaternary Science 27
12
Fig 4- Deacutesinteacutegration des isotopes de lrsquoUranium 238 en Thorium et Radium
Ce que lrsquoon date
- Carbonates
- Dents et ossements de grands mammifegraveres
- Seacutediments
- Mineacuteraux volcaniques
- Bois et charbons
- Eleacutements chauffeacutes
Les isotopes radiogeacuteniques ndash Isotopes Cosmogeacuteniques
Diffeacuterents nucleacuteides cosmogeacuteniques
bull 14C 10Be 36Cl
Deacutefinition Eleacutements chimiques de mecircme numeacutero atomique (et donc de mecircme nom et de mecircme
position dans la classification de Mendeleiumlev) mais qui diffegraverent par leur masse atomique
Equation de la radioactiviteacute Nt = N0 e ndashλt
Ougrave N0 nombre drsquoatomes de lrsquoeacuteleacutement pegravere agrave lrsquoinstant initial (non deacuteterminable)
Nt nombre drsquoeacuteleacutements fils (deacuteterminable) preacutesents agrave la date t
λ constante radioactive
Equation de la demi vie t = ln2λ
Exemples 10Be = 15106 ans 14C = 5730 ans 36Cl = 3105 ans
Les nucleacuteides cosmogeacuteniques produits deacutependent du type de composition mineacuterale de la roche
44 Datation par les acides amineacutes
Les acides amineacutes contenus dans un organisme vivant sont leacutevogyre exclusivement
Apregraves le mort de lrsquoorganisme il y a une activiteacute chimique qui exeacutecute la transformation de ces acides
amineacutes de leacutevogyre vers dextrogyre
Le pheacutenomegravene se poursuit jusqursquoagrave lrsquoeacutequilibre 50
Limite de la meacutethode (1000 agrave 1 millions drsquoanneacutees)
45 Hydratations de lrsquoobsidienne
Apregraves le taille drsquoun outil sur de lrsquoobsidienne il se produit une hydratation de la surface de lrsquoobjet En
fonction de cette eacutepaisseur il est possible drsquoeacutetablir une date preacutecise jusqursquoagrave 1 millions drsquoanneacutees
- Archeacuteomagneacutetisme
Direction du champ magneacutetique terrestre
Les mineacuteraux ferromagneacutesiens srsquoorientent par rapport au pocircle magneacutetique (direction) de la terre Cette
direction varie suivant les anneacutees et un repeacuterage preacutecis des diffeacuterences entre lrsquoactuel et la direction du
passeacute permet de donner une date
Les mateacuteriaux concerneacutes sont des argiles chauffeacutes (et preacuteleveacute in situ)
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La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique (RPE) reacutesonance de spin eacutelectronique (RSE) ou en
anglais electron spin resonance (ESR) deacutesigne la proprieacuteteacute de certains eacutelectrons agrave absorber puis
reacuteeacutemettre leacutenergie dun rayonnement eacutelectromagneacutetique lorsquils sont placeacutes dans un champ
magneacutetique (Fig5)
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
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Ciampalini A Firpo M (2015) Depositional architecture and sequence stratigraphy of Pleistocene coarse-grained
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15
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and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
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212
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early Pleistocene foreland basin in northwestern Taiwan An example from the Dahan River sectionIsland Arc
24
Papanikolaou Maria D Triantaphyllou Maria V Platzman Ellen S Gibbard Philip L Niocaill Conall Mac
Head Martin J (2011) A well-established Early-Middle Pleistocene marine sequence on south-east Zakynthos
island western Greece Magneto-biostratigraphic constraints and palaeoclimatic implications Journal of
Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
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palaeontological data from the Early Pleistocene Pirro 10 site of Pirro Nord (Puglia south eastern
Italy) Quaternary International 267
Philip L Gibbard et Martin J Head laquo The Definition of the Quaternary SystemEra and the Pleistocene
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Ruddiman William F (2018) Three flaws in defining a formal lsquoAnthropocenersquoProgress in Physical Geography
Earth and Environment 42
Walker M J C Berkelhammer M Bjoumlrck S Cwynar L C Fisher D A Long A J Lowe J J Newnham R
M Rasmussen S O Weiss H (2012) Formal subdivision of the Holocene SeriesEpoch a Discussion Paper by a
Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core marine and terrestrial records) and the Subcommission on
Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy) Journal of Quaternary Science 27
13
Fig 5- La reacutesonance paramagneacutetique de spin
La reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique a eacuteteacute deacutecouverte en 1945 par Zavoisky
Un eacutelectron dans une moleacutecule est associeacute agrave un nombre quantique dit nombre de spin Ms =
+12 ou Ms = -12
Les eacutelectrons ont tendance agrave sapparier deux agrave deux (un eacutelectron Ms = +12 et un eacutelectron Ms = -12) Le
spin de la moleacutecule est alors S = 0
Lorsque ce nest pas le cas le systegraveme contient un ou des eacutelectron(s) ceacutelibataire(s) ou non-apparieacutes sil
ny en a quun le spin est de 12 Leacutelectron peut alors se positionner sur deux niveaux de valeurs
eacutenergeacutetiques diffeacuterentes Ms = +12 et Ms = -12 (scheacutema ci-dessous Fig 6)
Fig 6 Reacutesonance paramagneacutetique eacutelectronique
Sous laction dun champ magneacutetique B leacutenergie apporteacutee peut faire passer leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre la transition a lieu si ΔMs = 1 Cest le pheacutenomegravene de reacutesonance paramagneacutetique
eacutelectronique
Leacutenergie de londe eacutelectromagneacutetique (9 agrave 10 GHz) qui fait passer le spin de leacutelectron dun niveau
eacutenergeacutetique agrave lautre vaut ΔE = hν = γ β B
bull ΔE diffeacuterence deacutenergie entre les deux eacutetats de spin
bull h constante de Planck
bull ν freacutequence de londe eacutelectromagneacutetique
bull γe rapport gyromagneacutetique de leacutelectron paramagneacutetique (qui vaut - q2me)
bull β magneacuteton de Bohr de leacutelectron
bull B champs magneacutetique
5 Thermoluminescence
Un cristal exposeacute agrave des rayonnements emmagasine de leacutenergie quil eacutemet ensuite sous la forme de
lumiegravere quand on le chauffe Gracircce agrave ce pheacutenomegravene on date des statuettes en terre cuite
Mesurer lrsquoeacutenergie contenue dans des piegraveges du reacuteseau cristallin Des eacutelectrons libres sont pieacutegeacutes dans
les laquo reacuteservoirs raquo du reacuteseau cristallin (anomalies de cristallisations)
La quantiteacute drsquoeacutelectrons augmente avec le temps (Fig 7)
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
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De Schepper S Head M J (2009) pliocene and pleistocene dinoflagellate cyst and acritarch zonation of dsdp
hole 610a eastern north atlantic Palynology 33
Doukas Constantin S Papayianni Katerina (2016) Vertebrate Paleobiology and Paleoanthropology
Paleoanthropology of the Balkans and Anatolia
Gaudenyi Tivadar Nenadić Draženko Jovanović Mladjen Bogićević Katarina (2014) The stratigraphical
position and the use of the term Eopleistocene in Serbian geological literature Quaternary International 319
Gibbard Philip L Head Martin J Walker Michael J C (2010) Formal ratification of the Quaternary
SystemPeriod and the Pleistocene SeriesEpoch with a base at 258 Ma Journal of Quaternary Science 25
Habib Kazi Ahsan Jeong Dageum Myoung Jung-Goo Lee Youn-Ho (2015) Population panmixia and the
Pleistocene demographic expansion of spotty belly greenling Hexagrammos agrammus in the East Sea and
Northwest Pacific Ocean Science Journal 50
Head Martin J Gibbard Philip L (2015) Formal subdivision of the Quaternary SystemPeriod Past present and
future Quaternary International 383
Higashi Hiroyuki Ikeda Hajime Setoguchi Hiroaki (2015) Molecular phylogeny of Shortia sensu lato
(Diapensiaceae) based on multiple nuclear sequences Plant Systematics and Evolution 301
15
Jeffries Daniel L Copp Gordon H Lawson Handley Lori Olseacuten K Haringkan Sayer Carl D Haumlnfling Bernd
(2016) Comparing RADseq and microsatellites to infer complex phylogeographic patterns an empirical
perspective in the Crucian carpCarassius carassiusL Molecular Ecology 25
Kuzmina S A (2015) Quaternary insects and environment of northeastern Asia Paleontological Journal 49
Laine Angeacutelique Gauthier Emilie Garcia Jean-Pierre Petit Christophe Cruz Freacutedeacuteric Richard Herveacute (2010)
A three-thousand-year history of vegetation and human impact in Burgundy (France) reconstructed from pollen
and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
Mashchenko E N Amirkhanov Kh A Ozherelyev D V (2015) Morphology of a fossil elephant calf
(Archidiskodon Elephantidae) from the Oldowan Muhkai IIa site Doklady Biological Sciences 465
Palombo MR Brugal J-Ph (2010) Quaternary mammal communities at a glance Quaternary International
212
Paombo Maria R (2009) Biochronology paleobiogeography and faunal turnover in western Mediterranean
Cenozoic mammals Integrative Zoology 4 DOI 101111j1749-4877200900174x
Pan Tsun-You Lin Andrew Tien-Shun Chi Wen-Rong (2015) Paleoenvironments of the evolving Pliocene to
early Pleistocene foreland basin in northwestern Taiwan An example from the Dahan River sectionIsland Arc
24
Papanikolaou Maria D Triantaphyllou Maria V Platzman Ellen S Gibbard Philip L Niocaill Conall Mac
Head Martin J (2011) A well-established Early-Middle Pleistocene marine sequence on south-east Zakynthos
island western Greece Magneto-biostratigraphic constraints and palaeoclimatic implications Journal of
Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
Pierluigi Sardella Raffaele Tema Evdokia Villier Boris Pavia Giulio (2012) Stratigraphical and
palaeontological data from the Early Pleistocene Pirro 10 site of Pirro Nord (Puglia south eastern
Italy) Quaternary International 267
Philip L Gibbard et Martin J Head laquo The Definition of the Quaternary SystemEra and the Pleistocene
SeriesEpoch raquo Quaternaire vol 202 | 2009 125-133
Ruddiman William F (2018) Three flaws in defining a formal lsquoAnthropocenersquoProgress in Physical Geography
Earth and Environment 42
Walker M J C Berkelhammer M Bjoumlrck S Cwynar L C Fisher D A Long A J Lowe J J Newnham R
M Rasmussen S O Weiss H (2012) Formal subdivision of the Holocene SeriesEpoch a Discussion Paper by a
Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core marine and terrestrial records) and the Subcommission on
Quaternary Stratigraphy (International Commission on Stratigraphy) Journal of Quaternary Science 27
14
U238 Th230 K40 eacutemetteurs drsquoeacutenergie
Eacuteleacutements chauffeacutes
Les piegraveges se vident agrave cette occasion Pierre de foyer ceacuteramique couche de lœss (sous lave
volcanique) silex chauffeacutes quartz tous ces eacuteleacutements sont enfouis et cacheacutes des rayonnements du
soleil
La dose annuelle correspond agrave lrsquoeacutenergie libeacutereacutee par rayonnement des eacuteleacutements radioactifs de la roche
ou de lrsquoencaissant La dose archeacuteologique est deacutetermineacutee comme eacutetant lrsquoeacutenergie stockeacutee et donc
libeacutereacutee apregraves chauffage Limite de la meacutethode (100 000 ans)
Fig 7- Courbes de thermoluminescence (exemple drsquoeacutechantillon de plancher de stalagmite supeacuterieur de
la grotte de lrsquoArago acircge 15 350 +- 800ans drsquoapregraves Valadas et Massot 1981)
Ce pheacutenomegravene est fondeacute sur laccumulation par les mineacuteraux tels le quartz lalumine ou le feldspath
de leacutenergie provenant de la radioactiviteacute ambiante Un chauffage agrave 500 degC ou une exposition agrave la
lumiegravere durant toute une journeacutee libegraverent cette eacutenergie sous forme lumineuse Ces deux proprieacuteteacutes
accumulation et remise agrave zeacutero sont les piliers de plusieurs meacutethodes de datation On mesure dune
part la paleacuteodose cest-agrave-dire leacutenergie emmagasineacutee depuis la derniegravere remise agrave zeacutero et dautre part la
dose reccedilue chaque anneacutee par leacutechantillon le rapport de la paleacuteodose sur la dose annuelle fournit lacircge
de lobjet analyseacute
Reacutefeacuterences bibliographiques
Ciampalini A Firpo M (2015) Depositional architecture and sequence stratigraphy of Pleistocene coarse-grained
deltas along the Ligurian coast (Italy) Journal of Earth System Science 124
De Schepper S Head M J (2009) pliocene and pleistocene dinoflagellate cyst and acritarch zonation of dsdp
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and non-pollen palynomophs analysis Comptes Rendus Biologies 333
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24
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Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
Luca Colombero Simone Marcolini Federica Peretto Carlo Petronio Carmelo Petrucci Mauro Pieruccini
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Italy) Quaternary International 267
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Ruddiman William F (2018) Three flaws in defining a formal lsquoAnthropocenersquoProgress in Physical Geography
Earth and Environment 42
Walker M J C Berkelhammer M Bjoumlrck S Cwynar L C Fisher D A Long A J Lowe J J Newnham R
M Rasmussen S O Weiss H (2012) Formal subdivision of the Holocene SeriesEpoch a Discussion Paper by a
Working Group of INTIMATE (Integration of ice-core marine and terrestrial records) and the Subcommission on
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15
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212
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24
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Quaternary Science 26
Pavia Marco Zunino Marta Coltorti Mauro Angelone Chiara Arzarello Marta Bagnus Cristina Bellucci
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Italy) Quaternary International 267
Philip L Gibbard et Martin J Head laquo The Definition of the Quaternary SystemEra and the Pleistocene
SeriesEpoch raquo Quaternaire vol 202 | 2009 125-133
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