FOS COURS NUMERO 1 (TP commencent lundi 19, bat 5, salle Rouault)

STRATIGRAPHIE

Bio-stratigraphie : forte intéractions biologiques. Elle consiste à développer une série de méthodes au niveau des êtres vivants pour permettre une datation. La stratigraphie consiste à établir la succession des évenements qui caractérisent l’histoire de la terre. (étudier l’empillement des couches). La bio stratigraphie par contre, utilise les organismes. Elle ne fonctionne que pour les derniers 54O millions d’années (alors que la stratigraphie va jusqu’à 4.5 milliards d’années). Avant, il n’y a pas de substrat qui permettent cette étude. L’histoire de la terre est surtout connue pour les 540 millions d’années.

CHAPITRE 1 : DEFINITIONS Stratigraphie : science qui étudie la succession des dépôts (surtout sédimentaires). Son but est d’établir une chronologie et de fournir des indices de datation. Son objectif est de tenter de reconstituer dans sa continuité, l’histoire de la terre. Cette histoire est ponctuée par des évenements, des crises (alors qu’il y a des périodes durant lesquelles les choses se passent tranquillement) . La bio stratigraphie permet de dater ces crises Sédimentologie : les organismes eux-mêmes ne possèdent pas l’information concernant l’environnement dans lequel ils vivaient. Le principe d’actualisme ne s’applique pas toujours car les modes de vie des organismes actuels sont très différents que ceux des organismes anciens. Pour retrouver ces infos, on doit étudier les sédiments (= précurseur d’une roche qui va devenir une roche sédimentaire. C’est quelque chose qui s’est déposé à la surface de la terre et qui va donner une roche. Ex : litière, sables/ argiles) Pour passer du sédiment à la roche, il y a un phénomène de compression et une dissolution des minéraux, ce qui permet une lithification (durcissement). Le facteur temps est important : le sable se transforme en grès en un temps long non défini (ça dépend, il n’y a pas de loi mathématique). Le sable-roche est un sédiment sur lequel le temps (long, 100 Ma par exemple) n’a pas eu d’impact mais on les appelle tout de même des roches car autre chose s’est déposé au dessus . Mais le sable peut se transformer en grès très rapidement (quelques décénnies). Il n’y a pas de liaison entre le temps qui s’écoule et la dureté de la roche. Un sédiment peut être du sable, de l’argile des galets ou des bio accummulation. En fonction de leur nature, on distingue trois types de roches sédimentaires :

1. Les roches détritiques (au fond des océans). Si le niveau de l’eau alors que les sédiments s’accumulent, cela veut dire que le socle, le fond, descend sous le poids des sédiments. Cette descente s’appelle la subsidence.

Ces éléments détritiques sont dérivés des continents, ce sont les minéraux hérités. Roches correspondantes :

Au sable sable / grès armoricain (atteint jusqu’à une épaisseur de 500m)

A l’argile Argillites

Aux galets Conglomérats (ressemble au béton) 95% des roches sédimentaires bretonnes sont détritiques. Les galets et sables ont une capacité de compaction presque nulle alors que les argiles non (si il y a 11km d’argiles, il y avait un dépôt 3 fois plus important à l’origine).

2. Les roches bio-détritiques : ces roches sont des micro organismes (plancton) à l’origine. A la mort de ces organismes, leurs éléments squelettiques se déposent au fond de l’océan. Les particules s’accumulent et donnent en général des calcaires (la craie est constituée d’accumulation de coccolites, algues microscopiques, elles datent du crétacé il y a 80 Ma sur 500m d’épaisseur)

3. Les autres types de calcaires qui ont une origine physico-chimique (résulte de la

précipitation de calcium dans des environnements riches en CO₂ pour donner du CaCO₃. Cette précipitation se fait dans des températures élevées

Biostratigraphie : utilise des fossiles successifs qui vont caractériser les couches successives. On s’appuie sur les fossiles pour dater les terrains. Elle ne s’appuie pas sur des méthodes de datation absolue (qui utilise la désintégration du carbone ou de l’uranium). Comment ça fonctionne :

Termes à retenir dans l’International Stratigraphic Chart : Deux grandes périodes :

Le Précambrien L’Archéen Le Protérozoïque

Le Phanérozoique (-540 Ma : vie structurée sur terre : apparition des premières coquilles calclaires

Le Paléozoique (ère primaire) jusqu’à -250Ma : ère des trilobites o Cambrien o Ordovicien o Silurien o Devonien o Carbonifère (charbon : -390 Ma) o Permien

Le Mésozoique (ère secondaire ) jusqu’à 65 Ma : ère des dinausaures (terrestres)

et des ammonites . o Trias o Jurassique (jura : endroit où il y avait les couches les plus

caractéristiques) o Crétacé (craies)

Le Cénozoique (ère tertiaire et quaternaire) : ère des mammiphères

o Paléogène (jusqu’à -23Ma) o Néogène o Quaternaire

Corrélation : datations comparées entre association de faunes dans deux endroits différents Absence de couche= lacune (non dépôt, dépôt érrodé expliquée par des mouvements tectoniques)

CHAPITRE 2 : ORGANISMES Quand on parle de paleo environnement on a besoin de notions qui concernent les organismes. Il faut connaitre :

la systématique (taxinomie) = ranger les organismes en catégories qui sont de rangs de plus en plus grands (règne, classe, ordre, famille, genre, espèce). Le langage est universel et très formel : le latin (ex : chien Canis lupus : genre= canis)

la nomenclature = consiste à désigner une espèce (Canis lupus= nomenclature binomiale linnéenne- 1758). Une espèce est valide si elle est désignée par cette nomenclature. Le nom de l’auteur mentionné dans un texte doit être écrit en petites majuscules, le nom latin de l’espèce doit être en italique ou souligné. S’il y a un troisième nom, c’est celui d’une sous espèce.

L’écologie des organismes actuels : notions qui vont concerner la connaissance des environnements actuels et la connaissance d’éthologie (voir dessin des modes de vie des organismes marins)

Zone pélagique : presque à la surface de l’eau Zone benthique : au fond de l’océan Les animaux fixés sur le substrat sont dits sessiles. Ceux qui sont mobiles sont dits vagiles Ceux qui ont un mode de vie libre sont nectoniques. Les animaux pélagiques sont surtout les cétacés, les méduses (surtout les grands animaux, les prédateurs ; sauf les micro organismes qui constituent le plancton : ce sont des organismes planctoniques)

CHAPITRE 3 : AGES/ REPERES CHRONOLOGIQUES Quelle est l’utilité de l’étude des organismes ?

Datation

Reconstitution des paleo environnements Ces deux disciplines sont très utiles aux les géologues pour la recherche de matériaux (pétrole…). On sait que le pétrole s’est formé essentiellement au cours du tertiaire donc inutile de le chercher dans des terrains d’âge primaire

FOSSILES ET FOSSILISATION

A/ Définitions

Fossile= tous les restes plus ou moins bien conservés d’êtres vivants En général, ce sont des objets partiels ( éléments squelettiques mais pas de squelette entier). Plus largement, on appelle fossile, tous les éléments qui sont liés à l’activité des organismes (traces de pas conservées … toutes les traces liées au comportement des animaux) Par extension, le mot fossile est associé à tous les objets qui sont anciens (dune fossile) Fossilisation= désigne l’ensemble des processus qui interviennent postérieurement à la mort de l’organisme et postérieurement à son enfouissement. Pour fabriquer un fossile, l’organisme doit être mort et enfoui (c’est un phénomène relativement rare). Un enfouissement rapide est favorable à la fossilisation (cf Pompei : enfouissement instantané / tsunamis). Il permet de protéger l’organisme d’agents biologiques (prédation, dégradation par les bactéries) ou mécaniques (action du vent, courants des fonds marins, tempêtes). Les fossiles sont des objets qui sont relativement exceptionnels.

B/ DIFFERENTS TYPES DE FOSSILES

1. In Toto In toto= fossile conservé en totalité (même les parties molles). Ex : les Mammouths Ils sont conservés grâce au froid (pergelisol= tranche superficielle de sol gelé. Il dégèle sur une dizaine de mètres au printemps et forme une bouillasse dans laquelle les animaux s’engluaient et s’enfonçaient progressivement en profondeur au fil des années pour finir totalement emprisonnés dans le sol gelé toute l’année. On arrive à retrouver des mammouths grâce à l’érosion qui les dégèle). Le froid conserve les animaux relativement récents (300000 ans- 6000 ans pour le mammouth le plus récent retrouvé). Ils peuvent également se conserver grâce aux ambres (résines qui coulent le long du tronc et engluent des bestioles de petite taille). Il peut conserver des organismes vieux de 200 Ma - 2Ma. C’est très fragile. On retrouve des insectes dans l’ambre vieux de 140 Ma. Les fonds anoxiques peuvent conserver les organismes car il n’y a pas de bactéries pour dégrader l’organisme.

Les tourbes également (« huiles ») = accumulation de végétales, milieu acide qui datent plutôt du quaternaire. La momification naturelle= dissecation de l’organisme (surtout à l’époque du tertiaire : -100Ma) Formation d’une momie : l’organisme sèche sur place sous l’effet d’une chaleur intense.

2. Partielle Sans modification

La peau des dinosaures se fossilise bien car il y a des os dedans. Dans quelques cas, il n’ y a aucune transformation entre le moment où un ibjet se fossilise et le moment où on le trouve : les dents, par exemple se conservent bien. La fossilisation sans modification est relativement rare.

Avec modification o Addition : rajoute quelque chose par rapport à la structure initiale. Elle comble les vides

(sédiments environnants se glissent dans la coquille vide par exemple / phénomène de précipitation des miéraux à l’intérieur des vides).

o Substitution : peut altérer l’aspect initial. Le CaCO₃ peut être remplacé par la silice SiO₂

(silicification) ou par le fer Fe₂S = pyrite (pyritisation).

o Recristallisation : Le CaCO₃ se transforme en Aragonite ou en Calcite ( et l’aragonite peut se transformer à son tour en calcite et inversement). Une fois transformé, le minéraux ne peut pas retrouver sa structure d’origine. La composition de ces minéraux est la même mais leur organisation spatiale est différente :

o Disparition : le sédiment neuf est très chargé en eau salée riche en minéraux beaucoup

d’échanges et de circulation. L’eau a un pouvoir de dissolution du calcaire. Mais les éléments minéraux remplissent les vides donc l’eau a un rôle double paradoxal : elle dissout et remplit les vides à la fois. On obtient alors un moulage naturel qui peut être : _ externe = réplique _ interne (moulage interne) = réplique

_ dans la roche directement (entre surface externe et interne) : moulage externe = empreinte Ces moulages permettent de reconstituer une image ressemblante de l’objet d’origine.

o Moulages naturels :

_ moulage interne _ réplique _ empreinte

o Traces (empreintes) liées à l’activité Ichnologie= dscipline très utilisée pour la reconstitution des environnements Grès paléozoique

Discipline qui s’est affranchi des organismes à l’origine des traces : comparaison des traces sans connaitre leur propriétaire Traces classées suivant le même type de nommenclature (linnéenne) mais qui ne représente pas les organismes à l’origine des traces = Parasystématique (« Cruziana » « cruziana » ) trilobites. (ils se conservent dans les sédiments fins : argiles schistes) Un même individu peut laisser trois types de traces différentes (uniquement dans la catégorie « déplacement ») donc trois noms de traces différents Traces liées à la nutrition : (coprolites = déjections fossilisées) Différent de : Ethologie :

o Dom ichnia = traces liées à l’habitation o Fod ichnia = nourriture o Rep ichnia = déplacements lents (cruziana sont de type rep ichnia)

DATATION DES TERRAINS

I/ principes fondamentaux 1. Historique

Cette discipline est relativement récente et s’est développé en parallèle avec la notion d’Evolution (mais dès le XVème, certaines personnes avaient déjà envisagé le fait qu’il existait des fossiles : Vinci, Palissy, Stenon) Dès le XIXème siècle, en France, d’Orbigny a prouvé qu’il existait autant de couches superposées qu’il existait d’organismes disparus (notion de succession des organismes et couches qui se succèdent) et en GB (Lyell : 1820/ Darwin avec l’Evolution)

2. Fondements Principe d’Identité Paleontologique : un même contenu fossilifère qu’on retrouve à un autre endroit permet d’attribuer le même âge aux deux endroits Principe de continuité : une même couche a le même âge en chacun de ses points (on va donc trouver la meême association de fossiles). C’est paradoxal car une couche est définie par le mur et le toit donc entre le moment où elle commence à se déposer et le moment où elle se termine ne se fait pas en un instant donc pourquoi on trouve les mêmes fossiles sur toute l’epaisseur ? Et bien en fait, l’âge se comprend dans le sens où les fossiles ne changent pas entre le début et la fin de la couches (donc on parle d’âge en fossiles et non d’âge absolu). Principe de superposition : une couche située au dessus d’une autre est plus récente que celle qu’elle surmonte (et vice versa !). Sauf problèmes tectoniques Principe de recoupement :

II/ appréciation des temps géologiques 1. Notion d’unité lithostratigraphique

Lithologie = ensemble des caractéristiques d’une roche sédimentaire

2. Notion d’unité chronostratigraphique

a) définitions Notion d’Etage : unité de découpement fondamentale correspondant à des subdivisions du temps pendant lesquelles se sont déposées un certain volume de sédiments C’est un ensemble de strates déposées dans le monde pendant un intervalle de temps donné C’est d’Orbigny qui a fait l’inventaire

b) hiérarchie des UCs (Eons) >(Erathèmes) >systèmes >(séries) >Etage > sous-étage (50Ma) (3Ma) (jurassique) UCs fondamental Bajocien Bajocianum bayeux Bretagne : Brioverien (défini par Barrois en 1889) Le brioverien correspond au Protérozoique (pré cambrien). Cet étage est beaucoup utilisé en Europe occidentale ( de 1Ga à 0,6Ga) Les étages se choisissent en fonction de la qualité des couches que l’on va observer (Bayeux : coupe de référence)

c) notion de stratotype ils correspondent aux séries concrètes sur lesquels on va s’appuyer pour définir les étages. La série matérielle caractéristique du Bajocien se trouve à quelques km de Bayeux

Cette série est sensée être visible. Il faut avoir une bonne définition géologique du contenu (avoir des couches de roches visibles et variées, représentatives des types de milieu marins possibles ; les séries doivent être riches en fossiles ; il faut que la limite de l’étage et la limite supérieure soient visibles) Tous ces critères sont difficiles à réunir à l’heure actuelle. Remarques : Avec le temps qui passe, les stratotypes tels qu’ils ont été fabriqués par les auteurs qui les ont inventé ont eu tendance à disparaitre avec le temps d’où l’idée de redéfinir un stratotype en s’éloignant un peu du site initial.

Holostratotype : stratotype conforme du point de vue des observations actuelles et du point de vue du moment auquel il a été inventé, à la définition d’origine (ils n’existent presque plus)

Parastratotype : stratotype supplémentaire qui est défini par le même auteur que l’holostratotype quand il constate que son holostratotype n’est pas suffisant

Ces deux définitions sont anciennes. Dans certains cas, on définit des stratotypes sans donner de localisation précise (de profil). Quand l’auteur n’a pas donné de profil, quelqu’un d’autre va caractériser un stratotype nouveau qui correspond à celui que l’auteur initial a oublié de définir : c’est un Lectostratotype (nouvel auteur qui définiti un stratotype mal définis initialement).

Néostratotype : quand le stratotype initial a disparu

Hypostratotype : défini à posteriori par un autre auteur (par rapport au stratotype initial) pour compléter le stratotype initial (l’holostratotype)

3. Notion d’unité géochronologique C’est un intervale de temps donné entre deux valeurs numériques. Bajocien correspond à la fois à l’unité chronostratigraphique (étage) et l’unité géochronologique (âge) Tous les fossiles que l’on trouve dans l’étage bajocien ont un âge bajocien.

UCS UGC Eonothèmes Eons Erathème ères Système période Séries époques Etage age

4. Notion d’unité biostratigraphique Elles sont basées uniquement sur les organismes. Fondamentalement, les unités biostrati. Sont conçues comme des unités de rang inférieur aux étages. Les unités biostrati. Sont constitués comme des unités à l’intérieur d’un étage. Elle se définit par son contenu paléobiologique indépendamment de la lithostratigraphie. L’unité de base est la biozone (ou zone). Donc les étages sont subdivisés en biozones. Pour un étage comme le bajocien, on va distinguer entre 8 et 9 biozones zuperposées. Ces unités sont donc très précises temporellement. La biozone comprend des sous unités : Biozone > Sous-zones > Biohorizons (ou Horizons) La biozone correspond à un ensemble de couches (ou une couche) dont la base et le sommet sont caractérisés par l’extension d’un taxon (espèce caractéristique) (biozone = temps qui s’écoule entre le moment où une espèce apparait et où elle disparait. Le moment d’apparition est le FAD= First apparition Datum et le moment de disparition est le LAD= Last Apparition Datum). Les biozones sont censées avoir une définition générale (être reconnu par tous) mais ce n’est pas le cas car c’est rare qu’une espèce ait une distribution mondiale. Nomenclature : Biozone à Sapiens (ou Zone à Sapiens) le nom de Genre n’est pas utilisé syntaxe la plus répandue (utilisée pour le post paléozoique) Biozone à Homo sapiens (type de syntaxe utilisée pour le Paléozoique) L’espèce qui sert de marqueur pour la biozone doit être bien connue (on doit connaitre sa FAD et sa LAD) L’extension stratigraphique doit être la plus courte possible (il faut des espèces à très court « Range » : une durée de vie la plus courte possible 1Ma ou 0,5Ma) Ces espèces doivent également être faciles à identifier et faciles à trouver (abondantes) Elles doivent être associées à l’extension géographique la plus vaste possible (l’espèce ne doit pas être trouvée qu’à un seul endroit dans le monde, sa distribution doit petre relativement indépendante de l’environnement : ex : les Foraminifères planctoniques qui vivent à la surface des océans et se disséminent très facilement dans le monde. En général, on utilise des organismes planctoniques et pélagiques. Dans le milieu terrestre, on utilise plutôt les pollens et les spores) Les durées des biozones (0,5Ma 1Ma) sont dépendantes de la durée de vie d’une espèce = mondiale Une Sous zone : 0,2Ma 0,5Ma = bassin (<1000km) Un Biohorizon : 100 000ans = local, région (10-100km) Les Sous zone se définissent par la disparition et l’apparition d’autres espèces à l’intérieur d’une Biozone

On n’utilise pas les animaux benthiques pour dater (bivalves, trastérapodes). Par contre quand on n’a aucun fossiles durant une époque, on essaie de les utiliser quand même

Milieu terrestre : eau douce + aérien Dans le paléozoique, on utilise les fougères. Durant le phanérozoique, on utilise les spores et les pollens : L’identification de ces organismes est très difficile. Les characées et les Diatomées (algues vertes dont les organes reproducteurs ou les coques siliceuses se fossilisent) existent à partir du Crétacé Pour le Cénozoique, on utilise les mammifères (les dents se fossilisent très bien). Les rongeurs fournissent énormément de restes

Milieu marin : Durant le paléozoique, on utilise les Conodontes (micropaléontologie : ressemble un peu à des dents : structure impliquée dans la nutrition chez un animal d’une dizaine de cm). On les utilise pour dater le Devonien mais on a trouvé l’animal pour la première fois en 2002 alors qu’on utilise les conodontes depuis le 19ème siècle. On utilise également d’autres micro, les Chitinozoaires pour dater l’Ordovicien Le groupe phare du paléozoique et du post paléozoique sont les foraminifères : ce sont des micro organismes unicellulaires. On en trouve des benthiques (Nummulites 8cm) et des pélagiques Pour le paléozoique : fusulines Pour le Mésozoique (Crétacé) : Orbitolines Pour le Cénozoique : Nummulites

Les Globigérines font le lien entre le paléozoique et l’actuel ( <mm). Les macro organismes sont également utilisés pour la datation comme les Brachiopodes (Paléozoique et Mésozoique) Paléozoique : trilobites Mésozoique : ammonites Les trilobites sont des arthropodes. Ce sont des animaux benthiques. Le trilobite est divisé en trois parties

Problèmes majeurs lors de la fossilisation : les trilobites sont segmentés donc, se séparent. L’autre groupe phare (mésozoique jurassique, crétacé) est l’ammonite : ce sont des céphalopodes pélagiques. La coquille présente beaucoup d’analogies avec les nautiles actuels. Le fait qu’ils soient pélagiques facilite leur dissémination géographique importante Les différentes espèces d’ammonites ne vivent pas longtemps (100 000 / 200 000 ans) donc ce sont des outils privilégiés de datation. Elles possèdent une coquille externe, planispiralée et cloisonnée.

100 000 espèces d’ammonites L’histoire des ammonites commence au Devonien (- 390Ma) et se termine à la fin du Crétacé (-65Ma). C’est un groupe qui a été très affecté par de grandes crises. On va étudier trois groupes (du plus ancien au plus récent) :

Les Goniatites (Devonien)

Les Cératites (Trias)

Les Ammonites (Crétacé) La suture d’une ammonite est sa cloison externe : elle nous permettra d’identifier à quelle espèce d’ammonite on a affaire.