2011-2012 REPUBLIQUE DE COTE D’IVOIRE Union-Discipline-Travail
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
GEOLOGIE HISTORIQUE 1er année de BTS des Grandes Ecoles de Géologie, Mines, pétrole et environnement Enseignant : Dr KOFFI Yao Blaise (Maître-Assistant à l’Université de Cocody, UFR STRM, 07 27 17 13)
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TABLES DES MATIERES
TABLES TABL ES DES DES MATIER MATIERES ES............ ......................... ......................... ......................... ......................... ........................ .............................. ..................2 Objectif du cours cours............ ....................... ....................... ........................ ....................... ....................... ........................ ................... ............ .......... ....... .. 3 APERÇU SUR LES SCIENCES DE LA TERRE ET DE LA GEOLOGIE.... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... 3 Sciences de la terre........... ....................... ....................... ....................... ........................ .................. ........... .......... .......... .......... .......... ......... .... 3 Géologie, définition et intérêt int érêt............ ....................... ....................... ........................ ....................... ....................... ................... ......... ..3 DEFINITION ET DOMAINE DE LA GEOLOGIE HISTORIQUE............ ....................... ....................... ................... ....... 4 NOTION DE PALEONTOLOGIE.......... ...................... ........................ ....................... ....................... ........................ ....................... .............. ... 5 Objectif de la paléontologie............ ........................ ....................... ....................... ........................ ....................... ..................... ............ ..5 Fossiles et fossilisation............ ........................ ....................... ....................... ........................ ....................... ..................... ............... ......... .... 7 Définition et typologie des fossiles........... ...................... ....................... ........................ ....................... ................ .......... .......7 Fossilisation.......... ...................... ........................ ....................... ....................... ........................ ....................... ................. ........... .......... .......... .......7 NOTION DE STRATIGRAPHIE STRATIGRAPHIE........... ...................... ....................... ........................ ....................... ................. ........... .......... .......... ......... .... 21 ETUDE DE QUELQUES MACROFOSSILES MACROFOSSILES........... ....................... ..................... .............. .......... .......... .......... .......... .......... ....... ..25 Embranchementt des mollusques........... Embranchemen ....................... ....................... ................. .......... ......... .......... .......... .......... .......... ....... .. 26 Les bivalves............ ....................... ....................... ........................ ....................... ....................... ........................ ................. .......... .......... ........ ... 26 Les gastéropodes............ ........................ ....................... ....................... ........................ ....................... ....................... .................. .......... .... 27 Les céphalopodes céphalopodes........... ....................... ........................ ....................... ....................... ................... ............ .......... .......... .......... .......... .......35 Embranchementt des Arthropodes............ Embranchemen ....................... ....................... ........................ ................. .......... .......... .......... ....... .. 37 Embranchementt des Brachiopodes.......... Embranchemen ...................... ........................ ....................... ................. ........... .......... .......... ....... .. 39 Embranchementt des Echinodermes Embranchemen Echi nodermes........... ....................... ........................ ..................... .............. .......... .......... .......... ....... .. 41 QUELQUES REFERENCE BIBLIOGRAPHIQ BIBLIOGRAPHIQUES UES............ ....................... ....................... ........................ ...................... ............43
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Objectif du cours
Ce cours de géologie historique dispensé au classe BTS des grandes écoles vise à communiquer la notion du temps géologique, à montrer comment on peut diviser ce temps en intervalles à partir d'obse d'observation rvationss faites faites sur les les matériau matériauxx de la croûte terrestre terrestre et surtout, surtout, à partir des des diverse diversess form formes es de vie vie succ succes essiv sives es retro retrouv uvée éess dans dans ces ces reliq relique ues. s. Grâc Grâcee à cette cette étud étudee on pour pourra ra reconstituer les grands traits de l'histoire géologique de la planète Terre, en tenant compte de la dérive continentale, et ce, tant du point de vue physique que biologique.
APERÇU SUR LES SCIENCES DE LA TERRE ET DE LA GEOLOGIE Sciences de la terre
Les sciences de la Terre regroupent les sciences dont l'objet est l'étude de la Terre (lithosphère, lithosphère, hydrosphère et atmosphère) atmosphère) et de son environnement spatial ; en tant que planète. planète. Les domaines de sciences de la terre sont : les sciences géologiques (la géologie, géologie, la géologie structurale ou tectonique, tectonique, la paléontologie étudie les fossiles, la stratigraphie, stratigraphie, la sédimentologie, sédimentologie, la pétro la pétrologie logie ou la pétrographie pétrographie,, la minéralogie, la cristallographie, cristallographie, la géomorphologie, géomorphologie, l'hydrogéologie, la karstologie, karstologie, la spéléologie, la limnologie, limnologie, la pédologie pédologie,, la volcanologie, volcanologie, la géochimie, géochimie, géochronologie, géochronologie, etc. etc. ), les sciences sciences géodé géodésiqu siques es et géoph géophysi ysique quess ( sismologie, sismologie, volcanologie géodésie, géodésie, les sciences météorologiques et les sciences du vivant. Géologie, Géologie, définition et intérêt La Géologie (de geo= terre et logos=discours) est la science de l’observation qui traite de la
constitution physique du globe terrestre. Elle en étudie les différentes couches, examine les changements qui s'y sont produits et cherche les causes qui ont pu agir. Il s’agit d’une science pluridisciplin pluridisciplinaire aire (Fig. 1) avec plusieurs intérêts qui sont entre autres : la connaissance des temps passés (paléo-climat), la connaissance de l’histoire de la terre, la prévision du devenir de la terre, la découverte et l’exploitation des richesses de la terre, etc.
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Figure 1: Diversité des sciences de la Terre Terre et relations avec d'autres d'autres disciplines.
DEFINITION ET DOMAINE DE LA GEOLOGIE HISTORIQUE
La géol géolog ogie ie histo historiq rique ue,, parti partiee intég intégra rante nte des des scie scienc nces es géol géolog ogiqu iques es,, est est une une disci discipl pline ine scientifique basée sur la stratigraphie et la Paléogéographie. Elle utilise la Géodynamique, la Géologie structurale, la Paléontologie et la Sédimentologie. La géologie historique permet de : •
Recon Reconstit stituer uer à chaque chaque période période ou tranche tranche de temps temps du pay paysag sagee géolog géologiqu ique, e, des des manifestations géodynamiques et de la population animale et végétale ;
•
Retrac Retracer er les différen différentes tes évolut évolution ionss paléo paléogéo géogra graphiq phiques ues : paléo paléocou courant rantolo ologiq gique, ue, paléoocé paléoocéanogr anographiqu aphique, e, paléoclima paléoclimatique tique et et paléoécol paléoécologique ogique..
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NOTION DE PALEONTOLOGIE Objectif de la paléontologie
La palé paléont ontol olog ogie ie est est une bran branch chee des des scie scienc nces es de la terre terre et dériv dérivee des des mots mots grec grecss : palaios=ancien palaios=ancie n ; ontos=être ontos=êtr e ; et logos=étude ou discours .
C’est une science qui a pour objectif l’étude des organismes (faune et flore) des temps, anciens et disparus, essentiellement connus par les restes fossiles (reliques) ou les traces de leurs diffé différe rente ntess activ activité itéss (trac (traces es de pas, pas, piste pistes, s, terri terrien ens, s, etc. etc.)) laiss laissés és dans dans les les forma formatio tions ns sédimentaires (sédiments) ( Figures 1 et 2 ).
Figure 2
: Trace d’organismes d’organismes anciens (Trilobite) dans une formation formation sédimentaire sédimentaire
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Figure 3
: Squelette d’organisme animal
On note ote la palé paléoontol ntolog ogie ie végétale tale ( paléonbotanique) et la palé paléon onto tolo loggie anim animal alee (paléozoologie). Depuis De puis plusie plusieurs urs décen décennie nies, s, compte compte tenu tenu de l’abon l’abonda dance nce des informa informatio tions ns qu’engl qu’englobe obe la paléontolo paléontologie, gie, elle elle s’est s’est spécialisée spécialisée et on peut avoir les les sous disciplines disciplines suivan suivants ts : 6
•
La paléo-écologie : qui est l’étude des organismes anciens en relation avec leur milieu de vie. Elle prend en compte uniquement les fossiles ou reliques restés sur place ;
•
La micro-paléontalogie qui qui étud étudie ie les les micr micros os orga organi nism smees et qui qui se divis ivisee en micropaléontologie (étudie les foraminifères, les ostracodes) et en palynologie (étudie les spores, les pollens et les dinoflagellés. On l’utilise pour la reconnaissance des paléoclima paléoclimats ts des des périodes périodes plus plus récentes). récentes).
Fossiles et fossilisation Définition et typologie des fossiles
Les fossiles sont les restes des organismes vivants que l’on retrouve enfoui dans les roches. Quel qu’il soit, la fossilisation commence dès la mort. Selon le critère utilisé pour catégoriser les fossiles, on peut distinguer plusieurs classes. En considérant la taille des fossiles on a la nomenclature suivante : •
les macrofossiles
•
les microfossiles
•
les nanofossiles
Mais en tenant compte de l’environnement de dépôt et également de leur extension verticale et de leur répartition géographique on note : •
Les fossiles de faciès ;
•
Les fossiles repères (fossiles stratigraphiques=fossile de niveau=index fossil).
Fossilisation Nature des sédiments
Les sédiments peu perméables propices à la conservation sont : les Argiles et les Marnes. A la différence, les sables, les graviers et les conglomérats qui sont des sédiments perméables sont peu propice propicess à la conservation conservation
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Figure 4
: Aperçu de quelques matériaux (craie, grès et roches argileuse)
Il faut noter que le milieu marin est plus favorable que le milieu continental dans le processus de fossilisation. Le bois peut également conserver à l'état fossile tous les détails de sa structure. Enfin, un sol gelé peut parfaitement conserver des organismes vivants. Les mammouths fossiles de Sibérie en sont un exemple très connu. Exemple de fossilisation d’un trilobite
a. Un trilobite trilobite se déplaç déplaçait ait sur le fond fond marin marin pendant pendant l'ère primaire primaire
Figure 5 : b. Le trilobite meurt; meurt; les parties parties molles molles de son corps se décompos décomposent; ent; la carapace carapace conservée conservée est progressive progressivement ment recouv recouverte erte par par les sédime sédiments nts (vase, (vase, sable sable ...) ...) 8
Figure 6 : c. La hauteur hauteur des dépôts, dépôts, qui peut atteindre atteindre plusie plusieurs urs centaine centainess de mètres, mètres, exerc exercee une pressi pression on qui transforme les sédiments en roche (exemples: la vase se transforme en schiste, le sable se transforme en grès). Les mouvements géologiques interviennent également dans le processus de formation de la roche (température, pression, déformations ...). C'est pendant cette phase de formation de la roche que le trilobite se fossilise.
Figure 7 : d. Si les mouve mouveme ments nts géolog géologiqu iques es sont sont suffisa suffisamm mment ent importa importants nts,, les fonds fonds marins marins peu peuven ventt se
soulever jusqu'à émerger complètement et former un massif montagneux (exemple: la formation du
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massif armoricain, il y a 240 millions d'années).
Figure 8
e. L'érosion L'érosion (due (due à la pluie, pluie, le vent, vent, le gel gel ...) décompo décompose se progress progressiveme ivement nt la roche. roche.
Figure 9 f. Et dans dans les strates strates sédiment sédimentaires, aires, on on fini par trouver trouver des fossiles fossiles (exemp (exemple: le: un trilobite). trilobite).
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Figure 10 Types de fossilisation
Pour
un
trilobite,
on
identifie
généralement
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grands
types
de
fossilisation.
Processus 1 : Le premier type est une fossilisation où la carapace d'origine du trilobite est totalement dissoute
pendant pendant le processus processus de formation de la roche. Le fossile fossile est alors constitué constitué d'un moule interne interne et d'un moule externe (c'est le cas de la majorité des trilobites ordoviciens de Bretagne). Les quelques illustrations ci-dessous permettent permettent d'expliqu d'expliquer er ce type de fossilisat fossilisation. ion.
Figure 11 : Carapace de trilobite enfouie dans le substrat vaseux avant le processus de formation de la roche.
La carapace se dissout progressivement et un interstice apparaît. L'interstice est un espace qui correspond à 11
l'épaisseur de la carapace d'origine du trilobite.
Figure 12 : Dissolution progressive et apparition d’interstice Lorsque l'on clive la roche, les moules interne et externe du trilobite se séparent, généralement sans grande difficulté. Le moule interne correspond à la partie convexe du trilobite. Le moule externe correspond à la partie conca concave. ve.
Figure 13 : Moule externe et moule interne de trilobite
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Figure 14 : Exemple de trilobite ordovicien avec moules interne et externe ( Calymène)
Processus 2 : Le deuxième type de fossilisation permet de conserver la carapace d'origine du trilobite. En fait,
pendant pendant le processus processus de formation formation de la roche, roche, la carapace carapace est minéralisée minéralisée par des échanges échanges chimiques chimiques complexes (c'est le cas des trilobites dévoniens du Maroc). La carapace, alors appelée "test", est une copie conforme de la carapace d'origine. Généralement, le test permet d'observer des détails très fins comme la granulation, les facettes visuelles.
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Figure 15 : Exemple de trilobite dévonien avec carapace ( Proetus)
Les deux types de fossilisations sont dus à des différences dans la composition chimique de la roche. En général, les trilobites que l'on trouve dans les schistes sont des moules internes et externes. Les trilobites que l'on trouve dans les grès conservent leur carapace (test) sous forme minérale. Pour les trilobites qui n'ont plus de test, les collectionneurs ont tendance à ne conserver que les moules internes, car c'est la partie la plus esthétique. Or, il faut aussi conserver les moules externes, car ils permettent, par moulage inverse, de reconstituer la carapace d'origine avec des détails invisibles sur le moule interne. Processus de fossilisation Processus nécrotiques
Les processus nécrotiques regroupent les causes de la mort des organismes que sont : l’âge, l’asphixie, la famine, le manque d’eau, le manque de lumière, les changements drastiques de températures et de pression, l’empoisonnement, les parasites, les maladies, les blessures, la prédation, prédation, etc. etc. Il faut faut noter noter que ces ces causes causes sont rareme rarement nt visibles visibles sur sur les fossiles fossiles..
Biostratinomie
La biostratimonie est l’histoire de l’organisme depuis le moment de sa mort jusqu’à son enfouissement final. L’état dans lequel les fossiles sont conservés conservés est variable selon les cas :
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-
La conservation des substances organiques (protéines+hydrates de carbones) est difficile sauf dans quelques cas exceptionnel (le gel des mammouths de Sibérie et de l’Alaska, dessiccation des vraies momies sous des climats extrêmement arides, etc.) ;
-
Mais, il existe existe des des substa substances nces organique organiquess chimique chimiquement ment inertes inertes et donc donc fort fort stables stables dont dont la chitine, la pseudochilite, la sporopollenine, la cellulose et la liguine) ;
-
Les Les parties parties dures dures générale généraleme ment nt minéralis minéralisée éess sont mieux mieux conser conservée véess et jouent jouent un rôle paléiontolo paléiontologique giquement ment très important. important. On peut reconnaître reconnaître : le carbonate carbonate de calcium calcium (calcite et argonite) se rencontre chez les coquilles et tests d’invertébrés ; le phosphate de calcium (caractérise le squelette des vertébrés) ; la silice (sous forme d’opale=silice amorphe hydratée) est plus fréquente chez les radiolaires, les diatomés, les spongiaires) ;
-
l’enfouissement des fossiles doit être rapide et dans des sédiments de préférences à grains fins mettant l’organisme à l’abri de l’air et des organismes nécrophages ainsi que de l’abrasion par des vagues ou par transport ;
-
l’abo l’abond ndan ance ce et la taille taille des organ organis isme mess sont sont aussi aussi des des facte facteurs urs impor importa tants nts pour pour une une meilleure conservation (en effet, dans les prélèvements de forages par exemple, les organismes de petites tailles sont les mieux conservés car ils ne sont pas broyés par le matériel de forages et ils sont généralement très abondants quand ils existent.
Pour une meilleure interprétation paléogéographique, ces fossiles doivent être rencontrés in situ en non remaniés (repris et déposés dans d’autres milieux que l’endroit où ils ont été fossilisés). Processus diagénétique
Le processus diagénétique de la fossilisation concerne les changements structuraux plus ou moins importants qui interviennent après l’enfouissement des parties conservées. On peut distinguer : -
La perméabilisation perméabilisation : La disparition de la trame protidique associées à la partie
minérale provoque parfois une perméabilisation plus ou moins prononcée des parties dures de ces fossiles (exceptés les formes possédant des tests déjà perforés comme certaines foraminifères) ;
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-
L’épigénisation L’épigénisation ou pseudomorphose pseudomorphose : qui est lié au remplac remplaceme ement nt (progre (progressi ssive, ve,
molécule molécule par molécule) molécule) de la substance substance originelle originelle par une substance substance différente, différente, tout en conservant la morphologie.
De nombre nombreuse usess substa substance ncess con constit stitue uent nt de ce fait, fait, des substa substance ncess de rempla remplace cemen mentt et normalement, la silice en est la plus fréquente (on parle de silicification) ; le sulfure de fer ou pyrite (on parle de pyritisation) ; l’oxyde de fer (on parle de ferruginisation) ; etc. -
La minéralisati minérali sation on : Dans ce cas, les organismes subissent l’action des eaux riches en
sels minéraux dissous qui y circulent. On peut assister à deux actions différentes : • •
les parties molles de l’animal sont remplacées par la substance minérale ; les parties dures peuvent être transformées.
Figure 16 : Mollusque transformé en calcédoine L’intérieur de l’animal est donc transformé en roche ou on se retrouve avec un moule interne du vivant.
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Figure 17 : Aperçu de Corail silicifié. La deuxième action est une véritable substitution cristallochimique. Les résultats sont souvent extraordinaires. On a pu découvrir ainsi des forêts entières parfaitement conservées. Les arbres ont été transformés par la silice en blocs d’opale ou de calcédoine. On les retrouve dans leur position position originelle originelle avec avec leurs leurs racines. racines. -
La carbonifi carbo nificati cation on : La carbonification est un processus de fossilisation qui intéresse
en particulier les végétaux. Elle est à l’origine des gisements de charbon. La plupart remontent au Carbonifère (340 millions d’années minimum). A cette époque, les pays actuels comme la Chine, l’Inde, l’Australie, l’Afrique, l’Amérique du Nord et une partie de l’Europe, étaient recouverts d’immenses forêts et de zones marécageuses. Ce sont les restes de ces forêts et marécages qui ont constitué la base des gisements de charbon.
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Figure 18 : Aspect des rameaux de Mariopteris du Carbonifère NB : Comment Comment ces plantes plantes se sont-elles sont-elles transformées transformées en charbon charbon ? Ce sont les bactéries bactéries anaérobies qui attaquent la cellulose des végétaux. Il y a diminution de l’oxygène et de l’azote au profit du carbone. Plus le temps écoulé est important, plus le pourcentage de carbone est élevé. Les différents charbons sont classés selon leur teneur en carbone et donc leur âge. -
L’incrus L’in crustati tation on : L’inscrustation se limite aux organismes assez récents. Ce processus
est en relation avec la présence d’eaux riches en carbonate de calcium. Les restes organiques sont recouverts d’une pellicule minérale. Il ne reste à la fin du processus de fossilisation qu’une fine empreinte. Par exemple : empreintes de feuilles, de tiges ;
-
L’Amb L’Ambre re : Ce processus a permis de retrouver des Invertébrés ou des Vertébrés dans un
état de conservation parfaite. Dans ce processus, l’inclusion de petits animaux s’est produite produite dans dans la résine résine de conifères conifères qui qui s’est s’est trouvée trouvée fossilisée, fossilisée, qu’on qu’on appelle appelle ambre. ambre.
-
La momificati momifi cation on : Ce processus est très rare et permet la conservation complète des
organismes. On a ainsi retrouvé deux Anatosaurus du Crétacé supérieur ;
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-
La recrista recristallisa llisation tion : c’e c’est la tran transf sfor orma mati tion on d’un d’unee form formee inst instab able le ‘exe ‘exemp mple le :
l’arag l’aragonit onite) e) d’un d’un minéra minérall en une dorme dorme plus plus stable stable (exemp (exemple le : carbon carbonate ate de fer : CaCO3) sans toutefois changer le chimisme du fossile ; par contre la morphologie peut être affectée.
-
La compaction : elle affecte les coquilles qui subiront d’importantes modifications
morphologiques.
Relation sédiment-fossile
Dans beaucoup de cas, le sédiment et le fossile sont contemporains. Cependant, si le fossile a été transporté après sa mort, le sédiment peut être plus jeune ou plus ancien. C’est l’étude de la relation sédiment-fossile qui permet d’obtenir des indications sur le milieu de vie de cet organisme.
Figure 19 : Crustacé de l'Eocène. Gisement de Monte Bolca (Italie) La sédimentation a débuté avec l’histoire de la Terre. Les sédiments se sont déposés au fil du temps. C’est donc tout notre passé qui s’y trouve enfermé. Les géologues ont donné le nom de « séries stratigraphiques » aux successions de ces couches. Les associations de la faune et de la
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flore dans ces séries stratigraphiques permettent de les classer en périodes distinctes. Le chapitre suivant sera entièrement dédié à la stratigraphie.
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NOTION DE STRATIGRAPHIE
1.1.Définition et nomenclatures nomenclatures
Etymologiquement = description des couches de terrain qui constituent l’écorce terrestre. Du latin : Stratum (=couverture) et de graphein (=écrire), le terme stratigraphie est une science qui étudie donc la succession des dépôts sédimentaires (grès, calcaires, marnes, sables, argiles, etc.), généralement arrangés en couches (=strates)
Elle a pour objectif de donner une explication de l’organisation et de l’agencement des divers éléments de l’écorce terrestre. La stratigraphie étudie la succession des dépôts sédimentaires (grès, calcaires, marnes, sales, argiles, etc.) généralement arrangés en couches ou strates. On distingue trois (3) branches principales de la stratigraphie : -
la lith lithoostra strati tiggraph raphie ie ;
-
la bio biosstrati ratiggraph raphie ie ;
-
la chro chrono nost stra rati tiggraph raphie ie
1.1. 1.1.1. 1. la litho lithost stra rati tigr grap aphi hiee
Elle est basée sur la nature des terrains indépendamment du contenu en fossile (exemple : corrélation litho stratigraphiques des niveaux de sables bitumineux de la région d’Adiaké). La litho stratigraphie comporte quatre (4) subdivisions croissantes : strate, membre, formation et groupe.
1.1. 1.1.2. 2. la bio biost stra rati tigr grap aphi hiee
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La biostratigraphie est basée sur le contenu en fossiles de chaque unité lithologique considérée (exemple : les divers niveaux de glauconites de la falaise de Fresco comporte une variété de fossiles (nautiles, bivalves, échinodermes et foraminifères) qui permettent de les dater du paléocène paléocène.. Elle se décompos décomposee en plusieurs plusieurs subdivisions subdivisions égalemen égalementt croissantes croissantes (biozone, (biozone, céno cénozo zone ne,, acmé acmé). ). Du fait fait de la spéc spécia iali lisa sati tion on,, on renc rencon ontr tree parf parfoi oiss les les term termees de palynostra palynostratigraphie tigraphie qui est est basée basée sur sur les spores spores et les pollens pollens..
1.1.3. 1.1.3. la chron chronost ostrat ratigr igraph aphie ie
Elle Elle est est basée basée sur de nombre nombreuse usess méthod méthodes es (le plus plus souve souvent nt la géoch géochron ronolo ologie gie)) en vue d’organiser les séquences sédimentaires en unités chronostratigraphiques, dont les plus utilisées à l’échelle mondiale sont : -
l’éta l’étage ge (âge (âge géoc géochro hronol nolog ogiq ique ue moyen moyen 5 à 6 mill million ionss d’anné d’années es). ). Le nom nom de l’éta l’étage ge correspond en principe à l’endroit où il a été décrit pour la première fois : exemple : l »Aquitanien (Aquitaine au Sud ouest de la France). L’étage est l’unité de base de la stratigraphie permettant d’établir des corrélations à grande distance :
-
la série série (formé (forméee de plusi plusieur eurss étage étage pendan pendantt une époq époque ue donné données es ;
-
le systè système me (regro (regroupe upe plusi plusieu eurs rs séries séries accum accumulé ulées es duran durantt une périod période). e).
Une échelle stratigraphique ( Figure Figure 20) a été établie et périodiquement remise à jour en fonction des nouvelles découvertes. De nombreuses divisions ont été récemment distinguées à partir de nouvelles nouvelles spécialités spécialités ou disciplines disciplines géologique géologiquess diverses diverses : sismostratig sismostratigraphie raphie,, magnétostratigraphie, etc.
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Figure 20 : Illustration Illust ration d’une échelle stratigraphique
1.2.
Principes de la stratigraphie stratigraphie
Trois principes fondamentaux soutiennent la stratigraphie : les principes de superposition, de continuité latérale et d’identité paléontologique.
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Principe de superposition : en l'absence d'évènement tectonique, une couche sédimentaire est
plus récente récente que celle qu'elle recouvre recouvre et plus ancienne ancienne que celle qui la recouvre recouvre [Avicenna [Avicenna (Perse (Perse:: Ibn Sina), Sina), 1027, 1027, reformu reformulé lé par Nicola Nicolass Steno Steno (Danem (Danemark ark:: Niels Niels Stense Stensen), n), 166 1669]. 9]. principe d'horizontalité d'horizontalité : dans la plupart des cas, les couches sédimentaires se déposent
horizontalement [Nicolas Steno (Danemark: Niels Stensen), 1669] ; une couche qui n'est pas en position position horizontale horizontale a probable probablement ment subi subi des des déformatio déformations ns postérie postérieures ures à son son dépôt. dépôt. Principe de continuité latérale : une couche est du même âge sur toute son étendue [Nicolas
Steno (Danemark: Niels Stensen), 1669]. Discordance tectonique [James Hutton (Écosse), ~1788]. Principe d'uniformitarisme d'uniformitarisme : les structures géologiques passées ont été formées par des phénomènes (sédimentaires, tectoniques ou autres) toujours visibles de nos jours [Avicenna (Perse: Ibn Sina), 1027, reformulé par James Hutton (Écosse), 1794]. Principe des successions des "faunes" (et des "flores") [William Smith (Angleterre), 1799] Principe d'identité paléontologique : Deux couches ayant le même contenu fossilifère sont
cons consid idér érée éess comm commee ayan ayantt le même même âge. âge. Ce princ principe ipe se base base sur sur l'exis l'existe tenc ncee de foss fossile iless stratigraphiques. Il permet de corréler des séries sédimentaires de régions éloignées [William Smith (Angleterre),~1799]. Principe de recoupement : les couches sédimentaires sont plus anciennes que les failles ou les roches qui les recoupent [Charles Lyell (Écosse), ~1830]. Principe d'inclusion : des blocs de roche inclus dans une autre couche sont plus anciens que
cette dernière [Charles Lyell (Écosse), ~1830]. Walther's Law [Johannes Walther (Allemagne), 1894] : illustration au verso ! Remarque : Attention, il y a bien évidemment des contreexemples ! TP N°2 Planète Terre (référence : cours de Bruno Granier)
ETUDE DE QUELQUES MACROFOSSILES
La géologie historique s’appuie sur de nombreux organismes ou reliques d’organismes issus de plusieurs plusieurs embranchem embranchements ents comme comme ceux des Mollusque Mollusques, s, des Arthropodes Arthropodes et des Echinoderme Echinodermess qui seront brièvement étudiés dans ce cours.
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Embranchement des mollusques
Les Les Moll Mollus usqu ques es prése présente ntent nt une une gran grande de dive diversi rsité té de forme formess bâtie bâtiess sur sur un même même plan plan d’organisation fondamental. Le corps généralement massif est caractérisé par la présence d’un manteau, d’une cavité palléale , d’un pied (pouvant être secondairement absent, comme chez l’huître). Ils se distinguent des Annélides et des Arthropodes par l’ absence de segmentation . Le coelome est réduit chez l’adulte. On rencontre chez les mollusques : la classe des bivalves, la classe des gastéropodes et la classe des céphalopodes. Les bivalves
Morphologie Morphologie de la coquille des bivalves
Les deux valves dans le cas général sont identiques : on parle alors de coquille équivalente. Mais dans certains cas, le plus souvent, les deux valves sont bien différencie à cause du mode de vie de la bivalve : on parle de coquille inéquivalve.
Figure 21 : Aperçu de quelques coquilles de bivalves Observation Observation de la face externe (voir les séances de TD et TP du cours entier) Orientation Orientation de la coquille (voir les séances de TD et TP du d u cours entier) Orientation Orientation de la face interne (voir les séances de TD et TP du cours entier) Répartition Répartition stratigraphique stratigraphique des bivalves
Les premier bivalves sont paléozoïques et datent du Cambrien. Ces organismes vivants n’ont réellement commencé à se développer qu’à partir du secondaire. Ce groupe d’organisme vivants 26
fut en plein essor depuis le Tertiaire. Ils sont de bons fossiles de faciès et assez rarement de bons fossiles fossiles stratigraphiqu stratigraphiques. es.
Les gastéropodes
Les gastéropodes sont des animaux presque toujours asymétriques, dont le corps est divisé en trois régions distinctes ( Figure 22) :
En avant, la tête, presque toujours munie de tentacules, portant des yeux à leur extrémité ou à leur base ;
Ventralement, un pied élargi en un disque reptateur, ou parfois transformé en organe de natation ;
Dorsalement, une masse viscérale, parfois nue mais très généralement enfermée dans une coquille d'une seule pièce.
Ces mollusques sont unisexués ou hermaphrodites, ovipares ou vivipares. Le développement comprend généralement un stade pendant lequel la larve, pourvue d'une petite coquille spirale operculée et d'un voile cilié, nage librement. C'est la larve trochophore caractéristiqu caractéristiquee des mollusques, mais qui manque chez les gastéropodes terrestres. La plupart de ces animaux vivent dans la mer (comme les patelles patelles,, les buccins buccins), ), et peuvent même être pélagiques ( ptéropodes ptéropodes). ). D'autres sont terrestres, comme les limaces et les escargots, ou habitent les eaux douces, comme les palud les paludines ines et les lymnées. lymnées.
Figure 22: Apreçu de la morphologie des gestéropodes
Morphologie Morphologie de la coquille des gastéropodes
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La coquille des gastéropodes est éminemment variable en forme, grandeur et coloris ( Figures 23 et 24). Il en est dont l'ouverture est fermée par une pièce mobile cornée ou calcaire,
l'opercule, 'opercule, pièce absente chez d'autres. De nombreuses espèces de gastéropodes sont munies d'une coquille extérieure, quelquefois atrophiée chez les espèces qualifiées de limace ou assez grosse pour contenir tout l'animal chez les espèces qualifiées d 'escargot par exemple, lui permettant permettant ainsi ainsi d'échapper d'échapper à leurs prédateur prédateurss et survivre à des conditions conditions d'extrême d'extrême chaleur chaleur ou sécheresse pour les espèces terrestres. Ces coquilles dite univalves présentent des particularité par rapport rapport aux coquilles des autres mollusques. La coquille est sécrétée par un épais pli de peau, peau, appelé appelé le manteau. manteau. Elle est composée principalement de carbonate de calcium. calcium . Les gastéropodes ont donc besoin d'une alimentation riche en calcium. calcium.
Figure 23 : Description de la coquille des gastéropode
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Figure 24: Vue de quelques coquilles de gastéropodes
Observation Observation de la face externe (voir les séances de TD et TP du cours entier) Orientation Orientation de la coquille (voir les séances de TD et TP du d u cours entier) Orientation Orientation de la face interne (voir les séances de TD et TP du cours entier)
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Répartition Répartition stratigraphique stratigraphique
Le nombre des espèces de gastéropodes dépasserait 100 000 et on les rencontre sur tout le globe, et à l'état fossile depuis le cambrien jusqu cambrien jusqu’à ’à nos jours.
Les céphalopodes
Les céphalopodes sont les mollusques les plus élevés en organisation. Ils possèdent tous les organes suivants :
Une tête avec un véritable cerveau,
De gros yeux latéraux ;
Une bouche pourvue d’une mâchoire cornée (bec de perroquet) ;
Un pied très différenciée
Un manteau qui entoure la masse viscérale ;
Une coquille (sauf chez les octopodes) appelé phragmocôme interne ou externe.
La morphologie comme la taille de ces organismes est variable ( Figures 25 et 26). On a de peitite talle (quelques (quelques mm) et de grands (quelques (quelques m). On y rencontre rencontre dans les céphalopo céphalopodes des : les Coleoidées, les Nautiloidés et les Ammonoidés (voir leur description complète dans les TD et TP du cours).
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Figure 25: Morphologie de quelques céphalopodes
Figure 26: Photos de céphalopode rencontré rencontré dans la méditerranée Poulpe et Seiche)
Observation Observation de la face externe (voir les séances de TD et TP du cours entier) Orientation Orientation de la coquille (voir les séances de TD et TP du d u cours entier) Orientation Orientation de la face interne (voir les séances de TD et TP du cours entier) Répartition Répartition stratigraphique stratigraphique
Parmi les céphalopodes, les Belmnites sont d’un grand intérêt pour la datation des terrains jurassique jurassique et crétacé. Les toutes premières premières formes formes sont du carbonifère. carbonifère. Mais le développe développement ment de leur ordre ne commence réellement qu’au Jurassique om elles ont pu être abondantes comme en témoignent les véritables champs de Rostres caractérisant certaines formations marines de cette époque.
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Embranchement des Arthropodes Les arthropodes (Figure 27) sont des animaux caractères par un squelette interne segmenté et
articulé : la carapace/ Elle est de nature chitineuse et parfois imprégné de calcaire.
Figure 27: Vue de quelques arthropodes
Le corps de ces organismes est typiquement divisé en trois (3) parties : la tête, le thorax et l’abdom l’abdomen. en. La tête tête porte porte des appendic appendices es senso sensorie riels ls ou préhen préhensib sibles les le thorax thorax porte les appendices locomoteurs (les pattes). La respiration se fait suivant les cas à l’aide de branchies ou de trachées. On y rencontre cinq (5) classes : 37
Crustacés ;
Chelicerates ;
Trilobitomorphes ;
Hexapodes
Myriapodes
Dans ce cours nous ne ferons cas que des trilobites qui sont des Trilobitomorphes (voir le détail du cours).
Observation Observation de la face externe (voir les séances de TD et TP du cours entier) Orientation Orientation de la coquille (voir les séances de TD et TP du d u cours entier) Orientation Orientation de la face interne (voir les séances de TD et TP du cours entier)
Répartition Répartition stratigraphique stratigraphique
C'est au Cambrien que les trilobites connaissent leur plus grand développement et une grande diversité, bien que les formes restent très "classiques" ( Figure 28). Après une première première crise à la fin de Cambrien, les trilobites de l'Ordovicien montrent une très grande diversification et partent partent à la conquête conquête de nombreux nombreux environn environneme ements. nts. Le passag passagee de l'Ordovicien l'Ordovicien au au Silurien Silurien sera à nouveau difficile. Ils ne retrouveront ensuite plus la variété et diversité antérieure. A la fin du Dévonien, il ne reste plus que deux familles de trilobites. Les derniers d'entre eux disparaissent définitivement à la limite Permien-Trias.
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Figure 28: Répartition stratigraphique des trilobites Embranchement des Brachiopodes
Il est à noter que la division traditionnelle en deux classes Articulata et Inarticulata, n'est plus d'application actuellement. Cette division était le reflet de ressemblances morphologiques entre espèces. On a toutefois remarqué que cette morphologie externe était plus liée à une adaptation foncti fonctionn onnell ellee par rappor rapportt au milieu milieu de vie, vie, qu'à une parent parentéé que quelco lconqu nquee (phén (phénomè omène ne de convergences évolutives). Des nouvelles techniques ont permis de changer cette classification en tenant compte de l'organisation interne des individus, bien plus à l'image de cette parenté. On connait donc actuellement trois subphyla : Linguiformea et Craniiformea qui rassemblent les anciens inarticulés. Les Rhynchonelliformea quant à eux sont l'équivalent des anciens articulés.
Description Description de la coquille des Brachiopodes
La coquille est constituée de deux valves de tailles inégales dont l’une est dorsale (brachiale) et l’autre ventrale (ou pédonculaire). Chez les bivalves, les valves sont droites et gauche. Cette coquille est constituée de chitine et de carbonate de calcium ou de phosphate de calcium. Elle est secrétée par une extension de la paroi corporelle, le manteau (qui n’est pas homologue au manteau des mollusques). On y distingue un pédoncule sortant de la valve ventrale fixe l’animal au substrat (il existe quelques espèces sans pédoncules). Le tube digestif de ces organismes est en U (comme chez tous les lophophorates) et il débouche sur un anus chez les inarticulés alors qu’il est aveugle chez les articulés. Leur corps, qui comprend à l’arrière la masse viscérale et à l’avant le lophophore (chez les brachiopodes il est constitués de deux bras hélicoïdaux munis de
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cils, entourant la bouche et servant à apporter les aliments à cette dernière), est fixé au support par le pédo pédoncule ncule
Observation Observation de la face externe (voir les séances de TD et TP du cours entier) Orientation Orientation de la coquille (voir les séances de TD et TP du d u cours entier) Orientation Orientation de la face interne (voir les séances de TD et TP du cours entier)
Répartition Répartition stratigraphique stratigraphique
Les Les brac brachio hiopo pode dess ont ont indén indénia iabl blem emen entt conn connuu leur leur apog apogée ée au Palé Paléoz ozoï oïqu que. e. Bien Bien qu'il qu'ilss apparaissent dés le début du Cambrien, c'est à l'Ordovicien qu'ils connaissent un premier grand rayonnement. Après une petite baise de régime au Silurien, le Dévonien est considéré comme leur période de plus grande diversité. Grandes victimes de la crise Permo-Trias, ils ne s'en remettront que partiellement et ne connaîtront plus qu'un certain succès au Jurassique. Mis en concurence avec les bivalves au mode de vie similaire, ces dernier on une meilleure capacité d'adaptation. Les brachiopodes ne pourront pas assurer leur survie et sont très peu à avoir survécu aujourd'hui. Ceux qui ont survécu ont du se replier sur des niches écologiques difficiles tels que les milieux intertidaux ou les eaux marines profondes. Il est à noter que ce sont les ordres les plus archaïques qui ont le mieux résisté au temps . Ainsi les lingules sont apparues dès la base du Cambrien et sont aujourd'hui l'un des principaux représentants survivants de ce phylum phylum autrefois autrefois florissa florissant. nt.
Figure 29: Répartition stratigraphique de quelques Brachiopodes 40
Embranchement des Echinodermes Les échinodermes (Echinodermata ) (Figure Figure 30) forment un embranchement d'animaux
marins benthique benthiquess présents à toutes les profondeurs océaniques, dont les premières traces fossile fossiless remont remontent ent au Cambrien. Cambrien. Il comp compte te 7 000 000 espè espèce cess viva vivant nt actu actuel elle leme ment, nt, dont dont les les représentants les plus connus sont les oursins et les étoiles de mer . Plus de 13 000 espèces d'échinodermes ont disparu. Très originaux, ils possèdent un certain nombre de caractéristiques uniques dans le monde animal. Les principales sont une symétrie pentaradiée, l'existence d'un test calcaire et la présence d'un système aquifère. aquifère. Groupe frère des chordés au sein des deutérostomiens. deutérostomiens. La forme adulte est organisée autour d'une symétrie pentaradiée, mais les formes embryonnaires — bilatérales — les rangent aux côtés des chordés dans le groupe des deutérostomiens. deutérostomiens.
Figure 30 : Vue de quelques Echinodermes Ils partagent d'ailleurs avec eux bon nombre de caractéristiques biochimiques. Cette symétrie se retrouve dans la morphologie générale mais également dans l'ensemble de l'organisation du 41
corps, depuis le système nerveux jusqu'au squelette calcifié constitué de plaques et d'épines qui entourent entourent et protègent protègent l'intérieur du corps. corps. Leur système système vasculaire vasculaire est réduit et ouve ouvert. rt. À côté ils disposent d'un système aquifère qui assure quelques-unes des fonctions du sang et quelques autres : échanges gazeux, locomotion et nutrition. Cependant le système digestif est complet et parfaiteme parfaitement nt fonctionnel. fonctionnel. Le système nerveux est constitué d'un anneau nerveux autour de la bouche bouche d'où partent partent des nerfs nerfs selon une structure structure radiaire radiaire (pas de systèm systèmee nerveux nerveux central). central). Les sexes sont séparés. Le sperme et les ovocytes sont libérés dans le milieu, la fécondation a lieu au hasard dans le milieu extérieur. Les échinodermes, et particulièrement les oursins ont été très utiles dans la compréhension du phénomène de fécondation, notamment en ce qui concerne les mouvements ioniques lors de la pénétration du spermatozoïde. spermatozoïde. Observation Observation de la face externe (voir les séances de TD et TP du cours entier) Orientation Orientation de la coquille (voir les séances de TD et TP du d u cours entier) Orientation Orientation de la face interne (voir les séances de TD et TP du cours entier)
Répartition Répartition stratigraphique stratigraphique
Il existe actuellement 5 classes d'échinodermes. Par le passé, on dénombre une vingtaine de classes ayant existées. La plus grande diversité des échinodermes se démarque clairement sur le Palé Paléoz ozoï oïqu que. e. Le tabl tablea eauu ci-de ci-dess ssou ouss ne repre reprend nd pas pas tout tout une une série série de petit petites es clas classe sess d'échinodermes ayant existées au Paléozoïque. Les différentes classes peuvent être répartie suivant deux sous-embranchements, suivant qu'ils soient vagiles ou sessiles :
Pelmatozoaires = fixes : cystidés, blastoïdes, carpoïdes, crinoïdes ;
Eleuthérozoaires = libres : holturidés, astéridés, ophiuridés, échinidés ;
Il est à noter que cette différence de mode de vie implique une différence de fonction anatomique. Les crinoïdes utilisent leurs podia à des fins alimentaires, alors que les formes mobiles d'échinodermes utilisent leurs podia pour la locomotion. Dans Da ns l'ense l'ensemb mble le,, les les échin échinod oder erme mess ont ont peu peu évol évolué ué.. Les Les Asté Astéro roïde ïdess et les les Op Ophi hiur uroï oïde dess apparaissent à l'Ordovicien comme les Crinoïdes et n'ont pas connu d'évolution majeure depuis. Seuls les Echinoïdes connaissent un grand développement et une diversification au Mésozoïque.
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Figure 31 : Répartitition stratigraphique des Echinoïdes
QUELQUES REFERENCE BIBLIOGRAPHIQUES
Digbehi Bruno (2008) : Travaux dirigés de Paléontologie, UFR STRM, Université de Cocody
(Côte d’Ivoire, Abidjan). 37 p Goguel J. (1980). Géologie de l’environnement. Collection écologie appliquée et sciences de
l’environnement, édition Masson. 189 p. Invertebrates. s. Sinauer Sinauer Associate Associates, s, Inc.. Brusc Brusca, a, Richa Richard rd C., C., and and Gary Gary J. Brusca Brusca 1990. Invertebrate Sunderland, Massachusetts, USA. xiii + 992. ISBN: 0-87893-098-1. Brusc Brusca, a, Richar Richard d C., and and Gary Gary J. Brusc Brusca a 2002 2002. Invertebrat Invertebrates, es, Second Second Edition. Edition. Sinauer Sinauer
Associates, Inc.. Sunderland, Massachusetts, USA. xx + 936. ISBN: 0-87893-097-3. Fell, F. Julian / Parker, Sybil P., ed. 1982 . Echinodermata. Synopsis and Classification of
Living Organisms, vol. 2. McGraw-Hill Book Company. New York, New York, USA. 785-813. ISBN: 0-07-079031-0.
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