L'ÉCHELLE STRATIGRAPHIQUE

(texte, mis au net, de l'exposé présenté par M.Gidon, pour la première fois en 1995, à l'Université Inter-Ages du Dauphiné)

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Table des matières :

 L'origine historique de l'échelle stratigraphique - Les notions originelles de formation et d'étage
- L'évolution des concepts
 Les Causes des changements apportés à l'échelle stratigraphique - L'enrichissement de l'inventaire stratigraphique
- L'amélioration des conceptions stratigraphiques :
Les difficultés dans l'usage des corrélations lithostratigraphiques.
L'introduction des méthodes de corrélation séquentielle,
- Les progrès de l'analyse paléontologique : la notion de zone paléontologique et son usage.
 La Manière dont se sont effectués ces changements - La redéfinition des étages
- Les modifications de la nomenclature des étages
- Les coupes de référence (stratotypes)
 Étages et âges "absolus"  Limitations et difficultés des datations chiffrées. Valeur des datations proposées.

Figure fondamentale : tableau de L'échelle stratigraphique

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L'ÉCHELLE STRATIGRAPHIQUE : À QUI LA DEVONS-NOUS ?

L'emploi de l'échelle stratigraphique est une pratique qui supporte lourdement le poids et les séquelles d'une longue histoire : nous héritons d'une vieille maison maintes fois réaménagée par les générations successives et, avant d'utiliser un élément de cet édifice, il vaut mieux savoir à la suite de quoi et pourquoi il a été placé là par nos devanciers.

Les fondations : naissance de la notion de formation

a) Les premiers balbutiements de la chronostratigraphie sont liés au concept de "formation", créé par Werner à la fin du 18° siècle.

Pour lui s'étaient succédées 5 époques, chacune caractérisée par un processus de formation des roches qui lui était propre. La succession chronologique des types de roches, des plus récentes aux plus anciennes, résultant de cette théorie était :

· "Terrains volcaniques" (formés par la combustion de charbons...)
· "Terrains de transport" ou Diluvium = Quaternaire + Tertiaire
· "Terrains de sédiment" = toutes roches en couches, y compris basaltes
· "Terrains de transition", de formation déjà cristalline mais encore lités = diorites, radiolarites, gypses, grauwakes, schistes argileux
· "Terrains primitifs" formé par "neptunisme", c'est à dire dans un océan chaud primitif : Gneiss, granites, porphyres. Ce terme subsiste d'ailleurs encore dans certains atlas...!

De ces conceptions il reste certains noms tels que Houiller, Crétacé, etc... et l'introduction d'un principe tout à fait fondateur, celui dit "de superposition" (l'ordre vertical indique l'age relatif).

b) Un peu plus tard, dès 1800, W.Smith met en évidence une autre notion fondamentale, le caractère irréversible, non répétitif, des changements du biofaciès : nous savons maintenant que, contrairement à de ce que croyait Werner, cela s'oppose au caractère éminemment répétitif que présente, au cours des temps, le lithofaciès. C'est sur cette base qu'a pu se construire toute l'évolution ultérieure de la pensée stratigraphique.

Le gros oeuvre : naissance de la notion d'étage

Dans son ouvrage "Paléontologie française", largement illustré de figurations des fossiles "caractéristiques" qui deviendront classiques, Alcide D'Orbigny a tenté autour des années 1850 l'inventaire des "Terrains de sédiment" de l'Europe occidentale. Il y met en évidence une succession de formations beaucoup plus restreintes que celles de Werner, se succédant selon le principe de superposition. Il les décrit à la fois du point de vue lithologique et paléontologique : le terme d'étage qu'il crée pour désigner ces nouvelles tranches de temps est donc, en même temps, l'acte de naissance de la biostratigraphie.

Il n'a pas formulé les critères qui ont dirigé le choix de ses étages, mais ceux-ci sont basés en fait sur la reconnaissance de grandes formations, bien caractérisées, à large expansion (sur le territoire français et avoisinant), dans lesquelles des carrières avaient permis des récoltes paléontologiques suffisamment abondantes. Quant à leurs limites, elles étaient, logiquement, basées sur la reconnaissance de changements francs de faciès et de fossiles. Il en résulte pratiquement que leur choix était fait dans les séries de plate-forme, car ce sont celles où les faciès sont le plus variables et où, précisément, les modifications du biotope ont les effets les plus sensibles sur le contenu paléontologique.

D'Orbigny estime avoir fait un inventaire complet, car il retrouve d'un point à l'autre, les repères paléontologiques de qui jalonnent sa succession d'étages et il croit donc celle-ci continue. En fait il avait tort, à cet égard, mais il s'en fallait néanmoins d'assez peu et son travail était donc assez génial (en même temps que monumental).

Les finitions et les retouches : comment utiliser et comprendre les étages ?

Les étages de D'Orbigny : un "calendrier" universel ?

Le contexte des "créations successives", qui prévalait à l'époque, semblait bien étayé par ces observations, puisque les coupures inventoriées s'accompagnaient d'un "renouvellement" des populations paléontologiques. D'Orbigny considérait donc que ces renouvellements traduisaient des événements mondiaux, ayant affecté tous les êtres vivants, d'où sa phrase "L'étage est l'expression des divisions que la nature a introduites dans la succession des couches". Pour lui l'étage n'est pas une conception humaine mais une réalité naturelle.

L'interprétation qu'il faisait de l'analyse de ses récoltes s'est révélée, par la suite, très largement fausse (mais pas complètement) lorsque l'on a mis en évidence la progressivité de l'évolution paléontologique. On a admis alors que les renouvellements paléontologiques brutaux qu'il avait observé correspondaient surtout à des migrations (E. Haug, 1900). D'autre part les coupures introduites par D'Orbigny correspondaient évidemment à des accidents marquants dans l'évolution paléogéographique des secteurs qu'il connaissait ; mais étaient-ce, pour autant, des repères universels ? Beaucoup, comme E. Haug, l'ont pensé en les mettant (non sans raison) en liaison avec des cycles transgression-régression induits par les mouvements orogéniques (ouverture et fermeture de géosynclinaux) ...

La difficile "séparation de corps" entre étages et formations

À la suite de celà des générations de stratigraphes ont donc cherché à découper les successions du monde entier avec l'outil des étages (que l'on fit apprendre comme une parole révélée). Mais la conception de l'étage est longuement restée mâtiné de réminiscences Wernériennes, qui faisaient assimiler âge et faciès et accorder confiance à ce dernier pour dater en l'absence de fossiles : cet esprit perdure car, maintenant encore, la littérature de vulgarisation stratigraphique (et notamment les cartes si elles ne sont pas très récentes) tend à désigner tout ensemble lithologique (donc toute formation) par un nom d'étage (ce qui est évidemment d'une expression plus simple et limite la liste des termes à enregistrer dans la mémoire).

Nos ancètres stratigraphes (qui n'étaient pourtant pas plus bêtes que nous) parvinrent malgré cela à enrichir la science stratigraphique ; mais beaucoup ne la firent pas progresser véritablement car ils introduisirent ainsi dans le corpus des données classiques (utilisé comme bases de travail par les suivants) des confusions factuelles et conceptuelles tragiques (qu'il nous faut maintenant traquer et débusquer) Un aspect amusant est qu'ils aboutirent souvent aussi à devoir résoudre des problèmes créés ex nihilo par cet état de choses en ayant recours à des explications tectoniques aberrantes : citons, comme seul exemple, les plis couchés qu'imposait à J.Révil la répétition de niveaux calcaires, qualifiés de Valanginien sur la seule base de leur faciès type "Fontanil", dans le berriasien du soubassement du front des Bauges (Nivolet-Revard).

Concluons-en qu'il faut toujours désigner une formation par un nom ad-hoc (et non celui d'un étage) et ne lui affecter un âge stratigraphique qu'en second lieu, et encore avec précautions. Ne dites donc pas "le Valanginien supérieur du sommet de la Grande Sure", comme on le faisait voici encore 20 ans, mais "les calcaires du Fontanil (ici d'âge Berriasien supérieur) du sommet de la Grande Sure"

À la recherche du calendrier naturel universel ?

Depuis Haug et les stratigraphes du début du siècle, nos conceptions ont beaucoup évolué : elles nous ont conduit à voir beaucoup plus, dans les étages de D'Orbigny, des coupures un peu arbitraires, totalement indépendantes des limites locales des formations, souvent à valeur relativement locale et en tous cas adaptés plus particulièrement aux séries de plate-forme, donc à un domaine assez limité.

On a même fini par penser qu'ils étaient surtout commodes pour nous repérer, sans correspondre à des évènements toujours très significatifs à l'échelle du globe, en ponctuant une histoire terrestre d'ailleurs moins marquée de catastrophes qu'on ne le croyait à l'époque. En particulier les vues de Haug sont devenues désuettes depuis que l'on a montré que l'orogénèse est liée aux mouvements de plaques, ce qui a pour effet que toute contraction orogénique est compensée par une ouverture océanique ailleurs, de sorte que les transgressions et régressions ne peuvent être commandées directement par les cycles orogéniques (en fait il existerait bien une relation mais elle est plus subtile).

On peut en définitive résumer par un schéma les 3 étapes l'évolution de la pensée stratigraphique relativement aux rapports entre limites chronologiques (étages) et limites de formations.

Mais il subsiste toujours dans la collectivité géologique une tendance, justifiée ou non, à vouloir que notre découpage du temps géologique reflète des coupures réelles. Cela se manifeste à deux niveaux : dans la recherche d'une meilleure définition de ces coupures (plus en "adéquation avec la réalité" du découpage naturel supposé et plus adapté à un usage "universel", en tous points du globe) et dans l'émergence répétée d'interprétations catastrophistes de grands fait de l'histoire de la terre, comme (par exemple) la disparition des dinosaures (est-ce la même tendance que celle qui s'exprime ailleurs par le millénarisme ?).

Le dernier avatar de cette tendance "catastrophiste" s'est incarné au cours des dernières années du 20° siècle de deux façons : d'une part par l'idée que l'évolution des organismes vivants se faisait par à-coups (théorie des "équilibres ponctués", dont le nom exprime si mal le concept) ; d'autre part par une l'idée que tous les océans auraient ressenti au même moment des tendances transgressives ou régressives, d'origine eustatique, dont on trouverait la trace en pratiquant l'analyse "séquentielle" des dépôts de par le monde (courbe de Vail).
Sans vouloir discuter ici du bien fondé de ces deux conceptions, faute de s'en sentir capable, on ne peut manquer de faire cependant preuve d'un certain scepticime et d'avoir envie de pratiquer un certain attentisme avant de conclure que nous sommes maintenant enfin en mesure de décrypter le véritable calendrier naturel qui a réglé la sédimentation sur notre globe...

 

POURQUOI L'ÉCHELLE STRATIGRAPHIQUE A-T-ELLE ÉVOLUÉ ?

Depuis la fin du 19° siècle, où s'est généralisé et dogmatisé l'emploi du découpage stratigraphique de D'Orbigny, les évolutions conjointes des connaissances de terrain sous l'angle litho-stratigraphique et sous l'angle bio-stratigraphique ont amené des améliorations de l'analys et de la réflexion dans les divers domaines de la pensée stratigraphique. Cela joint à l'ambition de rendre l'échelle stratigraphique mondialement utilisable a conduit à lui apporter des réaménagements divers et nombreux.

L'enrichissement de l'inventaire stratigraphique

L'exploration stratigraphique mondiale a révélé, par la description de nouvelles successions, les insuffisances, à plusieurs égards, de l'échelle de D'Orbigny.

Les défauts de l'inventaire de D'Orbigny

1 - Les imperfections fondamentales de son découpage

L'étude de coupes intermédiaires et/ou les progrès paléontologiques ont mis en évidence des lacunes ou au contraire des chevauchements entre les termes de l'inventaire même de D'Orbigny.

Ces défauts sont dus au choix de ses coupes types, principalement sélectionnées sur leur richesse en fossiles (ainsi que pour leurs faciès tranchés) et qui, de ce fait, avaient été prises dans des domaines paléogéographiques relativement littoraux, c'est à dire :

- riches en lacunes, ce qui laisse des "trous" dans l'échelle

- où les changements de biotopes sont rapides : compte tenu de la distance séparant ses localités types, ceci l'a amené parfois à décrire comme successives des faunes qui, bien que différentes, étaient partiellement de même âge (voir : échelles polytaxiques).

2 - sa fréquente inadéquation aux besoins locaux

D'autre part on s'est vite aperçu que la succession décrite par D'Orbigny ne se retrouvait pas partout, même si on se limite à son aspect purement paléontologique. Les causes pour lesquelles les étages de D'Orbigny n'étaient pas retrouvés en divers points sont de deux ordres :

· variations de population liées aux biotopes caractéristiques des domaines paléogéographiques (notamment marins : littoral, bathyal, abyssal, etc ). A cet égard certains étages , comme l'Urgonien, liés en fait à un biotope très particulier, ont un champ géographique d'utilisabilité qui s'est très vite révélé trop restreint.

· variations de population liées aux provinces (populations différentes pour de mêmes biotopes en raison d'un isolement topographique ou climatique). A ce point de vue l'exemple type est celui des "étages alpins" du Trias (Anisien etc.) et du Jurassique et du Crétacé inférieur (Tithonique et Berriasien)

Les motifs de création de nouveaux étages

C'est surtout au début du 20° siècle que de nombreux étages ont été définis. Les motifs de ces créations étaient variés :

- combler des lacunes de l'inventaire de d'Orbigny : ce fut parfois avec raison mais souvent à tort. En effet, au début surtout, chaque tranche de roche présentant un assemblage de faciès et fossiles différent des étages décrits était considéré nécessairement (dans un esprit wernérien) comme devant s'intercaler dans l'échelle (alors que le plus souvent il s'agissait d'un équivalent latéral d'un étage déjà inventorié). Ceci explique pourquoi les analyses ultérieures ont souvent montré que ces nouveaux étages présentaient des chevauchements entre eux ou avec ceux de D'Orbigny et présentaient également des défauts très comparables à ces derniers : ceci a nécessité une importante mise en ordre, qui n'est encore pas terminée.

- Affiner le calendrier en subdivisant les étages de d'Orbigny en sous-étages (beaucoup ayant rapidement acquis le statut d'étage véritable), le plus souvent en raison de l'épaisseur considérable des séries observées : par exemple le Néocomien a été subdivisé en Berriasien, Valanginien et Hauterivien.

- Mieux ajuster le découpage aux besoins locaux, dans le cas de séries ne présentant pas les caractéristiques, notamment paléontologiques, attachées au étages de D'Orbigny : par exemple le Jurassique et Crétacé alpins.

- Modifier le découpage pour le rendre plus pertinent, en basant les limites d'étages sur des critères répondant à des logiques stratigraphiques variées (en général hors des régions des types originels). C'est ainsi qu'ont même été définis des "étages paléontologiques" (Ptérocérien, Virgulien du basin parisien).

L'amélioration des conceptions stratigraphiques

Les recherches (surtout par le biais de la paléontologie) ont assez vite conduit à désolidariser le concept d'étage de celui de formation (même si, dans la pratique, on l'a dit, une certaine confusion entre les deux a toujours persisté). En effet on a découvert peu à peu que les formations étaient caractéristiques non pas d'un âge mais d'un milieu et qu'à chaque époque il y avait des passages latéraux entre des formations diverses (c'est l'émergence du concept paléogéographique, qui s'oppose en fait à l'idée originelle de l'universalité des formations successives). Cela a révolutionné la conception que l'on avait des rapports entre les successions stratigraphiques observées aux différents endroits du globe et a conduit à changer complètement de concepts relativement aux principes de corrélation chronologique entre ces endroits.

On verra plus loin que l'affinage de l'outil biostratigraphique a conduit à le considérer comme un élément de corrélation incomparable. Mais l'on ne peut pas toujours en disposer et il faut bien utiliser les outils lithostratigraphiques pour le compléter. Il faut donc mieux les connaître et savoir pourquoi ils sont, par contre, de valeur très inégale.

Critique de la valeur des corrélations lithostratigraphiques

Les anciens stratigraphes ne connaissaient que cet outil, qui est la comparaison des successions de formations entre points plus ou moins distants. Ils se repéraient donc par rapport aux formations inventoriées par leurs prédécesseurs, en utilisant deux grands principes celui de "continuité" et celui "d'encadrement".

1 - Les corrélations par continuité :

La méthode, aussi vieille que la stratigraphie, est basée sur le principe de continuité, qui suppose qu'une même couche est partout du même âge. Elle consiste donc à utiliser des limites lithologiques en tant que repères chronologiques. C'est supposer que les surfaces de strates sont isochrones, ce qui est (hélas) rarement vérifié, au moins dans le détail. Voyons cet aspect aux diverses échelles d'observation :

a) Limites de formations

En général on a affaire à des formations à limites diachrones (dont les deux limites se décalent fréquemment dans le même sens, du fait d'un déplacement identique, bien que décalé dans le temps, pour une cause commune (progradation de faciès, transgressions ou régressions). Le résultat est que l'on définit (sur des faciès et sur des faunes) des "étages" locaux totalement ou partiellement équivalents d'étages antérieurement définis ailleurs.

C'est ainsi qu'ont été créés, sur la bordure SE du bassin de Paris, les étages Argovien, Rauracien et Séquanien, en concurrence d'ailleurs avec le Corallien : sur une coupe où on les voit ensemble, ils correspondent bien à des formations superposées (donc d'âge différent) et leurs populations paléontologiques sont également bien différentes, mais ils passent latéralement l'un à l'autre et ne peuvent être différenciés chronologiquement par ces populations, chacune liée à un biotope propre. De ce fait ils sont de même âge, en totalité ou en partie lorsque l'on compare des coupes distantes dans le sens nord-ouest - sud-est.

Le problème est le même pour le Sannoisien et le Stampien (voir plus loin) et pour nombre d'autres étages que l'on fit apprendre, avec leurs caractères paléontologiques prétendument distinctifs par des générations d'étudiants.

b) Niveaux et bancs repères

La règle à retenir est en fait que, dans la plupart des cas, les bancs remarquables sont diachrones ! : C'est le cas des bancs formés par aggradation latérale, notamment en dépôts construits ou sous faible tranche d'eau, des Conglomérats "de base" de formations diverses, des niveaux d'émersion (comme ceux du Purbeckien, à argiles vertes et "cailloux noirs", diachrones à l'intérieur du Berriasien de l'Angleterre au Jura, voire des niveaux marneux au sein de formations calcaires comme on en a utilisé dans la stratigraphie de l'Urgonien .

De tels niveaux ne sont isochrones que dans des cas particuliers bien définis, tels les suivants :

- bancs par décantation pélagique

"Tétrade" de bancs calcaires valanginiens, corrélés entre Angles et Barret (100 km). Malheureusement il est rare que ces bancs soient repérables car ils sont le plus souvent dépourvus de caractères distinctifs vis-à-vis des autres, au sein de la succession.

- bancs liés à des accidents sédimentaires :

Turbidites : en général aussi dépourvus de caractères distinctifs vis-à-vis des autres (cas des flyschs), elles sont cependant de bons repères lorsqu'elles sont rares (cas des turbidites bioclastiques des pélagiques vocontiens qui représentent les crachées ultimes issues du domaine jurassien)

Cinérites volcaniques : 2 niveaux (Anisien sup. et Ladinien moyen) des séries dolomitiques du Trias alpin.

Tonsteins des séries gréseuses du Houiller du bassin du Nord (6 épisodes de décantation fine)

c) Surfaces repères.

En domaine marin les seules repérables sont celles de discordance et notamment de Hard-ground : Elles ont en général une "épaisseur" chronologique variable d'un point à un autre par variation de la profondeur d'ablation et du moment de reprise de sédimentation (voir lacunes).

Exemple : hard-ground à la base des marbres en plaquettes, en Briançonnais : base = Oxfordien à Berriasien : sommet = Cénomanien à Éocène inférieur,

2. Les corrélations par encadrement :

Elles découlent du principe de superposition (selon lequelles couches récentes recouvrent les plus anciennes) mais intègrent implicitement, en plus, la notion selon laquelle il y a des des formations qui, bien que de même âge, ont des faciès et des stratonomies différentes. Pour pallier au fait que les "passages latéraux" entre elles sont inobservables (cachés sous des formations plus récentes ou enlevés par l'érosion) on les corrèle en prenant en considèration le fait qu'elles sont intercalées à la même place dans les successions locales que l'on compare (elles ont le même "encadrement").

L'exemple historique est celui du Gypse de Montmartre (fig.1), qui est encadré, comme le Calcaire de Champigny, par les marnes de Ludes au mur et par les marnes "supragypseuses" (sannoisiennes), au toît..

Ces corrélations sont donc basées sur l'hypothèse de l'isochronisme des surfaces des formations encadrantes (de la même façon, en fait, que les précédentes) et, en outre, sur l'hypothèse d'une identique continuité de la sédimentation dans l'intervalle ainsi "encadré", aux deux endroits que l'on compare. Cela représente 2 causes d'erreurs possibles, comme l'illustrent les exemples locaux ci-après :

Marnes "valanginiennes" des chaînes subalpines, à limites diachrones.
Lumachelle "du Gault" (fig. 2) (intercalée dans un espace limité par deux lacunes)
Calcaires récifaux et tufs volcaniques du Trias des Dolomites (fig.3)

On trouvera un exemple d'évolution du regard géologique sur la valeur du découpage stratigraphique basé sur la reconnaissance de formations (supposées originellement isochrones) à la page : le Néocomien des abords de Chambéry

Introduction des méthodes de corrélation séquentielle

Toutes étudient des comparaisons entre les successions au sein de tranches plus ou moins épaisses de strates, appelées "séquences" ; on met en oeuvre plusieurs méthodes qui différent par la variable dont l'évolution est analysée :

1. Corrélations par séquences lithostratigraphiques

On a pensé que le fait de retrouver en deux points des successions identiques augmentait les chances d'une isochronie. En fait si l'on corrèle un à un les niveaux de même faciès on fait encore de la corrélation lithologique : la méthode n'est pas fiable car un diachronisme peut affecter identiquement tous les termes successifs de la succession (c'est le cas notamment en cas de changement de faciès par variation de profondeur, par exemple dans la "trilogie priabonienne" des chaînes subalpines.

En fait il faut faire abstraction des faciès propres à chaque coupe et comparer les courbes lithologiques (ou diagraphiques) . La corrélation porte sur les points de ressemblance dans l'évolution (discontinuités, variations de sens, types d'inflexion etc.,), tous phénomènes dont la traduction faciologique locale, qui est différente d'un point à un autre, n'est que le reflet d'un phénomène général.

- Corrélations microfaciologique entre Diois et Vercors, au Barrémo-Bédoulien

Elles se sont résolues en définitive (H.ARNAUD) par l'individualisation, dans l'Urgonien et les faciès apparentés, de 14 séquences (vous pouvez charger une version plus grande de cette image), certaines séparées par des discontinuités remarquables. Ces séquences traversent obliquement 3 formations calcaires superposées (Calcaires bioclastiques de Borne, Calcaires "à débris" de Glandage, Urgonien du Vercors). Ces dernières avaient été supposées isochrones, "par continuité latérale" , fig.3, en raison de leurs variations d'épaisseur et de leur décalage horizontal.

- Corrélations entre varves des lacs baltiques :

on utilise la courbe de variation d'épaisseur des lamines, comme en Dendrochronologie (schéma au tableau).

2. Corrélations sur la base des variations climatiques

- Corrélations par diagrammes polliniques.

On passe par 2 étapes :

.1 Courbes de variations de pourcentage des pollens de différentes espèces : ces courbes ne se ressemblent pas pour des points situés à des latitudes différentes (schéma au tableau).

.2 Courbes de la variation climatique déduite : variations de T° et de l'humidité, Ces dernières peuvent être comparées entre elles et par rapport à un calendrier des oscillations de ces 8000 dernières années.

- Corrélations par diagrammes de foraminifères pélagiques, dans les carottes des fonds océaniques :

Les variations des taux des différentes espèces permettent de déduire le sens de celles des paléo-températures.

- Corrélations par stratigraphie isotopique

On se base sur les proportions, à variations également cycliques, des isotopes de plusieurs éléments (= "rapport isotopique") :

. Taux de 18O/16O (isotope = 18O) dans le CO3Ca des coquilles

. Taux de 13C/ 12C ((isotope =13C)

Ces taux varient en fait avec la température marine, donc aussi avec la profondeur. Les courbes d'évolution se révèlent toutefois avoir un dessin très semblable d'un sondage à l'autre. Elles présentent notamment des accidents remarquables (chute du taux de 13C) :
à 6,1 MA (Miocène sup.)
à 53 MA (limite Paléocène./Eoc.)
à 65 MA (limite Cs/III)

. Taux en éléments traces

Strontimu (Sr) des carbonates pélagiques : taux lié à l'activité hydrothermale des dorsales et au niveau marin...

Anomalies ("Pics") du taux d'iridium : il est doublé à limite Cs/III, mais aussi Eoc/Ol (peu importe que ceci soit lié à une météorite à un volcanisme explosif ou à une autre cause).

- Corrélations magnéto-stratigraphiques

Elles utilisent une échelle de référence des inversions magnétiques, qui est fondamentalement tirée de l'étude des fonds océaniques, où se trouvent enregistrées les alternances de périodes à polarité générale "normale" ou "inverse".

Dans le détail celle-ci peut être affinée par l'analyse des séquences d'"évènements" plus brefs qui se succèdent au cours d'une période (chaque séquence se reconnaît par sa courbe d'oscillations caractéristique). Ces échelles détaillées sont encore en cours de construction ou de perfectionnement. Leur calage sur d'autres datations (notamment grâce à l'enregistrement simultané de données paléontologiques) donne toute leur valeur à cette analyse des séquences, en leur permettant de "faire le pont" entre les autres échelles chronologiques.

Là encore une mesure isolée n'est pas utilisable pour se placer dans l'échelle et seules les successions de mesures, permettant de tracer un graphique de fluctuations, sont susceptibles d'utilisations chronostratigraphiques. Un minimum de datation radiochronologique s'avère en outre nécessaire pour se situer approximativement dans l'échelle de référence.

Ces méthodes sont, entre autres, assez largement utilisées pour affiner les évaluations des variations de taux de sédimentation à partir de documents de sondages.

 

Les progrès de l'analyse paléontologique

Ils sont étroitement liés à l'émergence de la notion de zone et à son emploi de plus en plus intensif.

Qu'est-ce-qu'une zone paléontologique ?

1 - La naissance du concept de zone paléontologique

Dès l'époque même de D'Orbigny, on a assisté à un changement progressif de méthode dans l'analyse biostratigraphique, avec abandon du principe " un tiroir par formation" et passage à l'analyse évolutive, banc par banc (voire lamine par lamine). Deux dates marquent le début de cette évolution :

1850 : Quenstedt constate que le Jurassique de Souabe et de Franconie (Jura allemand), peu différencié lithologiquement, peut être subdivisé en niveaux définis paléontologiquement.

1856 : Oppel crée le terme de zone et propose un découpage en a, b, g, d, e, encore utilisé dans son ensemble par les allemands. Chaque zone était caractérisée par une population propre et séparée des autres par une coupure de renouvellement marquée par l'apparition brutale de formes nouvelles et la disparition de certaines autres.

Depuis cette époque on a reconnu que les faits étaient plus nuancés :

· Les renouvellements brutaux sont locaux et font place ailleurs à des évolutions progressives
· Le contenu de la zone varie à l'intérieur même de cette dernière de sorte que l'on peut y introduire des subdivisions en sous-zones, etc.
· Les relations entre espèces et l'extension verticale d'une espèce sont des notions complexes, qui peuvent pas être traitées de façon aussi schématique qu'on le croyait.

2 - Les propriétés de l'espèce paléontologique:

L'évolution des conceptions porte sur les deux aspects suivants :

La définition et la détermination de l'espèce

L'espèce paléontologique est fondamentalement différente de l'espèce biologique. Elle ne prend en compte que l'aspect des parties fossilisables (le critère de possibilité de croisement est en particulier hors d'atteinte). L'attribution d'un fossile à une espèce donnée résultait au départ de sa détermination par comparaison avec un morphotype. Celui-ci, qui fait l'objet de description, mensuration et figuration ; il est en outre conservé dans des collections (ces types figurés y sont repérés par une étiquette à bord rouge).

La répartition en genres (et d'une façon générale en taxons hiérarchisés) y est basée de la même façon sur l'appréciation des ressemblances entre formes, ce qui est très subjectif et est à l'origine de ce que chaque forme a pu être attribuée à des genres différents selon les auteurs (dont le nom est donc donné en référence abrégée). On peut d'ailleurs noter que le genre Ammonites de D'Orbigny a éclaté depuis en une cascade de superfamilles, familles et sous familles et que les genres sont presque tous éclatés en sous-genres dans les quelques décennies qui suivent leur création

Cette méthode purement appréciative et subjective de définition et de séparation des espèces tend à être remplacée par une analyse statistique des caractères des populations paléontologiques , (fig. A). Mais cette évolution est surtout marquée dans le domaine de la micropaléontologie car elle suppose l'examen d'un nombre suffisant d'individus.

Les espèces sont redéfinies comme l'ensemble des individus rentrant dans une même courbe "en cloche". Si le glissement de la courbe de la population est progressif on parle d'anagenèse, et l'on passe en continu d'une espèce à une autre au sein d'un phylum (on peut placer arbitrairement une limite entre espèces en choisissant une valeur conventionnelle du paramètre considéré). Si la statistique donne une courbe en cloche dédoublée cela dénote qu'il s'est séparé deux populations à tendance évolutive différente et l'on parle de cladogenèse : en ce cas la position de l'apparition de la deuxième espèce peut être située dans le temps au point de divergence. Chaque lignée phylétique est à l'origine objective de la définition du genre et c'est sur cette base que l'on en fait actuellement la révision.

L'extension temporelle de l'espèce :

La détermination de la "durée de vie" de l'espèce se révèle déjà ambiguë du fait des enchaînements phylétiques (fig. A) qui font que l'on ne peut en toute rigueur parler de point d'apparition qu'en cladogenèse, puisqu'en anagenèse il y a enchaînement sans discontinuité (les limites entre espèces y sont des coupures purement arbitraires).

D'autre part l'apparition (et la disparition) d'une forme, en tant que fossile récoltable, se fera à un niveau différent en fonction des taux de conservation (fig. B). Cet aspect est d'ailleurs assez bien illustré par les découvertes de "fossiles vivants". Dans la plupart des coupes fossilifères cette apparition se situera en général au moment où la forme étudiée était abondante, qu'on appelle épibole, tandis qu'en cas de faible taux elle se situera à son acmé. On est donc conduit à distinguer, dans l'analyse des successions de formes, deux notions distinctes : le point de véritable apparition phylétique d'un taxon, ou FAD (First appearance datum), en fait inobservable directement, et son point de première récolte (plus tardif), ou LOD (Lower occurence datum).

3 - Les diverses manières de définir les zones

Les chercheurs se sont donc rendus compte que pour traduire la variation de population paléontologique avec le temps il pouvait être fait recours à diverses manières de définir les zones. A l'heure actuelle le choix entre les différentes bases de découpage se fait en fonction surtout de l'abondance du matériel disponible, mais les types de zones évoqués ci-après sont également apparus successivement dans l'évolution des idées .

a) Oppelzones, ou zones "traditionnelles" :

Le principe "oppelien" de définition de la zone est celui de la reconnaissance d'une collection caractéristique. Les zones qui le suivent utilisent tout le matériel disponible et sont donc polytaxiques (dans certaines limites : utilisation de toutes les ammonites ; mais les bélemnites forment une autre échelle). Elles sont utilisées en cas de matériel peu abondant, c'est à dire presque toujours avec les macrofaunes et macroflores.

Ces "Oppelzones" sont fondamentalement définies par le recoupement de deux critères différents :

· Associations de formes d'extension égale ou inférieure à la zone

· concommitance de formes dont l'extension déborde la zone

Exemple des ammonites du Jurassique - Crétacé (planche Malm ).

Le nom de l'espèce-index n'indique aucunement que l'extension de cette dernière corresponde à la zone : c'est seulement une forme relativement aisée à reconnaître et suffisamment fréquente.

L'hypothèse fondatrice est l'idée du renouvellement des formes à certains niveaux (qui sont les limites de zones). Cette idée était basée sur des observations peu pertinentes en ce sens que les renouvellements originellement observés étaient liés à des changements de faciès donc de biotopes (c'étaient ce que l'on a appelé ensuite des "teil-zones"). Les études ultérieures, dans des successions dépourvues de tels accidents sédimentaires, ont cependant conduit à reconnaître que de tels renouvellements, en général assez limités cependant, se répètent à différents niveaux (qui sont parfois les mêmes pour des groupes distincts de taxons).

b) Phylozones

Ce sont au contraire des zones basées sur l'idée de l'évolution progressive des formes par enchaînement d'espèces au sein de "phylums" . Elles sont donc définies par l'apparition ou la disparition des formes successives (ou la combinaison des deux phénomènes), au sein d'un même phylum : elles sont donc monotaxiques, c'est à dire que l'on crée donc une échelle par taxon mais idéalement adaptées à une évolution avec cladogenèse et non sous anagenèse. Ici le nom de l'espèce-index est celui de l'espèce dont l'extension définit la zone.

Le problème est de définir le FAD (First appearance datum) en le distinguant des LOD (Lower occurence datum). Cela peut se faire si l'on parvient à déterminer quelles sont les espèces évolutivement enchaînées (espèces-mères et espèces-filles) : une apparition sans espéce-mère déterminée (cas de formes très différentes de celles préexistantes) est un LOD, une apparition en concommitance avec l'espèce-mère est un FAD (on voit cependant que les variations de taux de conservation peuvent conduire à placer le même FAD à des niveaux un peu différents d'une coupe à une autre ).

Dans ce mode de définition des zones on est parfois amené à reconnaître des intervalles non caractérisable par l'extension d'une espèce : la zone n'y est définie que par les limites de celles qui l'encadrent. On les appelle Zones-intervalles : c'est souvent un stade provisoire dans l'édification des échelles de phylozones (il correspond à un trou dans la connaissance des enchaînements phylétiques).

c) Les Acmézones

Ce sont également des zones monotaxiques, mais elles sont définies non par des limites nettes mais de façon statistique , ce qui élimine le problème de distinction FAD / LOD et les rend aussi bien utilisables en anagenèse qu'en cladogenèse . Il faut les concevoir comme étant chacune la tranche de couches où se manifeste le développement prédominant (en nombre d'individus observés) de la forme-index, et ceci par comparaison avec celui des autres formes du même taxon qui coexistent avec elle.

L'analyse, sur un graphique, des pourcentages permet de placer des limites définies par un pourcentage équilibré de chacune des formes prédominantes, de part et d'autre de chaque acmé. Ce découpage est réaliste et sans ambiguïté. Exemple : Calpionelles .

La distinction des zones monotaxiques nécessite un matériel abondant (surtout pour les acmézones) : elle est surtout appliquée à la micropaléontologie. On notera que l'analyse statistique qui leur est asociée permet de mettre en évidence des apparitions ou disparitions brutales qui témoignent en général des "migrations" induites par le fait que le biotope était alors devenu favorable ou non à la forme en question : les extensions qui avaient été initialement déterminées par les premiers auteurs sont en général de ce type et sont qualifiées de teil-zones [= zones d'extension partielle] .

Quelle est la valeur chronologique des zones ?

Fondamentalement l'observation d'une zonation paléontologique ne diffère pas de la constatation d'une succession lithologique. Sa valeur chronologique est, a priori, aussi problématique (bien que ce problème soit souvent évacué ).

1 - Le champ de fiabilité chronologique des zones

On doit évidemment s'interroger sur l'isochronie, d'un point à un autre, des limites de zones définies sur une coupe donnée (en somme sur sa valeur exportable). La réponse que l'on donne actuellement comporte deux volets

a) Possibilités théoriques de diachronie des zones

A cet égard il est convenu de distinguer biozones et chronozones, les premières étant en somme le document brut tiré de l'étude d'une succession, les secondes celles chronostratigraphiquement contrôlées selon les méthodes ci-dessus.

Concernant les oppel-zones il est assez clair que les apparitions et disparitions de formes qui les définissent peuvent être liées à des migrations déclenchées par des changements du biotope : le risque de diachronisme est donc présent (mais il ne saurait cependant excéder la durée d'extension des espèces repères).

On admet pour les phylozones que les zones nouvellement définies sont à ranger dans les "biozones", en tant que "biohorizons" tant que la précision et la valeur isochrone de leurs limites sont encore insuffisamment discutées (basées sur une LOD). Elles n'acquièrent le statut de chronozone (zone ou sous-zone) que lorsque la FAD de l'espèce index a été déterminée par des contrôles suffisants.

Cependant, même ce point réglé il reste au moins une cause théorique de diachronisme possible des limites de zones : c'est l'éventualité d'évolutions indépendantes. De fait celles-ci semblent pouvoir avoir lieu par isolement géographique ("équilibres ponctués"). On cite l'exemple des Paludines des lacs "levantins" au Néogène.

Mais il ne paraît guère plausible que ces évolutions puissent suivre des chemins parallèles et identiques aboutissant à des décalages d'évolution. En réalité les faits cités pour illustrer cet aspect (Clyménies, Plantes houillères, Mammifères quaternaires) semblent relever plutôt des cas de "migrations" de groupes (le décalage n'est que celui des LOD ) :

En fait il faut surtout conclure au caractère très théorique de la discussion, en raison de l'imprécision relative des datations de contrôle possibles ...

b) Mises en défaut de l'isochronisme zonal

Elles résultent toujours d'un découpage zonal non pertinent. Les causes principales en sont :

1- L'insuffisance de l'analyse stratigraphique :

Niveaux polyzonaux (par remaniements ou par condensation).

2- Une mauvaise connaissance des extensions vraies :

Souvent les biozones furent définies sur un nombre réduit de coupes, de sorte que ce n'étaient que des "Teil-zones" seulement limitées par des modifications locales du biotope :

. Exemple des occurrences successives des espèces apparemment bien séparées des polypiers du genre Zaphrentis dans le Houiller d'Angleterre .

· multiples exemples de "récurrences" : Zoophycos, Pygope janitor, Aeglina recidiva

· zones de foraminifères du Lutétien parisien :
C'est un exemple d'emploi d'échelles "polytaxiques" qui utilisent alternativement des taxons différents, à la faveur des changements verticaux du faciès : ces zones sont des Teil-zones dont les limites coïncident. Dans de tels cas il y a contemporanéité et ou chevauchement des véritables zones d'extension et même possibilité d'inversions de la succession des zones à l'occasion des changements latéraux des faciès .

· zones du Pliocène du bassin de Los Angeles : les zones que l'on y avait proposé correspondent seulement à des formes contemporaines mais de biotopes de différentes profondeurs : leur succession correspond simplement à une transgression.

· Les "horizons paléontologiques repères" (= 'datums') sont des occurrences brutales et brèves d'une forme paléontologique remarquable. En général ils sont précis et étroits parce qu'ils correspondent a un brutale modification du biotope (souvent ce sont des épisodes de transgression brève sur une plate-forme). Ce ne sont pas des repères biostratigraphiques mais des repères géodynamiques.

2 - Les techniques d'amélioration des échelles zonales

Depuis la création des premières zones de nombreuses améliorations ont été apportées à l'outil qu'elles représentent par le jeu de révisions successives de leurs définitions et limites. Ces révisions se font par :

a) contrôle des extensions des formes utilisées, par l'étude de successions continues compréhensives et/ou par confrontation de successions dont les extensions sont complémentaires (passage de la biozone à la chronozone)

b) confrontation des corrélations fournies par les diverses échelles (basées sur des taxons différents), afin de contrôler leur cohérence, et ce dans les diverses régions du globe (pour déceler les éventuels diachronismes par migrations),

c) création d'échelles zonales supplémentaires, par des recherches sur des taxons dont la systématique devient mieux connue grâce à une approche nouvelle (Bélemnites) ou à la découverte de coupes favorables (Alvéolines de Biarritz). Elles sont particulièrement intéressantes si elles portent sur des biotopes mal fournis en zonations ou sur des taxons à répartition un peu ubiquiste : C'est le cas, notamment, des échelles de conodontes, d'ostracodes, de palynomorphes et de Nannoplancton qui ont fait énormément progresser la chronostratigraphie ces dernières décennies.

3 - Les rapports entre l'étage et la zone

La croissance considérable des connaissances en paléontologie stratigraphique a abouti à une véritable supplantation de l'étage par la zone, en tant qu'unité de base du découpage chronostratigraphique. Au niveau de la recherche il a donc eu tendance à se redéfinir comme un ensemble de zones, n'ayant plus guère d'intérêt qu'au niveau de la diffusion des résultats auprès des non spécialistes du groupe et de la tranche de temps étudiés.

L'étage est donc devenu, pour le biostratigraphe, une simple accolade en face de la liste de zones. Toutefois on ressent le besoin que cette accolade puisse être utilisée par les spécialistes des divers groupes "fournisseurs" de zones et par conséquent que les limites d'étage coïncident d'une échelle zonale à l'autre, ce qui rejoint le souci d'universalité évoqué plus haut.

 

DE QUELLE MANIÈRE L'ÉCHELLE STRATIGRAPHIQUE A-T-ELLE ÉVOLUÉ ?

Depuis de nombreuses décennies le souci majeur des stratigraphes a été d'aboutir à une définition claire du contenu des étages, telle que ceux-ci puissent être utilisés sans ambiguïtés (et si possible dans le monde entier). A cet égard, au cours des temps, divers critères ont pu être adoptés, en fonction du concept d'étage adopté. Il en résulte qu'il continue à s'effectuer un travail permanent de "révision" des étages, pour les adapter au progrès des connaissances, et ceci en se basant des limites repérables sur des documents naturels de référence.

Le travail des congrès (IUGS), périodiquement réunis, a été d'officialiser ces évolutions.

Le cadre conceptuel

L'évolution du concept d'étage

Selon les époques et les auteurs, la pensée stratigraphique a évolué et oscillé entre trois types de conception de l'étage :

- conception géodynamique, à partir de Haug (1900), puis Gignoux (1930) : l'étage est défini comme un cycle sédimentaire. Mais le problème de la définition des limites est insoluble (pour cause de lacunes) dans les secteurs où ces cycles sont le plus clairement enregistrés par la sédimentation

- conception biostratigraphique, sous l'influence du développement de la biostratigraphie (1920 à 1960) : l'outil majeur est la zone et l'étage ne peut pratiquement être conçu que comme un groupe de zones. Dans le souci d'aboutir à des étages standard on tend alors à choisir des limites qui correspondent à des événements évolutifs dans un aussi grand nombre que possible de groupes paléontologiques biostratigraphiquement utilisables.

- conception "traditionaliste" (1950 à 1980) : devant les discussions entre les deux optiques précédentes, qui s'avérèrent souvent inconciliables on a donc prôné, au moins pour les cas les plus difficiles, un retour pur et simple aux limites données par l'inventeur historique. L'étage devient alors un découpage arbitraire, stabilisé sur une acception le plus proche possible de celle initiale (ou admise par consensus ancien).

Les congrès ont retenu des solutions de compromis entre ces 3 tendances en privilégiant progressivement la seconde. Toutefois la conception géodynamique, quelque peu abandonnée depuis la moitié du siècle, tend à resurgir sous l'influence de l'étude des cycles eustatiques (courbe de Vail).

L'adoption de règles de nomenclature

Les congrès ont fixé diverses règles qui ont pour but de clarifier et stabiliser la nomenclature

1 - Règles de validité

Pour être accepté un étage doit satisfaire à divers critères qui sont dans l'ordre de priorité croissant :

- antériorité historique par rapport aux autres étages proposés pour une tranche de temps plus ou moins contemporaine

- degré d'universalité suffisant : il faut pouvoir en reconnaître les limites dans de nombreuses régions

- respect des règles de désignation : le nom doit dériver d'une localité "éponyme" et avoir une terminaison en "-ien" (à cet égard le Tithonique est irrecevable mais consacré par l'habitude !)

L'application de ces règles est un idéal, mais on s'aperçoit dans la pratique qu'elle doit se faire de façon non pas intransigeante mais nuancée, en particulier pour éviter une rupture brutale avec les habitudes antérieurement acquises et pour tenir compte des incertitudes persistantes concernant les corrélations précises entre les successions dans de nombreuses régions ayant servi à définir des étages.

2 - Classement typologique et hiérarchique

Les congrès ont donc admis de classer désormais les étages en plusieurs catégories selon leur degré d'adéquation aux divers besoins stratigraphiques. La place hiérarchique des termes correspondants est la suivante:

a) Les étages standards

Ils ont pour vocation de définir une échelle utilisable, autant que possible, comme référence dans le monde entier (idéal qui n'est pas encore totalement atteint). Ils sont, par principe, définis sur des stratotypes marins non littoraux, les autres biotopes étant considérés comme plus accidentels et moins susceptibles de servir de base de corrélations (leur population tendant plus facilement à être entachée de particularismes locaux).

Leur liste a changé au cours des temps en raison de la nécessité, qui est apparue fréquemment, de redéfinir le contenu des étages dans les domaines paléogéographiques différents de ceux de la définition originelle (or celui-ci était souvent assez spécial et peu représentatif des conditions mondiales de l'époque). Il a souvent paru préférable alors de donner de nouveaux noms car le découpage nouveau ne pouvait pas être superposable à celui de la région originellement employée par D'Orbigny.

Une échelle standard doit être applicable à tous les milieux et provinces : elle doit donc voir sa définition élargie sur plusieurs groupes paléontologiques caractérisant les divers milieux de l'époque considérée. Cela pose des problèmes de corrélations "horizontales" entre stratotypes de milieux différents et impose de trouver des coupes de milieux intermédiaires, où coexistent des groupes utilisés pour établir les échelles zonales dans ces différents milieux. A cet égard on porte un intérêt tout particulier aux groupes "ubiquistes", que l'on rencontre dans des biotopes très différents (crustacés "ostracodes", nannoplankton etc ).

b) Les étages régionaux

Ils sont d'un emploi plus restreint, adaptés à des biotopes ou des provinces particuliers, littoraux ou continentaux en particulier :

C'est le cas des étages continentaux du houiller européen et du Tithonique de la province téthysienne au Jurassique.

c) Les étages traditionnels, "locaux"

Ce sont des subdivisions qui appartenaient anciennement à l'échelle standard mais ne sont plus utilisés qu'au plan local, pour désigner des formations, souvent à limites diachrones : cas de l'Urgonien, du Séquanien.

d) Les sous-étages

Ce sont des subdivisions d'intérêt local, désignées par "inférieur, moyen et supérieur" ou par des noms spéciaux.

Leur distinction peut être justifiée

- par une épaisseur plus forte des successions :

. cas du Sénonien (Coniacien \ Santonien \ Campanien \ Maestrichtien)

. cas de l'Oxfordien (pas de noms mais qualificatifs sup. et inf.)

- par une abondance et une richesse particulière des niveaux fossilifères permettant d'étayer un découpage plus fin (nombreux exemples)

En fait, s'ils peuvent être définis sur des coupures géodynamiques, ce sont le plus souvent des sous-étages paléontologiques définis sur des groupements de zones.

L'historique de l'évolution

Les divers types de changements

1 - Suppressions

= passage au statut d'étage traditionnel local et remplacement, notamment dans les cas suivants :

- non conformité aux règles de désignation : Ptérocérien, Virgulien ; Gault

- Stratotype choisi dans un domaine inadéquat, inapproprié pour fournir des bases paléontologiques aux coordinations : Urgonien = faciès spéciaux (de plate-forme interne) et formes provinciales.

- Désaccord sur les limites du stratotype : Charmouthien considéré soit comme l'équivalent du "Pliensbachien" (= Liasien d'Orb.,= Lias moyen) ou seulement du Pliensbachien inf. Solution adoptée : remplacement par un Pliensbachien subdivisé en Domérien / Carixien

- Équivalence, partielle ou totale, avec un étage antérieurement nommé ou mieux défini : Lusitanien = Oxfordien sup. ; Gault = Albien

2 - Adjonctions

elles peuvent répondre à plusieurs cas :

- subdivision en sous-étages

- Échelles d'étages régionaux, notamment propres à une province :

Étages marins alpins, russes et anglais au Js
Étages marins russes et américains au Pz sup.

- Nouveaux découpages : Barrémien (cf. ci-après)

- Couverture d'intervalles non nommés : Aalénien, entre Toarcien et Bajocien (cf. ci-après)

3 - Amendements :

Ils consistent à conserver le nom mais à changer le contenu par un nouveau choix des limites

- pour assurer la coïncidence entre les limites des étages successifs (emploi éventuel de Boundary-stratotypes, cf. plus loin)
- pour assurer la coïncidence avec des limites de zones paléontologiques (on privilégie en ce cas un groupe / autres > discussions entre biostratigraphes...)

Quelques exemples illustratifs

a) Limite Lias/Dogger : adjonction et amendements
b) Jurassique supérieur européen étages locaux et provinciaux
c) Barrémien et Aptien : remplacements et amendements
d) étages du Paléogène . La nomenclature voit s'y confronter plusieurs échelles : Étages traditionnels ; Étages en séries marines continues ; Zonations récentes et corrélations entre échelles (amendements) ; signification du Stampien - Sannoisien

Les "coupes de référence" :

De nos jours les stratotypes ne sont plus considérés comme des coupes lithologiquement représentatives, comme du temps de d'Orbigny. Mais on persiste à les utiliser en tant que support matériel de la notion d'étage : ce sont des lieux de référence où se reporter, pour comparaisons ou toutes nouvelles recherches (en fait surtout paléontologiques). Il s'agit donc de coupes aisément et correctement observables, où des limites ont été conventionnellement fixées et matériellement repérées (sur la roche comme sur les relevés effectués).

On effectue périodiquement la "révision" des stratotypes en usage pour voir dans quelle mesure ils correspondent encore aux besoins pratiques compte tenu de l'évolution des concepts et connaissances sur les niveaux considérés. Le critère fondamental est de fournir une référence utilisable pour les corrélations , tant en ce qui concerne le contenu (succession de zones) que les limites de l'étage. Si l'on ajoute qu'il faut assurer ces corrélations avec le plus grand nombre possible de domaines (= notion de représentativité) c'est alors très ambitieux et, pour un niveau donné, un seul stratotype ne peut y suffire.

L'évolution historique de la stratigraphie a conduit les auteurs à proposer et à étudier de nombreuses coupes de référence, accroissant ainsi énormément la liste des stratotypes. Pour clarifier la situation et hiérarchiser cette multitude d'informations on distingue désormais plusieurs catégories de stratotypes, en fonction de leurs conditions de définition et/ou d'observation. En voici la définition, illustrée d'exemples :

a) Holostratotype (= l'"authentique"):

C'est la coupe de référence historique, mais...

a) il y en a pas toujours une qui ait été nommément désignée par l'inventeur
b) ce n'est pas toujours la meilleure souhaitable, selon les critères actuels, pour des causes variées (historiques ou non) telles que :

- Disparition de la coupe de référence (carrières bouchées ou inaccessibles) ou localisation insuffisante.
- pauvreté en fossiles (cas des stratotypes du Valanginien et de l'Hauterivien)
- fossiles trop liés à milieux trop spéciaux, ne pouvant être retrouvés dans la grande majorité des autres coupes.

b) lectostratotype (= choisi parmi plusieurs):

Coupe choisie parmi plusieurs proposées par le créateur (= suppression d'un flou sur la position des limites...)

Exemples : Barrémien ("les coupes des environs de Barrème..."), redéfini sur la coupe d'Angles

c) Néostratotype (Stratotypoïde) (= nouveau mais équivalent):

Coupes de remplacement créées soit par suite d'une disparition de l'Holostratotype (cas des comblements de carrières, etc..), soit parce qu'il s'avère avoir un contenu trop peu représentatif

d) Parastratotype (= fragmentaire):

Coupes supplémentaires soit désignées par l'inventeur, soit choisis ultérieurement, souvent partielles et se complétant mutuellement.

Exemples : Bédoulien : Carrières de la région de La Bédoule (Cassis) ; Domérien : ravins du Monte Domaro (lac de Garde)

e) Hypostratotype (= nouveau et renouvelant la définition):

Coupe supplémentaires définie dans d'autres domaines de faciès ou d'autres provinces paléontologiques que l'holostratotype.

Il se pose alors un problème de corrélation des limites, qui conditionne d'ailleurs largement le choix de la localité (possibilité de coexistence de repères entre les deux stratotypes)

Exemples : Valanginien néritique de Valangin, près Neuchâtel et Hypostratotype pélagique d'Angles, également dans le pourtour alpin (même province d'ammonites).

j) Stratotype de limites :

L'abondance des catégories de stratotypes résulte en fait des imperfections du concept traditionnel de coupe de référence dès lors que l'on veut l'utiliser pour définir l'étage dans sa totalité (chaque stratotype servant à définir les deux limites de l'étage correspondant ainsi que son contenu, sans lacune). D'où l'émergence d'un nouveau concept avantageux si l'on ne s'intéresse qu'aux limites des étages.

Les "Boundary stratotypes" sont proposés, pour fixer en un seul lieu la limite commune de deux étages (au lieu de la fixer deux fois, sur l'un des stratotypes comme la limite inférieure de l'étage supérieur et sur l'autre comme limite supérieure du précédent). Donc il y a définition non pas d'une tranche complète, avec ses 2 limites, mais d'une seule limite ("golden spike") au sein d'une coupe de référence qui peut être verticalement peu développée.

Leur intérêt est d'éviter les problèmes de hiatus ou de chevauchements entre limites définies sur des coupes distantes les unes des autres. En effet, entre deux stratotypes du type classique, localisés respectivement en X et Y, on peut toujours craindre que le repère du sommet de l'étage A défini en X ne coïncide pas vraiment avec celui de la base de l'étage suivant, B, défini en Y....

Ils ne supplantent pas les autres mais les complètent. On les choisit dans des régions différentes sélectionnées pour la continuité de sédimentation et la richesse paléontologique en ce qui concerne la tranche précise dans laquelle se place la limite à redéfinir.

POURQUOI ENCORE PARLER D'ÉTAGES PLUTÔT QUE D'ÂGES ?

Bien que la "radiochronologie" (basée sur les altérations par désintégration radioactive), soit de plus en plus utilisée, l'âge chiffré des couches n'est que rarement utilisé par les stratigraphes (alors que le grand public le privilégie et le recherche) : pourquoi cette dualité de comportement ? Est-ce l'expression d'un traditionalisme ? Non : cela résulte simplement de ce que l'âge chiffré est plus incertain et moins rapide à déterminer que celui déterminé par le biais de l'échelle stratigraphique.

Les limitations de la méthode radiochronologique :

L'application de la "radiochronologie" en recherche stratigraphique. est limitée par certaines de ses caractéristiques

- les minéraux utilisables sont fréquemment absents :

· 14C ne se rencontre que dans les carbonates et roches carbonées de moins de 100.000 ans;

· K/Ar ne s'applique qu'aux glauconies, illites et évaporites;

· U/Pb et Sr/Rb sont inapplicables.

Il y a donc impossibilité d'appliquer ces méthodes à la plupart des roches sédimentaires. En fait les datations de roches sédimentaires sont souvent obtenues indirectement, par le biais de phénomènes (volcanisme, métamorphisme) intervenus avant, pendant ou après leur dépôt.

- la signification de l'âge déterminable sur une roche sédimentaire, est évidemment de donner celui des minéraux utilisés. C'est donc rarement celui du dépôt mais plutôt celui de la diagenèse (plus récent), voire du métamorphisme (encore plus récent), ou celui de la cristallisation des minéraux détritiques inclus (plus ancien).

- la précision obtenue sur une mesure, compte tenu des marges d'erreurs (qui atteignent communément plusieurs MA) est souvent beaucoup plus faible que la finesse du découpage que l'on obtient avec d'autres méthodes (notamment les zones paléontologiques où l'on descend souvent au découpage de tranches inférieures à 1 MA).

Les difficultés d'étalonnage de l'échelle stratigraphique

En ce qui concerne cet aspect il faut savoir que les âges chiffrés indiqués dans ces échelles sont en fait encore imprécis et incertains. Il faut d'ailleurs à cet égard se méfier de ne pas tirer de conclusion trop rapide du rapprochement de deux âges qui ne sont pas exprimés dans le même système de datation : on s'expose à des bévues !

En fait les âges chiffrés attribuables aux limites d'étages sont encore sujets à discussion et à révision, et ce pour plusieurs raisons :

- les âges "absolus" sont obtenus par l'étude des seuls niveaux se prétant à la mesure radiochronologique. Il est évident qu'en général ceux-ci ne correspondent pas aux limites d'un étage, mais sont inclus "quelque part" entre ses limites. L'âge d'une limite est donc obtenu par interpolation entre deux mesures : celle que l'on vient de faire et celles déjà obtenues dans des couches situées de l'autre cotré de la limite à dater. Il faut alors se baser sur les épaisseurs de tranches sédimentaires et tenir compte de nombreux paramètres, tels que évaluation des lacunes et des taux de sédimentation, etc... pour évaluer son écart d'âge par rapport au niveau mesuré.

L'imprécision et l'incertitude de cette évaluation purement stratigraphique croissent avec la longueur de l'espace chronologique à traiter. Elles sont encore aggravées si les niveaux mesurés laissent entre eux plusieurs limites d'étages à dater (ce qui n'est pas rare).

- la crédibilité et la signification des mesures sont souvent discutées par les stratigraphes en fonction des conditions de prélèvement, de la nature des minéraux datés (quand s'est fermé le système cristallin des glauconies ?), de la nature de la roche datée (quel est l'âge relatif d'un niveau de basalte intercalé dans des sédiments : est-ce une coulée ou un sill ? etc...) et des caractères propres à la coupe de référence utilisée (ce n'est en général pas un stratotype, de sorte que les limites d'étage y sont repérées avec une imprécision plus ou moins grande).

Les marges d'incertitude résultantes sont donc souvent larges et l'âge fourni n'est souvent qu'un chiffre "moyen", d'une précision peu significative : elle est même illusoire en définitive si l'on oublie cette incertitude et si l'on prend cette valeur comme rigoureuse. A ce dernier égard on peut citer en exemple quelques "datations" d'étages :

- La base du Cambrien se place entre 522 et 570; le chiffre moyen retenu est de 570 mais pour ODIN (1982) il serait plutôt 530 ±10.
- La limite Aalénien/Toarcien n'est pas datée directement mais par interpolation : on admet classiquement 174 alors que ODIN préfère 181 et que la base objective est 187 ±34 (l'incertitude excède plusieurs étages..!).

Il est clair que les nouvelles recherches feront progresser nos connaissance mais il est également évident que la radiochronologie ne peut encore pas (et sans doute pour longtemps) rivaliser avec la stratigraphie classique, ni en précision ni en facilité d'utilisation. C'est pour ces raisons que la radiochronologie est rarement une méthode d'investigation stratigraphique, en dehors des deux domaines particuliers que sont le Précambrien et le Quaternaire.

En définitive la conclusion pratique est que l'on peut dater les strates de deux façons : directement et ponctuellement, par une recherche de fossiles (ainsi que, théoriquement, par radiochronologie) ou, comparativement et sur une tranche de roches, par l'analyse séquentielle d'une succession de variations.