Les roches, mémoire du temps

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Cette nouvelle édition des Roches présente des résultats actualisés qui illustrent les moments clés de l’histoire de la Terre. Pour « dater », il faut connaître les principes et les méthodes de stratigraphie, des chronomètres physiques ou biologiques, mais il faut aussi savoir utiliser la bonne méthode. Son choix et l’analyse des résultats sont présentés à toutes les échelles, en s’appuyant sur des exemples concrets. Un chapitre d’exercices corrigés est également proposé.
Sont intégrées les modifications concernant les définitions des systèmes utilisés en Sciences de la Terre, des échelles et subdivisions stratigraphiques, etc. Une riche iconographie, une importante bibliographie et un index détaillé permettent plusieurs usages.
L’ouvrage est de plus un pap-ebook. Le livre est la base incontournable qui peut être prolongée par le site web avec ses compléments, illustrations et de nombreux liens pour ceux qui désirent approfondir. Découvrez le site compagnon.
L’ouvrage est particulièrement adapté aux étudiants de licence (L2, L3), de master (M1, M2) et à ceux qui préparent les concours de l’enseignement (CAPES et agrégation SVT) ou des classes préparatoires (Mines, Agro). Les professeurs de lycées et collèges qui enseignent les SVT trouveront là un outil unique dans l’édition française. Il est aussi un ouvrage de base indispensable pour les chercheurs et les ingénieurs concernés par la géologie.
Publié le : dimanche 1 février 2015
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EAN13 : 9782759817405
Nombre de pages : 318
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C OLLE C T ION G RENOBLE S CIEN CE S
DIRIGÉE PAR JEAN BORNAREL
LES ROCHES,
MÉMOIRE DU TEMPS
Nouvelle édition avec exercices corrigés
Georges MASCLE
QLES ROCHES,
MÉMOIRE DU TEMPS
Nouvelle édition avec exercices corrigésGrenoble Sciences
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l’enseignement supérieur français. Il expertise les projets scientifiques des auteurs
dans une démarche à plusieurs niveaux (référés anonymes, comité de lecture
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des qualités scientifiques et pédagogiques certifiées par le mode de sélection
(les membres du comité de lecture interactif sont cités au début de l’ouvrage),
une qualité de réalisation assurée par le centre tec hnique de Grenoble Sciences.
Directeur scientifique de Grenoble Sciences
Jean BORNAREL, Professeur émérite à l’Université Joseph Fourier, Grenoble 1
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Livres et pap-ebooks
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anglaise) mais également des ouvrages utilisant d’autres supports. Dans ce contexte,
situons le concept de pap-ebook. Celui-ci se compose de deux éléments :
un livre papier qui demeure l’objet central avec toutes les qualités que l’on connaît
au livre papier,
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Le livre du pap-ebook est autosuffisant et certains lecteurs n’utiliseront pas le site
web compagnon. D’autres l’utiliseront et ce, chacun à sa manière. Un livre qui fait
partie d’un pap-ebook porte en première de couverture un logo caractéristique et le
lecteur trouvera le site compagnon de ce livre à l’adresse internet suivante :
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Grenoble Sciences bénéficie du soutien du Ministère de l’Enseignement
supérieur et de la Recherche et de la Région Rhône-Alpes.
Grenoble Sciences est rattaché à l’Université Joseph Fourier de Grenoble.
ISBN 978 2 7598 1265 3
© EDP Sciences 2014
?????LES ROCHES,
MÉMOIRE DU TEMPS
Nouvelle édition avec exercices corrigés
Georges MASCLE
17, avenue du Hoggar
Parc d’Activité de Courtabœuf - BP 112
91944 Les Ulis Cedex A - FranceLes roches, mémoire du temps
Cet ouvrage, labellisé par Grenoble Sciences, est un des titres du secteur Sciences de la Terre
et de l'Univers de la collection Grenoble Sciences d’EDP Sciences, qui regroupe des projets
originaux et de qualité. Cette collection est dirigée par Jean BORNAREL, Professeur émérite à
l’Université Joseph Fourier, Grenoble 1.
Comité de lecture de la première édition :
François DE CARLO, professeur agrégé (Paris)
Michel GUIRAUD, professeur à l’Université de Bourgogne (Dijon)
Jean-Emmanuel MARTELAT, maître de conférences à l’Université Joseph Fourier (Grenoble)
Jean-Sébastien STEYER, chargé de recherche (CNRS) au Muséum National d’Histoire
Naturelle (Paris)
Marc TARDY, professeur à l’Université de Savoie (Chambéry)
et la contribution de
· James ALLIBON, doctorant (Universités de Lausanne et Joseph Fourier - Grenoble)
· Jérémie VAN MELLEersité Joseph Fourier - Grenoble)
Cet ouvrage a été suivi par Laura CAPOLO pour la partie scientifique et Sylvie BORDAGE du
centre technique Grenoble Sciences pour sa réalisation pratique. L’illustration de couve
rture est l’œuvre d’Alice GIRAUD, d’après : stratigraphie : falaise de grès (Roy LUCK/Flickr) ;
stries de croissance d’un arbre (Chris BROWN/Flickr) ; stromatolites, fossiles : trilobite (James
St. John/Flickr) & Charniodiscus (Tina NEGUS/Flickr) ; zircon zoné (photo J.M. BERTRAND).
Autres ouvrages labellisés sur des thèmes proches (chez le même éditeur) :
Hydrothermalisme (M. Piboule & M. Chenevoy) Energie et environnement. Les risques et
les enjeux d'une crise annoncée (B. Durand) L'énergie de demain (Groupe Energie de la
Société Française de Physique, sous la direction de J.-L. Bobin, E. Huffer & H. Nifenecker)
La plongée sous marine (P. Foster) L'air et l’eau. Alizés, cyclones, Gulf Stream, tsunamis
et tant d’autres curiosités naturelles (R. Moreau) Turbulence (M. Lesieur) Turbulence et
déterminisme (M. Lesieur en collaboration avec l'institut universitaire de France) La
Cavitation. Mécanismes physiques et aspects industriels (J. P. Franc et al.) Sous les feux du Soleil.
Vers une météorologie de l'espace (J. Lilensten & J. Bornarel) Du soleil à la terre.
Aéronomie et météorologie de l'espace (J. Lilensten & P.L. Blelly) L'Asie, source de sciences et
de techniques (M. Soutif) Naissance et diffusion de la physique (M. Soutif) En physique,
pour comprendre (L. Viennot) Description de la symétrie. Des groupes de symétrie aux
structures fractales (J. Sivardière) Symétrie et propriétés physiques. Des principes de Curie
aux brisures de symétrie (J. Sivardière) Magnétisme : I Fondements, II Matériaux (sous la
direction d'E. du Trémolet de Lacheisserie) Mathématiques pour les sciences de la vie, de la
nature et de la santé (J.P. Bertrandias & F. Bertrandias) Outils mathématiques à l’usage des
scientifiques et ingénieurs (E. Belorizky) Méthodes numériques appliquées, pour le
scientifique et l’ingénieur Analyse statistique des données expérimentales (K. Protassov)
Physique et Biologie (B. Jacrot) Éléments de Biologie à l'usage d'autres disciplines. De la
structure aux fonctions (P. Tracqui & J. Demongeot) Science expérimentale et connaissance du
vivant (P . Vignais) Respiration et photosynthèse. Histoire et secrets d’une équation (C. Lance)
et d’autres titres sur le site internet :
https://grenoble-sciences.ujf-grenoble.fr
sss?ssss?ssss?s?s?sssssss?sssPRÉFACE
Comme toute histoire, celle de la Terre et de l’Univers ne s’écrit qu’à condition de
situer les divers éléments qui la composent dans le temps.
La perception d’un temps "long", opposé à la conception théologique qui a, des
siècles durant, imposé une durée courte pour la formation du ciel et de la Terre, a été le
prélude à la naissance de la géologie comme discipline historique.
Actuellement, la science apporte des réponses chaque jour plus nombreuses et plus
précises à la question de l’"origine" (de l’Univers, des roches, de la vie, de l’Homme)
en faisant valoir deux arguments majeurs.
Le premier est que la communauté scientifique a dû prendre acte que les objets
qu’elle étudie trouvent leurs places dans une évolution temporelle irréversible. Le
temps – et notamment sa flèche – s’est imposé, depuis bientôt deux siècles, comme
une caractéristique de la structuration universelle avec, en particulier, la théorie de
l’évolution de DARWIN d’abord et le modèle du Big Bang ensuite. Nous savons
désormais non seulement que l’Univers évolue mais aussi que les objets, dont la Terre, et
les êtres qui lui appartiennent ne sont pas immuables.
Le second argument qui signale que les approches scientifiques touchent à la
question des origines, relève du développement technique. Il résulte du perfectionnement
spectaculaire des méthodes de datation, que celles-ci soient relatives ou absolues.
Pour cela, il a fallu reconnaître sous quelles formes les événements étaient inscrits
dans les roches ou dans les paysages, de manière à pouvoir les situer les uns par
rapport aux autres dans un ordre chronologique. On touche à la notion de faciès d’une
roche qui est à la base de la chronologie relative. Le lithofaciès traduit les conditions
de dépôt d’un sédiment, ainsi que l’histoire de ses composants, et est le fondement
d’une première approche stratigraphique. Le biofaciès de la roche sédimentaire
fournit deux indications : les conditions de milieu de vie des restes d’organismes
fossilisés, mais aussi la succession des espèces vivantes (paléontologie) qui ont vécu
à la surface du globe puis qui ont disparu de façon irréversible, justifiant en cela la
théorie de l’évolution. Cette approche est la base de la biostratigraphie.
Lithostratigraphie et biostratigraphie ont permis d’élaborer les échelles stratigraphiques en
subdivisant le temps "long" à l’aide d’événements marquants (discordances,
extinctions d’êtres vivants…) et de raconter l’histoire de la Terre. Cette élaboration de la
stratigraphie s’est faite en l’absence de chronomètre, par datation relative qui situe
un événement par rapport à un autre sans lui attribuer d’âge. Avec les méthodes
plus récentes des datations dites "absolues" qui utilisent des horloges radioactives,
un événement peut être situé par rapport au présent avec cependant des marges
d’erreurs non-négligeables. Et ceci à toutes les échelles de durée, si bien que l’on 2 LES ROCHES, MÉMOIRE DU TEMPS
connaît l’âge de l’Univers (13,5 Ga), du système solaire et de la Terre (4,45 Ga), de
la naissance de la vie sur Terre (3,5 Ga), des grands événements géodynamiques
et des extinctions biologiques en masse qui jalonnent l’histoire de notre planète.
Cette nouvelle approche permet également d’accéder aux durées des phénomènes
géologiques passés et d’utiliser des propriétés physiques et chimiques des roches
pour préciser encore plus les subdivisions du temps ; tel est le cas avec la
magnétostratigraphie ou avec la chimiostratigraphie.
Tout cela, qui relève d’approches pluridisciplinaires, se trouve dans les pages qui
suivent de ce manuel, Les roches, mémoire du temps, conçu et présenté de façon
originale par le Professeur Georges MASCLE, géologue de talent et de grande
expérience. Basé sur des exemples concrets que traduit une iconographie
particulièrement riche et bien choisie, il révèle que, du cristal élémentaire à la formation
géologique la plus épaisse, les roches au cours de leur genèse et de leur évolution
ont enregistré, plus ou moins bien, le "temps instant" repérable et le temps "durée"
mesurable par l’application de méthodes adaptées de plus en plus nombreuses et
précises. Encore faut-il sur chaque cas "à dater" savoir choisir la bonne méthode à
employer et rester critique et prudent sur les résultats obtenus, en gardant toujours
comme référence les données du terrain recueillies à toutes les échelles.
C’est ce message essentiel que l’ouvrage, complet mais d’accès aisé, délivre au
lecteur qui s’intéresse aux sciences de la Terre et de l’Univers, c’est-à-dire à l’histoire
de notre environnement en perpétuelle évolution non-linéaire.
On aura également compris, qu’en quelques décennies seulement, la science
contemporaine a restauré sur son trône KRONOS, l’antique fils du Ciel et de la Terre, en
situant le monde dans une histoire intégrale.
Marc TARDYAVANT-PROPOS
Les Sciences de la Terre et de l’Univers s’intéressent à des phénomènes qui se
déroulent sur une très large gamme d’ordres de grandeur, aussi bien au niveau des
distances (de l’ordre de 20 ordres de grandeur), qu’en ce qui concerne le temps (de
l’ordre de 15).
L ’analyse de ces phénomènes s’est effectuée, au cours des deux derniers siècles, en
mettant au point une méthodologie efficace, fondée sur quelques principes simples,
et dont témoignent des ouvrages fondamentaux, comme Géologie stratigraphique,
publié pour la première fois en 1926 par Maurice GIGNOUX, Professeur à Grenoble. La
eseconde moitié du XX siècle a vu la mise au point de chronomètres précis qui ont
permis de quantifier les phénomènes.
Forts de cette évolution, nous avons mis en place à l’Université de Grenoble un
module d’enseignement "Enregistrement du temps" où les différentes méthodes
d’appréhension du temps ne sont plus dispersées dans des modules spécialisés,
mais au contraire très étroitement associées. Ce module, dont la première mise
en place remonte à une quinzaine d’années, est destiné autant aux étudiants qui
suivent le cursus de spécialité en Sciences de la Terre et de l’Univers, qu’à ceux qui
se destinent aux filières de l’enseignement. Il réunit dans un ensemble cohérent,
l’étude des principes et des méthodes de la stratigraphie, celle des chronomètres
physiques (géochronologie) et biologique (paléontologie stratigraphique).
La prise en compte de la dimension temporelle est désormais un objectif affiché
des programmes des Sciences de la Vie et de la Terre des lycées. Il est donc
particulièrement important que les futurs enseignants aient suivi une formation adaptée
et disposent ainsi des compétences indispensables. C’est l’objet de ce manuel qui
reprend un enseignement délivré à deux niveaux : en Licence (L3) de Biologie
Généerale et Sciences de la Terre et de l’Univers, et en 2 année (L2) de filière Sciences de
la Terre et de l’Univers.
L ’étude des principes et des méthodes s’appuie sur l’analyse de nombreux exemples,
choisis de telle sorte que les limites inhérentes à chacun de ces principes et à
chacune de ces méthodes soient bien caractérisées.
Cet ouvrage n’aurait pas vu le jour sans les encouragements de mes confrères du
Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines (LGCA, Grenoble), au premier
rang desquels Henriette LAPIERRE, récemment disparue, avec qui j’ai partagé cet
enseignement en L3 et qui m’avait demandé de l’assurer en L2.
Merci à tous ceux qui m’ont généreusement fourni des illustrations ou des
documents : Annie et Hubert ARNAUD, Mathias BERNET, Jean-Pierre BOUILLIN, Thierry DUMONT, 4 LES ROCHES, MÉMOIRE DU TEMPS
Stéphane GUILLOT, Etienne JAILLARD, Jean-Emmanuel MARTELAT, Arnaud PÊCHER
(LGCA, Grenoble), Juliette ASTA (UFR Biologie, Grenoble), Didier CARITÉ (Meaux),
Raymond CIRIO (CBGA, Briançon), Myette GUIOMAR (Réserve Géologique de
Haute-Provence, Digne), Jean MASCLE, Françoise SAGE (Géosciences Azur,
Villefranche-surMer), Yann ROLLAND (UNSA Nice), Christian BECK, Jean-Michel BERTRAND, Marc TARDY
(LGCA, Chambéry), Marie-Denise COURME-RAULT (Orléans), Fabienne GIRAUD (Lyon),
Madeleine SELO (Paris), Jean-Paul LÉCORCHÉ (Marseille), Bardhyl MUCEKU, Selam
MEÇO (Université Polytechnique de Tirana, Albanie), Roberto COMPAGNONI (Turin),
Maurizio GAETANI (Milan), Primo VENEROSO (Sciacca), Maria-Elena KUSIAK (Repsol-YPF,
Neuquen, Argentine), Olivier KÉROZEN (artiste peintre, Rome), le Comité International
de la Carte Géologique du Monde (CCGM, Paris) et la librairie Alain BRIEUX (Paris).
Merci également aux ex-doctorants dont les travaux m’ont fourni des exemples :
Stalin BENITEZ ACOSTA, Eric BLANC, Gilles BROCARD, Sébastien CANNIC, Victor CARLOTTO
CAILLAUX, Emmanuel CHAPRON, Marie-Elisabeth CLAUDEL, Vincent DE ANDRADE, Yann
DENIAUD, Michel FOATA, Ananta GAJUREL, Marcelo GARCIA GODOY, Julio-Cesar
GONZALES LARA, Pierre-Olivier MOJON, Philippe ROCHAT, Franck VALLI, Jean VERMEULEN,
David ZUBIETA.
Merci aux personnels des bibliothèques (Société Géologique de France, Sciences
de la Terre CADIST Jussieu, BIU Grenoble) qui m’ont facilité la recherche de
documents. Merci à ceux qui ont bien voulu critiquer et aider à corriger ce texte, en
particulier en participant au comité d’édition : François DE CARLO (Paris), Michel GUIRAUD
(Dijon), Jean-Emmanuel MARTELAT (UJF Grenoble), Jean-Sébastien STEYER (MNHN
Paris), Marc TARDY (US Chambéry), ainsi que James ALLIBON (Lausanne), Jérémie
VAN MELLE (UJF Grenoble) et Marie-Noelle PRADELLE-MASCLE.
Pour cette nouvelle édition, il a été tenu compte des nouvelles datations adoptées
par le Congrès Géologique International (CGI) en 2012 qui modifient sensiblement
l’échelle stratigraphique. Cela a conduit à reprendre un certain nombre de figures.
Enfin des exercices, issus de sujets d’examen, ont été ajoutés en fin d’ouvrage.
Un certain nombre d’avancées, en matière technologique (géochronologie,
astrochronologie…), ou concernant les premiers âges de la vie ont vu le jour. Elles sont
présentées sur le site web compagnon qui permet une mise à jour en temps réel.
De même, certaines animations sont accessibles sur ce site web compagnon ; merci
à tous ceux qui m’ont procuré ou permis d’utiliser ces vidéos : Claude BABIN (Lyon),
Karim BENZERARA (IPG Paris), Stéphane DOMINGUEZ (Montpellier), Jjean DUBESSY
(Nancy), Danièle GROSHENY (Strasbourg), Emmanuelle JAVAUX (Bruxelles), Guillaume
LECOINTRE (MNHN Paris), Hervé MARTIN (Clermont-Ferrand), Pascal PICQ et Armand
DE RICQLÈS (Collège France Paris), André SCHAAF (Strasbourg).
Merci à l’équipe de Grenoble Sciences qui a assuré la mise en forme de l’ouvrage.
Merci enfin aux étudiants (L2 et L3) qui, au fil des années, ont contribué à son
amélioration.Quand on ne me le demande pas, je sais ce qu’est le temps ;
quand on me le demande, je ne le sais plus.
Saint AUGUSTIN
INTRODUCTION : LA NOTION DE TEMPS
LE TEMPS
Chacun a conscience que le temps s’écoule, mais en même temps éprouve de
la difficulté à en donner une définition rigoureuse. En cherchant à le définir, saint
AUGUSTIN (354-430 de notre ère) conclut sa réflexion en déclarant "qu’il sait ce qu’il
ne sait pas". Pour chacun le temps est un concept implicite, une évidence familière.
Il s’écoule de manière univoque, et il est inconcevable de l’inverser (E. KLEIN).
L’humanité a cherché très tôt une définition du temps, comme en témoignent les
plus anciens poèmes du monde : l’épopée de GILGAMESH et le poème d’ATRAHASIS,
qui traitent l’un de la recherche de l’éternité et l’autre de la genèse du monde, donc
en fait du rôle du temps.
Les premiers essais de définition du temps, dont nous ayons conservé la trace, sont
dus à des philosophes grecs. Pour HÉRACLITE d’Ephèse (576-480 AC), le temps est un
mouvement continu. Au contraire, pour PARMÉNIDE d’Elée (544-450 AC), le temps est
constitué par une succession d’états fixes, une succession d’instants. LUCRÈCE
(9855 AC) explique que "[…] le temps n’existe pas par lui-même : c’est l’état des objets
qui nous fait sentir ce qui s’est accompli dans le passé, ce qui est présent et ce qui
va suivre […] ; nul n’éprouve la sensation du temps en lui-même, indépendamment
du mouvement des corps et de leur repos".
De nos jours, le cours du temps, ou la flèche du temps, sont des expressions
familières. Etienne KLEIN insiste sur la nécessité de bien distinguer ces deux concepts.
Pour lui "le cours du temps désigne le fait que le temps passe, qu’en passant il
produit de la durée et seulement de la durée, bref qu’il engendre la simple
succession des événements ; la flèche du temps renvoie à la possibilité qu’ont les choses
de devenir, c’est-à-dire de connaître au cours du temps des changements parfois
irréversibles".
DUALITÉ DU TEMPS : TEMPS-DURÉE ET TEMPS-INSTANT
Le temps est une grandeur complexe. Il englobe la simultanéité, la succession et
la durée. Un des aspect du temps : le "temps-durée", est une grandeur réellement
mesurable. L’autre aspect du temps le "temps-instant", est une grandeur
seulement repérable. Il est toutefois difficile de séparer pratiquement les deux aspects, 6 LES ROCHES, MÉMOIRE DU TEMPS
puisque pour mesurer une durée, il est nécessaire de définir deux instants : un
instant début et un instant fin.
COMMENCEMENT DU TEMPS
Depuis l’Antiquité les philosophes s’interrogent pour savoir si le temps est
éternel, s’il préexiste à la matière, ou s’il commence en même temps que la matière.
Les tablettes babyloniennes, reprenant les mythes sumériens, indiquent que le dieu
MARDUK organisa le monde et fixa le temps. La physique quantique nous suggère
que la perception du temps commence au moment où les lois physiques qui
régissent l’Univers commencent à s’appliquer, et ces lois physiques ne dépendent pas
du temps. D’après Etienne KLEIN, le temps est en effet "insécablement lié à l’espace,
associé à l’énergie, ancré dans la matière". Le moment ("Big Bang") où les lois
physiques commencent à être applicables, se situe, dans l’état actuel de la Science, vers
913,7 Ga (Giga-années = 10 années). D’après Stephen HAWKING, depuis ce moment,
la "flèche du temps" se traduit par une augmentation continuelle de l’entropie, donc
du désordre, dans l’Univers.
APPRÉHENSION DU TEMPS
Pour appréhender une notion, une double démarche, analytique et synthétique, est
nécessaire. Un phénomène doit être analysé donc observé, mesuré sous forme
de valeurs discrètes, puis synthétisé sous forme d’un système continu. Si le
phénomène apparaît de manière continue, il est nécessaire de le discrétiser pour
l’étudier ; s’il est reconnu de manière discrète, il est nécessaire de l’intégrer pour le
comprendre.
Le temps est un phénomène continu. La première approche consiste donc à
discrétiser le phénomène temps, c’est-à-dire à le mesurer.
C’est certainement très précocement au cours de leur évolution, sans doute dès le
Paléolithique, que des hommes ont entrepris de mesurer le temps. Ils l’ont fait grâce
à la prise de conscience de l’alternance jour - nuit et des phases de la Lune.
Ce n’est pas un hasard si nombre de calendriers, primitifs ou non, sont lunaires. La
plus ancienne trace d’éphéméride est constituée par un os d’aigle, daté de près de
18 000 ans, qui est gravé de marques interprétées comme un calendrier lunaire.
L ’homme a cependant dû prendre rapidement conscience d’autres subdivisions
possibles, comme celle des alternances saisonnières, en particulier après avoir peuplé
des latitudes plus hautes que les régions intertropicales.
Ainsi, par exemple, l’un des plus anciens calendriers, le calendrier égyptien, était
fondé sur le décompte des Lunes séparant deux crues successives du Nil. L’année
de 12 mois lunaires compte 354 jours ; il manque donc 11 jours pour compléter
l’année solaire ; ce qui introduisit rapidement un décalage pour la date de la crue du
Nil, réglée par le rythme saisonnier, donc par le Soleil. Il a donc été très vite
nécessaire de réformer le calendrier, en adoptant un vrai calendrier solaire. Cette réforme
eest intervenue dès le 3 millénaire AC, sous le Pharaon KHÉOPS (2538-2516 AC). En
Mésopotamie, à peu près à la même époque, on a rajouté périodiquement des jours
à certains mois lunaires.INTRODUCTION 7
eCela montre que très tôt, dès l’aube du 4 millénaire AC, et sans doute bien avant,
mais les traces écrites nous manquent, l’observation des astres par des mages,
sumériens, égyptiens, et autres, avait permis de définir le cycle solaire annuel.
eAinsi, dès le début du 4 millénaire AC, l’homme avait entrepris de discrétiser le
phénomène temps. Il a commencé à tenir une chronologie. Immédiatement il s’est
posé deux questions : "avant" et "au début" ; questions auxquelles il n’a pas pu
répondre faute de disposer d’un enregistrement. D’où toute une série de mythes de
création et de chronologies mythiques, fondées sur des traditions orales, qui
caractérisent toutes les anciennes civilisations : les royaumes pré-dynastiques égyptiens,
les héros pré-diluviens sumériens ou indiens, les dynasties mythiques chinoises, les
ancêtres bibliques ainsi que les différentes "genèses" (biblique, d’HÉSIODE…).
L’ENREGISTREUR DU TEMPS
Pour pouvoir dater cet "avant" et éventuellement accéder "au début", il fallait disposer
d’enregistrements, et donc identifier un support enregistreur. C’est Nicolas STENON
(1638-1686), anatomiste danois alors au service du Duc de Toscane, qui a compris
que les roches étaient ce support enregistreur [De Solido, publié en 1669].7KLVSDJHLQWHQWLRQDOO\OHIWEODQNPARTIE I
FONDEMENTS DE LA STRATIGRAPHIE7KLVSDJHLQWHQWLRQDOO\OHIWEODQNQuand se lèvent les Pléiades commence la moisson
et sème quand elles se couchent.
HÉSIODE
1 - PRINCIPE DE BASE DE LA STRATIGRAPHIE :
LE PRINCIPE DE SUPERPOSITION
1.1 - DÉFINITION
STENON (1669) observe des séries sédimentaires du Tertiaire de Toscane. Il en tire
une loi très simple : un lit sédimentaire est plus jeune que celui qu'il recouvre, et
plus vieux que celui qui le recouvre. Dans un ensemble de lits sédimentaires, les lits
se succèdent dans le temps, les plus récents reposant sur les plus anciens.
Ce faisant il énonce le principe fondamental de la stratigraphie :
"Quant à la position des couches, on pourra regarder comme certaines les
propositions suivantes : Au moment où se formait une couche quelconque, il existait sous
cette couche un autre corps qui empêchait la descente ultérieure de la matière
pulvérulente, et par conséquent où se formait la couche la plus inférieure, il existait
en dessous d’elle un autre corps solide, ou bien un fluide différent par sa nature du
fluide supérieur, et d’une pesanteur spécifique plus grande que celle du sédiment
du même fluide supérieur. A l’époque où se formait une des couches supérieures,
la couche inférieure avait déjà acquis une consistance solide." [traduction L. ELIE DE
BEAUMONT]
Ce principe est défini à l’échelle de l’affleurement, quelques mètres à quelques
dizaines de mètres (Fig. 1.1).
a b
Fig. 1.1 - Principe de superposition
à l’échelle de l’affleurement
a - Talus entaillé dans les "schistes et
calcaires de Nehou" (région de Carteret, au
sud de Cherbourg, Normandie) ; la série du
Dévonien inférieur (419-407 Ma) est
constituée de l’alternance de bancs de grès
calcaires et de pélites. b - Gabbros lités du
10 cm 10 cmWadi Haylayn (ophiolite d’Oman, 85 Ma).12 I - FONDEMENTS DE LA STRATIGRAPHIE
Il implique que le matériel constitutif des couches ait subi un processus de dépôt,
un processus gravitaire. C’est généralement un dépôt de particules sédimentaires,
comme illustré sur la Fig. 1.1a qui montre une superposition de couches, épaisses
d’une dizaine de centimètres, constituées de grès calcaires et de pélites. Il peut
s’agir aussi de l’accumulation de cristaux dans une séquence de cumulats
gabbroïques (Fig. 1.1b).
Ce principe est valable quelle que soit l’échelle d’observation, depuis celle du
paysage, comme le montre un panorama de Chartreuse (Fig. 1.2), jusqu’à celle du
microscope (Fig. 1.3).
Fig. 1.2 - Principe de superposition à l’échelle du paysage : panorama de Chartreuse (Isère)
La Chartreuse est vue de l’est, depuis les balcons de Belledonne. En montant depuis la vallée du
Grésivaudan (alt. 250 m), on observe un premier escarpement calcaire, qui supporte le plateau de
SaintHilaire-du-Touvet (alt. 1000 m ; il s’agit de la "barre tithonique" (152-145 Ma). Au-dessus se développe,
jusque vers 1700 m, un talus constitué de séries marno-calcaires plus tendres du Crétacé inférieur "talus
néocomien" (145-131 Ma), plus ou moins recouvert d’éboulis provenant de l’escarpement supérieur.
Celui-ci, qui forme la Dent de Crolles (alt. 2026 m), est constitué par la "barre urgonienne" (131-113 Ma)
[photo J.P. BOUILLIN].
Fig. 1.3 - Principe de superposition
à l’échelle de l’échantillon : lame mince
de "schistes et calcaires de Nehou"
Observation microscopique d’une lame mince taillée dans
un échantillon situé à peu près au milieu de la coupe de la
figure 1.1a. On observe le contact entre la base d’un banc de
grès calcaire, assez riche en quartz avec un
granoclassement des grains, et le sommet du banc pélitique sous-jacent
beaucoup plus riche en argiles et où les quartz sont très fins.
Observation en lumière polarisée non-analysée (LPNA).1 - PRINCIPE DE BASE DE LA STRATIGRAPHIE : LE PRINCIPE DE SUPERPOSITION 13
La mise en application du principe de superposition à des fins de datation implique
d’avoir la certitude que les couches ont conservé leur géométrie initiale. Travail-
lant en Toscane où les couches ont été déformées lors de la genèse de l’Apennin,
STENON a eu conscience de ce problème : "A l’époque où se formait une couche […],
sa surface supérieure était parallèle à l’horizon (horizontale) […] ; les couches qui
sont perpendiculaires ou inclinées à (sur) l’horizon, lui ont été parallèles à une autre
époque." [traduction L. ELIE DE BEAUMONT]
1.2 - CONTRÔLE DE LA RÉGULARITÉ DE LA SUCCESSION
1.2.1 - COUCHES PLISSÉES ET COUCHES RENVERSÉES
Lorsque les couches sont simplement basculées, il est évident qu’elles ont été
déformées, et leur succession peut, en général, être facilement reconnue. Ainsi en
est-il de l’exemple du Monte Capodarso en Sicile centrale, où les couches du Néo-
gène sont inclinées d’une quinzaine de degrés vers l’est - sud-est (Fig. 1.4).
Fig. 1.4 - Couches inclinées au Monte Capodarso (Sicile)
Le Monte Capodarso (795 m) est situé en Sicile centrale au nord de Caltanissetta. Il est vu ici depuis le
sud - sud-ouest. La série observée va du Tortonien (11,6 Ma) au Quaternaire (1,5 Ma). Le néo-stratotype
du Messinien (7,25-5,33 Ma) y est situé (zone marquée Tr-Cs, en bas à droite de l’image). Le talus sombre
à la base de l’image est constitué de marnes du Tortonien (To) et des marnes à diatomées (Tripoli = Tr)
de la base du Messinien ; la première falaise est constituée par les calcaires solfifères (Cs) et des
gypses, on y exploitait une mine de soufre. Au-dessus la falaise blanche est constituée par des craies
(nom local "trubi") du Pliocène inférieur (Pi = 5,33-3,6 Ma). Le second talus est fait de marnes bleues du
Pliocène moyen-supérieur (Pms = 3,6-2,6 Ma). La falaise sommitale est constituée de grès calcaires
jaunes du Quaternaire inférieur (PQ = 2,6-0,8 Ma) ; noter que cette falaise est constituée de trois barres
gréso-calcaires successives qui s’amincissent en direction du sud - sud-est (système progradant, voir
Chap. 4, p. 74).
Les difficultés surgissent lorsque les séries déformées sont plus ou moins
horizontales. C’est le cas lorsqu’existent des plis couchés. Le flanc inverse montre
une séquence renversée. Lorsque les charnières sont visibles (Fig. 1.5 et 1.6), il est l
co
co
l
l
jm
jm
jm
t
t
t
co
14 I - FONDEMENTS DE LA STRATIGRAPHIE
possible de différencier la séquence normale et la séquence renversée ; la confusion
entre les deux flancs peut donc être évitée ; mais il faut imaginer ce qui se
passerait si l’on était amené à interpréter un forage (diamètre 7 cm) passant au milieu de
l’affleurement de la Roche Torse (Fig. 1.6a) sans avoir connaissance du paysage.
W E
W E
co
h
Ft
Fig. 1.5 - Couches plissées panorama de la Croix-des-Têtes (Savoie)
La Croix-des-Têtes (2594 m), qui domine Saint-Jean-de-Maurienne, est vue depuis la terrasse de
Montricher. Les séries du Trias et du Jurassique de la zone sub-briançonnaise forment une série de plis
couchés déversés vers l’ouest, charriés sur le flysch tertiaire (Ft), et supportant les nappes briançonnaises.
Subbriançonnais : t = Trias, l = Lias, jm = Jurassique moyen, co = Callovo-Oxfordien ; Briançonnais :
h = Carbonifère, t = Trias [photo M. TARDY].
Lorsque les charnières ne sont pas visibles, cas de plis isoclinaux dans des séries
de flysch par exemple (Fig. 1.6b), il est impératif de rechercher attentivement des
critères de polarité sédimentologiques ou tectoniques.
SSW NNE W E
a b
Fig. 1.6 - Plis isoclinaux
a - La Roche Torse est vue depuis Chamousset (Savoie) en regardant vers le nord ; elle est constituée
de calcaires tithoniques (152-145 Ma) [photo M. TARDY]. b - Le flysch des Aiguilles d’Arve (45-28 Ma) est
observé ici en montant au col du Galibier (Hautes-Alpes). Il est constitué de turbidites gréseuses
déformées en plis isoclinaux dont certaines charnières sont visibles au milieu de l’image.
l
t
t
t
jm
co
jm
jm1 - PRINCIPE DE BASE DE LA STRATIGRAPHIE : LE PRINCIPE DE SUPERPOSITION 15
1.2.2 - CRITÈRES DE POLARITÉ
Il existe différents types de moyens de savoir si la séquence observée est bien à
l’endroit ou au contraire à l’envers. Comme ils permettent de reconnaître la polarité
des séquences rocheuses, on les nomme critères de polarité. Certains de ces
critères correspondent à des traces d’activité à la surface du sédiment : rides de
courant (Fig. 1.7), traces de dessication (Fig. 1.8), traces d’activité biologique (Fig. 1.9 et
1.10) ; ils caractérisent le haut des bancs.
Fig. 1.7 - Rides de courant :
"ripple marks" dans le Trias (235 Ma) des lacs Besson (L’Alpe-d’Huez, Isère)
Des rides d’ondes stationnaires ("ripple marks" ) se forment à la surface limite de deux fluides en
mouvement (sable mouillé et eau). Il est parfois difficile de distinguer entre les rides (surface supérieure) et
leur moulage par le lit sus-jacent (surface inférieure).
a b
Fig. 1.8 - Traces mécaniques dans le Cambrien du Colorado
Groupe Uncomphagre, Cambrien supérieur (497-485 Ma) de la région de Durango (Colorado, USA) ; les
sédiments se sont déposés dans un environnement soumis périodiquement au dessèchement. a - Les
fentes de retrait et la forme concave caractérisent le sommet des bancs. b - Les traces de trémies de
sel en creux à droite de la photo caractérisent aussi le haut du banc ; les traces en relief à gauche de la
photo caractérisent le moulage du creux par le banc supérieur et donc la base du banc.312 LES ROCHES, MÉMOIRE DU TEMPS
Var 42 W
variation(s)
– eustatique 71 WALLACE 160
– géochimique 118 Waptia 224
varves 102, 146Warrawoona 218
Vaucluse 239Wenlock 226
vêlage 123 Williriedullum 180
Vendia 215Witwatersrand 231
vendien 215
Vénus 231
Vercors 53, 73, 239 Y
Vergons 110
verres volcaniques 150Yucatan 40
Verrucano 22
Versoyen 137
Vertébrés 226 Z
Vésuve 119
virus 216Zagros 117
vitesse Zechstein 233, 235, 236
– angulaire 100ZFT 151
– de sédimentation 63, 68, 115Zimbabwe 218
– moyenne d'évolution 159 zircon 48, 134, 136, 150, 154, 157, 213
vocontien (bassin) 55, 110, 189Zn 216
vol zone(s)
– battu 228 – d'OPPEL 162
– plané 228 – de collision 33
volcan 40 – photique 64, 220
– de boue 38, 79 – tidale 220
Volga 235zooplancton 64
Volvox 222zygote 221
Vulcano 40TABLE DES MATIÈRES
PRÉFACE ................................................................................................................................................ 1
AVANT-PROPOS........ 3
INTRODUCTION : LA NOTION DE TEMPS ..................................................................................................... 5
Le temps ........................................................................................................................................... 5
Dualité du temps : temps-durée et temps-instant ............................................................ 5
Commencement du temps ........................................................................................................ 6
Appréhension du temps .............................................................................................................. 6
L’enregistreur du temps .............................................................................................................. 7
PARTIE I - FONDEMENTS DE LA STRATIGRAPHIE
1 - PRINCIPE DE BASE DE LA STRATIGRAPHIE : LE PRINCIPE DE SUPERPOSITION .......................................... 11
1.1 - Définition ...................................................................................................... 11
1.2 - Contrôle de la régularité de la succession .................................................................. 13
1.2.1 - Couches plissées et couches renversées .......................................................... 13
1.2.2 - Critères de polarité ..................................................................................................... 15
1.2.3 - Superpositions tectoniques : surfaces de charriage et détachements ... 22
1.2.4 - Sills et filons horizontaux ......................................................................................... 23
1.3 - Dépôts non-horizontaux 24
2 - GÉNÉRALISATION DU PRINCIPE DE SUPERPOSITION .............................................................................. 27
2.1 - Le principe de recoupement ........................................................................................... 27
2.1.1 - Fractures ........................................................................................................................ 27
2.1.2 - Filons ............................................................................................................................... 29
2.1.3 - Massifs plutoniques intrusifs (batholites) et métamorphiques.................. 31
2.1.4 - Discordances et surfaces d’érosion ..................................................................... 34
2.1.5 - Cratères et caldeira emboîtés ................................................................................ 38
2.1.6 - Terrasses emboîtées .................................................................................................. 41
2.1.7 - Coulées volcaniques étagées 45
2.2 - Le principe d’inclusion ....................................................................................................... 46
2.2.1 - Conglomérats et brèches ........................................................................................ 46
2.2.2 - Inclusions magmatiques .......................................................................................... 48
2.2.3 - Minéraux ....................................................................................................................... 48
2.3 - Le principe de superposition généralisé, fondamental de la stratigraphie ..... 49
3 - CONTINUITÉ LATÉRALE 51
3.1 - Caractérisation de la continuité latérale ...................................................................... 51
3.2 - Passage latéral de faciès ................................................................................................... 54
3.3 - Lithostratigraphie ................................................................................................................. 57

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