The Geological Time Spiral - A Path to the Past - United States Geological Survey - Sept 2008
Stratigraphie
La stratigraphie dérivée du latin stratum signifiant couverture et du grec graphein signifiant écrire, est la discipline scientifique qui analyse la disposition et la succession des couches de dépôts sédimentaires, appelées strates, en affleurement sur le terrain ou révélées par des sondages.
La chronostratigraphie, une branche de la stratigraphie, se concentre sur la détermination de l’âge des différentes couches rocheuses, ou strates.
Une échelle chronostratigraphique fournit un cadre pour classer chronologiquement les événements géologiques survenus depuis la formation de la Terre il y a environ jusqu’à nos jours. Cette échelle divise l’histoire de la Terre en différentes périodes de temps appelés aujourd’hui éons, ères, périodes, époques et étages.
SOMMAIRE
1- Le principe de superposition 2- John Phillips 3- Alcide d’Orbigny : Le principe de ‘succession faunistique’ et le concept d’étage 4- L’âge de la terre 5- Les organismes internationaux 6- L’échelle chronostratigraphique internationale 7- Les étages internationaux 8- Stratotype de limite 9- Stratotype d'unité
Tout d’abord un peu d’histoire pour comprendre les origines de l’échelle chronostratigraphique
1. Le principe de superposition
Nicolas Sténon (1638 – 1686), un géologue danois, compte parmi les pionniers de la géologie et a notamment formulé le principe de superposition, énonçant que dans une séquence de couches sédimentaires, les strates les plus récentes recouvrent les plus anciennes.
En 1760, le géologue italien Giovanni Arduino (1714-1795), inspiré par ses observations du relief de la Vénétie dans le vicentin (région autour de Vicence – Vicenza), a proposé une classification des terrains et de l’histoire de la terre en quatre « ordres » :
- Les ‘monti primari’ (montagnes minérales, peu de fossiles)
- Les ‘monti secondari’ (montagnes élevées, fossiles marins, ammonites)
- Les ‘monti terziari’(montagnes et collines, formations détritiques, fossilifères, basaltiques)
- Et les terrains ‘il quatro ordine’ (plaines, formées de couches d’alluvions)
« Les premiers balbutiements de la chronostratigraphie sont liés au concept de « formation » , créé par Werner à la fin du 18° siècle.
Selon lui, cinq époques se sont succédé, 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. «
L’échelle stratigraphique, M.Gidon (Géo-Alp) – verbatim.
Les premières subdivisions sont nommées en fonction du contenu pétrographique industriel de ces couches, qui contiennent un type spécifique de sédiment : houiller/coal measures (charbon), Corallien (corail), Crétacé (creta, craie), Mushelkalk (calcaire coquiller).
En 1822, Conybeare et Phillips, conscients du besoin économique de charbon, proposèrent de remplacer l’appellation « coal measures » par « Carboniferous » pour caractériser les gisements houillers.
Pour explorer les couches plus anciennes situées sous les dépôts du charbon, les géologues anglais ont analysé et défini le Cambrien, Dévonien, Ordovicien, Silurien, Appalachien, Missisipien et Pennsylvanien, pendant que les français ont défini le « Jurassique », les allemands « l’Eiffelien », et les Russes le « Permien » ….
Les noms étranges du Silurien, tels que Trémadoc, Llandeilo, Caradoc, Wenlock, Ludlow, proviennent du Pays de Galles où ces séries ont été étudiées et décrites par Adam Sedgwick.
2. John Phillips
Dans la première partie du 19e siècle, John Phillips (1800-1874) a proposé d’utiliser de grands ensembles distincts de fossiles pour fonder les divisions majeures (les ères) de l’histoire du globe : le Paléozoïque (1818), le Mésozoïque et le Cénozoïque (1840). Cette découpe s’inspire de la théorie du catastrophisme par Cuvier, car ces périodes sont encadrées par les grandes crises biologiques majeures, comme la fin du Permien il y a environ 250 millions d’années et l’extinction Crétacé/Tertiaire il y a environ 65 millions d’années.
John Philips a publié en 1815 la première carte géologique de Grande-Bretagne, intitulée ‘The great card’.
» Par la suite, le Mésozoïque est divisé en trois périodes, le Trias, le Jurassique et le Crétacé.
Le Trias, nommé par le géologue allemand Friedrich August von Alberti en 1834, tire son nom des trois unités stratigraphiques dont il se compose en Allemagne et plus généralement en Europe centrale.
Le terme « Jurassique » a été introduit par Alexander von Humboldt en 1799, qui a reconnu l’importance des calcaires visibles dans le Jura suisse et français.
Quant au Crétacé, c’est en 1822 que le géologue belge Jean-Baptiste d’Omalius d’Halloy l’a défini à partir de la craie (creta en latin), roche calcaire caractéristique de cette période dans de nombreuses parties de l’Europe du Nord. «
Eric Buffetaut, paléontologue au Laboratoire de géologie de l’école normale supérieure, à Paris (CNRS, UMR 8538). Pour la science 2005 – verbatim.
Les subdivisions du Tertiaire, telles que l’Eocène (aube récente), l’Oligocène (peu récent), le Pliocène (plus récent), le Miocène (moins récent) et le Pléistocène (nombreux et récents, en référence à la période qui regroupe encore 90% des espèces actuelles), ont été nommées par Charles Lyell autour des années 1840.
3. Alcide d’Orbigny : Le principe de ‘succession faunistique’ et le concept d’étage
Même si John Phillips avait mis en évidence que chaque couche géologique était caractérisée par un contenu paléontologique spécifique, sans pour autant l’intégrer dans sa classification, c’est Alcide d’Orbigny qui décline ce nouveau principe de ‘succession faunistique’ : ce n’est plus le contenu pétrographique qui caractérise une couche mais son contenu paléontologique.
>> La stratigraphie s’enrichit d’un concept supplémentaire : l’étage.
« Un étage est un état naturel de la nature passée pendant lequel il existait, comme dans la nature actuelle, des continents et des mers, des plantes et des animaux et, dans la mer, des animaux pélagiens et des animaux côtiers à toutes les zones de profondeur. Pour qu’un étage soit complet, il doit montrer un ensemble d’êtres terrestres ou marins qui puisse représenter une époque tout entière, analogue au développement que nous voyons actuellement sur la terre. » Alcide d’Orbigny
La série des couches jurassiques établie en Angleterre, au début de ce siècle, par William Smith et complétée par Buckland, puis par Conybeare et Phillips, se décomposait ainsi : 1° Inferior oolite ; 2° Fuller’s earth ; 3° Great oolite ; 4° Bradford-clay and Forest-marble ; 5° Cornbrash.
D’Orbigny analyse « l’Inferior oolite » et considérant que le site fossilifère le plus représentatif se trouve près de Bayeux (14) transforme cette couche en étage Bajocien. Pour définir le Bathonien, il agrégea les 4 séries suivantes qui se trouvaient les mieux représentés près de la ville anglaise de Bath.
D’Orbigny explique sa méthode pour nommer ses étages. A propos de Sinémurien en 1850 « J’ai fait dériver ce nom de la ville de Semur en Auxois (lat. Sinemurium), où se trouve le meilleur type, un gisement que je puis considérer comme étalon, c’est-à-dire pouvoir servir de point de comparaison« . Autres exemples : le Toarcien de Thouars (Deux-Sèvres), l’Aptien d’Apt (Vaucluse), le Stampien (en latin Stampae) d’Étampes (Essonne)…
Son travail exclusivement basé sur la comparaison du contenu paléontologique l’amène à convertir systématiquement en étages les périodes jurassique et crétacé décrites par ses prédécesseurs.
Des géologues tels Albert de Lapparent poursuivent, en l’accentuant, le travail de D’orbigny et proposent de découper les étages en biozones (zones/strates dans lesquelles se rencontrent une espèce fossile déterminée) identifiées par des fossiles marqueurs de zone :
- Bathonien : zone à Oppelia aspidoïdes, zone à Oppelia fusca…
- Bajocien : zone à Harpoceras Murchisonae, zone à Harpoceras concavum, zone à Sonninia Romani, zone à Parkinsonia Parkinsoni…
Après d’Orbigny d’autres étages ont été décrits et on en comptera au total 47 sur le sol français (voir figure 1 ci-dessous – P. De Wever).
Figure 1 – Les 47 étages définis en France. Source P. De Wever
Un zoom particulier pour les étages présents dans le Bassin Parisien :
| Étages | Localité de référence | Inventeur | Sites caractéristiques dans le BP |
| Priabonien | Priabona (Italie) | Munier-Chalmas et De Lapparent (1893) |
Le Vouast 60)
Chavençon (60)
Ludes (51)
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| Bartonien | Barton (GB) | Karl Mayer-Eymar (suisse) 1857 |
Auvers-sur-Oise (95)
Le Guepelle (95)
Le Fayel (60)
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| Lutétien | Lutetia (Paris) | De Lapparent (1883) |
Thiverval-Grignon (78)
Damery (51)
Chaumont en Vexin (60)
|
| Yprésien | Ypres (Belgique) | André Dumont (1850) |
Cuise-la-Motte (60)
Pourcy (51)
Hérouval (60)
|
| Thanétien | Ile de Thanet (GB) |
Bracheux 60)
Grès de la Fère (02)
Rilly la Montagne (51)
|
>> Vers 1850 les périodes et les époques de l’échelle stratigraphique étaient pratiquement définies et sont encore largement utilisées aujourd’hui.
4. L’âge de la terre
Jusqu’à la fin du Moyen Age, deux théories prévalaient : le ’principe d’éternité’ de la terre émis par Aristote ou le ‘temps court’ basé sur la création de la terre il y a moins de 6000 ans, selon les écrits bibliques.
Les avancées scientifiques : Par des calculs itératifs à partir de diverses mesures telles que le taux de sédimentation ou d’érosion ou encore l’accroissement de la salinité des océans ou le refroidissement du globe (Buffon, Lord Kelvin), la notion de ‘temps long’ a progressivement émergé à partir du XVIIIe siècle.
Arthur Holmes, géologue anglais, a publié en 1913 la première échelle chronostratigraphique réaliste des temps géologiques, estimant l’âge de la terre à 1 300 Ma, puis à 3 350 Ma en 1946 grâce à la datation par radioactivité. »
Par la suite, les progrès des spectromètres de masse appliqués à l’analyse des météorites ou roches lunaires permettent de consolider une date probable de l’âge de la terre estimé actuellement à 4 550 Ma.
5. Les organismes internationaux
La société géologique de France (SGF) a été fondée en 1830, tandis qu’un comité de géologues internationaux réuni en 1875 à Buffalo (USA) a pris l’engagement d’organiser des rencontres internationales sur le thème de la Géologie, donnant naissance aux ‘Congrès internationaux de Géologie’ dont le premier se tiendra dans le cadre de l’exposition Universelle de Paris en 1878. Il y en aura 35 jusqu’en 2016.
Le Congrès international de Géologie de Paris en 1900 a vu la falunière de Grignon inscrite au titre des excursions géologiques proposées aux géologues du monde entier sous la conduite de Stanislas Meunier.
Lors du 12ième Congrès international de Géologie à Toronto en 1913, est créée la Commission de la Carte Géologique du Monde (CCGM).
Lors du congrès international de géologie de 2012, la notion d’Anthropocène (l’ère de l’homme nouveau) a été débattue, envisageant la création d’une nouvelle époque dans l’échelle des temps géologiques à la suite de l’Holocène. L’Anthropocène commencerait lorsque l’impact de l’activité humaine sur l’écosystème terrestre devient significatif ou est capable d’imprimer sa marque sur la lithosphère. Des événements tels que la révolution industrielle du 18ᵉ siècle, marquée par une augmentation significative des émissions de dioxyde de carbone (CO2), ou des repères comme l’année 1610, marquant une faible concentration en CO2 dans l’atmosphère terrestre, pourraient être considérés dans cette démarche.
Le Conseil International des Unions Scientifiques (CIUS), connu en anglais sous le nom d’International Council of Scientific Unions (ICSU) – a été fondé en 1931 dans le but de promouvoir l’activité scientifique internationale dans les différentes branches des sciences et techniques et son application dans l’intérêt de l’humanité.
L’Union Internationale des Sciences Géologiques (UISG) a été créée en 1961 pour favoriser la coopération scientifique internationale dans le domaine de la géologie. Cette organisation est désormais le principal organisateur des Congrès internationaux de Géologie.
La Commission Internationale de Stratigraphie (ICS) est créée en 1974 au sein de l’UISG. Elle coordonne les activités stratigraphiques et est chargée de la production et de la mise à jour de ‘l’échelle des temps géologiques’ ou ‘échelle chronostratigraphique’.
Et maintenant analyse de l’échelle chronostratigraphique internationale
6. L’échelle chronostratigraphique internationale
L’ensemble des données géologiques, couvrant la période allant de la formation de la Terre à nos jours, est réuni et organisé dans un document connu sous le nom d’Echelle des temps géologiques ou « Echelle chronostratigraphique« . Cette échelle est en constante évolution en fonction des découvertes et des progrès dans le domaine de la géologie.
La dernière version de l’Échelle chronostratigraphique, éditée et actualisée en 2023 par la Commission internationale de stratigraphie (ICS) et validée par l’Union internationale des sciences géologiques (IUGS), est l’Echelle chronostratigraphique 2023 (disponible sur http://www.stratigraphy.org).
L’unité de base de l’échelle chronostratigraphique est l’étage, qui représente un intervalle s’étendant sur quelques millions d’années, concept initialement développé par Alcide d’Orbigny.
Si, dans cette échelle, on introduit le temps nécessaire, mesuré en millions d’années (MA), pour la formation des différentes couches d’un étage, on obtient ce que l’on appelle « l’Echelle géochronologique« .
En stratigraphie, les divisions chronostratigraphiques se caractérisent par des ensembles de couches (étages, séries, systèmes, érathèmes, éonothème, superéonothèmes) et leurs équivalents en termes de temps (âges, époques, périodes, ères, éons, superéons). Ainsi, un âge correspond à un étage du point de vue géochronologique, une série comprend plusieurs étages et correspond à une époque, et ainsi de suite, comme illustré dans le tableau ci-dessous :
| Echelle chronostratigraphique | Echelle géochronologique | Exemple |
| Superéonothèmes | Superéon | — |
| Eonothèmes | Eon | Phanérozoïque |
| Erathèmes | Ere | Cénozoïque |
| Systèmes | Période | Paléogène |
| Séries | Epoque | Eocène |
| Etage | Age | Lutétien |
Exemple tiré de l’Échelle chronostratigraphique de l’ICS :
Figure 2 – Extrait de la charte chronostratigraphique 2017 de l’ICS
NB : Une nouvelle subdivision pour englober plusieurs ères a été introduite : l’éon
L’éon actuel Phanérozoïque (du grec phanerox, « visible », et zôon, « animal ») couvre les 541 Ma depuis l’explosion biologique cambrienne, jusqu’à nos jours.
- L’éon Protérozoïque (de – 2,5 à – 0,541 milliards d’années),
- L’éon Archéen (de – 4 à – 2,5 milliards d’années),
- L’éon Hadéen (de – 4,6 à – 4 milliards d’années),
Un superéon est la combinaison d’éons. Un seul superéon est défini : ‘Précambrien’ regroupant les éons 1, 2 et 3.
7. Les étages internationaux
L’unité de base de l’échelle chronostratigraphique est l’étage (du latin stare, signifiant se tenir debout) représentant un intervalle de temps s’étendant sur quelques millions d’années (un âge). Chaque étage est défini par rapport à un affleurement type, appelé stratotype qui sert de coupe de référence mondiale. Le nom de l’étage est souvent dérivé de celui du lieu initial qui a servi à sa description, suivi du suffixe « ien » . Par exemple, le Lutétien d’après Lutetia, le nom de Paris est décrit par De Lapparent en 1883 etc. La notion d’étage est directement inspirée des travaux pionniers d’Alcide d’Orbigny.
En effet, neuf des étages géologiques qu’il a inventés et décrits sont reconnus par la Commission Stratigraphique Internationale (ICS) :
- Pour la période Jurassique, 5 étages sur un total de 11 :
- Sinémurien de Semur-en-Auxois (Côte d’Or),
- Toarcien de Thouars (Deux-Sèvres),
- Bajocien de Bayeux (Calvados),
- Callovien de Kellaways Bridge dans le Wiltshire anglais,
- Kimméridgien de Kimmeridge dans le Dorset anglais
- Pour la période Crétacé, 4 étages sur un total de 12 :
- Aptien d’Apt (Vaucluse),
- Albien de Alba, la rivière Aube,
- Cénomanien (en latin Cenomanum) du Mans (Sarthe),
- Turonien de Tours (Indre-et-Loire)
Au total, sur les 47 étages définis sur le territoire français (voir figure 1 – De Wever) 21 figurent dans l’échelle internationale actuelle.
8. Déclinaisons locales des étages internationaux
Dans chaque pays, des adaptations locales sont encore en usage. En France, par exemple l’échelle des temps géologiques du BRGM (éd 2006) reprend les appellations internationales de l’échelle de la Commission stratigraphique internationale (ICS). Toutefois, elle intègre également une adaptation européenne en incluant les termes équivalents pour l’Europe du Nord-Ouest, ainsi que des sous-étages spécifiques et des termes stratigraphiques anciens, parfois obsolètes, utilisés pour définir les couches dans les bassins parisien, d’Aquitaine et du Sud-Est.
Par exemple en France pour le Bassin Parisien :
| Etages | Localité de référence | Inventeur | Correspondance étage international |
| Ludien | Ludes (51) | Munier-Chalmas et De Lapparent (1893) | Priabonien |
| Cuisien | Cuise-la-Motte (60) | G. Dollfus (1880) | Yprésien sup. |
| Sannoisien | Sannois (95) | Munier-Chalmas et De Lapparent (1893) | Rupélien inf. |
| Stampien | Etampes (77) | D’Orbigny (1852) | Rupélien |
| Auversien | Auvers-sur-Oise (95) | G. Dollfus | Bartonien inf. |
| Marinésien | Marines (95) | G. Dollfus (1905) | Bartonien sup. |
Autre exemple, en Belgique : le Lutétien est divisé en 3 périodes : Bruxellien – Lédien – Wemmelien.
Figure 3 – Extrait carte du BRGM – éd. 2006
Les codes couleur utilisés sont normalisés au niveau international
Intégralité de l’Echelle des temps géologiques BRGM 2006.
9. Stratotype de limite
L’échelle chronostratigraphique internationale introduit la notion de stratotype de limite, où chaque étage est défini par ses limites inférieure et supérieure. Idéalement, la limite inférieure d’un étage correspond à la limite supérieure de l’étage précédent. Ce point de référence, appelé Point Stratotypique Mondial (PSM ou GSSP) est symbolisé sur la carte et matérialisé sur le terrain par un clou d’or, également connu sous le nom de Golden Spike. Voir figure 4 : Pose du clou d’or GSSP de l’étage Hétangien à Kuhjoch (Tyrol, Autriche)
À ce jour, tous les stratotypes de limite ne sont pas encore définis. En France, cinq stratotypes de limite sont actuellement positionnés : Maastrichien (Tercis les Bains, Landes), Cénomanien (Mont Risou, Hautes Alpes), Bathonien (Ravin du Bès, Alpes de Hte Provence), Tournaisien (Aveyron), Fammennien (Montagne noire).
Extrait de la base de données de la Commission Internationale de Stratigraphie (ICS) pour la définition du stratotype de limite inférieure de l’étage Lutétien :
| Étage | Âge(Ma) | Emplacement du GSSP | Latitude Longitude | Niveau de limite | Événements de corrélation | Statut |
| Lutétien | 47,8 | Falaise de Gorrondatxe, NW de Bilbao, Pays Basque, nord de l’ Espagne | 43° 2’46.47″N
3° 0’51.61″ W |
marne sombre à 167,85 m dans la section de la falaise de Gorrondatxe | Occurrence la + faible de l’inflatus des Blackites nannofossiles calcaires (limite CP12a / b); milieu de polarité Chron C20r interprétée comme la surface d’inondation maximale d’une séquence de dépôt. | Ratifié en 2011 |
Il y a 5 sites français en compétition (‘candidats’) à la désignation future du stratotype de limite pour les étages Albien (1 site dans le sud-est), Hauterivien (La Charce, Drôme), Valangénien (Montbrun-les Bains, Drôme), Tithonien (Canjuers, Var), Oxfordien (Savournon, Hautes Alpes).
10. Stratotype d’unité
Au niveau international, un stratotype d’unité est un affleurement ou un ensemble d’affleurements considérés comme le « type », la « référence » ou « l’étalon » d’un étage géologique.
Généralement, le nom de l’étage est dérivé du lieu géographique où se trouvait la coupe de référence originale. Dans le référentiel international actuel, bien que ces noms d’étages soient maintenus, un nombre restreint de stratotypes d’unités ont été déterminés, et la localisation de la coupe de référence mondiale est souvent modifiée par rapport à sa localisation originelle
Par exemple, le ‘Bajocien’ défini par Alcide d’Orbigny en 1852 dans la région de Bayeux (14), avait comme coupe de référence la falaise côtière de Ste-Honorine-des Pertes (Ouest de Port-en-Bessin -14). Bien que ce site reste la coupe de référence du Bajocien en France, la Commission internationale de stratigraphie (ICS) a défini en 1996 la falaise de Cabo Mondego (Portugal), complétée par la falaise de Bearreraig dans l’île de Skye (Écosse), comme stratotype d’unité du Bajocien.
Différentes catégories de stratotypes ont été définies pour tenir compte des évolutions des connaissances, notamment le stratotype historique, le stratotype composite, le parastratotype, l’hypostratotype et le néostratotype. Pour en savoir plus, lire ‘notion de stratotype’ par Patrick de Wever. Si la localisation originelle est choisie comme référence internationale, elle devient Holostratotype. En revanche, si un autre lieu est retenu, la coupe de remplacement devient un Néostratotype. 
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Bibliographie.
- Un voyage au Mésozoïque, Eric Buffetaut (Pour la Science 2005)
- Quel âge a la terre, Vincent Deparis (Planet terre)
- Histoire de la géologie, François Ellenberger
- Regards sur deux siècles de stratigraphie, Maurice Rat
- Des stratotypes pour une échelle des temps géologiques, Patrick De Wever, Annie Cornée, Max Jonin, site du MNHN
- La notion de stratotype, Patrick De Wever et Annie Cornée, site du MNHN
- Stratigraphie, fondamentaux et grands principes, Patrick De Wever
- L’échelle stratigraphique, M.Gidon (Géo-Alp)
belle publication
Merci de vos encouragements