Stratigraphie

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  • La stratigraphie (du latin stratum, « couche », et du grec graphein, « écrire ») a pour objectif, commun à d'autres disciplines géologiques, de retracer l'histoire de la planète. Pour cela, elle étudie l'agencement dans l'espace et la situation dans le temps des couches externes de la planète. Les strates, ou couches géologiques, ont enregistré, lors de leur formation, les multiples caractéristiques de leur environnement proche et/ou lointain. Ces strates correspondent aux pages d'un livre écrites en langages divers et que l'on tente de décrypter. Leur étude débouche sur des considérations environnementales (reconstitution des milieux), chronologiques (corrélation et position dans le temps) et paléogéographiques (reconstitution des paysages). Le stratigraphe est historien et géographe des roches (lithosphère)
  • la stratigraphie séquentielle étudie comment, au fil du temps, se sont formés et se sont agencés les dépôts de sédiments fossiles en relation avec les variations du niveau marin. Elle permet aux géologues de reconstituer l'histoire du remplissage de ces « bassins sédimentaires », d'étudier les causes qui agissent sur la sédimentation, ou encore de prédire la disposition de roches qui ont pu piéger du pétrole. C'est une science jeune qui en une trentaine d'années a littéralement révolutionné la géologie sédimentaire.
  • les grands principes de la stratigraphie

La stratigraphie est une discipline des sciences de la Terre qui étudie la succession des différentes couches géologiques ou strates. Son origine est ancienne et est attribuée notamment à Niels Stensen (1638-1686), géologue et évêque danois, dont le nom francisé est Nicolas Sténon. Il en énonça le premier principe, celui de superposition. Celui-ci fut ensuite complété par d'autres principes que nous résumons ci-dessous sans les développer (les conférences suivantes reviendront sur ces sujets) :

principe de continuité : une même couche a le même âge sur toute son étendue ; principe d'actualisme : les structures géologiques passées ont été formées par des phénomènes (tectoniques, magmatiques, sédimentaires ou autres) agissant comme à notre époque ; principe d'identité paléontologique : deux couches ayant les mêmes fossiles sont considérées comme ayant le même âge ; principe de superposition : en l'absence de bouleversements structuraux, une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre et plus ancienne que celle qui la recouvre ; principe d'horizontalité : les couches sédimentaires se déposent horizontalement ; une séquence sédimentaire qui n'est pas en position horizontale a subi des déformations postérieures à son dépôt ; principe de recoupement : les couches sédimentaires sont plus anciennes que les failles ou les roches qui les recoupent ; principe d'inclusion : les morceaux de roche inclus dans une autre couche sont plus anciens que leur contenant.


Définition graphique




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  • Lorsque le géologue se trouve en face d’un affleurement observable, par exemple la coupe dans un talus d’une route ou dans une tranchée de chemin de fer ou dans une carrière, il doit décrire les différentes couches qu’il découvre, les échantillonnées et mesurer leur caractéristiques, épaisseur, direction, pendage (notions sur lesquelles nous reviendrons lors d’un prochain cours). A partir de ses observations, il établit une colonne stratigraphique (un « log ») dans laquelle, les différentes couches, remises à l’horizontale, sont représentées avec leur épaisseur.

Sa démarche consiste à :

1° – Décrire le contenu lithologique des couches : la lithostratigraphie, c’est-à-dire l’étude des empilements sédimentaires d’un point de vue géométrique et pétrographique.


Les divisions lithostratigraphiques ainsi définie sont fondées sur les différences de nature entre les couches (faciès), indépendamment de leur contenu en fossiles, et la discontinuité entre celles-ci, selon la loi de Walter, à savoir que les strates se superposent en se développant simultanément d’amont vers l’aval, dans le sens du courant. La plus petite division est la couche (ou assise) ; plusieurs couches constituent une formation, plusieurs formations un groupe. Ces divisions sont rarement en corrélation avec le découpage biostratigraphique. La lithostratigraphie est, de ce fait, essentiellement un outil de corrélation régionale, qui s’avère utile pour préciser les évolutions dynamiques des paléo-environnements

  • 2° – Décrire les fossiles que les couches contiennent : la biostratigraphie, (faune et flore relatives à un temps). Celle-ci est basée sur le principe d’irréversibilité du mécanisme d’évolution des espèces au cours des temps géologiques. Elle utilise la paléontologie pour déterminer une chronologie relative, c’est-à-dire la succession de l’apparition des espèces.

Les divisions biostratigraphiques sont fondées sur le contenu en fossiles. La division de base est la biozone, unité fondamentale définie par un ou plusieurs fossiles caractéristiques ou fossiles-guides. Ces fossiles doivent avoir une très large répartition géographique (mondiale, de préférence) et une très courte durée d’existence. Pour le Paléozoïque, on se base sur les trilobites et les graptolites, pour le Mésozoïque ce sont les ammonites, bélemnites et oursins, et pour le Cénozoïque les gastéropodes et, plus rarement, les dents de squales. Actuellement on utilise plutôt des microfossiles, seulement observables au microscope, comme les conodontes (dents microscopiques d’un animal primitif encore peu connu), les foraminifères (unicellulaire à coquille dure), les radiolaires (algues siliceuses), les acritarches (organismes microscopiques de classification incertaines) et les spores des végétaux supérieurs. Dans le Dévonien belge, l’étage Giventien est caractérisé par « Stringocephalus burtini » et le Couvinien par « Calciola sandalina ».

Les biozones représentent des intervalles corrélables dans des faciès lithologiques éventuellement hétérogènes. On parlera de « zones à … » et on établira des corrélations de zones fossilifères. Ces zones de terrains sont rapportées à des chronozones théoriques, c’est-à-dire que l’ensemble des couches d’une « zone à A » est considéré s’être déposé entre l’apparition d’une espèce indice A et sa disparition, même si certaines couches intermédiaires peuvent ne pas contenir d’individus de l’espèce A, en raison de variations paléoenvironnementales, d’un biais d’échantillonnage sur le terrain (manque de chance…) ou autres raisons.

  • 3° – Définir les intervalles de temps : la chronostratigraphie.

Les divisions chronostratigraphiques sont caractérisées par des ensembles de couches auxquelles on fait correspondre des intervalles de temps (divisions géochronologiques). Leur succession a été vue au chapitre II. Les techniques modernes de datation permettent de donner un âge absolu plus ou moins précis à ces divisions. La division de base est l’étage, défini par un affleurement type qui sert en quelque sorte d’étalon et que l’on nomme stratotype. Le nom de l’étage est le plus souvent dérivé de celui d’un lieu géographique ou historique, actuel ou ancien, auquel on ajoute le suffixe –en ou –ien (en anglais –an ou –ian ). Ce lieu est généralement, mais pas obligatoirement, celui où se trouve le stratotype.

Plusieurs étages forment une série ou époque. Plusieurs séries forment unsystèmeoupériode. Plusieurs systèmes forment un erathème ou ère. Plusieurs érathèmes forment un éonothème (équivalent géochronologique : èon ).

Tous les noms correspondant à ces divisions doivent commencer par une majuscule, sauf s’ils sont utilisés comme adjectifs (ex : le Tournaisien , les sables bruxelliens ).


Un certain nombre d’étages stratigraphiques ont été définis en Belgique, surtout dans le Paléozoïque :

— le Gedinnien (de Gedinne), défini par A. Dumont en 1848. Cet étage correspond dans cette région au début du cycle dévonien. Cependant dans le reste de l’Europe, on a pu établir sa correspondance avec le Downtonien supérieur (Pays de Galles) et le Lochkovien (Bohème), placés dans le Silurien.

— le Frasnien (de Frasnes-lez-Couvin), un étage du Dévonien, établi par J.B. d’Omalius d’Halloy en 1862 ;

— le Famennien (de la Famenne), proposé en 1855 par A. Dumont avec pour type la Famenne. Pour Dumont, il désigne l’étage inférieur quartzo-schisteux du système condrusien qu’il avait créé en 1848 ;

— le Tournaisien, premier étage du Carbonifère défini par A. Dumont en 1832 dans la région de Tournai ;

— le Dinantien, époque couvrant la première partie du Carbonifère européen, nommée d’après la ville de Dinant par E. Munier-Chalmas et A. de Lapparent en 1893. Cette époque est subdivisée en deux étages, le Viséen et le Tournaisien. Le Dinantien est spécifique à la stratigraphie européenne, dont l’usage est partiellement abandonné. Elle est actuellement incluse par la Commission internationale de stratigraphie dans la base du Mississippien qui recouvre le Dinantien et le Serpukhovien ;

— le Viséen, étage du Carbonifère, sous-étage du Dinantien, défini en 1832 par A. Dumont à Visée ;

— le Namurien, premier étage du Carbonifère supérieur, établi par J.C. Purves en 1883, à Namur ;

— l’Yprésien, étage de l’Eocène inférieur défini en 1849 par A. Dumont à partir de l’argile d’Ypres et des sables à Nummulites planulatus qui les couronnent.

L’équivalent géochronologique de l’étage est l’âge dont la durée, en moyenne, est de 5 à 6 millions d’années.


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