Stratigraphie

La stratigraphie est une discipline des sciences de la Terre qui étudie la succession des différentes couches géologiques ou strates. Il s'agit d'une approche intégrée, en ce que des résultats apportés par la géochimie, la paléontologie, la pétrographie, l'astronomie... sont réunis et exploités à travers différentes méthodes : biostratigraphie, chimiostratigraphie, lithostratigraphie, magnétostratigraphie, cyclostratigraphie... Ces méthodes, développées de façon relativement indépendante, sont ensuite réinvesties dans des approches plus généralistes :

• la chronostratigraphie cherche à établir une échelle des temps géologiques aussi précise et fiable que possible en organisant les données élémentaires que constituent les « unités chronostratigraphiques » ;
• la stratigraphie séquentielle, exploitant la sismique, cherche à éclairer l'organisation relative des corps sédimentaires en liaison avec les variations cycliques du niveau marin à l'échelle régionale ;
• la stratigraphie génétique cherche à dégager des modèles sédimentologiques généraux pour effectuer des prévisions en sous-sol, en l'absence de données complètes (forages ponctuels).

Les grands principes

Les principes de la stratigraphie sont en nombre variable selon les auteurs. Ces principes sont d'une part des postulats, qu'il faut vérifier par l'observation, et d'autre part des relations géométriques entre les formations géologiques étudiées. Les deux principes qui semblent unanimement acceptés sont le principe de continuité et le principe de superposition.

Les principes généraux

• Le principe de continuité : une même couche a le même âge sur toute son étendue.
• Le principe d'uniformitarisme (ou d'actualisme): les structures géologiques passées ont été formées par des phénomènes (tectoniques, magmatiques, sédimentaires ou autres) agissant comme à notre époque^[1].
• Le principe d'identité paléontologique : deux couches ayant les mêmes fossiles sont considérées comme ayant le même âge. Ce principe n'est pas lié aux rapports géométriques entre les couches, mais à la paléontologie ; il se base sur l'existence de fossiles stratigraphiques. Il permet de corréler des séries sédimentaires de régions éloignées.

Les principes précédents souffrent de nombreux contre-exemples (cf. infra) et doivent être validés par l'observation de la situation étudiée. Ils sont néanmoins des points de départ utilisés par tous les géologues dans une situation inconnue.

Les relations géométriques entre couches

• Le 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. C'est le principe le plus ancien en géologie, il a été formulé dès le XVIIe siècle par Nicolas Stenon.
• Le 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.
• Le principe de recoupement : les couches sédimentaires sont plus anciennes que les failles ou les roches qui les recoupent.
• Le principe d'inclusion : les morceaux de roche inclus dans une autre couche sont plus anciens que leur contenant.

Exceptions aux principes

Pour chacun de ces principes on peut trouver des exceptions. Ces exceptions dépendent du mode de sédimentation et de l'échelle à laquelle on les observe :

• les nappes alluviales les plus récentes peuvent être déposées après l'encaissement de la vallée et être plus basses que les alluvions antérieures (néanmoins, les alluvions récentes ne sont pas recouvertes par les plus anciennes) ;
• les dépôts fluviatiles et deltaïques ne se déposent pas horizontalement, mais en sédimentation oblique ;
• les sédimentations bio-construites ne sont pas obligatoirement horizontales (un récif corallien n'est pas horizontal par exemple) ;
• Une superposition de couches ne permet pas d'appliquer le principe de superposition si elle est renversée (plan inclinée par plissement par exemple).

Discordance

Discordance Cambrien/Trias à Bédarieux

Discordance progressive (en éventail et angulaire) sur la marge N-Briançonnaise affectant 650 m de couches en 50 Ma, rotation totale de 115°, durant le Dogger-Malm. Face W du massif de St Laurent, Préalpes médianes du Chablais, Suisse et France.

Profil palinspastique, sous le Crétacé inférieur, à travers les Préalpes médianes. Erosions, lacunes et discordances, liés à une paléotectonique jurassique transpressive le long de la marge N-Briançonnaise.

Lorsqu'il y a interruption de la sédimentation, suivie d'une déformation (failles, basculement ou plissement) et d'une érosion, il y a discordance entre les couches (ou strates) les plus anciennes déformées et celles plus récentes, horizontales. Il existe aussi des discordances sédimentaires. Elles sont le résultat d'un changement du milieu de dépôt. Ce changement est provoqué par une variation du niveau marin.

Une discordance angulaire existe entre deux couches superposées dont les pendages sont différents de part et d'autre de la surface de discordance. La série inférieure de strates a alors subi des déformations (basculement dans le cas d'une série monoclinale, plissement dans le cas d'un synclinal ou d'un anticlinal: dans ce cas c'est une discordance angulaire sur structure plissée).

Certaines strates concordantes en un point, peuvent progressivement devenir discordantes : c'est une discordance progressive.

Lacune

Lorsqu'il n'y a pas de continuité chronologique entre deux couches, on parle de lacune. Il y a deux types de lacunes :

• lacune d'érosion : l'érosion a enlevé des couches, puis la sédimentation a repris en laissant la lacune. Ce phénomène est lié à l'histoire paléotectonique de la région considérée. Un cas partculièrement démonstratif au Jurassique est celui de la marge N-Briançonnaise dans les Préalpes suisses et françaises (Septfontaine, 1995; fig. ci-contre) et dans les Hautes Alpes de Briançon.

• lacune de sédimentation : pendant la période correspondant à la durée de la lacune, la sédimentation s'est interrompue. Cela peut être dû à une régression marine.

La stratigraphie en archéologie

Coupe stratigraphique, fouilles archéologiques de l'hospice Gantois, à Lille.

On utilise les mêmes principes dans le domaine de l'archéologie. Les différentes couches, ou unités stratigraphiques, permettent la caractérisation et la datation d'une activité humaine sur un site fouillé. Elles sont le résultat de l'accumulation de sédiments, d'apports humains, de matériaux de destruction, d'incendie, etc.

Une coupe stratigraphique permet de mettre en évidence les différentes couches présentes qui sont autant de différents phénomènes liés à l'activité humaine. Celles-ci sont distinguées les unes des autres par leurs caractéristiques physiques et leur mobilier. La coupe stratigraphique constitue donc un panorama de cette activité à un endroit donné, de la première trace de présence humaine à aujourd'hui.

Ces couches sont datées par archéométrie.

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

• (en) Septfontaine. M. (1995): Large scale progressive unconformities in Jurassic strata of the Prealps South of lake Geneva: interpretation as synsedimentary inversion structures. Paleotectonic implications. - Eclogae geol. Helv., 88/3, 553-576.

Articles connexes

• Archéologie du bâti
• Chronostratigraphie
• Fossile stratigraphique
• Datation relative
• Restauration d'art
• Stratigraphie séquentielle

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