Thèse
Auteur :
Desmares Delphine

Date de soutenance :
01 décembre 2005

Directeur(s) de thèse :
Grosheny Danièle



École :

MINES ParisTech

Ecole Doctorale :
LOUIS PASTEUR
Intitulé de la thèse : Enregistrement à haute résolution des modifications environnementales inscrites dans un cadre tephrochronologique Le bassin du Western Interior au passage Cenomanien-Turonien


Résumé : Au passage Cénomanien-Turonien, sur une durée de 2 Ma, cinq horizons pluridécimétriques de cendres volcaniques altérées (A,B,C,D,E), formant des lignes isochrones indépendantes, sont corrélés sur plusieurs millions de Km2 à travers le bassin du Western Interior (USA), de l'Arizona au Kansas et du Dakota du Sud au Texas en passant par la coupe de Pueblo (Colorado), référence internationale. Les horizons de bentonites permettent de définir un cadre chronostratigraphique à haute résolution, dans lequel les signaux stratigraphiques classiquement utilisés (lithostratigraphie, biostratigraphie: ammonites, foraminifères planctoniques et benthiques, nannofossiles calcaires... ou chimiostratigraphie: S13C, S18C), sont intégrés afin de discuter de leur robustesse comme outils de corrélations à haute résolution.
Le suivi des cinq niveaux repères de bentonites révèle des hiatus dans l'enregistrement sédimentaire pour de nombreuses coupes considérées jusqu'alors comme continues. Une de ces lacunes atteindraient plus de 800 Ka.
Intégrées dans le cadre téphrochronologique, la mise en place et l'extension des différents évènements enregistrés par l'évolution du rapport du S13Ccarb sont synchrones à l'échelle du bassin. Cet outil apparaît donc robuste à la condition que les hiatus soient précisément contraints.
Certains évènements biologiques comme l'extension de la zone à foramifères benthiques ou encore l'évènement à Heterohelix s'avèrent synchrones à l'échelle du bassin nord américain et peuvent prétendre à une application stratigraphique globale; ils coïncident également avec des évènements enregistrés par le S13Ccarb (respectivement phase de réoxygénation et montée de l'anoxie).
En revanche, d'autres outils biostratigraphiques comme l'évènement à filaments apparaissent diachrones. De même, les dernières occurences de R. cushamani ainsi que les premières occurences de H. helvetica sont fortement diachrones à l'échelle du bassin. Par suite, l'écozone à W. archaeocretacea a une durée extrêmement variable. Drastiquement réduite à Pueblo (<50Ka), elle atteint plus de 350Ka sur la boedure orientale stable au Kansas.Remerciements - 5
Sommaire - 7
Introduction générale - 9
PARTIE I - ETATS DES CONNAISSANCES - 13
Chapitre I - Le passage Cénomanien-Turonien à l'échelle globale - 15
I.I.1 - Introduction - 15
I.I.2 - Modifications environnementales à l'échelle globale au passage Cénomanien-Turonien - 16
I.I.2.1 - Signal lithologique - 16
I.I.2.2 - Signaux biologiques - 19
I.I.2.3 - Signaux chimiostragraphiques - 23
I.I.2.4 - Ces signaux, dans l'état actuel des connaissances, forment-ils un schéma de corrélations à haute résolution?
Chapitre II Le bassin du Western Interior - 31
I.II.1 - Introduction - 31
I.II.2 - Contexte géodynamique et paléolatitude - 32
I.II.2.1 - Situation globale et paléolatitude - 32
I.II.2.2 - Géométrie spatiale et temporelle du bassin - 32
I.II.2.3 - Principaux faciès et environnements de dépôt - 35
I.II.2.4 - Faune marine, salinité et température - 37
I.II.3 - Coupe de référence de Pueblo (Colorado) - 40
I.II.3.1 - Signal lithologique - 40
I.II.3.2 - Signaux biologiques - 44
I.II.3.3 - Signaux chimiostratigraphiques - 54
I.II.3.4 - Conclusions - 61
I.II.4 - Autres coupe de référence pour le bassin - 62
I.II.4.1 - Lohali Point (Arizona) - 62
I.II.4.2 - Mesa Verde ( Colorado) - 69
I.II.4.3 - Bridge Creek (Kansas) - 70
I.II.4.4 - Bunker Hill (Kansas) - 74
I.II.4.5 - Hot Springs (Dakota du Sud) - 77
I.II.4.6 - Chispa Summit (Texas) - 79
I.II.4.7 - Rio Grande ( Texas) - 82
I.II.4.8 - Conclusions - 86
I.II.5 - Niveaux d'altération de cendres volcaniques - 88
I.II.5.1 - Intérêts et définitions - 88
I.II.5.2 - Processus de formation des niveaux de cendres volcaniques et des bentonites - 89
I.II.5.3 - Sources du volcanisme dans le bassin du Western Interior - 92
I.II.5.4 - Utilisation de ces niveaux dans le bassin du Western Interior - 94
I.II.6 - Les signaux litho-, bio-, chimio- des coupes de référence forment-ils un schéma de corrélation à haute résolution? - 97
I.II.6.1 - Signaux lithologiques - 97
I.II.6.2 - Signaux biologiques - 99
I.II.6.3 - Signaux Chimiostratigraphiques - 101
I.II.6.4 - Conclusions - 104
I.II.7 - Conclusions - 106
PARTIE II - LES DONNÉES ACQUISES - 107
Chapître I - Concepts et méthodes - 109
II.I.1 - Introduction - 109
II.I.2 - Signaux biologiques - 110
II.I.2.1 - Foraminifères planctoniques - 110
II.I.2.2 - Nannofossiles calcaires - 110
II.I.3 - Signaux isotopiques - 110
Chapître II - Corrélation des horizons de bentonites - 113
II.II.1 - Introduction - 113
II.II.2 - Reconnaissance des niveaux de bentonites sur le terrain - 114
II.II.3 - Validité des corrélations - 116
II.II.4 - Conclusion - 118
Chapître III - La coupe de référence de Pueblo - 119
II.III.1 - Introduction - 119
II.III.2 - Signal lithologique - 120
II.III.3 - Signaux biologiques - 122
II.III.3.1 - Occurences des foramifères planctoniques, index de zone - 122
II.III.3.2 - Les anaticinelles (description et extension temporelle) - 122
II.III.3.3 - Distribution des autres espèces de foraminifères planctoniques et des autres organismes - 126
II.III.4 - Microfaciès - 128
II.III.4.1 - Définitions - 128
II.III.4.2 - Distribution temporelle des microfaciès - 130
II.III.5 - Signaux chimiostratigraphiques - 131
II.III.5.1 - Isotopes stables de carbone - 131
II.III.5.2 - Isotopes stables de l'oxygène - 131
II.III.6 - Signaux lithologiques et biologiques dans la région de Pueblo (Coupes de Graneros et de Las Animas) - 133
II.III.6.1 - Signal lithologique - 133
II.III.6.2 - Occurences des foraminifères planctoniques et des autres organismes - 135
II.III.6.3 - Evolution temporelle et spaciale des microfaciès - 137
II.III.7 - Conclusions - 139
Chapître IV - Autres coupes types: la transversale de la marge occidentale (Lohali Point, Arizona) à la bordure orientale stable (Elm, Kansas) - 141
II.IV.1 - Introduction - 141
II.IV.2 - Lohali Point (Arizona) - 142
II.IV.2.1 - Signal lithologique - 142
II.IV.2.2 - Signaux biologiques - 142
II.IV.2.3 - Signaux chimiostratigraphiques - 146
II.IV.3 - El vado (Nouveau Mexique) - 148
II.IV.3.1 - Signal lithologique - 148
II.IV.3.2 - Signaux biologiques - 148
II.IV.4 - Elm (Kansas) - 152
II.IV.4.1 - Signal lithologique - 152
II.IV.4.2 - Signaux biologiques - 152
II.IVI.4.3 - Signaux chimiostratigraphiques - 155
II.IV.5 - Conclusions - Synthèse ouest est - 157
II.IV.5.1 - Signal lithologique - 157
II.IV.5.2 - Signaux biologiques - 158
II.IV.5.3 - Signaux chimiostratigraphiques - 163
Chapître V - Autres coupes types: la transversale Nord-Sud de Hot Springs (Dakota du Sud) à Rio Grande (Texas) - 165
II.V.1 - Introduction - 165
II.V.2 - Hot Springs (Dakota du Sud) - 166
II.V.2.1 - Signal lithologique - 166
II.V.2.2 - Signaux biologiques - 166
II.V.2.3 - Signaux chimiostratigraphiques - 169
II.V.3 - Taylor Springs (Nouveau Spring) - 171
II.V.3.1 - Signal lithologique - 171
II.V.3.2 - Signaux biologiques - 171
II.V.4 - Chispa Summit (Texas) - 175
II.V.4.1 - Signal lithologique - 175
II.V.4.2 - Signaux biologiques - 175
II.V.4.3 - Signaux chimiostratigraphiques - 178
II.V.5 - Rio Grande (Texas) - 180
II.V.5.1 - Signal lithologique - 180
II.V.5.2 - Signaux biologiques - 180
II.V.5.3 - Coupe de Ernst Tinaja: signaux lithologiques et biostratigraphiques - 181
II.V.6 - Conclusions - Synyhèse nord sud - 187
II.V.6.1 - Signal lithologique - 187
II.V.6.2 - Signaux biologiques - 187
II.V.6.3 - Signaux chimiostratigraphiques - 191
PARTIE III - VALORISATION DES DONNÉES ACQUISES - 197
Chapître I - Continuité de l'enregistrement sédimentaire - 199
III.I.1 - Introduction - 199
III.I.2 - Mise en évidence de hiatus à grande échelle - 200
III.II.2.1 - Coupe d'El Vado (Nouveau Mexique) - 200
III.II.2.2 - Coupe de Hot Springs (Dakota du Sud) - 201
III.I.3 - Mise en évidence de hiatus à petite échelle - 202
III.I.4 - Conclusions - 204
Chapître II - Signaux chimiostratigraphiques - 205
III.II.1 - Introduction - 205
III.II.2 - Signal primaire et diagenèse - 206
III.II.3 - Les différents évènements isotopiques - 208
III.II.3.1 - Isotopes stables du carbone - 208
III.II.3.2 - Isotopes stables de l'oxygène - 210
III.II.4 - Corrélation des évènements isotopiques - 214
III.II.4.1 - Isotopes stables ddu carbone - 214
III.II.4.2 - Isotopes stables de l'oxygène - 220
II.II.5 - Conclusions - Fiabilité du signal isotopique et proposition d'un composite pour le passage Cénomanien-Turonien du bassin du Western Interior - 225
III.II.5.1 - Proposition d'un signal-type composite du S13Ccarb - 225
III.II.5.2 - Proposition d'un signal-type composite du S18Ocarb - 226
III.II.5.3 - Perspectives - 227
Chapître III - Signaux biologiques - 229
III.III.1 - Introduction - 229
III.III.2 - Microfaciès - 232
III.III.2.1 - Relations des microfaciès avec la distribution des foraminifères planctoniques - 232
III.III.2.2 - Relations des microfaciès avec la distribution des foraminifères planctoniques et les rapports isotopiques de l'oxygène et du carbone - 235
III.III.3 - Evènements biologiques - 239
III.III.3.1 - La "zone à benthiques" - 239
III.III.3.2 - L'évènement à Heterohelix - 243
III.III.3.3 - L'évènement à filaments - 244
III.III.3.4 - L'évènement à Eprolithus floralis - 245
III.III.3.5 - Réponse de la macrofaune au développement de l'anoxie - 246
III.III.4 - Conclusions - 247
Chapître IV - Signification de la zone à W. archaeocretacea - 249
III.IV.1 - Introduction - 249
III.IV.2 - Diachronisme des occurrences - 250
III.IV.3 - Signification de la zone à W. archaeocretacea - Conclusion - 251
Chapître V - Evolution de la morphologie des tests en réponse aux modifications environnementales - 253
III.V.1 - Introduction - 253
III.V.2 - Formes intermédiaires - 254
III.V.2.1 - De Rotalipora à Anaticinella - 254
III.V.2.2 - De W. praehelvetica à H. helvetica - 257
III.V.2.3 - De E. turriseiffellii à E. eximius - 258
III.V.3 - Evolution du sens d'enroulement - 260
III.V.3.1 - Définitions et observations dans l'actuel - 260
III.V.3.2 - Applications au récent - 260
III.V.3.3 - Applications au crétacé - 262
III.V.4 - Evolution de la porosité des tests de foraminifères planctoniques sur une même ligne temps en différents points du bassin - 265
III.V.4.1 - Définitions et observations dans l'actuel - 265
III.V.4.2 - Applications au crétacé - 266
III.V.5 - Conclusions - 270
PARTIE IV - PERSPECTIVES - 271
IV.I - Le bassin du Western Interior - 273
IV.I.1 - Intégration des coupes les plus méridionales et septentrionales dans notre schéma de corrélation à haute résolution - 273
IV.I.2 - Application des nouvelles approches méthodologiques sur une même ligne temps, sur différents taxons et à différentes latitudes - 274
IV.II - Ontogénie et phylogénie des foraminifères planctoniques au Crétacé - 277
IV.II.1 - Développement d'une carène au cours de l'ontogenèse - 277
IV.II.2 - Retour à la phylogénie des rotalipores grâce aux nouvelles approches méthodologiques - 277
Conclusion générale - 279
Annexes - 285
A1 - Synthèse des formations du Western Interior - 287
A2 - Les foraminifères planctoniques, outils biostratigraphiques et paléoécologiques - 291
A3 - Localisation, levés de l'ensemble des coupes et données isotopiques - 309
A4 - Les planches - 343
A5 - Les publications - 355
Bibliographie - 405
Liste des figures - 425

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