Chronologie relative d'une série recoupée par un dyke et une faille
Un élève de Terminale scientifique doit établir la chronologie relative d'une région à partir des seules données écrites suivantes (aucune figure). De bas en haut : (A) 180 m de marnes à ammonites attribuées au Jurassique ; (B) 40 m de calcaires à Nummulites attribués à l'Éocène ; (C) argiles sableuses à dents de requins, sans fossile stratigraphique ; (D) un dyke de basalte qui recoupe A, B et C mais s'arrête net sous la base de (E) ; (E) sables continentaux à restes de mammifères du Miocène, non déformés ; (F) une faille verticale qui décale A et B de 12 m, mais ne recoupe ni D ni E. On admet que l'Éocène a duré 22 Ma et que le Jurassique a duré environ 55 Ma. L'élève conclut : « la faille F est la structure la plus récente, car c'est elle qui déplace les couches les plus profondes ; le basalte D est contemporain du Jurassique puisqu'il traverse la couche A ». Le professeur doit corriger la chronologie, réfuter les deux affirmations et évaluer un calcul de taux de sédimentation.
1. Établir la chronologie relative complète des événements, en nommant le principe utilisé à chaque étape et en signalant les relations non déterminables.
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Principes mobilisés : superposition (une couche est plus récente que celle qu'elle surmonte), recoupement (une structure est postérieure à ce qu'elle recoupe et antérieure à ce qui la recoupe), continuité et identité paléontologique.
Étapes :
- A, puis B, puis C : sédimentation continue, C au-dessus de B, B au-dessus de A.
- F décale A et B → F est postérieure à B, donc à A et à B.
- D recoupe A, B et C → D est postérieure à C, donc à B et à A.
- F n'est pas décalée par D et D n'est pas faillé par F : les deux structures ne se coupent pas. Comme D coupe des couches que F a décalées, D est postérieure à F.
- D s'arrête sous E, et E n'est pas métamorphisée ni traversée : E est postérieure à D.
- E n'est pas faillée : cohérent avec F antérieure à E.
Relations non déterminables avec ces seules données : l'ordre entre C et F. La faille F n'est décrite que comme décalant A et B ; on ne peut donc pas affirmer qu'elle affecte C, ni qu'elle lui est postérieure. Une réponse honnête le signale au lieu d'inventer une relation.
Chronologie retenue : A → B → (C et F, ordre indéterminé, F postérieure à B) → D → E.
2. Réfuter les deux affirmations de l'élève en explicitant la confusion commise dans chacune.
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Affirmation 1 : « F est la plus récente car elle déplace les couches les plus profondes ». Confusion entre profondeur et âge. La profondeur d'une couche mesure sa position dans l'empilement, pas sa jeunesse : les couches profondes sont les plus anciennes. Le critère de datation d'une faille est le recoupement : elle est postérieure aux couches qu'elle décale et antérieure à celles qui la recoupent ou la surmontent sans être décalées. Ici, F est antérieure à D (non faillée par F) et à E (non faillée).
Affirmation 2 : « D est contemporain du Jurassique puisqu'il traverse A ». Raisonnement inversé : un dyke qui traverse une couche lui est postérieur, sinon il n'aurait pas pu la recouper (il se serait mis en place dans un matériau encore meuble ou aurait été arrêté). D est donc postérieur à C, et à plus forte raison au Jurassique. De plus, D traverse aussi l'Éocène B : il est post-Éocène.
Conséquence pédagogique : les deux erreurs relèvent de la même cause - l'élève applique « traverser = appartenir à » au lieu de « traverser = être plus récent ».
3. Calculer le taux moyen de sédimentation de la couche A, l'exprimer en mm/an, puis discuter la validité de l'hypothèse de calcul.
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Calcul. 180 m = 180 000 mm ; 55 Ma = 55 × 10⁶ ans. Taux = 180 000 / (55 × 10⁶) ≈ 3,3 × 10⁻³ mm/an, soit environ 3,3 mm par millénaire, ou 3,3 m par million d'années.
Discussion de l'hypothèse. Le calcul suppose que les 180 m se sont déposés de façon régulière pendant tout le Jurassique. Trois réserves :
- Une formation n'occupe presque jamais toute la durée d'une période : si le dépôt n'a duré que 10 Ma, le taux réel est 5,5 fois plus élevé.
- Les lacunes et les surfaces d'érosion (discontinuités) ne sont pas enregistrées dans l'épaisseur actuelle.
- La compaction et la diagenèse réduisent l'épaisseur mesurée : l'épaisseur au moment du dépôt était supérieure, donc le taux instantané aussi.
Conclusion. Le résultat est un ordre de grandeur minimal, pas une vitesse de dépôt mesurée. C'est exactement le type de nuance qui distingue une réponse complète d'un simple calcul.