L’échelle des temps géologique, qui permet de définir et de dater les unités sédimentaires partout sur le globe, a été établie dès le début du XIXe siècle. Elle a majoritairement été découpée suivant les grandes extinctions ayant jalonné l’histoire de la vie terrestre.

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Si les unités sédimentaires sont étudiées par les géologues depuis de nombreux siècles, ne serait-ce que pour exploiter le minerai qu’elles peuvent contenir, il faut attendre la première partie du XIXe siècle pour voir s'initier une charte géologique permettant de caractériser de grands ensembles d’unités en leur attribuant un âge, ne serait-ce que relatif, en se basant sur le principe de superposition qui veut qu’en l’absence de déformation, les strates les plus anciennes se situent à la base de la pile sédimentaire. John Phillips (1800-1874) est ainsi le premier à proposer un découpage des temps géologiques.

Des transitions définies par les grandes extinctions de masse

Phillips définit ainsi trois grandes divisions, aujourd’hui référées sous le terme d’ères géologiques, que sont le Paléozoïque, le Mésozoïque et le Cénozoïque. Ces divisions majeures ne sont pas définies au hasard. Phillips se base sur l’observation des fossiles pour effectuer ce découpage. Des scientifiques naturalistes ont en effet montré que l’histoire de la vie avait été marquée par plusieurs crises biologiques, caractérisées par d’importantes extinctions de masse. Phillips utilise donc deux crises majeures dans l’histoire de la Terre pour dater, de manière relative, la transition Paléozoïque/Mésozoïque (250 millions d’années) et la transition Mésozoïque/Cénozoïque (65 millions d’années). Ce découpage donne une valeur universelle à l’échelle stratigraphique qui est en train d’être établie et permet une comparaison des terrains sur l’ensemble du globe.

L'extinction des dinosaures il y a 65 millions d'années a permis de définir la transition entre les ères Mésozoïque et Cénozoïque © Serpeblu, Adobe Stock
L'extinction des dinosaures il y a 65 millions d'années a permis de définir la transition entre les ères Mésozoïque et Cénozoïque © Serpeblu, Adobe Stock

Petit à petit, ces trois grandes ères vont être elles-mêmes subdivisées en compartiments plus précis. C’est ainsi que le Mésozoïque est décomposé en trois périodes, le Trias, le Jurassique et le Crétacé. Ici aussi, chaque transition est marquée par une extinction.

La fin du Trias (200 millions d’années) est d’ailleurs caractérisée par une extinction massive et globale à laquelle les dinosaures ont cependant survécu.

La transition Jurassique/Crétacé (145,5 millions d’années) est, quant à elle, définie par une extinction de second ordre. Ces trois périodes ont été principalement caractérisées lors d’études des unités stratigraphiques européennes. C’est ainsi que le nom Trias a été donné par le géologue allemand Friedrich August von Alberti en 1834 suivant les « trois » unités stratigraphiques principales dont il se compose en Europe centrale.

Le terme Jurassique a été introduit un peu plus tôt, dès 1799, par Alexander von Humboldt, qui étudiait alors les calcaires des monts du Jura en France et en Suisse. Le Crétacé est dénommé en 1822 par le géologue belge Jean-Baptiste d’Omalius d’Halloy à partir de ses observations des niveaux de craie (du latin creta), qui caractérisent cette période en Europe du Nord.

Les sédiments calcaires du Jura sont typiques de la période Jurassique et lui ont d'ailleurs donné son nom. Ici, une empreinte de dinosaure sur le site de Loulle. © Jeffdelonge, <em>Wikimedia Commons</em>, CC by-sa 3.0
Les sédiments calcaires du Jura sont typiques de la période Jurassique et lui ont d'ailleurs donné son nom. Ici, une empreinte de dinosaure sur le site de Loulle. © Jeffdelonge, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Une subdivision de plus en plus précise

Certaines époques du Cénozoïque seront, elles aussi, délimitées par les grandes crises biologiques qui jalonnent cette ère. La transition Paléocène/Éocène (55,8 millions d’années) est ainsi définie par une importante crise climatique, connue aujourd’hui sous le terme de Maximum thermique du Paléocène-Éocène, qui entraina l’extinction d’une large part des foraminifères benthiques et un important renouvellement de la faune terrestre.

La transition Éocène/Oligocène (33,9 millions d’années) est souvent aussi dénommée Grande Coupure. Il s’agit en effet d’une importante extinction de masse, associée à une chute rapide des températures et à l’apparition de nouvelles espèces qui définissent les lignées de nombreuses espèces modernes.

La fin de l’Oligocène ou encore la fin du Miocène sont, quant à elles, définies de manière plus subtile, avec la disparition de certaines espèces bien particulières. C’est Charles Lyell qui introduira ces différents termes dans les années 1840.

Mais, en dehors de ces grandes bornes que sont les extinctions de masse, l’étude de plus en plus approfondie des unités sédimentaires révèle que chaque couche géologique est caractérisée par des éléments paléontologiques bien spécifiques qui permettent d’établir des divisions encore plus fines. C’est ainsi qu’Alcide d’Orbigny établit le principe de « succession faunistique ». L’échelle stratigraphique s’enrichit alors d’une subdivision encore plus précise : l’étage. Chaque étage est alors défini non pas sur la nature des roches qui le composent, mais sur son contenu paléontologique qui est précisément décrit. Un étage est donc défini par la présence et la continuité d’un écosystème entier associé à des conditions environnementales bien précises.

 L'étude précise du contenu paléontologique a permis de définir des divisions de plus en plus précises. © Giuliana Rossi, imaggeo.egu.eu, CC by-nc-sa 3.0
 L'étude précise du contenu paléontologique a permis de définir des divisions de plus en plus précises. © Giuliana Rossi, imaggeo.egu.eu, CC by-nc-sa 3.0

Discrimination par la présence d’espèces fossiles bien précises

« 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.

Ce travail minutieux permet à d’autres géologues d’aller encore plus loin dans la découpe de l’échelle stratigraphique, en définissant des biozones dans chaque étage. Ces biozones sont définies par la présence de fossiles marqueurs bien particuliers, que l’on ne retrouve que durant une période bien précise.

L’échelle stratigraphique est ainsi établie de façon quasi-définitive dès 1850. Les moyens de datations modernes ont aujourd’hui permis de standardiser cette échelle stratigraphique et d’associer des âges bien précis à l’ensemble des transitions. C’est la Commission internationale de Stratigraphie qui est en charge, encore aujourd’hui, de définir précisément les différentes unités de l’échelle stratigraphique.