Une fois les principes posés, la stratigraphie mobilise des méthodes concrètes pour positionner les couches dans le temps : la lithostratigraphie, la biostratigraphie et la chronostratigraphie pour la chronologie relative, la datation radiométrique pour la chronologie absolue. Ce chapitre détaille ces méthodes et l'échelle des temps géologiques qui en résulte — un incontournable des examens.
1. La lithostratigraphie
La lithostratigraphie étudie les caractères lithologiques des ensembles rocheux et leur organisation, indépendamment de leur âge précis. Dans cette approche, les fossiles éventuellement présents sont traités comme de simples particules servant à décrire la roche (exemple : « calcaire à Orbitolines »). C'est le fondement de la géologie descriptive : elle sert de base aux levés de terrain et à la confection des cartes géologiques. La couche est la plus petite unité lithostratigraphique, caractérisée par son faciès ; les faciès s'organisent en séquences, suites de termes lithologiques qui se superposent sans interruption majeure de sédimentation, elles-mêmes regroupées en mégaséquences lorsque les discontinuités qui les séparent sont importantes.
2. La biostratigraphie
La biostratigraphie utilise le contenu paléontologique des couches pour les dater et les corréler, en s'appuyant sur le principe d'identité paléontologique. Elle repose sur les fossiles stratigraphiques (ou fossiles index) : des espèces à évolution rapide, à large répartition géographique et facilement reconnaissables, qui caractérisent une durée courte de l'échelle des temps. La succession des faunes et des flores fossiles, du plus simple au plus complexe, permet de découper le temps géologique en unités biozones, corrélables d'un continent à l'autre.
3. La chronostratigraphie
La chronostratigraphie combine les données lithologiques et paléontologiques pour construire une échelle de temps universelle, indépendante des faciès locaux : elle définit des unités chronostratigraphiques (système, série, étage) correspondant à des intervalles de temps précis, délimités par des points de repère internationaux (les stratotypes). C'est cette démarche qui a permis de bâtir l'échelle stratigraphique internationale, référence commune à tous les géologues.
4. La chronologie absolue : datation radiométrique
Contrairement à la chronologie relative, la chronologie absolue donne des âges chiffrés, en millions ou milliards d'années. Elle repose sur la radioactivité de certains éléments chimiques présents dans les minéraux, surtout dans les roches éruptives : un isotope radioactif (élément père) se désintègre à vitesse constante, connue et mesurable (période radioactive ou demi-vie), en un isotope stable (élément fils). En mesurant le rapport père/fils dans un minéral, on calcule le temps écoulé depuis sa cristallisation. Ces méthodes de datation radiométrique ont notamment permis d'établir l'âge de la Terre, autour de 4,6 milliards d'années, et l'âge de nombreuses limites de l'échelle stratigraphique.
5. L'échelle des temps géologiques
L'échelle des temps géologiques résulte de la combinaison des chronologies relative et absolue : c'est un véritable calendrier géologique qui débute avec la formation de la Terre et se poursuit jusqu'au temps actuel. Elle est divisée en unités emboîtées, de la plus longue à la plus courte : les ères, les périodes, les époques et les étages. Des plus anciennes aux plus récentes, les grandes ères sont le Précambrien (qui regroupe Hadéen, Archéen et Protérozoïque), le Paléozoïque (ère Primaire), le Mésozoïque (ère Secondaire, ère des dinosaures, subdivisée en Trias, Jurassique et Crétacé) et le Cénozoïque (ère Tertiaire puis Quaternaire, correspondant à l'évolution de l'homme moderne). La fin du Crétacé marque l'extinction des dinosaures ; c'est l'une des grandes limites datées de l'échelle stratigraphique.
Espèce fossile à évolution rapide, à répartition géographique large et à reconnaissance facile, utilisée en biostratigraphie pour dater et corréler des couches de régions différentes.
Méthode de chronologie absolue fondée sur la désintégration régulière d'isotopes radioactifs présents dans les minéraux, qui fournit un âge chiffré en millions ou milliards d'années.
| Lithostratigraphie | Biostratigraphie | Chronostratigraphie | |
|---|---|---|---|
| Critère | Lithologie de la roche | Contenu fossilifère | Combinaison lithologie + fossiles |
| Unité | Couche, séquence, mégaséquence | Biozone | Étage, série, système |
| Usage principal | Cartes géologiques, levés de terrain | Corrélations à grande distance | Échelle stratigraphique internationale |
Les trois approches de la chronologie relative
- Lithostratigraphie : classement par lithologie ; unité de base = la couche, caractérisée par son faciès.
- Biostratigraphie : classement par fossiles index (évolution rapide, large répartition) regroupés en biozones.
- Chronostratigraphie : combine lithologie et fossiles pour bâtir l'échelle stratigraphique internationale (système, série, étage).
- Chronologie absolue = datation radiométrique, fondée sur la désintégration d'isotopes radioactifs des roches éruptives.
- Échelle des temps géologiques, du plus ancien au plus récent : Précambrien, Paléozoïque, Mésozoïque (Trias, Jurassique, Crétacé), Cénozoïque.
- Âge de la Terre ≈ 4,6 milliards d'années ; extinction des dinosaures à la fin du Crétacé.
Question classique : différencier lithostratigraphie, biostratigraphie et chronostratigraphie avec un exemple pour chacune. On demande aussi souvent de replacer les grandes ères et périodes dans l'ordre sur un tableau vierge de l'échelle des temps. Piège fréquent : confondre chronologie relative et chronologie absolue, ou attribuer un âge chiffré précis obtenu par un fossile index plutôt que par la radiométrie.