UPThèses

La sablière de Khok Sung, dans la province de Nakhon Ratchasima, qui a livré plus d'un millier de fossiles de mammifères et de reptiles (cranes, dents isolées et restes post-craniens), abrite la faune de vertébrés du Pléistocène la plus riche de Thaïlande. La faune mammalienne qui est décrite ici en détail, se compose d'au moins 18 espèces identifiées (12 genres), y compris un primate et des proboscidiens, rhinocéros, suidés, bovidés, cervidés et carnivores. Elle compte principalement des taxons encore représentés de nos jours, ainsi que quelques taxons globalement ou localement éteints. A partir des données paléomagnétiques et des comparaisons fauniques, l'âge de la faune de Khok Sung est estimé au Pléistocène Moyen tardif, vers 188000 ou 213000 ans. Par rapport aux autres faunes diversifiées du Pléistocène d'Asie du Sud Est, l'assemblage de Khok Sung est caractérisé par une association des taxons Stegodon-Ailuropoda, comparable en cela au site de Thum Wiman Nakin, ce qui supporte l'hypothèse selon laquelle le Nord Est de la Thaïlande était un corridor biogéographique appartenant à la route migratoire Sino-Malaise, entre la Chine du Sud et l'île de Java. L'analyse des isotopes stables du carbone à partir de l'émail des ongulés fossiles révèle la présence d'une partition de niches entre les méga-herbivores et au sein des cervidés. Les valeurs du d13C de l'émail suggèrent également que les ruminants ont consommé une grande quantité de plantes en C4, ce qui indique que les prairies à graminées étaient particulièrement répandues en Thaïlande à cette époque où les écosystèmes n'étaient pas encore soumis à l'influence anthropique. La mesure des isotopes stables de l'oxygène, obtenue par échantillonnage sérié de l'émail des dents de grands mammifères, et l'analyse du cénogramme de la localité de Khok Sung reflètent une importante variation saisonnière des précipitations et de la température, associée à des conditions climatiques relativement humides.

L'Afrique nord-occidentale, ou le Maghreb, occupe une position géographique toute particulière car bien que partie intégrante du continent africain, elle possède une façade septentrionale intégrée au domaine méditerranéen et un domaine méridional semi-désertique ou désertique. Dans un premier lieu, des études paléomagnétiques et biostratigraphiques basées sur la faune de rongeurs ont été effectuées sur des dépôts continentaux de deux bassins algériens (Tafna et El Eulma). L'étude magnétostratigraphique réalisée dans ce travail a permis de dater avec précision les différents gisements fossilifères et de les corréler avec les autres bassins néogènes d'Afrique du Nord. Dans la seconde partie, les nouvelles prospections paléontologiques dans le bassin d'Aït Kandoula au Maroc méridional ont amené à découvrir trois gisements fossilifères datés du Miocène terminal. Ces gisements ont livré une riche faune de micromammifères associés à des restes de grands mammifères. L'étude systématique des micromammifères et plus particulièrement des rongeurs des deux gisements AF12-1 et AF12-2 a permis d'identifier des taxons qui ont des affinités avec ceux d'Europe sud-occidentale. Ces deux nouveaux sites ont fourni de nouvelles indications quant aux échanges de faunes entre l'Afrique et l'Europe. Le genre Stephanomys est notamment signalé pour la première fois au Maroc. L'étude biochronologique couplée avec l'étude magnétostratigraphique a permis de bien dater ces gisements, apportant ainsi des indications fiables quant à la chronologie de différentes phases d'échanges fauniques entre l'Afrique nord-occidentale et l'Europe sud-occidentale. Les premiers échanges fauniques ont eu lieu 0,25 Ma avant la crise de salinité messinienne. En outre, certains taxons identifiés dans AF12-2 (Myocricetodon, Protatera, Atlantoxerus) se révèlent utiles comme indicateurs paléoenvironnementaux, attestant des conditions climatiques chaudes et sèches.

Les bassins sédimentaires d'Hamakoussou et du Mayo Oulo-Léré sont des bassins à sédiments continentaux. Ils se situent en territoire camerounais, dans le prolongement de la branche de Yola de direction Est-Ouest du Fossé de la Bénoué dont la mise en place est liée à l'ouverture de l'Atlantique Sud à partir de la dislocation du Gondwana. L'âge de ces bassins est basé sur des études biochronologiques les situant dans le Crétacé inférieur. La série sédimentaire est sensiblement la même dans les deux bassins, elle est constituée de dépôts fluviatiles à fluviolacustres montrant une alternance de grés, de siltite et d'argilite. Des prélèvements paléomagnétiques ont été effectués sur des niveaux fins situés dans la partie supérieure de la série sédimentaire de chaque section. Dans le bassin sédimentaire d'Hamakoussou, 50 échantillons sur 11 sites d'épaisseur égale à 69 m, ont été prélevés dans la localité de Djallou et 78 échantillons sur 20 sites d'une épaisseur de 511 m dans la localité d'Ourokessoum. Dans le bassin du Mayo Oulo-Léré, 116 échantillons sur 45 sites sur une épaisseur de 478 m ont été prélevés dans la localité de Tchontchi. La désaimantation progressive au champ alternatif et à la température de ces échantillons montre que les séries sédimentaires de ces bassins portent une aimantation primaire. Les directions d'aimantation ont permis de déceler une tectonique régionale marquée par un mouvement de rotation autour de l'axe vertical et un mouvement de translation des blocs. Les minéraux magnétiques porteurs de cette aimantation sont de faible, moyenne et de forte coercivité. Une séquence de trois polarités a été déterminée le long de chaque section du bassin d'Hamakoussou : une polarité inverse et deux polarités normales. Dans le bassin du Mayo Oulo-Léré, la section Mayo a livré deux polarités dont une normale et une, inverse. La séquence de polarités obtenue pour chaque coupe a été corrélée avec l'échelle de temps de polarités magnétiques. Les trois polarités des coupes du bassin d'Hamakoussou ont été corrélées avec les chrones M1 et M3 avec un âge compris entre 125 Ma et 128,11 Ma. La séquence d'inversions de la coupe du Mayo Oulo-Léré a été corrélée avec le chrone M1 avec un âge compris entre 125 Ma et 127,61 Ma. Le taux de sédimentation des dépôts du bassin d'Hamakoussou varie entre 5,5 cm/ma et 40,5 cm/ma et est de 38 cm/ma dans la section du Mayo Oulo-Léré.

Ce travail de thèse porte sur l'intégration des structures craniofaciales au sein de la famille des hominidés. Au cours de l'évolution, une réduction du prognathisme et une diminution de la longueur de la face sont observées chez les taxons appartenant au rameau humaine. Cette réduction des structures faciales est associée à une base du crâne plus fléchie et à une mandibule plus gracile. L'objectif de ce travail est de définir le rôle joué par les changements basicrâniens et mandibulaires dans la mise en place de la face courte et droite des humains modernes. Dans ce contexte, les schémas d'intégration liant la face et les autres structures crâniennes (basicrâne et mandibule) ont été décrits et quantifiés dans ce mémoire. Ce travail a été effectué sur la base d'un échantillon de crânes incluant l'ensemble des genres d'hominidés actuels : les humains modernes, les chimpanzés, les gorilles et les orangs-outans. Les crânes ont été préalablement numérisés à l'aide d'un scanner médical. Les schémas d'intégration craniofaciaux ont alors été étudiés à l'aide d'outils statistiques et de méthodes d'analyses en morphométrie géométrique. Ce travail a permis de mettre en avant plusieurs mécanismes d'intégration craniofaciale, propres aux humains modernes. Ces schémas d'intégration spécifiques permettent d'expliquer en grande partie la mise en place de la face réduite des humains modernes. Ces résultats permettent donc d'éclairer les mécanismes d'évolution et de mise en place des structures faciales chez les hominidés et dans le rameau humain.

Les plus anciens anthropoïdes fossiles sont issus de plusieurs formations géologiques asiatiques de l'Eocène moyen à tardif (47 à 34 millions d'années), parmi lesquelles la formation de Pondaung (Birmanie) a délivré la faune la plus diverse. L'objectif de cette thèse est de reconstituer la paléogéographie, l'environnement et le climat de l'Eocène birman afin de mieux comprendre leur histoire évolutive. Dans un premier temps, l'évolution de la provenance du sédiment de Birmanie centrale a été étudiée par une approche alliant pétrographie, lithostratigraphie et géochimie isotopique. L'étude montre que la Birmanie centrale est restée à l'écart de tout apport sédimentaire himalayen et tibétain et formait, à l'Eocène, une bande côtière connectant l'avant-pays indien avec la région de la Sonde. Les paléoenvironnements de la formation de Pondaung ont ensuite été reconstitués par une approche combinant sédimentologie fluviale, pédologie et paléobotanique. Ces approches révèlent un paysage de marécages saisonniers, de forêts ripariennes et d'espaces ouverts, développés sous un climat tropical à forte saisonnalité. Les bois fossiles identifiés représentent différents écotones forestiers similaires à ceux des forêts de mousson actuelles. L'étude en isotope stable de gastéropodes fossiles et de dents de mammifères confirme un régime de précipitation semblable à la mousson moderne. Les paléoenvironnements de Pondaung contrastent avec l'idée d'épaisses forêts primaires comme habitat préférentiel des premiers anthropoïdes et lient leur biodiversité aux zones tropicales saisonnières, où les plus grosses espèces, comme les amphipithécidés, étaient particulièrement compétitives.

La sous-famille des Suinae est largement répandue en Afrique au Plio-Pléistocène et a été abondamment utilisée pour corréler biochronologiquement les sites à hominidés en se basant sur l'évolution morphologique rapide des troisièmes molaires dans différentes lignées. À partir d'un échantillon important de suinés africains actuels, les schémas de variation morphologique crânio-mandibulaire et dentaire sont quantifiés par morphométrie géométrique. Ce référentiel actuel sert à estimer la variabilité morphologique dans le registre fossile. La révision de la paléobiodiversité du genre Kolpochoerus (le suiné plio-pléistocène le plus abondant) dans les bassins du Turkana et de l'Awash s'appuie sur l'étude anatomique et morphométrique de matériels publié et inédit découverts dans la basse vallée de l'Omo (formation de Shungura) et dans la vallée moyenne de l'Awash en Éthiopie. Une nouvelle espèce fossile est décrite, les trajectoires évolutives au sein de chaque espèce sont quantifiées, et les interprétations biostratigraphiques sont révisées. Les liens de parenté au sein du genre Kolpochoerus sont décrits grâce à l'analyse cladistique. L'étude de la paléoécologie des suinés africains est basée sur l'anatomie comparée et la biogéochimie des isotopes stables (carbone et oxygène). Les suinés fossiles présentent une gamme de taille importante, ainsi que des régimes alimentaires et des habitats variés. Les nouvelles connaissances acquises sur leur biodiversité, leur phylogénie, et leur écologie permettent de proposer une histoire paléobiogéographique des Suinae en Afrique.

Ce mémoire présente l'étude du signal phytolithique de sédiments mio-pliocènes du Tchad (Afrique Centrale) datés entre 7-2 Ma, et contemporains des Homininés anciens Sahelanthropus tchadensis et Australopithecus bahrelghazali. Une calibration de la relation plantes-phytolithes-sols pour l'Afrique tropicale subsaharienne actuelle a d'abord été réalisée pour apprécier la signature environnementale des phytolithes dans le registre fossile. L'analyse des assemblages phytolithiques de 98 espèces de graminées (Poaceae) a permis d'élaborer trois nouveaux indices phytolithiques à partir de 43 types propres aux Poaceae. Testés sur une base de 57 sols/sédiments modernes du Tchad, ces indices permettent de tracer les associations graminéennes aquatiques du Lac Tchad, les associations mésophytiques des milieux humides soudaniens, et les associations xérophytiques des milieux secs sahéliens. L'analyse des assemblages phytolithiques des sols/sédiments actuels considérés dans leur ensemble a permis d'évaluer le potentiel de ce proxy à caractériser la physionomie des formations soudano-sahéliennes modernes. La calibration a été appliquée à l'étude d'un enregistrement sédimentaire discontinu du Lac Tchad (6-2 Ma) (forage de Bol, 13°N/14°E) et à celle de 18 niveaux paléontologiques du Djourab (7-3.5 Ma) (16°N/17°E). Les résultats indiquent la présence de savanes intermédiaires à fermées et de zones de végétation aquatique dominantes à 7 Ma dans le Djourab, puis de savanes plus ouvertes et sèches à 3.5 Ma. Une phase de bas niveau lacustre est enregistrée entre 3.6-2.8 Ma à Bol, et un pic d'aridité à 3.2 Ma. Enfin, les résultats montrent l'existence de graminées en C4 au Tchad depuis 7 Ma.

Les hominoïdes (Grands Singes), actuellement représentés par l'Homme, le Chimpanzé, le Gorille, l'Orang-outan et les Gibbons, sont apparus il y a environ 25 millions d'années (Ma) en Afrique. Leur histoire évolutive a été marquée par différentes dispersions entre l'Afrique, l'Europe et l'Asie, qui ont été possibles grâce à l'expansion de leur habitat : la forêt subtropicale à tropicale. Le but du travail présenté ici est de comprendre les changements climatiques qui ont marqué le Miocène (23 à 5 Ma environ), et d'étudier leur impact sur l'évolution des hominoïdes. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'optimum climatique du Miocène moyen (environ 17-15 Ma), qui coïncide avec la première dispersion des hominoïdes hors d'Afrique, en particulier leur première occurrence dans le registre fossile européen. Nous avons ensuite étudié l'impact du retrait de la Paratéthys sur le climat et la végétation à l'échelle régionale grâce à un modèle atmosphérique zoomé. Dans un troisième temps, nous avons étudié la transition climatique du Miocène moyen (environ 14 Ma), période de fort refroidissement global et de croissance de la calotte de glace de l'Antarctique de l'Est. En particulier, nous avons testé l'impact de la fermeture du passage océanique de l'Est-Téthys sur la circulation océanique et le climat. Puis nous avons modélisé le climat et la végétation du Miocène supérieur (Tortonien, 11 à 7 Ma environ), et ainsi obtenu une série de simulations représentant l'évolution du climat au cours du Miocène. Enfin, ces simulations climatiques ont été utilisées pour forcer deux modèles de niche écologique, et ainsi étudier l'évolution de la répartition potentielle des homin

Le fossé de la Bénoué qui débute au niveau du golfe de Guinée se divise en deux branches dans sa partie septentrionale: la branche de Gongola qui va jusqu’au Niger et la branche de Yola-Garoua qui se prolonge en territoire camerounais et dans laquelle de part et d’autre du fleuve Bénoué se trouvent les buttes de grès dits « grès de Garoua ». En dépit de son importance en termes de réservoir, les travaux antérieurs, très peu nombreux dans la partie camerounaise, n’ont pas souligné les paléoenvironnements, la lithologie, la minéralogie, les événements diagénétiques et les déformations ayant affecté ces grès. Des études faciologiques, pétrographiques, minéralogiques et géochimiques y ont été conduites afin de reconstituer les paléoenvironnements de dépôts à partir des informations tirées de la succession lithologique, de caractériser les différentes sources d’apports, d’évaluer l’intensité les processus d’altération chimique ayant affecté ces grès depuis la sédimentation et enfin de dresser un répertoire des événements et mécanismes des processus majeurs de la diagenèse. Sur le plan faciologique, il s’agit des quartz-wacke pour la plupart associés à une faible proportion d’arkosique wacke et de mudstone, issus de blocs continentaux matures et immatures et de formations orogéniques recyclées. Ces faciès consolidés sont à stratifications entrecroisées et/ou obliques avec une alternance de niveaux grossiers et fins souvent intercalés par des lits de conglomérats plus épais dans les chenaux. Les niveaux argileux laminés de faible épaisseur se retrouvent sous forme de lentilles et de galets mous ou simplement en lits fins intercalés dans les grès grossiers. Les éléments figurés sont pour la plupart constitués de quartz, de feldspath de micas, de minéraux lourds (zircon, rutile …) et des fragments de roche du socle (granite) dans les conglomérats. Les phénocristaux sont pour la plupart sub-émoussés tandis que les cristaux plus petits sont sub anguleux à anguleux. Les quartz et les feldspaths potassiques (microcline avec des reliques de macles polysynthétiques encore conservées dans certains cas) sont ubiquistes dans la plupart des secteurs étudiés. On note l’absence de feldspaths dans les secteurs de Tinguelin, Douli et Mourbeli. La série est traversée par des roches volcaniques et des intrusions plutoniques et repose de façon discordante sur le socle granitique visible à « Hosséré » Tinguelin dans la partie Nord du bassin. Les lithofaciès décrits ici traduisent l’évolution des paléoenvironnements de type fluviatile sous influence tidale. Les évènements diagénétiques recensés en pétrographie intègrent la compaction (contacts entre les grains de quartz), la cimentation (carbonate, silice et hématite), la dissolution des feldspaths, la transformation et la néoformation de certains minéraux argileux (kaolins et illites) et la micro-fracturation. La présence d’oxydes de fer dans les micro- fractures et autour des éléments figurés ainsi que les surcroissances de quartz attestent la circulation des paléofluides dans les sédiments au cours de la diagenèse. L’analyse des éléments majeurs, mineurs et traces montrent que les grès de Garoua ont été alimentés par des produits d’érosion d’un socle granito-gneissique appartenant à une marge passive donc la composition est celle des roches acides ou felsiques et qui ont donné des wackes, des arkoses, des litharénites et de grès ferrugineux parcourus par des fluides chauds au cours de la diagenèse. La porosité primaire est réduite par la calcite, la silice et les minéraux argileux par dissolution des feldspaths. Cette dissolution, ainsi que la corrosion des quartz et la fracturation sont responsables de la mise en place de la porosité secondaire. La présence de la smectite dans les secteurs à activité volcanique a un lien possible avec ce volcanisme. L’illitisation des kaolinites bien que discrète, la dissolution des feldspaths partielle ou totale, les contacts entre les grains de quartz (plans, concavo-convexes plus ou moins stylolithiques) ainsi que la présence de la dickite sont révélateurs d’une diagenèse d’enfouissement. Ceci montre que les grès de Garoua ont atteint probablement un stade avancé de la diagenèse avant de connaître à nouveau une diagenèse d’exhumation avec des phénomènes d’oxydation et de kaolinisation généralisés. Ces observations confortent l’hypothèse d’un taux d’enfouissement relativement important pour un gradient géothermique moyen avec des températures avoisinant les 100° C.

Dans un objectif d'expliquer les mécanismes de consolidation et de désalinisation des sols de marais deux prairies et une parcelle cultivée ont été étudiées sur le site expérimental de l'INRA de St Laurent de la Prée. L'étude des évolutions structurales des sols de marais est basée sur les comparaisons entres profils de teneur en eau (W), résistance au pénétromètre dynamique (Qd), résistance au cisaillement (C). Les relations profils structuraux des sols et profils de Qd et C sont établies en s'appuyant sur la courbe de retrait (W-e) de la matrice argileuse. Ces profils structuraux sont présentés dans des diagrammes croisés W-e-Qd-C. L'intégration de la conductivité hydraulique de la matrice argileuse (K) dans des diagrammes croisés W-e-C-K permet d'associer aux profils structuraux les limites entre états solide et plastique et entre comportements fragile à ductile pour ces sols. Associé au diagramme croisé W-e-C, il a alors été proposé un modèle de mise en place et d'évolution de la fracturation par dessiccation de la matrice argileuse. Celui-ci est comparé aux figures pétrographiques analysées en 2D (sur surfaces polies) et en 3D (microtomographie RX). L'étude des évolutions de structure et de salinité des sols est basée sur des prospections géo-électriques par panneaux de résistivité, prélèvements et analyses chimiques des eaux dans les piézomètres et profils de conductivité électrique au 1/5 (CE). Les profils de CE sont calés sur les profils géo-électriques en utilisant la courbe de retrait. Les évolutions des profils de CE sur l'ensemble de la parcelle sont gouvernées le fonctionnement hydrogéologique du site et le battement de nappe. Finalement l'ensemble...