UPThèses

Le Plio-Pléistocène a connu des changements climatiques et écosystémiques cruciaux qui coïncident avec des événements clefs au cours de l'évolution humaine, notamment en Afrique orientale. Dans ce contexte, les implications temporelles, écologiques et comportementales de la transition de l’alimentation des hominidés vers une consommation de tissus animaux assistée par des outils peuvent être étudiées plus avant. Dans la région du Turkana, la formation Shungura, datée entre 3,6 Ma à 1 Ma, bien que riche en faune et en artefacts, n'a jamais été étudiée d'un point de vue zooarchéologique. Cette thèse examine les contextes taphonomiques et paléoenvironnementaux des assemblages de vertébrés contemporains des sites d'occupation humaine dans cette formation. Mon objectif était d'aborder les comportements de subsistance des hominidés anciens, le contexte écologique de l'Oldowayen et de localités acheuléennes récemment découvertes. La première partie se concentre sur les évaluations taphonomiques réalisées tout au long de la séquence de Shungura. Après une analyse préliminaire, l'identification et la description de diverses marques ont été documentées. La formation de Shungura constitue un terrain d'essai parfait pour discriminer divers agents de modification de la surface des os (BSM). Des méthodes zooarchéologiques classiques et la morphométrie géométrique ont été combinées pour traiter de la forte équifinalité entre les BSM anthropiques et non-anthropiques. Les BSM fossiles ont été comparés à des échantillons expérimentaux comprenant des marques de décarnisation anthropiques, des marques de piétinement et des marques de crocodiliens et de carnivores. Pour la caractérisation des morphologies des BSM, j'ai utilisé une approche basée sur l’analyse de Fourier elliptique (EF). Les analyses approfondies des BSM ont révélé que les crocodiles sont des agents actifs dans tous les membres de la formation, étant particulièrement abondants dans les membres C et G. L'activité anthropogénique a été confirmée dans les membres F, G, L. Alors qu'un débat subsiste sur la différenciation des BSM, en particulier dans des contextes où coexistent à la fois des crocodiles et des hominidés, l’approche basée sur l'EF a été en mesure de discriminer efficacement les deux. De même, j’ai été en mesure d'identifier efficacement les activités de boucherie des hominidés dès 2,3 Ma. La deuxième partie de la thèse présente les données paléoenvironnementales entourant l'émergence de l'Oldowan à Shungura (2,3 Ma) en combinant la taphonomie, des données sur la composition de la faune, ainsi que de l'analyse texturale 3D des micro-portraits dentaires (DMTA). Cette partie examine les assemblages fauniques en relation avec les occurrences archéologiques du membre F. J'ai appliqué la DMTA à 5 tribus de bovidés provenant de deux localités fouillées formées immédiatement avant l'apparition de l'Oldowayen. Les résultats de la DMTA montrent des différences intra-locales au sein des Aepycerotini et des Alcelaphini. La DMTA a identifié un comportement alimentaire de consommation de graminées à L 398, alors qu'à OMO 33 ces taxons tendent vers un comportement alimentaire mixte. Les tribus de bovidés de chaque unité des membres E et F ont également été analysées afin de comparer les signaux fauniques au fil du temps, et spatialement entre localités au sein du membre F. Les données sur les bovidés au niveau du membre indiquent qu'il y a eu une évolution vers plus d'aridité et d'ouverture dans le membre F. Les données sur la faune et la DMTA ont fourni des informations supplémentaires sur la façon dont les paléohabitats ont varié à travers les paysages à une résolution temporelle relativement précise. Pour F-0, j'ai observé à la fois une augmentation significative de l'abondance des Alcelaphini et des divergences alimentaires entre les taxons sympatriques. Ainsi, mes résultats suggèrent une variabilité écologique à l'échelle locale dans le membre F plus marquée que dans le membre E.

Le complexe sédimentaire du Néoprotérozoïque au Paléozoïque du bassin de Podolia a fait l'objet d'études paléontologiques, minéralogiques et géochimiques. C'est l'un des meilleurs objets géologiques pour la paléo-reconstruction des conditions de sédimentation, car cette zone n'a pas subi de changements tectoniques ou diagénétiques significatifs. Des recherches approfondies ont clarifié l'évolution diagénétique, l'écoulement des fluides et les conditions paléo redox, ainsi que l'évolution de la vie organique sur Terre de l'Ediacarien au Silurien Période dans la région d'étude. Elle est également corrélée avec d'autres coupes stratigraphiques dans le monde pour identifier les tendances globales de l'évolution planétaire. Dans la coupe géologique, on distingue deux lithofacies sédimentaires généraux : siliciclastique et carbonaté. Ainsi, d'après leur composition minérale et géochimique uniforme (modèles d'ETR, Th/Sc, Zr/Sc, Cr/Th, La/Sc), on peut affirmer qu'un type de roche mère domine (le Bouclier ukrainien), qui a une composition majoritairement felsique. Une diminution de la quantité de matière clastique, des variations dans les assemblages minéraux authigènes (couches mixtes I/Sm et Sm/Ch), une augmentation des éléments sensibles redox (Mo, V, U), des empreintes de transitions évolutives du biote à corps mou au des organismes squelettiques complexes de la base (l'Ediacarien) au sommet (le Silurien) de la section indiquent une tendance générale au réchauffement climatique et à l'oxydation de l'atmosphère et de l'eau marine. Ceci est clairement corrélé avec des changements dans la composition isotopique, à savoir une augmentation de δ13Corg et une diminution de δ15N de la base vers le haut, ce qui peut indiquer la prédominance des organismes photosynthétiques. Ainsi, l'apparition de grandes quantités de glauconite à proximité de la transition de l'Ediacarien au Cambrien est associée à la présence d'eau de mer enrichie en Fe, à d'importants changements dans l'environnement (conditions redox), et au début d'une période de "climat chaud", comme en témoignent changements du visage, variabilité des minéraux argileux et augmentation de la composante carbonate. Aussi, selon les manifestations de l'évolution progressive des formes biologiques, qui est probablement associée aux changements du climat et de l'environnement, il est impossible de se prononcer sur un changement soudain et ponctuel des principaux indicateurs des conditions de vie. Mais c'est un aspect très problématique de l'étude, car il y a une difficulté à mesurer avec précision la durée temporelle des discordances au sein et entre les différents complexes lithostratigraphiques.

Les smectites sont des minéraux argileux relativement abondants à la surface de la Terre qui présentent des propriétés spécifiques de sorption et de gonflement notamment, du fait de leur charge et de leur espace interfoliaire hydraté. Cette particularité rend leur croissance cristalline spécifique et mal connue. Pour ce travail de thèse, nous avons utilisé la synthèse de la saponite (une smectite trioctaédrique) pour étudier la croissance cristalline, l’évolution de cristallinité et de cristallochimie de ces minéraux en fonction des conditions de synthèse en couplant FTIR, microscopie électronique HR, adsorption d'argon basse pression, et estimations thermodynamiques. Les résultats principaux sont les suivants: 1. Des saponites avec différents rapports Mg/Zn (0-6) et un rapport Si/Al fixe de 5.43 ont été synthétisées. Les résultats montrent que plus le rapport Mg/Zn diminue, plus la cristallinité de la saponite est élevée. Al est préférentiellement présent dans la couche tétraédrique dans toutes les saponites synthétisées. Une diminution du rapport Mg/Zn en couche octaédrique favorise l'étendue de la substitution tétraédrique Al/Si et entraîne une augmentation du rapport Al(IV)/Al(VI) dans la saponite synthétisée, et peut être un facteur clé pour contrôler la cristallinité des saponites de synthèse. 2. Des saponites Mg-Ni ont été synthétisées par traitement hydrothermal à 220°C d’un mélange mécanique de précurseurs (saponite Mg et saponite Ni) sous pression autogène de 0 à 30 jours. La spectroscopie FTIR met en évidence dans les échantillons synthétisés de la saponite mixte Mg-Ni recristallisée suite à la dissolution des précurseurs. L'adsorption d'argon et les résultats de STEM sont cohérents et indiquent que la taille moyenne des particules des saponites augmente avec la durée de synthèse puis atteint un plateau de 14 jours à 30 jours. La croissance cristalline se fait par extension latérale des feuillets. 3. Des saponites précurseurs Mg et Ni ont été préparées par synthèse hydrothermale à différentes températures (RT, 50, 150, 180, 200 et 220°C) pendant 1 jour. Ensuite, pour la série I, des mélanges mécaniques de saponites précurseurs Mg et Ni préparées à la même température ont été traités hydrothermalement à 220°C pendant 2 semaines. Pour la série II, les saponites ont été synthétisées hydrothermalement à différentes températures (220, 300, 400 et 500°C) pendant 1 semaine à partir du mélange de précurseurs préparés à 220°C. Les résultats montrent que plus la différence entre la température de synthèse des précurseurs et celle des échantillons est grand, plus la dissolution des précurseurs saponitiques est élevée et plus la distribution des cations octaédriques Ni et Mg devient aléatoire dans la saponite synthétisée. Les observations en microscopie électronique fournissent une preuve visuelle que la taille des particules de saponite augmente lorsque le delta de température n’est pas nul. 4. Quatre séries de saponite Ni-Mg ont été synthétisées par traitement hydrothermal à 150°C (150-150) et 220°C (220-220, pMg220+pNi25, pNi220+pMg25) de mélanges mécaniques de précurseurs préparés à 150, 220, et 25°C, pendant des durées variables (jusqu’à 3 mois). Les résultats montrent que la dissolution des précurseurs est le facteur limitant. En effet, la saponite mixte Mg-Ni n'apparaît que dans les 2 séries 150-150 et pMg220+pNi25 alors que la solution solide est plus stable que le mélange mécanique saponite Ni + saponite Mg à toutes les températures. Pour les séries 220-220 et pNi220+pMg25, la cinétique de dissolution des précurseurs préparés à 220°C est trop lente pour permettre l’obtention de saponite mixte pour les durées de synthèse étudiées.

Chez les mammifères, les dents sont un outil essentiel à la fragmentation et à la fracture des aliments. En retour, les propriétés mécaniques des aliments exercent une pression de sélection sur la morphologie dentaire. L'objectif de ce mémoire est de déterminer si ce signal adaptatif peut être détecté à partir de la morphologie des molaires chez les primates actuels et fossiles. Dans ce cadre, la topographie dentaire 3D de 31 espèces de primates actuels est étudiée à l'aide d'une combinaison de variables classiques et originales. Un colobe fossile, Mesopithecus pentelicus du Miocène terminal de Pikermi (Grèce), est également analysé. Les résultats sont interprétés à partir du régime alimentaire mais aussi d'un système de catégorisation inédit évaluant le champ mécanique d'aptitude à cisailler, écraser et « craquer » les aliments. Les variables choisies permettent de distinguer de façon significative les catégories alimentaires et les champs d'aptitude au sein de l'échantillon actuel. Elles prédisent également que M. pentelicus avait une morphologie dentaire intermédiaire, et qu'il était apte à « craquer » des aliments durs tout en maintenant une adaptation à cisailler des aliments coriaces. En outre, les nouvelles variables permettent de montrer que les crêtes d'émail sont significativement plus tranchantes chez les espèces consommant des aliments coriaces, ce qui confirme leur utilisation en tant qu'outil de cisaillement. En revanche, la distribution de l'épaisseur de l'émail semble être plus homogène chez les espèces durophages, suggérant que la dent entière constitue l'outil élémentaire de « cracking » chez les primates.

Les découvertes récentes de faunes à hominidés dans le Mio-Pliocène d' Afrique de l' Ouest ont remis en cause le rôle de barrière joué par le rift Est-Africain et relancé le débat sur la paléobiogéographie africaine. Dans ce contexte, l' identification des barrières biogéographiques effectives à cette période est importante. L' une des contraintes à la dispersion des faunes est le réseau hydrographique. Cette thèse a pour objectif la reconstruction de la topologie de ce réseau durant le Néogène. Nous avons utilisé le genre de poisson-chat Synodontis (Mochokidae, Siluriformes) : la large répartition actuelle de Synodontis en Afrique, sa diversité importante, l' hétérogénéité des distributions de ses espèces actuelles, ainsi que son importante représentation dans le registre fossile sous-tendent une histoire complexe au sein du réseau hydrographique africain. Jusqu' à présent, l' identification des espèces de Synodontis était basée sur des caractères d' anatomie molle. Nous avons établi un ensemble de caractères ostéologiques permettant la reconnaissance des d'espèces actuelles de Synodontis de la zone Nilo-Soudanaise. Cette étude anatomique a permis la reconnaissance des spécimens fossiles à un niveau spécifique dans le Mio-Pliocène d' Afrique (Tchad, Egypte, Tunisie, Uganda). Une phylogénie moléculaire est établie. Pour reconstruire l' histoire de Synodontis, nous avons combiné les approches anatomiques et moléculaires. L' évolution du groupe est structurée par la dorsale Centre Africaine et influencée par l' émergence du Rift. Nos résultats proposent une origine Congolaise de Synodontis dans l' Oligocène (~30 Ma). Subséquemment, des dispersions en zone Nilo-Soudanaise et Basse Guinée sont enregistrées. La phylogénie de Synodontis soutient l' existence d' un réseau hydrographique qui s' étend de l' Est à l' Ouest de l' Afrique, indépendant du Nil, et qui a fonctionné jusqu'à ~10 Ma. Au Miocène Supérieur, la distribution des espèces de Synodontis en zone Nilo-Soudanaise est plus hétérogène qu' actuellement. Au Plio-Pléistocène, les échanges entre les bassins de la zone Nilo-Soudanaise s' intensifient, entraînant l' homogénéisation de l' ichtyofaune.

Au cours du Cénozoïque, des changements de morphologie dentaire s’observent au sein de plusieurs clades de mammifères, tels que les ruminants, les suidés ou encore les hominines. Ces modifications sont souvent perçues comme reflétant des adaptations à une alimentation de plus en plus abrasive en lien avec l’aridification et l’ouverture progressive des milieux. La fin du Pliocène et le début du Pléistocène constituent une période charnière dans l’histoire évolutive des hominines. Elle est notamment caractérisée par une diversité taxinomique incluant des formes graciles et des formes robustes. Différentes stratégies développées en période de pénurie alimentaire contribueraient à expliquer cette diversité et le partitionnement de niches écologiques entre taxons contemporains. Elles apportent ainsi un éclairage sur les facteurs ayant favorisé la sélection des phénotypes crânio-mandibulaires et dentaires robustes. Les écologies des hominines plio-pléistocènes restent toutefois peu comprises. Afin d’affiner nos interprétations des variations des indicateurs écologiques crânio-mandibulaires et dentaires fréquemment utilisés dans l’Ancien, un modèle expérimental sur un mammifère omnivore bunodonte est développé. Ce travail de thèse est ainsi basé sur près de 200 porcs domestiques répartis en une trentaine d’expérimentations différentes en alimentation contrôlée. Différents indicateurs cranio-mandibulaires et dentaires ont été étudiés : la micro- et méso-usure dentaire, la biogéochimie de l’émail et la morphologie mandibulaire. Ce travail souligne la capacité de ces indicateurs à détecter la consommation, en proportions faibles à modérées, de ressources alimentaires aux propriétés physiques et mécaniques similaires à celles des aliments potentiellement ciblés par les hominines en période de pénurie alimentaire (fallback foods) : des graines, des plantes herbacées, des plantes C4, des matières animales et des organes souterrains. En outre, certaines ressources semblent laisser davantage de traces que d’autres sur les archives crânio-mandibulaires et dentaires, et semblent générer davantage de contraintes sur la mastication et l’abrasion dentaire. Les résultats obtenus permettent de proposer de futurs développements pour une meilleure calibration de ces indicateurs écologiques, ainsi que pour vérifier ces observations expérimentales sur des taxons sauvages actuels. L’étude de la micro-usure dentaire de suidés actuels, à la lumière des résultats expérimentaux, met en évidence des différences relativement subtiles en termes d’habitudes alimentaires. Des inférences paléo-écologiques sont alors proposées pour les Kolpochoerus de la Formation de Shungura (Plio-Pléistocène, Éthiopie) à partir de leur micro-usure dentaire. Ces résultats contribuent à mieux comprendre les comportements d’indicateurs écologiques fréquemment utilisés suite à la consommation de différentes ressources, et apportent un nouvel éclairage pour affiner nos inférences paléo-écologiques.

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...

Au cours de ces dernières années, de nouvelles découvertes dans le Paléogène africain et le Néogène asiatique sont venues combler de nombreuses lacunes dans notre compréhension de l'histoire ancienne des primates. Ces découvertes ont amené de nouvelles problématiques concernant la chronologie et la paléobiogéographie de ce groupe. L'Asie et l'Afrique sont considérées comme des centres importants d'évolution et de diversification des primates au cours du Tertiaire mais les conditions paléoenvironnementales qui ont contraint les différenciations initiales au sein de ce groupe, les événements et les modalités de migration ainsi que la chronologie des échanges fauniques entre ces deux continents restent encore à élucider. L'établissement d'un cadre temporel, essentiel à la compréhension de l'histoire évolutive des faunes, s'est donc avéré nécessaire. Les études paléomagnétiques et biostratigraphiques effectuées sur de nombreuses séquences paléogènes en Afrique du Nord ont permis de corréler et de dater avec précision certains gisements de mammifères et d'apporter des éléments de réponse pour comprendre à quelle occasion les premiers anthropoïdes sont arrivés en Afrique, par quelle voie de dispersion et quelles étaient les modalités des différenciations initiales au sein de ce groupe. Le Miocène d'Asie du Sud a connu l'émergence de primates hominoïdes affiliés aux orangsoutangs. En Asie du Sud-Est, ce groupe est représenté par le genre Khoratpithecus, récemment décrit en Thaïlande et au Myanmar dans le Miocène moyen et le Miocène récent. Les études magnétostratigraphiques et biostratigraphiques des sites à Khoratpithecus ont apporté des indications fiables quant à la chronologie des différentes phases de divergences et la diversification initiale des hominoïdes, ainsi que des réponses sur leur histoire paléobiogéographique et les relations entre le climat et l'évolution vers les formes actuelles.

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.