Stéphanien

Le Stéphanien est un étage géologique de la stratigraphie régionale de l'Europe de l'Ouest, inclus dans le Carbonifère (ère paléozoïque). Il s'étend de 303,9 à 299 millions d'années même si d'autres datations donnent des valeurs légèrement différentes (305 à 302 Ma).

Stéphanien

Données clés

Notation française	h5
Équivalences	Pennsylvanien supérieur (Kasimovien, Gzhélien)
Stratotype initial	houille de Saint-Étienne
Niveau
Époque / Série	Pennsylvanien

Stratigraphie

Étendue

Début	Fin
307,0 Ma (indicatif)	298,9 Ma (indicatif)

Westphalien Autunien

Affleurements

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Le Stéphanien est inclus dans la deuxième époque du Carbonifère : Pennsylvanien dans la nomenclature internationale (Silésien en Europe). Selon l'échelle des temps géologiques 2004 (GTS2004), cet étage correspond à l'extrême partie supérieure du Moscovien, à la globalité du Kasimovien et à la partie inférieure du Gzhélien, ces trois étages étant définis au niveau mondial.

Il doit son nom à la ville de Saint-Étienne, autour de laquelle se trouvaient d'importantes mines de charbon.

Il est caractérisé par une flore abondante en pécoptéridées et en cyathéides, par des odontoptérides et par la disparition des Mariopteris.

Les bassins stéphaniens en France

En France les formations stéphaniennes sont continentales et n'admettent aucun épisode marin, elles sont situées dans le bassin houiller de la Loire, le bassin minier du Nord-Pas-de-Calais, le bassin de Lorraine, celui du Jura ou au sud et à l'est des Vosges mais aussi dans les Alpes et en basse Provence, dans le bassin de Blanzy , celui du Gard, dans le grand sillon houiller du Massif central, dans le détroit de Rodez, à Decazeville et à Carmaux (attribuée au Stéphanien inférieur et moyen) .

Sous-étages et divisions

Annularia stellata, flore des gisements du Stéphanien.

Les travaux de Grand'Eury ont distingué 6 sous-étages, caractérisés par des populations végétales différenciées :

• L'étage de Rive-de-Gier caractérisée par une flore westphalienne ;
• L'étage des Cévennes ;

• L'étage des cordaïtes : faisceaux de la Chazotte (zone de la Talaudière) et de Villars (zone du Treuil ;
• L'étage des filicacées : faisceau de Rambaud (zone du Treuil) ;

• L'étage des calamodendrées (Gnetopsida^,?) : totalité de l'assise d'Avaize (faisceaux de Beaubrun et des Littes) ;
• L'étage ambigu autuno-stéphanien : fortement érodé sauf dans les secteurs de Bellevue (faisceaux des Mouillées et des Combes, Villeboeuf, le Mont, Chauvetière), Valbenoîte, Jardin des plantes, Beaulieu et Patroa.

Ces étages floristiques groupés par deux correspondent aux trois assises du bassin de la Loire :

• Stéphanien inférieur = Assise de Rive-de-Gier = Stéphanien A (Barruelien) = Cantabrien
• Stéphanien moyen = Assise de Saint-Etienne = Stéphanien B (Forézien)
• Stéphanien supérieur = Assise d'Avaize = Stéphanien C (Forézien)

Ces trois assises sont couronnées par l'étage ambigu autuno-stéphanien (proposé comme Stéphanien D) Permo-Carbonifère.

Chronologie de l'étude du bassin houiller de la Loire

Initié par K. Mayer-Eymar en 1878, le Stéphanien fut défini comme étage de référence par Ernest Munier-Chalmas et Albert de Lapparent en 1893. Cette reconnaissance internationale venait consacrer plus d'un siècle d'études sur un bassin qui fut l'un des plus anciennement exploités de France et systématiquement étudié.

1715 : Antoine de Jussieu signale des empreintes de plantes à Saint-Chamond.

1730 : Buffon évoque également ces empreintes sur les couches de houille de Rive-de-Gier et de Saint-Chamond.

1816 : Implantation de l'École des mineurs de Saint-Étienne et parution des premiers travaux cartographiques de Beaunier.

1821 : Alexandre Brongniart publie une notice sur les végétaux fossiles de la carrière du Treuil (Crêt-de-Roc, Saint-Étienne) aussi qu'une esquisse du site réalisée par son fils Adolphe.

1821-1871 : Adolphe Brongniart effectue au moins quatre séjours à Saint-Étienne (1821, 1836, 1844 et 1871)^,,.

Reconstruction de la flore houillère du bassin de Saint-Étienne (in La Nature - Revue des sciences, 1873).

1869-1914 : François Cyrille Grand'Eury mène une étude complète et systématique sur la flore fossile du bassin et identifie 137 nouvelles espèces (sur 346), 12 variétés (sur 32) et 14 nouveaux genres.

Après 1873 : Bernard Renault, élève de Grand'Eury, publie une série d'articles sur les fossiles d'Autun et Saint-Étienne.

1882 : Publication de l'atlas de Grüner.

1900 : Travaux de Coste.

1920 : Travaux de Paul Bertrand sur le prolongement du bassin à l'est du Rhône.

1925 : Travaux de Blondel sur la genèse du bassin, les failles et accidents et la tectonique.

Dans les années 1950, aux lendemains de la nationalisation le Comité des houillères de la Loire conduit une étude générale du bassin (Pruvost, Armanet, de Maistre) destinée à estimer les réserves et à uniformiser les différentes terminologies issus des compagnies privées.

Entre 1951 et 1961, une campagne de sondages (53 100 m de sondages réalisés) vint alimenter ces nouveaux travaux.

1951 : Pruvost propose le découpage du Stéphanien en sous-étages A, B, C.

1956 : Doubinguer introduit le Stéphanien D englobant l'étage permo-carbonifère autuno-stéphanien.

1966 : L'étude de la région de Cantabrie dans le Nord de l'Espagne, présentant la transition Westphalien-Stéphanien, inexistante dans le bassin de la Loire, a conduit à l'introduction d'un étage Cantabrien entre Westphalien D et Stéphanien A (Wagner, 1966). En conséquence, en 1972 l'assise de Rive-de-Gier perd sa qualification de stratotype au profit du Cantabrien (faciès maritime espagnol) (Bouroz et al., 1972).

1975 : Bouroz et al. propose la subdivision du Stéphanien en 2 étages (inférieur et supérieur) placé entre le Kasimovien et le Gzhélien, soulignant également le problème de représentativité des étages stratotypiques ne renfermant exclusivement que des flores marines ou continentales.

1977 : Doubinguer et Bouroz propose de regrouper le Stéphanien D à l'Autunien inférieur. Toutefois, cette subdivision n'est pas acceptée par la sous-commission sur la stratigraphie du Carbonifère (SCCS) de l'Union internationale des sciences géologiques (UISG). Cependant, la coexistence attestée des flores stéphanienne et autunienne associée aux problèmes de stratigraphie des bassins continentaux font que cette question reste débattue aujourd'hui.

1978 : Bouroz propose que le bassin ait été l'objet d'un charriage de grande ampleur et que les terrains du secteur de Saint-Étienne soit allochtones.

1984 : le Stéphanien inférieur est intégré au Cantabrien et Barruélien (Wagner, 1984), le Stéphanien supérieur reste découpé en Stéphanien B et C.

1992 : De nouvelles études invalident définitivement le modèle du charriage (Becq-Giraudon & Jacquemin).

1995 : Doubinguer et al. s'appuyant sur les biozones des macroflores définies par Boersma (1979) proposent une relecture des subdivisions classiques du Stéphanien (B, C et D), définies depuis Grand'Eury à partir des variations d'une flore dite "stéphanienne" (caractérisée par l'association d'espèces hygrophiles et mésoxérophiles)^,. Cette coexistence apparait comme le reflet des variations morphostructurales du bassin marqué par la continentalité. Ainsi est proposé le découpage du Stéphanien en deux étages :

• un étage inférieur regroupant Cantabrien et Barruelien à la flore "d'affinité westphalienne";
• un étage supérieur à flore stéphanienne dit "Forezien" (regroupant Stéphanien B et C) et fournissant une clef de lecture potentiellement utilisable pour les bassins permo-carbonifères continentaux.

Un ensemble d'éléments sédimentologiques (tillites, galets striés, traces de cristaux de glace) et paléobotaniques (adaptation progressive à un climat froid et sec) ont été interprétés comme autant d'indices pouvant indiquer des conditions paléoclimatiques périglaciaires^,. Étant donné la situation équatoriale de la région (située à l'époque à environ 10°N) seule une altitude très élevée pourrait expliquer ces dépôts.

Les publications les plus récentes proposent ainsi un modèle nouveau, celui comblement progressif d'un demi-graben situé entre 2 000 et 5 000 m d'altitude^, consécutif des mécanismes conjoints d'érosion et d'étalement gravitaire (basin and range (en)) caractéristiques de la fin de l'orogenèse hercynienne.

Concernant le bassin de Decazeville, un modèle de bassin intra-montagneux de basse altitude, entouré de très hautes montagnes portant des glaciers, semble là aussi plus adapté à la coexistence, dans l'assise du Bannel (IV) de P. Vetter, de galets striés (tillites remaniées) et d'argiles rouges bauxitiques titrant jusqu'à 12 % de boehmite.

La présence ponctuelle d'anneaux de croissance dans le bois fossile et de fusain (bois carbonisé) semble indiquer l'existence de saisons sèches et d'incendies saisonniers.

Ces données paléoclimatiques contradictoires pourraient refléter dès la persistance dans les bassins houillers continentaux de conditions locales humides (wet points) dans un climat globalement plus froid et plus sec.

Cet épisode tardi-hercynien fut marqué par une intense activité volcanique attestée par la présence de dépôts de cendres pouvant atteindre plusieurs mètres de puissance (gore dans la Loire, tonsteins en Lorraine et dans le Jura) et la présence de traces d'activité géothermique (crêt de Saint-Priest-en-Jarez ).

2006 : les stratotypes des vieux bassins européens sont déclassés: Namurien, Westphalien, Stéphanien et Autunien redeviennent des étages régionaux d'Europe occidentale.

Collections

Trois fonds de collections sont conservés à Saint-Étienne:

• La collection Paul Bertrand (École des mines de Saint-Étienne), constituée de plus de 500 pièces, était destinée à l'enseignement de la paléobotanique entre 1918 et 1935.
• La collection des Houillères du bassin de la Loire (H.B.L.) conservée à l'École des Mines constituée des collections d'étude Bertrand et de Maistre (après 1945) ainsi que les carottes des sondages effectués entre 1955 et 1975.
• La collection du lycée Claude-Fauriel constituée à l'initiative des professeurs (Bellon, Champier) du lycée dans les années 1970.

Sont conservés au Muséum national d'histoire naturelle :

• La collection d'Adolphe Brongniart ;
• La collection de Grand'Eury (environ 7 000 échantillons) ;
• La collection Renault (7 000 lames) ;
• La collection de Grüner, Renault et Virlet d'Aoust ;
• La collection Loubière.

D'autres collections sont également signalées :

• À l'Office national de gestion des collections paléontologiques de Lyon sont conservées les collections du Laboratoire de géologie de Lyon, Clermont-Ferrand et de l'École des Mines de Paris.
• À l'Université de Lille, la collection Paul Bertrand.
• À l'Université des Sciences et Techniques du Languedoc de Montpellier, collection de Grambast puis Galtier.
• À L'Université de Bourgogne à Dijon.
• Au Muséum d'histoire naturelle d'Autun.
• Au Musée de Decazeville, avec la collection Pierre Vetter.

Notes et références

1. Gradstein, Ogg et Smith 2005.
2. J. DE MAISTRE (1963), A BOUROZ (1978)
3. P. PRUVOST (1934), M. DONSIMONI (1981)
4. G. LIENHARDT (1962)
5. [PDF] Aurore Brach, Réalisation de l'Atlas Mouvements de Terrains : Territoire de Belfort, Département Laboratoire d'Autun, octobre 2012(lire en ligne), p. 21.
6. « Sédimentation continentale au Permien et au Trias », sur 4.ac-nancy-metz.fr.
7. Zone interne : J. FABRE (1961), R. FEYS (1963), Ch. GREBER (1966). Zone externe : J. HAUDOUR et J. SARROT-REYNALD (1964).
8. A.M. Basso (1985).- Le Carbonifère de basse Provence (Sud-Est de la France) - Evolution sédimentaire et structurale. Thèse spéc. Univ. de Provence, Marseille.
9. M. BRANCHER (1983)
10. B. DELSAHUT (1981)
11. P. VETTER (1968)
12. "Si ce rapprochement n'est pas accidentel, certains Calamodendrons, G. congenium C. stristum, auraient eu pour fructifications femelles des graines disposées en verticille aux articulations comme les fructifications des Ephedra". B. RENAULT, Études sur le terrain houiller de Commentry, T. II, p. 456. Lire en ligne
13. "M. Renault rappelle, en finissant, que certains Ephedra présentent une écorce très-analogues, et fait remarquer que d'autres ressemblances permettent de supposer que certaines Calamodendrées ont pu être les ancêtres des Gnétacées actuelles, Extrait des Annales des Sciences Naturelles, 1829. Lire en ligne
14. L'étage stéphanien a été défini par Munier-Chalmas et de Lapparent (1893) en ces termes: « Le nom Stéphanien, correspond à celui de l'Ouralien, s'appliquera aux assises renfermant les flores houillères qui se succèdent depuis l'assise de Rive-de-Gier jusqu'à celle de Bois d'Aveize inclusivement de manière à comprendre tous les bassins houillers de l'Est du Plateau Central » J. DOUBINGER, P. VETTER, J. LANGIAUX, J. GALTIER, J. BROUTIN, La flore fossile du bassin houiller de Saint-Étienne, Mémoire du Muséum National d'Histoire Naturelle, t. 164, 1995, p. 303.
15. A. DE JUSSIEU, Examen des causes des impressions marquées sur certaines pierres des environs de Saint-Chaumont dans le Lyonnois, Mémoire de l'Académie royale des sciences, p. 287-298. Lire en ligne
16. Alexandre Brongniart, Notice sur des végétaux fossiles traversant les couches du terrain houiller, 1821. Lire en ligne
17. Adolphe Brongniart, Prodrome d'une histoire des végétaux fossiles, 1828. p. 166. Lire en ligne
18. Adolphe Brongniart, Recherches sur les graines fossiles silicifiées, Imprimerie nationale, 1881. Lire en ligne
19. Adolphe Brongniart, Histoire des végétaux fossiles, ou recherches botaniques et ..., volume 1, Paris, 1836. Lire en ligne
20. François Cyrille Grand'Eury, Flore carbonifère du département de la Loire et du Centre de la France, Impr. nationale (Paris), 1877. Lire en ligne
21. B. RENAULT, Recherches sur la structure et les affinités botaniques des végétaux silicifiés : recueillis aux environs d'Autun et de St-Etienne, Impr. Dejussieu (Autun), 1878.
22. Voir Fernand Blondel sur le site des Annales des Mines, http://www.annales.org/archives/x/blondel.html
23. Voir la notice de Jeanne Doubinger Lire en ligne
24. J.-F. BECQ-GIRAUDON, D. MERCIER, H. JACQUEMIN, Faut-il rassembler le Stéphanien supérieur et l'Autunien (Paléozoïque supérieur continental) en une seule entité lithographique ?, Géologie de la France, n°2, 1995, pp. 17-24 Accéder en ligne
25. J. DOUBINGUER, P. VETTER, J. LANGIAUX, J. GALTIER, J. BROUTIN, La flore fossile du bassin houiller de Saint-Etienne, Ed. MNHN, 1995, pp. 304-317.
26. J. DOUBINGER, C. ALVAREZ_RAMIS, Sur la présence de deux biotopes à phytocénoses différentes au sommet de la série stéphanienne de Saint-Etienne, France, C.R. du 105e congrès nat. des soc. savantes, Caen, 1980. Lire en ligne
27. La flore fossile du bassin houiller de Saint-Étienne, Ed. MNHN, 1995, pp. 349-351.
28. J.-F. BECQU-GIRAUDON, C. MONTENAT, J. VAN DEN DRIESSCHE, "Hercynian high-altitude phenomena in the French Massif Central tectonic implications" in Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 122 (1996), pp. 227-241. Lire en ligne
29. Becq-Giraudon J.-F. & J. Van Den Driessche (1994). Dépôts périglaciaires dans le Stéphano-Autunien du Massif Central : Témoins de l’effondrement gravitaire d’un haut plateau hercynien. C. R. Acad. Sci. Paris, 318, II, 675-682. Lire en ligne
30. Permo-Carboniferous climate: Early Pennsylvanian to Late Permian climate development of central Europe in a regional and global context (2006) Lire en ligne
31. J.-F. MOYEN, A. VILLAROS, Géologie de la chaîne hercynienne de l'Est du Massif Central Français, P.U.S.E., 2011, p. 24 et 25. Lire en ligne
32. N. J. TABOR, C. J. POULSEN, Palaeoclimate across the Late Pennsylvanian–Early Permian tropical palaeolatitudes: A review of climate indicators, their distribution, and relation to palaeophysiographic climate factors, 2008. Lire en ligne
33. G. MENARD, P. MOLNAR, Collapse of a Hercynian Tibetan Plateau into a late Palaezoic European Basin and Range province in Nature, vol. 334, n° 6179, pp. 235-237, 1988. Lire en ligne
34. H. SABER, M. EL-WARTITI, J. BROUTIN, Dynamique sédimentaire comparatice des bassins stéphano-permiens des Ida Ou Zal et Ida Ou Ziki, Haut Atlas Occidental, Maroc, 2002. Lire en ligne
35. DiMichele, 2003, 2006. Lire en ligne
36. La Rotonde, Patrimoine géologique du département de la Loire, Frontignat-La Grand-Croix. Lire en ligne
37. La Rotonde, Patrimoine géologique du département de la Loire, Le Crêt. Lire en ligne

Voir aussi

Articles connexes

• Échelle des temps géologiques
• Bassin houiller de la Loire
• Bassin houiller du Jura
• Bassin houiller stéphanien sous-vosgien

Liens externes

• Article sur le Stéphanien de l'encyclopédie Universalis
• CCSTI La Rotonde, proposition de ballades géologiques sur le bassin de la Loire
• CCSTI La Rotonde émission "Carbone 42", avril 2007 - Géologie à la Ricamarie

Bibliographie

• (en) F.M. Gradstein, J.G Ogg, M. Schmitz et G. Ogg, The Geologic Time Scale 2012, Elsevier, 2012, 1176 p. (ISBN 978-0-444-59448-8, lire en ligne)
• (en) Felix M. Gradstein, James G. Ogg et Alan G. Smith, A Geologic Time Scale 2004, Cambridge, Cambridge University Press, 2005, 610 p. (ISBN 0-521-78142-6).
• M. GUIOMAR (1989).- Le Carbonifère des chaînes subalpines de haute Provence dans son cadre structural, Thèse Univ. de Provence, BRGM édit. Document 188, 1990.
• H. JACQUEMIN, « Le bassin houiller de Rive-de-Gier et Saint-Etienne Histoire d'une Migration géologique », Bassin houiller de la Loire Penser un territoire, publ. musée de la mine/ville de St-Etienne, 1997.

• J. DOUBINGUER, P. VETTER, J. LANGIAUX, J. GALTIER, J. BROUTIN, La flore fossile du bassin houiller de Saint-Étienne, Ed. MNHN, 1995, p. 356.

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