Description de la coupe

La nouvelle coupe, épaisse de 140 m, montre des variations lithologiques de faciès, ainsi que la présence d’une importante discontinuité sédimentaire matérialisée par une discordance angulaire, qui permet de distinguer deux formations qui sont de bas en haut (Figure II.2) :

3.1

Formation I

À Koudiat el Amama, cette formation représente une alternance de marnes grises où s’intercalent des calcaires lacustres et des passées gypseuses. À cet endroit, cette formation est caractérisée par des grands paquets de marnes noires (riches en gastéropodes), alternées avec quelques passées gréseuses. La fréquence de ces dernières augmente de bas en haut. Dans cet ensemble s’intercalent trois niveaux cinéritiques. Le premier niveau, de 0,4 m d’épaisseur, est mis en évidence pour la première fois, et il occupe la base de la formation. Les deux autres niveaux (successivement de 4 m et 0,8 m d’épaisseur) apparaissent vers la base du dernier tiers de la formation. Nous signalons également la présence pour la première fois d’un troisième niveau cinéritique. Les niveaux gréseux se distinguent par des stratifications obliques et passent latéralement à des chenaux. Ces deniers sont occupés par des microconglomérats qui contiennent parfois des restes de vertébrés.

Le matériel prélevé (lavé, trié et analysé) dans différents niveaux argileux ou microconglomératiques de cette formation a révélé la présence de restes de micromammifères dont la composition faunique est analogue à celle des deux sites (Amama 1 et Amama 2) décrits par les anciens auteurs (Jaeger, 1977a ; Ameur-Chehbeur, 1988 ; Coiffait, 1991) leur permettant de suggérer un âge miocène supérieur à cette localité.

Le milieu de dépôts de cette formation est caractéristique d’une sédimentation continentale de type fluviatile.

3.2

Formation II

Cette formation repose en discordance angulaire sur la formation précédente. Elle démarre par des conglomérats qui passent latéralement à des grès grossiers renfermant quelques fois des restes de vertébrés. D’un endroit à un autre, l’épaisseur de cet ensemble est variable (2 m à 5 m). Au dessus, reposent des argiles rouges gréseuses à concrétions carbonatées qui passent graduellement à des argiles grises et des calcaires lacustres friables (15 m environ). Un niveau marneux de couleur sombre situé vers le sommet de cette alternance a livré des gastéropodes continentaux, des débris de végétaux, des restes d’Hipparion (Equidae) et des micromammifères (Amama 3). Plus haut dans la séquence, le faciès change considérablement et passe à une épaisse série de marnes sableuses rouges (30 m environ) où s’alternent quelques fois de petits bancs (0.5 m) de calcaire lacustre qui disparaissent latéralement. Ces dépôts s’amincissent vers l’Ouest et le Sud du bassin où ils ont livré les célèbres faunes de vertébrés d’Aïn Boucherit et d’Aïn Hanech (Arambourg, 1969). Ces faunes sont composées surtout de grands mammifères associés à une industrie lithique plus ou moins abondante (Sahnouni et al., 1996).

De manière générale, la sédimentation de ce vaste complexe continental montre une évolution d’un environnement lagunaire à la base qui passe ensuite à un milieu lacustre puis à l’installation d’un régime sédimentaire fluvio-lacustre vers le sommet de la coupe.

4

Données biostratigraphiques

Les trois sites fossilifères superposés (Amama 1, Amama 2 et Amama 3) ont été découvert par Guiraud (1973) et Jaeger (1977a), puis Ameur-Chehbeur (1988) a réalisé une étude détaillée des rongeurs. Lors d’une prospection paléontologique en Mars 2012 nous avons échantillonné dans un thalweg parallèle à celui que les précédents auteurs avaient échantillonné (Jaeger, 1977a ; Ameur- Chehbeur, 1988). La nouvelle coupe que nous présentons dans ce travail (Figure II. 3) a également livré les mêmes niveaux fossilifères, avec la même composition faunique que les travaux antérieurs. Les trois niveaux à micromammifères signalés dans cette localité sont de bas en haut:

Amama 1 : Ce niveau inférieur est situé à une quarantaine de mètres au dessus du toit des passées

calcaires. Ce gisement a fourni la liste faunique suivante : Schizogalerix sp. (Erinaceidae), et les rongeurs Atlantoxerus sp., Zramys cf. haichai, Progonomys cf. cathalai et Irhoudia sp. (Jaeger, 1977a). Une autre prospection paléontologique a été effectuée par Ameur–Chehbeur (1988) dans le cadre de sa thèse, ajoutant à la liste faunique précédente deux espèces de rongeurs : Myocricetodon cf. seboui et M. cf. trerki. Le degré d’évolution de la population de Zramys cf. haichai est plus élevé que celui de la population de l’Oued Zra ; ceci suggère un âge légèrement postérieur à celui de ce dernier gisement. Comme celui-ci est attribué au Vallésien supérieur, il est donc logique d’attribuer au gisement d’Amama 1 un âge proche de la limite Vallésien-Turolien (Jaeger et al., 1973).

Amama 2 : Ce niveau est situé dans une lentille d’argile noirâtre riche en gastéropodes, située sous le

toit de grès à galets qui a livré des restes d’Hipparion sitifense (Equidae). Ce toit de grès est situé vers le sommet de la formation miocène. Ce gisement a fourni la liste de micromammifères suivante : Schizogalerix sp. (Erinaceidae), et les rongeurs Atlantoxerus sp., Zramys hamamai, Protatera algeriensis, Myocricetodon cf. seboui, Paraethomys cf. miocaenicus, et Irhoudia robinsoni (Jaeger,

1977a). De même, Ameur–Chehbeur (1991) a signalé un nouveau genre et nouvelle espèce de gerbillidé Eulmus miocaenicus.

Les Cricetidae sont représentés par trois formes distinctes alors que les Muridae, les Ctenodactylidae et les Sciuridae ne sont représentés que par une seule espèce. Sur le plan quantitatif toutefois les Gerbillidae représentés par Protatera algeriensis ainsi que les Ctenodactylidae, représentés par Irhoudia robinsoni dominent largement. Ces proportions font apparaitre la domination de formes caractéristiques, en Afrique du Nord, des milieux semi-arides, ce qui suggère l’existence d’un biotope relativement ouvert et sec.

La position dans l’échelle biochronologique de ce gisement, situé au sein de la formation exclusivement continentale, n’est pas aussi aisée à mettre en évidence que celle de Khendek el Ouaich. Sa position stratigraphique, est localisée à 50 m au dessus du gisement d’Amama 1. Les données biochronologiques plus précises peuvent être tirées de l’étude des degrés évolutifs. Zramys hamamai est considéré comme le descendant direct de Z. salemi du gisement turolien inférieur de Sidi Salem (Algérie). Myocricetodon cf. seboui et Paraethomys cf. miocaenicus peuvent être comparés respectivement avec M. ouaichi et P. miocaenicus du gisement du Khendek el Ouaich. Les degrés évolutifs de ces deux espèces du gisement d’Amama 2 sont plus primitifs que ceux correspondant aux espèces de Khendek el Ouaich. D’après ces données, il conviendrait d’assigner au gisement Amama 2 un âge intermédiaire entre celui du gisement Turolien inférieur de Sidi Salem (Algérie) et celui du gisement du Khendek el Ouaich qui est situé au sein des formations régressives du Miocène supérieur marocain. C’est donc un âge turolien moyen qui est attribué à ce gisement.

Amama3 : Ce gisement a été découvert pour la première fois par Guiraud en 1973, à la base des

formations rouges. Celles-ci ont été attribuées au Villafranchien par Arambourg (1959), mais pour Ginsburg (1957), elles correspondent au Pliocène et au Villafranchien. Ce gisement provient de la même série, à une vingtaine de mètres au dessus de la discordance le séparant du gisement d’Amama 2, où les minces intercalations de marnes et de calcaires travertineux font leur apparition. Il s’agit d’un niveau très riche en matière organique, qui a livré la liste faunique suivante : les rongeurs

Djemilus michauxi, Paraethomys anomalus, P. athmeniae, Eulmus pliocaenicus, Atlantoxerus amamai, Lophiomys sp., ainsi que Schizogalerix sp. (Erinaceidae).

Les molaires d’un gros muridé, attribuées à Djemilus michauxi par Ameur-Chehbeur (1988), montrent des caractères morphologiques comparables à l’espèce Golunda jaegeri que Coiffait (1991) a signalé dans le gisement d’Oued Athmenia 1 dans le bassin constantinois. Toutefois, les molaires du gisement d’Amama 3 se distinguent par l’absence de t9 et la liaison t6- t8 sur les M2 supérieures, de plus, les M2 et M3 supérieures sont plus longues que celles du gisement d’Oued Athmenia 1, ce qui indique une forme plus évoluée. Ce gisement a été attribué au Pliocène moyen du fait de la présence de Paraethomys anomalus, une forme plus évoluée que P. miocaenicus.

5

Magnétostratigraphie

5.1

Prélèvements paléomagnétiques

Dans cette partie du bassin, l’échantillonnage pour l’étude magnétostratigraphique a été effectué en décembre 2012. Par ailleurs, les sédiments continentaux de ce bassin sont mal exposés et souvent recouverts par des grosses séries marneuses. Au total 36 niveaux stratigraphiques ont été échantillonnés, qui se répartissent de la façon suivante : 82 carottes provenant essentiellement de bancs de grès et de calcaires, ainsi que 10 blocs orientés provenant de niveaux argileux. Les prélèvements ont été effectués dans les différentes couches de la série. Le pas d’échantillonnage est variable selon la nature des couches et selon l’affleurement et l’accès à ces couches, il varie entre 1 m et 3 m, parfois cet intervalle est plus grand et dépasse les 10 m.

5.2

Traitement magnétique et identification des minéraux

Il existe différentes techniques pour identifier les minéraux ferromagnétiques dans un échantillon, parmi ces techniques, l’observation microscopique, la détermination de la température de Curie, et l’analyse de la coercivité de ces minéraux. Chaque minéral ferromagnétique a une coercivité et des propriétés thermomagnétiques caractéristiques, qui vont avoir des comportements différents lors de l’acquisition d’une aimantation ou lors de la désaimantation thermique de celle-ci.

5.3

Acquisition de l’aimantation rémanente isotherme (ARI)

Cette étape consiste à aimanter l’échantillon et le saturer par palier successifs à l’aide d’une bobine à impulsion jusqu’à 2 T. Ensuite, un champ différentiel est appliqué sur les trois axes de l’échantillon selon la méthode de Lowrie (1990). Pour cette méthode, nous avons choisi cinq échantillons de différentes natures lithologiques et différents horizons stratigraphiques. Le principe est simple, on soumet l’échantillon à trois champs différents dans trois directions orthogonales. Pour tous les échantillons, nous avons appliqué un faible champ de 0,1 T le long de l'axe X pour mobiliser les minéraux de faible coercivité (entre 0 T et 0,1 T). Ensuite, un champ de 0,5 T est appliqué le long de l'axe Y, pour mobiliser les minéraux dont le champ coercitif est compris entre 0,1 T et 0,5 T. Enfin, un champ fort de 2 T est appliqué selon l’axe Z pour déterminer les minéraux magnétiques à forte coercivité comprise entre 0,5 T et 2 T. Par la suite, les échantillons ont été soumis à une désaimantation thermique progressive jusqu’à 620 °C. Afin de déterminer les minéraux ferromagnétiques porteurs de l’aimantation,

Les courbes d’acquisition de l’aimantation sont présentées dans la figure II.4. Sur les neuf échantillons on obtient trois comportements différents. Un échantillon est présenté pour chaque comportement.

Pour l’échantillon 92A, la courbe d’acquisition de l’aimantation rémanente montre une augmentation rapide à de faible champs, environ 80% de l’aimantation totale est atteinte à 100 mT. L’échantillon est saturé à environ 400 mT, ce qui indique la présence de minéraux de faible coercivité comme la magnétite ou les titanomagnétites.

L’échantillon 34 A montre une saturation de 60% à de faibles champs magnétique, ce qui indique également la présence d’une phase minérale de faible coercivité, mais son ARI continue à se saturer graduellement, ce qui indique la présence de minéraux de forte coercivité comme la goethite et l’hématite.

Par contre, l’échantillon 88A, montre un comportement différent par rapport aux deux autres échantillons. Il correspond à des argiles renfermant probablement un minéral magnétique de

forte coercivité (hématite ou goethite) puisque la saturation de l’ARI continue d’augmenter dans les champs plus élevés sans atteindre la saturation.

Figure II.4. Courbes d’acquisition de l’aimantation isotherme pour cinq échantillons sélectionnés le

long de la coupe.

5.4

Désaimantation thermique de l’ARI

Sur les diagrammes (Figure II. 5), les courbes de désaimantation correspondent aux composantes de l’ARI selon les axes X, Y, et Z. Les diagrammes obtenus pour les différents échantillons peuvent être regroupés selon l’évolution des courbes de désaimantation des composantes de leur ARI. Dans tous les échantillons désaimantés, la composante de faible coercivité est dominante.

Échantillon 92A : les courbes de désaimantation des trois axes montrent que l’intensité de la

composantes de forte et moyenne coercivité constitue moins de 40 % de l’intensité totale. Elle est réduite à 350 °C ce qui pourrait indiquer la présence de titanomagnétite. D’après les résultats combinés de l’acquisition de l’ARI et de la désaimantation, les minéraux de faible coercivité tels que les titanomagnétites et la magnétite semblent être les minéraux prédominants dans l’échantillon

92A.

Figure II. 5. Diagrammes de désaimantation des composantes de l’ARI des échantillons de la coupe

de Koudiat el Amama

Échantillon 34A : cet échantillon provient d’un niveau argileux. La composante de faible

coercivité porte l’essentiel de l’aimantation par rapport aux autres composantes de moyenne et forte coercivité. Les deux composantes de faible et de moyenne coercivité montrent une légère dimunition à environ 350° C ce qui témoigne probablement de la présence de titanomagnétite. Une baisse d’aimantation significative à 580 °C est notée pour la composante X, indiquant la présence de la

magnétite. Par contre, la composante Z ne perd son aimantation qu’au-delà de 620 °C, température supérieure à celle de la magnétite, ce qui indique la présence d’une fraction d’hématite dans l’échantillon.

Échantillon 88A : dans cet échantillon, on note une baisse importante de la composante de

forte coercivité à 100 °C, ce qui indique la présence de la goethite. Cette composante et la composante de moyenne coercivité montrent un point d’inflexion à 400 °C, qui indique la présence de la titanomagnétite. Les trois composantes sont désaimantées à 580 °C, indiquant la présence de la magnétite.

6

Analyse de l’aimantation rémanente naturelle (ARN)

6.1

Mesure de l’aimantation rémanente naturelle

L’aimantation rémanente des échantillons a été mesurée avec le magnétomètre Spinner JR 6. L’ARN0 varie entre 1,0 × 10-4 _{A/m et 9,97 × 10}-5 _{A/m. L’intensité de l’ARN est en général plus faible}

dans les bancs indurés (calcaire et grès) que les autres niveaux. Dans le but de calculer les directions moyennes de l’aimantation pour chaque niveau stratigraphique, l’aimantation rémanente naturelle est mesurée pour chaque échantillon. Au total 101 échantillons ont été désaimantés étape par étape essentiellement par traitement thermique (83 échantillons), et 18 échantillons ont été désaimantés par champ alternatif. Deux techniques de désaimantation ont été appliquées dans cette étude. La désaimantation par chauffage a été appliquée avec des pas de température compris entre 25 °C et 50 °C, et la désaimantation avec le champ alternatif avec des pas compris entre 3 mT et 10 mT.

6.2

Analyse de l’aimantation rémanente naturelle

Sur les 101 échantillons désaimantés, un ou deux spécimens de chaque carotte provenant de 36 niveaux stratigraphique ont été traités. Des diagrammes orthogonaux (Zijderveld, 1967) ainsi que des projections stéréographiques ont été utilisés pour l’analyse des directions de l’aimantation (Figure II.6 a). La plupart des échantillons portent deux composantes d’aimantation. La première a une température de déblocage comprise entre 100 °C et 250 °C. Cette composante à une direction

correspondant à celle du champ actuel, et de direction normale, et elle est considérée comme une aimantation secondaire acquise sur le terrain. Cette fraction d’aimantation est probablement portée par des minéraux à faible coercivité. Sur d’autres diagrammes cette aimantation secondaire n’apparait pas. La deuxième composante dite primaire est détruite à partir de 300 °C jusqu’à 500 °C (ou 15 mT et 40 mT) dans la majorité des cas (Figure II.6 b).

Figure II.6a. Projection orthogonale et stéréographique des échantillons de la section 1. Sur les

diagrammes orthogonaux, les points noirs et blancs représentent les projections des directions de l’aimantation sur les plans horizontal et vertical, respectivement (Zijderveld, 1967). Sur les diagrammes de désaimantation, l’intensité de l’aimantation est donnée en A/m.

Figure II.6b. Projection orthogonale et stéréographique des échantillons de la section 2. Sur les

diagrammes orthogonaux, les points noirs et blancs représentent les projections des directions de l’aimantation sur les plans horizontal et vertical, respectivement (Zijderveld, 1967). Sur les diagrammes de désaimantation, l’intensité de l’aimantation est donnée en A/m.

Pour définir les directions de la composante primaire de chaque échantillon, toutes les caractéristiques de son aimantation ont été examinées. Les directions finales sont établies sur la base des valeurs qui se reproduisent d’une étape à l’autre au-delà de 250 °C, en utilisant la méthode d’analyse en composantes principales de Kirschvink (1980).

Certains échantillons ont été éliminés en raison de l’incohérence des directions au moment de la désaimantation ou en raison de leur faible intensité. Les directions de l’aimantation caractéristiques, dirigées vers le Nord avec une inclinaison positive, sont de polarités normales, tandis que les directions dirigées vers le Sud avec une inclinaison négative, ont été interprétées comme polarités inverses.

La coupe prélevée pour la présente étude, s’étend depuis le Miocène supérieur jusqu’au Pliocène moyen. Afin de mieux interpréter les résultats, la coupe est divisée en deux sections :

Section 1 : cette section correspond à la formation miocène qui a livré les deux gisements

fossilifères, Amama 1 et Amama 2.

Section 2 : cette section est représentée par la formation lacustre d’âge pliocène moyen qui a

livré le site fossilifère d’Amama 3. Les deux sections sont séparées par une discordance angulaire. Les directions moyennes des deux sections ont été calculées avec les statistiques de Fisher (1953) et projetées sur des diagrammes stéréographiques (Figure II.7).

Pour la section 1, la direction moyenne des sites de polarité normale est : N = 28, déclinaison = 1,5°, inclinaison = 21,8°, α95 = 16 et pour les sites de polarité inverse : N = 13, déclinaison = 185,7°,

inclinaison = -23,8°, α95 = 20,9.

Comme la structure des couches échantillonnées est monoclinale, le test du pli ne peut pas être appliqué. Afin d’évaluer nos résultats et de connaitre l’origine de l’aimantation (primaire ou secondaire), le test d’inversion a été réalisé (McFadden et McElhinny, 1990).

Figure II.7.A. Projection stéréographique des directions primaires de chaque échantillon après

correction stratigraphique pour la section 1. Les points noirs représentent les inclinaisons positives et les points blancs représentent les inclinaisons négatives. B- Projections stéréographiques des directions caractéristiques pour tous les sites de la section 1 quand les sites de polarités inverses sont inversés. C- Projections stéréographiques de toutes les directions moyennes pour la section 1 représentées par le carré, l’étoile indique les directions moyennes estimées associées avec le pôle magnétique au Miocène de la zone étudiée (Besse et Courtillot, 2003).

Les directions moyennes des sites de polarité normale et de polarité inverse ne sont pas antipodales. L’angle entre les directions moyennes est de 4,4°. Cet angle est compris entre 1° et 5°, ce qui correspond à la classe A, selon la classification de McFadden et McElhinny (1990). Les données paléomagnétiques indiquent que le test est positif et que la section 1 a bien enregistré une aimantation primaire. La direction moyenne de l’aimantation primaire de la section 1 est : inclinaison = 53,38°, déclinaison = 8,32°et α95 = 12°. Les sites d’Amama se situent à une latitude de 36°N et une

longitude de 5°. Les directions moyennes estimées, associées avec le pôle magnétique au Miocène supérieur fourni par Besse et Courtillot (2003) à 11.9 Ma (coordonnées du pole λ = 85° et φ = 170.7°), sont : inclinaison = 54,5°, déclinaison = 6,0°. Les directions observées sont proches des directions attendues (Figure II. 8).

Concernant la section 2, les directions moyennes de polarité normale et inverse sont : pour les sites de polarité normale, N = 7, déclinaison = 31,96°, inclinaison = 55,71°, α95= 7,8 ; et pour les

sites de polarité inverse : N = 4, déclinaison = 176,4°, inclinaison = -51,2°, α95 = 14,2°. Ces résultats

ont été soumis au test d’inversion afin de confirmer l’origine primaire de l’aimantation (McFadden et McElhinny, 1990). Les directions moyennes des sites de polarité normale et de polarité inverse ne sont pas antipodales, et l’angle observé entre les directions des deux polarités est de 21,4°. Les directions moyennes de site de polarité opposée ont un angle critique. Les données paléomagnétiques passent le test d’inversion qui est positif avec une classification intermédiaire.

La direction moyenne du champ magnétique de la composante primaire des sites est : inclinaison = 55,71°, déclinaison = 31,96°, et α95 = 7,8°, elle est comparée avec la direction déduite à

partir du paléopôle à la latitude du site à 3.6 Ma (Besse et Courtillot, 2003). La direction attendue du champ paléomagnétique (déclinaison = 0,7°, inclinaison = 51,9°, α95 = 2,3°). Les directions moyennes

calculées, associées au pôle magnétique du Pliocène sont : déclinaison = 0,7°, inclinaison = 51,9°, α95

Figure II.8.D. Projection stéréographique des directions primaires de chaque échantillon après

correction stratigraphique pour la section 2. Les points noirs représentent les inclinaisons positives et les points blancs représentent les inclinaisons négatives. E- Projections stéréographiques des directions caractéristiques pour tous les sites de la section 2 quand les sites de polarité inverse sont inversés. F- Projections stéréographiques de toutes les directions moyennes pour la section 2 représentées par le carré, l’étoile indique les directions moyennes estimées associées avec le pôle magnétique au Pliocène moyen (Besse et Courtillot, 2003).

En effet, l’erreur de la déclinaison de la section 2 indique une rotation selon un axe vertical. L’angle de rotation estimé est de 31,2°. Cette rotation est donc apparemment liée à un mouvement de faille local, ou à un glissement de couches évoqué par la nature argileuse du terrain. En revanche, les erreurs des inclinaisons moyennes peuvent être interprétées comme un processus post-dépôt lié à la sédimentation (Krijgsman et Tauxe, 2004).

7

Discussion