Soutenance mémoire
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Contexte géographique
Le bassin d‟Antsirabe offre des paysages contrastés entre de remarquables escarpements de faille rectiligne et de zones planes, toutefois fréquemment disséquées par les cours d‟eau. En plus, la partie Ouest du bassin est dominée par des cônes volcaniques de type strombolien qui atteint une centaine de mètres de hauteur. A l‟Est, il est limité par l‟escarpement de faille rectiligne de Betampona affectant le socle cristallin. Au Centre, l‟escarpement du Mandray, parallèle au précédent, s‟étend sur une vingtaine de kilomètres. Pour LENOBLE et al. (1949), les reliefs plans du bassin d‟Antsirabe sont spectaculaires dans le paysage avec « leur horizontalité presque parfaite de Vinaninkarena au Sud à Sambaina au Nord » selon une surface d‟accumulation de sédiments « lacustres ». Pour Mottet (1980), c‟est une surface d‟aplanissement. Ces sous – bassins ont une forme très allongée en relation avec la structure géologique. A la fin du Tertiaire (Pliocène particulièrement), une tectonique d‟extension a accéléré l‟activité volcanique, édifiant les imposants massifs de l‟Ankaratra et du Vakinankaratra. Celle – ci s‟est poursuivie durant le Quaternaire jusqu‟à l‟Holocène. Elle s‟est accompagnée de la formation de fossés d‟effondrement, en semi – grabens, orientés Nord – Sud, effondrés à l‟Est le long de failles majeures (Betampona, Mandray) (RAZAFIMAHEFA et al., 2012 ) (58).
La mise en place du fossé d‟effondrement d‟Antsirabe est certainement liée à la tectonique, ancienne et récente. La première phase majeure est attribuée à la période Mio – Pliocène avec la création des bassins de Sambaina et d‟Antanifotsy au Nord de la région étudiée, accompagnant l‟édification du complexe volcanique de l‟Ankaratra. Ces deux bassins sont caractérisés par d‟épais remplissages limono – sableux et argileux à lignite, d‟âge Moi – Pliocène. Les restes de sédiments dans le bassin d‟Antsirabe témoignent que celui – ci a été affecté par la tectonique Mio – Pliocène. A cette dernière peut se rattacher des coulées basaltiques le long de l‟escarpement de Betampona, à l‟Est d‟Antsirabe (16,9 ± 0,4 Ma, B7249-2) et à Vinaninkarena au Sud-Ouest (3,7 à 3,9 Ma). C‟est durant le Pléistocène supérieur que se produisent les affaissements longitudinaux subméridiens de Betampona et du Mandray qui ont entraîné la formation des semi – grabens de la Manandona et de la Sahatsio et, à un degré moindre, de la Sahalombo avec la faille de Mahabatry. Les formations superficielles sont considérées comme «lacustres» (RAZAFIMAHEFA et al., 2012) (58) au vu de la morphologie plane, de dépôts de pyroclastites stratifiés horizontalement et de niveaux de tourbes considérés comme lacustres. L‟interprétation ne fait aucune référence à des barrages lacustres successifs, ni à l‟organisation sédimentaire des dépôts. Les sédiments sont définis comme « volcano – fluvio – lacustres » selon Mottet (1980). Les niveaux de tourbe des Hautes Terres Centrales de Madagascar ont indubitablement une signification paléoclimatique, comme l‟ont montré les analyses palynologiques antérieures.
Les Etudes menées dans la région
Historique des recherches paléocologiques à Vakinankaratra
La Paléoécologie est définie simplement, en tant qu’écologie du passé, plus précisément, c‟est de l‟écologie évolutive. L’étude des archives biologiques emprisonnées dans les sédiments, depuis des temps plus ou moins reculés, apporte des éléments clés afin de reconstruire les paléoenvironnements et leur évolution au cours du temps, mais aussi les interactions entre le vivant, son environnement et le climat.
La paléoécologie définit l‟étude des relations entre des organismes disparus et l‟environnement dans lequel ils vivaient, en traitant de l‟histoire écologique des écosystèmes, communautés ou espèces grâce à la localisation, l‟identification, la quantification et la datation de restes biologiques (pollens, charbons de bois, cernes de bois, coléoptères fossiles, foraminifères, chironomides, coquilles de mollusques…), à des échelles temporelles souvent anciennes et vastes.
L‟étude des spores et des grains de pollen fossilisés (c‟est la palynologie) que recèlent les sédiments accumulés dans les tourbières et les lacs, permet de connaître l‟environnement végétal passé. L‟analyse pollinique des sédiments est un moyen efficace pour retracer l‟histoire climato – floristique d‟un milieu de manière diachronique. Cette discipline est fondamentale pour reconstituer les phases majeures d‟évolution de la végétation (les chronozones) et du climat depuis le dernier maximum glaciaire, il y a environ 20 000 ans. En outre, elle fournit une gamme de renseignements inestimables en ce qui concerne les modifications imposées par l‟homme sur le milieu.
Dans cette région, les études faites ont porté en même temps sur les dépôts lacustres (géologie), les restes fossiles figurés et vaguement sur le paléoenvironnement.
En 1949, A. LENOBLE a publié l‟âge des dépôts lacustres de l‟Ankaratra en les présentants comme l‟ancien lac du Nord d‟Antsirabe dans les hauts plateaux de Madagascar. Les explorations ont donné des fossiles de vertébrés. Mais la région a été largement inexplorée sur le plan paléontologique étant donné que cette première recherche est concentrée sur la géologie. Le résultat précisa surtout que les roches en question étaient de l‟Ankaratrite avec du phonolite.
Après cela mais la même année, A. LENOBLE avec E. BOUREAU qui travaillait sur le plan paléobotanique, avec E. MANGUIN qui se fixa sur les Diatomées, a appuyé beaucoup plus sur les réalités du Plio – Pléistocènes de l‟Ankaratra. C‟était le début de l‟étude de la paléovégétation.
RAFAMANTANANTSOA, J. G., 1987, 1991 travaillait sur la micropaléontologie végétale de l‟Holocène des sites de Betafo (Ouest Antsirabe).
En 1987, 1991 RAKOTONDRAZAFY, T., par la micropaléontologie végétale de l‟Holocène du site volcano – lacustre d‟Ampasambazimba, Analavory avec introduction de l‟analyse des diatomées, et le site Holocène de Tritrivakely Betafo.
En 1987, D. A. BURNEY a affirmé en publiant les résultats de ses recherches qu‟il y avait effectivement des changements indéniables dans les végétations successives après l‟installation des premiers habitants de Madagascar en utilisant l‟outil palynologique dans des carottes prélevées à Tritrivakely BETAFO.
En 2010, l‟équipe de SAMONDS a mené une prospection dans la région en suivant les subdivisions cartographiées par LENOBLE. Cette reconnaissance a permis d‟identifier un nouveau site subfossilifѐre.
En 2014, dans le cadre d‟un « fieldschool » et la préparation du DEA de SANDIARISATA, la même équipe est descendue sur le site, et a collecté plus d‟une centaine de restes subfossiles.
En 2015, pour le tournage d‟un film documentaire sur Madagascar réalisé par la chaîne BBC, l‟initiation à la paléontologie des étudiants de NIU et la réalisation du présent projet axé notamment sur la reconstitution du paysage, des expéditions ont été menées ; lesquelles ont permis de collecter des centaines d‟ossements.
En 2016, dans le cadre de la collaboration entre le Projet Cénozoïque et la Mention BEC plusieurs étudiants de l‟Université d‟Antananarivo et de l‟Université de l‟Illinois ont effectué un stage de terrain sur le site, le présent Mémoire a eu son premier balbutiement lors de ce stage.
La même année et après quelques travaux de laboratoire, un retour au dit site a été nécessaire pour des compléments d‟informations, d‟échantillons pour l‟étude palynologique et d‟autres investigations.
Paléoécologie
Palynologie – type de végétation – type de climat
Le mot «palynologie» vient du mot Grec « (palunein) » signifiant saupoudrer ou « palè » qui veut dire farine et poussière pollinique. La palynologie est une science qui étudie généralement des spores et pollens, importants objets d‟étude en paléoécologie.
Une fonction de transfert FT est une représentation mathématique de la relation entre l’entrée et la sortie d’un système linéaire, le plus souvent invariant, par exemple l‟entrée est le diagramme pollinique, et la sortie est le type de végétation correspondante ou bien, le type de végétation comme entrée et le climat correspondant comme sortie.
La reconstruction des changements climatiques survenus dans les derniers milliers d‟années est cruciale pour comprendre la dynamique du climat dans des conditions différentes de celles enregistrées de nos jours (e.g insolation, concentration en CO2). De telles reconstructions peuvent être obtenues en modélisant les relations entre le climat et les pollens retrouvés dans les sédiments lacustres. Ces modèles, appelés Fonction de Transfert (FT), sont des modèles statistiques purement descriptifs qui, malgré la diversité de leur forme, se basent tous sur un même groupe d‟hypothèses. Les FT basées sur les mécanismes liant l‟environnement à la végétation et au pollen fourniraient des reconstructions basées sur des hypothèses différentes et soutenues par les recherches récentes en écologie.
Association diatoméenne – type de climat
Il en est de même pour les diatomées, l‟interprétation du passé s‟appuie sur la connaissance de l‟écologie actuelle de chaque espèce. La calibration des milieux actuels permet une reconstitution des variables physico – chimiques de l‟eau dans le passé. Cette calibration s‟appuie sur des prélèvements de diatomées associés à la mesure des paramètres physico – chimiques (profondeur, salinité, pH, composition ionique, transparence…) de l‟eau. Grâce à des calculs statistiques, les relations entre les diatomées et les paramètres mesurés sont recherchées. Si cette relation existe, une fonction mathématique linéaire est calculée entre la flore des diatomées et les paramètres mesurés. Cette fonction est appliquée à la flore de diatomées fossiles observées dans les sédiments. C‟est ce qu‟on appelle la méthode de la fonction de transfert, couramment utilisée pour les diatomées. Cette approche associée à la compréhension du fonctionnement hydrologique du milieu étudié (C. Vallet‐Coulomb) permet de reconstituer les paramètres paléoclimatiques et de mieux contraindre la connaissance des climats passés.
Matériels d’étude
Il s‟agit des échantillons collectés et ramenés au laboratoire après les travaux de terrain. Ils sont de trois sortes : les sédiments de chaque niveau ayant contenus les spécimens d‟étude aussi bien les formes microscopiques que quelques ossements de vertébrés.
Les spores et pollens
Les grains de pollens sont des organes reproducteurs des plantes à fleurs et les spores sont des organes de dissémination et de reproduction des autres groupes de plantes telles que les algues, les fougères, les mousses et les «champignons». Ils sont dispersés en grand nombre. Un pollen est constitué de plusieurs cellules. Ces cellules sont enfermées dans une enveloppe complexe constituée (figure 2) schématiquement de 2 parties :
l’intine constituée de polysaccharides est peu résistante et donc non fossilisable,
l’exine est formée de sporopollénine (matière organique terpénique polymérisée) qui n’est détruite que par oxydation. Elle est très résistante (imputrescible) et donc fossilisable.
Sur un pollen fossilisé, l‟intine disparaît complètement ; seule l‟éxine est conservée. Elle présente la structure schématique (figure 3) suivante.
Restes de vertébrés
Les vertébrés diffèrent des autres groupes d‟animaux par l‟armature d‟un squelette interne, y compris les différents os constituant les ossements des membres. La méthode de détermination se réfère à l‟anatomie comparée.
Méthodes
Méthodes sur terrain
Les microfossiles sont invisibles à l‟oeil nu sur terrain mais ils peuvent exister dans le sédiment. Pendant le travail sur terrain, les techniques d‟échantillonnage sont différentes selon la nature du sédiment. Dans notre cas, le sédiment est du type meuble. D‟abord, il faut faire une excavation sur le site d‟étude ; après, rafraichir la surface d‟affleurement pour décontaminer la surface. Cette décontamination se fait de haut en bas. Ensuite, le prélèvement s‟éxécute dans la partie nettoyée qui se fait de bas en haut. Ces sédiments sont emballés dans des sacs à échantillon à étiquette avec codage qui comprend le nom du site, la date de prélèvement et le numéro de chaque niveau des couches.
Pour les macrofossiles, les échantillons obtenus sont nettoyés et asséchés au soleil avant de les emballer dans les sacs à échantillon. Si les échantillons sont fragiles, il est important de les raffermir à l‟aide des colles spéciales (paleobond), des fois le recours au platrage est obligatoire, sinon les boîtes plastiques sont d‟inestimable secours pour les minuscules échantillons.
Les échantillons collectés (sédiments et fossiles) sont ramenés au laboratoire.
Méthodes au laboratoire
Préparation
Les traitements au laboratoire sont précédés du test de présence de carbonate à l‟aide de l‟acide chlorhydrique attesté par une effervescence positive. Ensuite la détermination de la présence de la matière organique est évaluée à partir de la couleur et de la teinte de l‟échantillon en utilisant l‟échelle préétablie du «Munsell soil color chart».
Au laboratoire, les échantillons sont rangés selon leur code. Avant toutes les opérations, tous les matériels de traitement sont bien nettoyés car les contaminations de tout genre peuvent survenir à tout moment (des tubes à essai, des boites de pétri, des béchers, des récipients plastiques). Ces matériels sont également codifiés pour éviter les confusions. Le tamis inox de 200 μm, coûteux, peut être remplacé par de la toile à bluter (avec le même maillage). Cette toile à bluter, synthétique, se vend au mètre chez les fournisseurs d’articles de sérigraphie (publicité peinte), et est disponible avec des mailles de tailles variées… Il est alors facile de réaliser des tamis pour chaque groupe d‟étudiants (collage – sertissage au bout d’un tube PVC de 80 mm de diamètre et 60 à 100 mm de long).
Pour les matériels sporopolliniques
Enlèvement des gros composants dans le sédiment,
Quantité de sédiment à traiter : 1cm3 par tube,
Décarbonatation avec l‟HCl (50%) : 5cm 3 par tube pendant 30mn,
Lavages par décantation pour ramener en pH neutre,
Désilicification avec l‟HF (50%) à froid pendant 48 heures, qui est une phase d‟attaque pour les échantillons non carbonatés,
Défluoration avec l‟HCl (50%) à chaud (bain – marie) durant 8 heures,
Lavages,
Oxydation avec le KClO (3cm 3 par tube) puis agitation ; avec l‟HNO3 (1cm3 par tube) pendant 30mn et après au bain – marie pour éliminer les matières organiques fines et pour éclaircir le matériel sporopollinique,
Lavages,
Ajout de solution de KOH (1cm3 par tube),
Lavages,
Ajout de 3 gouttes de phénol dans chaque récipient.
Pour les Diatomées
Enlèvements des gros composants dans les sédiments,
Trempage des sédiments dans la solution d‟acide sulfurique (H2SO4) suivi d‟une agitation,
Ajout d‟eau froid dans la préparation,
Décantation,
Siphonage et ajout d‟acide chlorhydrique (HCl),
Lavages avec l‟eau vive pour neutraliser la préparation,
Transfert de préparation dans la petite bouteille.
Montage de lames minces
Nettoyage des matériels (microscopes, lames et lamelles),
Mise en place des échantillons sur la lame,
Lutage au vernis,
Ajout d‟une goutte de glycérine sur la lamelle,
Montage des lames et lamelles,
Codification des lames suivant le code : initiale du site (TSM pour Tsaramody) – année de fouille – N° de l‟échantillon – ST (Standard) – MCA (Miora Christelle ANDRIAMBELOMANANA).
Exemple : TSM – 16 – 001 – ST – MCA
Observation et détermination
L‟observation effectuée au microscope est obligatoire pour voir et apprécier les formes sporopolliniques et diatoméennes présentes sur la préparation. Une vue générale au faible grossissement est nécessaire pour localiser ces matériels microscopiques. Une observation au fort grossissement doit ensuite préciser les paramètres nécessaires pour la détermination des taxons sur le champ de vision.
L‟identification se fait, compte tenu de la diagnose, par comparaison avec les formes-types dites holotypes établies par différents auteurs, surtout :
a) APLF, 1974 ; tous les travaux de D. A. BURNEY ; H. STRAKA, 1964, 1967, 1970, 1971, 1996 et FAEGRI and IVERSEN, 1989 pour les formes de bases des spores et pollens.
b) E. MANGUIN, 1949, P. BOURRELLY, 1968, N. REYES & T. RAKOTONDRAZAFY, 1992 pour les Diatomées.
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Table des matières
LISTES DES ABREVIATIONS ET ACRONYMES
GLOSSAIRE
INTRODUCTION
I. GENERALITES
1.1. Situation et limites géographiques
1.1.1. Localisation du site d’étude
1.1.2. Contexte géographique
1.2. Les Etudes menées dans la région
1.2.1. Historique des recherches paléocologiques à Vakinankaratra
1.2.2. Paléoécologie
II. METHODOLOGIE
2.1. Matériels
2.1.1. Matériels utilisés sur terrains
2.1.2. Matériels de laboratoire
2.1.3. Matériels d’étude
2.2. Méthodes
2.2.1. Méthodes sur terrain
2.2.2. Méthodes au laboratoire
2.2.3. Observation et détermination
2.2.4. Classification
III. RESULTATS
3.1. Lithologie
3.1.1. Coupe lithologique du site
3.1.2. Coupe stratigraphique du site
3.2. Spores et Pollens
3.2.1. Pourcentages des élements sporopolliniques par niveau dans le site
3.2.2. Les rapports AP/NAP*100 (arboreal pollen/ non arboreal pollen)
3.3. Vertébrés
3.4. Diatomées
3.4.1. Sous classe des Centrophycidées
3.4.2. Sous classe des Pennatophycées
IV. DISCUSSION
4.1. Les coupes géologiques
4.2. Les témoins de la végétation
4.2.1. Proportion des arbres face aux herbacées
4.2.2. Les significations de l’existence des taxons
4.3. Les espѐces animales
4.4. Les microalgues
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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