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1 Int. Revue ges. Hydrobiol. 1 67 1 2 1 1972 1 321-351 1 .

FRANCOISE GASSE

Laboratoire de Geologie du Quaternaire C.N.R.S., Bellevue

Etude des Diatonikes de Gisement Quaternaire de Saint-Saturnin (Puy de DGme)

Study of Diatoms of the Quaternary Deposit of Saint-Saturnin (Puy-de-DBme, France)

T a b l e d e s m a t i 6 r e s

I. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A. Description du gisement. . . . . . . . . . . . . . . B. Etendue et nature du gisement. . . . . . . . . . . .

111. Etude systematique des diatom& e t repartition des espAces A. Etude systbmatique . . . . . . . . . . . . . . . . B. RBpartition verticale des diatomees . . . . . . . . . .

IV. Interpretation des rksultats . . . . . . . . . . . . . . . A. Profondeur de l’ancien lac . . . . . . . . . . . . . . B. CaractAres chimiques des eaux lacustres . . . . . . . .

V. Observations sedimentologiques . . . . . . . . . . . . . A. Vitesse de sedimentation . . . . . . . . . . . . . . B. Variations saisonniAres . . . . . . . . . . . . . . . C. Presence de vivianit6 . . . . . . . . . . . . . . . .

VI. Conclusions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Cadre geologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VII. R6sum6, Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII. Bibliogrephie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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I. I n t r o d u c t i o n En bordure le la Limagne, au Sud de Clermont-Ferrand, le gisement de

diatomite de Saint-Saturnin (Puy-de-DBme) affleure ti proximite de cette localit6, dans le lit de la Monne. De forme lenticulaire, sa puissance maximale est de l’ordre de 5 mktres. I1 fut signal6 dks 1893 par HERIBAUD.

11. C a d r e g e o l o g i q u e Le gisement repose sur les terrains oligoches de la Limagne, d’gge Stampien

infbrieur. Au N-W, la diatomite est en contact avec une coulee basaltique (Fig. 1) issue des Puys de la Vache et de Lassolas. Cette couli)e, au niveau du gisement, est epaisse de 15 mktres.

A . Description du gisement La coupe donnee Figure 2 permet de replacer le gisement dans son cadre

geologique.

21 Internationale Revue, Ud. 57, 11. 3

322 FRANFOISE GASSE

Diotomitr El Morner et colcoiros ( Stompien moyen)

mi Granite b biotite . . Fig. 1. Localisation du Gisement

a) A la base de l’affleurement, on observe les terrains Stampiens, repr6sentes ici par des grks arkosiques horizontaux, alternant avec des argiles sableuses verdbtres.

b) Ces terrains sont en contact avec les dBp8ts diatomiferes par l’intermkdiaire d’une formation Bpaisse de 60 It, 80 centim&tres, e t presentant un pendage NE-SW de 25 iL 30”. I1 s’agit d’un pal6osol form6 au dkpens des sediments stampiens (BROUSSE & coll.).

Une couche de cendre, de 2 centimetres d’hpaisseur, s’observe sur toute 1’Qten- due du gisement.

c) Ce paleosol est surmonti: par la diatomite elle-mhme, oh abondent des empreintes de feuilles de Phani:rogames . Elle pr6sente deux faciks: - iL la base, c’est une roche varvhe, oh des feuillets sombres, d’aspect cartone,

d’une Bpaisseur moyenne de 2 millimAtres, alternent avec de minces couches blanchbtres. - vers le sommet, elle devient, par contre, Claire et pulvkrulente, homogene. Surajouti:e au fin litage des varves, on observe une stratification plus grossikre,

de type lenticulaire. Deux datations absolues au C14 ont permis d’attribuer un bge de 7500 ans + 160 ans B.P.l) b la base du gisement, et de 5250 ans -& 150 ans B.P. iL son

sommet (BROUSSE & coll., Meme G . DELIBRIAS). d) La diatomite est surmonti:e, avec un passage brutal, par un niveau detriti-

que grossier, au dbpens duquel se developpe le sol actuel.

B. Etendue et nature du gisement

La diatomite affleure en rive gauche de la Monne sur une longueur approxi- mative de 35 mktres. Aucun autre affleurement n’a B t B d6cel6. Par ailleurs,

l) B.P. : before present.

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Fig

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P s s E. 8 e

324 FRAN~OISE GASSE

de la coulhe, correspondant vraisemblablement au depot de la couche de cendre prkckdemment citee, aurait permis, en barrant la depression, la formation du lac.

111. Etude s y s t e m a t i q u e des D i a t o m h e s e t r e p a r t i t i o n d e s e s p h c e s

L’ittude rapportke ci-dessous a Btb realisbe B partir de 16 echantillons prbleves sur une m6me verticale. Ces echantillons sont affect& d’un chiffre correspondant au niveau de prblhvement, mesure en metres B partir de la base de l’affleurement (Fig. 2). Tous les echantillons se sont revelbs tres riches en frustules de Diatomkes.

A . Etude s ~ s t ~ ~ a t i ~ u e La flore diatomique de Saint-Saturnin s’est avhrbe trhs variee puisque nous

avons pu identifie 196 especes et variktbs. La liste des Diatombes de Saint- Saturnin presentbe par HERIBAUD (1893, 1902) apparait done fort incomplete et cet auteur omet, par ailleurs de preciser le lieu de prelevement de ses kchan- tillons.

Le catalogue systematique des especes rencontrbes figure dans le tableau ci-dessous. La taxonomic de certaines formes mentionnbes par HERIBAUD a revue gr$ce B 1’Index de MILLS (1933-1935) et d’autres travaux plus recents (HUSTEDT, 1930-1964; CLEVE-EULER, 1951 -1955; VAN LANDINGHAM, 1967- 1969). La plupart des especes observ6es ici sont communes dans les eaux lacustres actuelles. Nous nous attacherons toutefois B la description de quelques formes pour lesquelles le microscope Blectronique B balayage nous a fourni des images completant les donnbes morphologiques jusqu’b present connues’).

Melosira distans (EHR.) KUTZ. aff, Tar. alpigena GRUN. P1. I, Ph. 1 a 6

Description en microscopie optique. Forme de petite taille ; diametre de 4,5 ?I 6 p, hauteur de 3 B 6 p. Ornementation trhs delicate: 22 9 25 stries en l o p , lkgerement spiralkes. Les pores, trop fins, ne sont pas discernables. Sulcus et pseudosulcus tres accentues. Col nettement individualisb. Dents terminales triangulaires et courtes. Disque valvaire plat, perfore dans sa region periphbrique, dbpourvu de structure en son centre.

Cette forme rappelle Melosira distans var. alpigena par sa taille, sa face connective B profil carre et son sulcus. Elle en differe cependant par la finesse de son ornementation.

Au microscope electronique B balayage, le manteau prksente une surface. rugueuse oh les rangees de chambres apparaissent dans des depressions linbaires Ces chambres montrent, vers l’exthrieur, une ouverture ronde, sauf B proximiti. des dents terminales oii elles sont allongbes. Elles ont un diamhtre de l’ordre de 0,2 p et on en compte 30 B 35 en 10 p. Aucune membrane obstruante n’est observable. Les dents terminales sont libres sur toute leur longueur. Elles sont creuses et l’bpaisseur de leur paroi est d’environ 0,15 p. Le col, legerement saillant, est orne de fines granulations.

l) Les 6lectromiorophotographies par balayage ont At6 rbalis6es B l’aide de l’appareil Stbr6oscan du Museum National d’Histoire Naturelle, avec l’agr6ment de Monsier la Professeur LAFPITTE, que je tiens 3L remercier.

Fig. 3 b

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Fig. 3a

1 Meloriro itolica vor. " " " % tenuirrima 0 L% 2 Meloriro pranuloto vor. augustissirno

2" 4 Stephanodiscus ostrea

Qff var a l p i p n a Fig. 3

326 FRANFOISE GASSE

Fig. 4 A,

. - . . . . . . . . .

Fig. 4 - A : Stephanodiscus astraea var. minutula. 1 - Face externe de la zone pBriphBrique d’une valve. Certaines Bpines ont 6tB corrodBes

e t ont disparu. 2 - Face interne de la zone pBripherique d’une valve.

3 - Coupe schkmatiqae de la zone peripherique d’une valve. - en hant, coupe dans le plan d’une cr6te radiaire dBpourvue d’arkoles, passant par une

Bpine marginale e t un pore saillant du manteau. - en bas, coupe dans le plan d’une depression radiaire areolee.

Explication des symboles utilisks: FE: face externe, FI: face interne, a : ar6ole, bm: bourrelet annulaire limitant le manteau, cr: cr6te radiare, dr : depression radiaire, dv: disque valvaire, em: Bpine marginale, fi: foramen interne d’une areole, m: manteau, pm: pore simple du manteau, psm: pore saillant du manteaii, moi: membrane obturante interne.

Etude des Diatombes de gisement quaternaire 327

0

00 -0

Fig. 4A,

Au point de vue ultrastructurale, nos spitcimens s’opposent b Melosira distans par leurs chambres b ouverture ritduite, d’allure simple, e t par leurs dents terminales triangulaires, creuses e t non capitites b leur extrhmitit (MILLER, 1969).

Melosira italica (EHR.) KUTZ. var. tenuissima 0. MULLER P1.11, Ph. 7 B 10

Valves cylindriques de 3,5 B 4,5 p de diamittre, de 7 B 10 p de longueur. Paroi du manteau trits finement ornementite: 18 rangites de perforations en l o p , nettement spiralites, se redressant parfois litgerement aux extrAmitits de la valve. Au microscope hlectronique b balayage, ces perforations apparaissent comme de simples pores ronds, de 0, l p de diamittre. Le sulcus est assez profond. Le col, de 1 p de hauteur est ornit de deux rangees de granulations (40 en 10 p)., Les dents terminales, triangulaires et de taille r6guliAre, ont une base adhitrente i% la paroi du manteau, puis deviennent libres B la moitiit de leur longueur.

Stephanodiscus astraea (EHR.) GRUN. var. minutula (KUTZ.) GRUN. P1.111, Ph. 15 ti 22, Fig. 4 A

Frustule discoi’de, de 8 b 30p de diametre, pritsentant plusieurs ceintures connectives sans ornementation. Le disque valvaire, B fortes ondulations con- centriques, est perforit d’aritoles. Reparties en doubles ranghes radiaires dans la z6ne phriphbrique, ces arholes perdent leur disposition rhgulihe dans la rhgion centrale. Sur la face externe, les ranghes phriphhriques d’arholes se situent au

3SSVfJ 3SI06NQ“dJ 8ZE

Fig. 4 - B: Epithemia zebra. Structure des chambres. Explication des symbolea utilishs: al: articulation latkrale d'une cloison transverse, am: articulation m6diane d'une cloison transverse, c t : cloison transverse, cp : chambre primaire, ca: chambre secondaire, m: manteau, pcr: pore du canal raphken, pcs: pilier traversant

la cbambre secondaire

fond de 1kgAres depressions linkaires, e t non entre de fortes saillies lamellaires tel que le propose la diagramme de OKUNO (1964). Extbrieurement, les arboles, qui atteignent 0,3p de diametre au centre de la valve, sont dkpourvues de membrane obturante (Ph. 17-19, Fig. 4AJ. Par contre, sur la face interne, elles apparaissent comme de petites saillies Ienticulaires, de 0,5 p de diamBtre

P lanche I Melosira distans (Em.) KUTZ. aff. var. alpigelza GRUN. (a) Photographies en microscopie optique.

Ph. 1 a - 1 b. Portion de colonie en vue connective: 2 frustules associhs en chainette. (b) Electromicrophotographies par balayage.

Valve isolBe vue sous different5 angles. Ph. 2: R8gion du sulcua Ph. 3: Face connective Ph. 4: DBtchil des pores du manteau Ph. 5 : Disque valvaire e t couronne d'8pines phriph8riques Ph. 6: Snlcus et face interne du manteau A structure grossike

Planche I 329

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perforBes d’un Btroit foramen central (Ph. 21 -22, Fig. 4A2). Sur cette face, on distingue un pore lhgkrement excentrique, trks saillant, B base grossikrement quadrangulaire (Ph. 21). Ce m6me type de pore s’observe chez certains Thalas. siosira, tels que Thalassiosira gracilis (HASLE & HEIDAL, 1970).

Une couronne d’bpines marginales delimite extkrieurement le disque valvaire et le manteau. On compte 8 Bpines en l o p . Sous cette couronne d’hpines, il existe un cycle de gros pores regulikrement repartis (1 toutes les 3 Bpines), B structure complexe. Saillant extkrieurement, ils prbentent, sur la face interne, une base trilobBe et l’orifice, circulaire, termine un court canal cylindrique (Fig. 4, A, -A2). Cette structure rappelle celle des apicules marginales de genre Thalas- siosira (OKUNO, 1964), bien que la canal interne soit, chez ce dernier, beaucoup plus dhveloppe. L’ultrastructure de Stephanodiscus astraea semble ainsi plus proche de celle du genre Thallassiosira que de celle, souvent trks complexe, des Cyclotella (ROUND, 1970). La figure 4 A, donne une coupe schhmatique de la zone pkripherique d’une valve.

Meridion circulare (GREv.) AG. P1.11, Ph. 11 iL 14

Valve claviforme de 15 B 40 p de long; de 4 B 8 p de large. La valve est partagbe en chambres transapicales, dhlimitbes par de fortes cloisons internes, s’appuyant contre le manteau. Ces cloisons, parfois incomplktes, correspondent aux larges stries sombres observbes au microscope optique. Les chambres sont librement ouvertes du cbth interne, et fermhes extkrieurement par une membrane criblbe. Les pores perforant cette membrane criblhe sont align& en rangees transapicales (14 en 10 p presentant 8 pores en 1 p). Ces rangites de pores representent les fines stries claires visibles en microscopie optique. Elles sont toujours inter- rompues au niveau du pseudoraphe et se prolongent latkralement jusqu’au bord du manteau. La membrane criblee semble, en section, avoir un structure spon- gieuse. La chambre apicale la plus large possbde un pore B mucilage trks saillant, B deux lobes linhaires.

P l a n c h e IT

AjeEosira italica (EHR.) KUTZ. var. tenuissima 0. MULLER (a) Photographies en microscopie optique

Ph. 7: Frustules associes en chainette (b) Electromicrophotographies par balayago

Ph. 8: Valve isolee, face connective Ph. 9: Dktail de la region du col e t du sulcus Ph. 10: Detail de l’extrbmite d’un frustule; couronne d’6pines terminales par lesquelles

s’articulent deux frustules consecutifs

Meridion circulare (CRE.) Ac. (a) Photographie en microscopie optique

Ph. 11 : Vue valvaire (b) Electromicrophotographies par balayage

Ph. 12: Face interne d’une portion de valve, montrant le pole apical 6largi o t les

Ph: 13: D6tail du pole apical. Pore A gelke saillant, linkaire Ph. 14: Detail de la structure d’une chambre transapicale; section de la membrane

chambres transapicales

criblee externe sectionnee

Planche I1 331

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Achnanthes lanceolata (BREB.) GRUN. P1. IV , Ph. 23 it 28

Valve lanc6oke elliptique, b p6les apicaux arrondis, de 12 p de longueur sur 4 p de large. La valve araphidbe montre une tache hyaline en forme de fer b cheval, dans la zone laterale de l’aire centrale. Stries transapicales nettes, lkgerement radiales (13 h 17 en 10 p) . E n microscopic Blectronique par balayage, ces stries correspondent it deux series de chambres transapicales lineaires, librement ouvertes vers l’interieur, fermees. exterieurement par une membrane criblee. Chaque membrane criblee est perforbe de 3 rangees transapicales de pores ronds, de 0 , l p de diamAtre environ. Les deux valves presentent ce type de chambres.

Sur la face interne de la valve araphidbe, l’aire en fer it cheval apparait comme une simple depression, contrairement it la representation de HELMCKE et al. (1953-1964)’ qui voient lb une z8ne saillanfe. D’autre part, elle est dbpourvue de structure et ne repond pas, ainsi, it la description faite par OKUNO (1964) pour des specimens fossiles.

Epithemia zebra (EHR.) KUTZ. P1. V, Ph. 29 L 34. Fig. 4 B

Valve fortement convexe sur la face dorsale, concave du cote ventral, parfois 16g6rement capitbe aux extr8mitBs. bongueur 60 it 70 p, largeur 10 it 14 p .

La face interne de la valve montre une s6rie de fortes cloisons transapicales, verticales, s’appuyant latkralernent sur la manteau. On en compte 3 ou 4 en 10 p. Elles divisent la valve en chambres primaires. Chacune d’elle presente une articulation, parfois deux (Ph. 30), dans sa zbne mkdiane. Les chambres primaires sont librement ouvertes vers I’intArieur. Du cote externe, ces chambres primaires sont limitees par une membrane percee de 3 ou 4 rangees de chambres secondaires it contour circulaire. Les chambres secondaires s’ouvrent librement dans les chambres primaires. Un pilier, parallele au plan apical (Ph. 32, Fig. 4B) traverse la chambre secondaire et semble s’appuyer sur une membrane criblee externe recouvrant l’ensemble de la plaque valvaire (Ph. 34).

Le raphk, tubulaire, est biarque et s’ouvre exterieurement par une fente courbe; inthrieurement, il montre un gros pore ovoide au niveau de chaque chambre primaire.

P l a n c h e I11 Stephanodiscus astraea (EHR.) GRUN. var. minutula (EHR.) (;RUN.

(a) Photographies en microscopie optique

(b) Electromicrophotographies par balayage Ph. 15-16: Disque valvaire

Ph. 17 - 18: Vue d’un frustule entier, montrant 1’6pivalve ti bombement axial. Plusieurs ceintures connectives sont visibles

Ph. 19-20: Epivalve isolke. Face externe. On observe les ar6oles du disque valvaire, la couronne d’6pines marginales, les deux types de pores du manteau

Ph. 21-22: Epivalve isol6e. Face interne. Sur le disque valvaire, on observe les arboles obtur6es par une membrane lenticulaire a perforation unique, un pore saillant excentrique (ps). 8ur le manteau, se distingue un cycle de pores saillants i base trilobhe

334 FRANFOISE QA4SSE

Rhopalodia gibba (EHR.) KUTZ. P1. V, Ph. 35

La structure valvaire est fondamentalement la meme que celle d’ICpithernia zebra. Elle en diffbre par sa grande rhgularith. On observe, entre chaque forte cloison transverse, une fine c8te rectiligne, separant la chambre primaire en deux demi-chambres. Dans chaque demi-chambre, deux ranghes de chambres secondaires, tr& dblicates, donnent, B la valve, l’allure quadrillhe visible en microscopie optique. Le canal rapheen ne montre pas de pores internes.

B. Repartition verticale des Diatomees Parallelement au spectre qualitatif, nous avons Btabli un spectre quantitatif

en hvaluant, pour chaque bchantillon, le pourcentage des diverses especes, par comptage de 500 individus rbpartis sur plusieurs preparations (chaque valve Btant considerbe comme un individu). Nous avons ainsi pu realiser les diagrammes de frbquence des especes ou des genres les plus abondants (Fig. 3A).

IV. I n t e r p r e t a t i o n des resultats

La plupart des Diatombes ici observhes vivant encore actuellement, nous essaierons de retracer quelques caracteres de l’ancien milieu lacustre. Dans ce but, nous avons fait figurer, dans le tableau ci-dessus, quelques particularites Bcologiques relatives ti chaque esphe. Les donnbes mentionnhes ont 6th htablies essentiellement d’aprbs les travaux de HUSTEDT (1937 -1939), KOLBE (1932), FOGED (1965) et CHOLNOKY (1968).

A. Profondeur de l’ancien lac Le groupe des Diatomees littorales est represent6 par un trbs grand nombre

d’espbces, puisque 149 especes sur 196 lui appartiennent. Par contre, les especes euplanctoniques sont peu varibes, mais sont, pour la plupart, abondantes. Citons Melosira granulata et sa varibtb angustissima, Stephanodiscus astraea, Stephanodiscus hantxschii, Asterionella formosa . . . L’importance relative de ces deux grandes classes Bcologiques eat illustrbe par le diagramme B de la figure 3. Nous faisons abstraction, dans ce diagramme, des Diatomhes alloch- tones, crenophiles ou ahrophiles, trbs rares quelques soit l’hchantillon considBr6.

Dans 1’6chantillon 0, 31,6% de la population totale des Diatomhes sont euplanctoniques. La mise en eau du lac semble donc avoir &ti? brutale, ce qui

Planche I V Achnanthes lanceolata (BREB.) GRUN. et sa varihth rostrata (OST.) HUST. (a) Photographies en microscopie optique : Achnanthes lanceolata

Ph. 23: Vue valvaire de la valve araphidee Ph. 24: Vue valvaire de la valve raphidhe

(b) Electromicrophotographies par balayage Achnanthes lanceolata

Ph. 25: Face interne de la valve araphidhe Ph. 26: Dktail de la rkgion centrale montrant la depression en fer ii cheval Ph. 26: Detail de la region du p61e apical. Structure des chambres transapicales

Ph. 27 : Face interne de la valve raphidbe Ph. 28: Detail: chambres transapicales et fente du raphe

Achnanthes lanceolata var. rostrata

336 FRANFOISE GASSE

ne surprend pas pour un lac de barrage cause par un phhomkne volcanique. La nette predominance des especes planctoniques, que nous observons entre les cotes 3,50 et 4,50, essentiellement due au pullulement de Stephanodiscus astraea (Fig. 3 A, 4), traduit l’existence d’une phase plus profonde. Ce fait peut &re mis en parallele avec une recrudescence de l’humidit6 du climat regional marquee, dans les diagrammes polliniques, par une poussee de 1’Aulne debutant B la cote 3,25 (BROUSSE & coll.).

Vers le sommet du gisement, la flore typiyuement pelagique tend subitement disparaitre. Elle estrelayke par le groupe des Fragilaria et de Melosira distans

aff. var. alpigena. La rapidite du phhomhne conduit B imaginer une vidange brutale de la cuvette, d’origine geologique, intervenue avant le comblement total du bassin.

B. Caractbres chimiques des eaux lacustres a) La f lo re de S a i n t - S a t u r n i n e s t f r a n c h e m e n t aquadu lc i co le

En effet, les formes les plus abondantes sont oligohalobes indiffhrentes, dans le sens defini par KOLBE (1932). Telles sont Melosira italica et sa variBtk tenuissima, Stephanodiscus, Asterionella formosa, la plupart des Fragilaria . . . De plus, certaines especes sont halophobes ; citons Meridion circulare, Tabellaria fenestrata, Navicula gastrunz.. . . b) P H d e s e a u x l acu8 t r e s

La grande majoritk des especes rencontres montrent une nette affinite pour un milieu alcalin. Nous classons 10 formes comme alcalibiontes, 116 formes comme alcaliphiles ou indifferentes au PH. Les acidophiles sont, par contre, trhs rares (7formes) et leur frequence est negligeable. Ces faits reflittent l’existence d’un lac aux eaux de tendance nettement alcaline. c) Richesse des e a u x en e l e m e n t s n u t r i t i f s d i s s o u t s

Les deux genres dominants, ,Stephanodiscus et Melosira, sont consider& comme typique des eaux eutrophes (HUTCHINSON, 1967). Melosira granulata, comme sa varibt6 angustissisma dont le pourcentage atteint 320/,, est, d’aprks HIJSTEDT, la Diatomee la plus caractbristique des lacs eutrophes europeens (HUSTED’r, 1930 - 1964). Les Fragilaria les plus frequents ici (Fragilaria construens, Fragilaria brevistriata, Fragilaria pinnata) abondent Bgalement dans de tels milieux. A l’inverse, les formes specifiques des milieux oligotrophes font pratiquement defaut : les Cyclotella sont absents, Tabellaria fenestrata est ex- ceptionnelle. Les Diatomees de Saint-Saturnin paraissent ainsi avoir colonisit un milieu riche en elements nutritifs dissouts (616ments mineraux tels que Si, Ca, Fe, P, et matiere organique) et le petit lac fossile de Saint-Saturnin presente les

P l a n c h e V Epithemia zebra (ERR.) KUTZ.

Ph. 29-30: Valves entihres, face interne Ph. 31 -32-33: Dktail de la structure des chambres primaires et secondaires. Les

articulations des cloisons transverses sont indiquees d‘une flhche Ph. 34: Face externe d’un frustule. A gauche, ceintures connectives e t membrane

criblee. A droite, canal rapheen dans la region du nodule median Rhopalodia gibba (Em.) 0. MULLER

Ph. 35: Face interne de la valve. A gauche, allure d’ensemble. A droite, detail montrant la structure des chambres

22 Internationale l i e ~ u r , Bd. 57, H. 2

338. FRANFOISE GASSE

caracthristiques d’un lac eutrophe. Toutefois, remarquons que l’eutrophie cor- respond genBralement h un stade avance de 1’6volution lacustre. Or, dans le cas pr&ent, ce fait est enregistre d6s la base du gisement, bien qu’encore plus accent& vers son sommet. On peut voir lit une conskquence du lessivage du palltosol prkexistant par les eaux d’alimentation du lac. Ce lessivage aurait entrain6 une accumulation des produits de degradation de la matiere organique d6s la mise en eau du lac.

Signalons que, de faCon genitrale, eutrophie et alcalinite sont deux caractltres ktroitcment lies. Nombreuses mesures faites dans des lacs actuels montrent que les eaux eutrophes possedent un PH superieur h 8 (BASS BECKING et al., 1960).

V. O b s e r v a t i o n s s e d i m e n t o l o g i q u e s A. Vitesse de skdimentation

Les iiges absolus des bchantillons 0 et 525, mesur6s au CI4, sont respectivement de 7500 ans f 160 ans B.P. et de 5250 ans 1 150 nns B.P. Ainsi, le depot de diatomite s’est effectue en 2250 ans, et nous evaluons B 2,34 mlttres par 1000 ans la vitesse moyenne de skdimentation.

Cette vitesse de sedimentation parait particuliltrement Blevke lorsqu’on la compare ii celle d’autres diatomites lacustres du Massif Central Frangais. Les diatomites villafranchiennes de Murat (Cantal) avaient une vitesse de sbdi- mentation (calculbe d’aprlts 1’Bpaisseur des varves annuelles) de l’ordre de 45 centimlttres par 1000 ans (FOURNIER-GASSE, 1965). La vase B Diatomkes du lac Pavin (Puy-de-Dome) se dbpose, depuis 5000 am, B la vitesse moyenne de 20 centimbtres par 1000 ans et cette vase contient, de plus, 300% d’eau environ (GASSE, 1970).

La vitesse de skdimentation des diatomites varie donc considhblement en fonction du lac 6tudiB. Or, les flores diatomiques des 3 formations prkcitbes,

P l a n c h e V I Photographies en rnicroscopie optique, de quelques Diatomkes caractkristiques du dkp6t

de Saint-Gaturnin. Ph. 36: Melorisa granulata (EHR.) (;RUN. var. angustissima 0. MULLER Ph. 37: Melosira varians (Em.) KUTZ. Ph. 38 : Stephanodiscus hantzschi GRUN. Ph. 39: Fragilaria sp. aff. inflata PANT. Ph. 40: Cemtoneis arcus (EHR.) KUTZ. Ph. 41 : Navicula laaceolata (Ac.) KUTZ. Ph. 42: Navicula costulata GRUN. Ph. 43: Frustulia vulgaris (THw.) CL. Ph. 44: Navicula americana EHR. Ph. 45 : Pinnularia sp. Ph. 46: Pinnularia borealis EIIR. Ph. 47: Gyrosigma attenuatum (KUTZ.) CL. Ph. 48: Cymbella cistula HEMPR. Ph. 49: Epithemia sorex KUTZ. var. amphicephala OST. Ph. 50: Cymatopleura solea (BREB.) W. SM. Ph. 51 : Surirella helvetica BRUN

L’Bchelle est figurBe par un trait vertical B gauche de ohaque photographie et representant 10 P

Pla'nche VI 339

36 37 3

40

i

3

42

340

HP

FRANFOISE GASSE

Tableau systematique e t repartition verticale des

‘

Explication des symboles ntilisks : 1: espi.ce littorale, p : espece euplanctonique HI’: halophobe, HL: halophile, I: indiffhente

Liste des diatomkes

- _ _ - -~

Nelosira arenaria MOORE M. distuns (EHR.) KUTZ.

(aff. var. alpigena GRUN.) M . granulatu (EHR.) RALFS

var. ungustissima 0. MULLER M . islandicn 0. MUI,LER M. italica (EIIR.) KUTZ.

M . variuns (Em.) K ~ ~ T z . var. tenuissima 0. M ~ L L E R

h’tephanodiscus astraea (EHR.) GRUN. var. minutula (EHR.) GRUN.

S. hantzschii GRUN. Tetracyclus rupestris (A. BRAUN) GRUN. Tabellaria fenestrata (LYNG.) GRUN. Meridion circulare (GRE.) As. Diatomu anceps ( EHR.) KIRCH.

D. elongntum (LYNG.) As. D. hiemale (LYNc.) HEIBERC

var. mesodon (EHR.) GRUN. Opephora martyi HER. E’ragilaria bidens HBIBERQ

F. brevistriata GRUN. F . capucinu DESM.

var. mesolepta RABH. F . construens (EHR.) GRUN.

var. binodis (EHR.) GRUN. var. venter (EHR.) GRUN.

F . sp. (aff. inflata PANT.) F. intermedin GRUN. F. lupponica GRUN. F. leptostauron (Em.) RUST. F. pinnata EIIR.

F. ltirescens RALFS var. Eancettula (SCHUM.) HUST.

Ceratoneis a r m s (Em.) KUTZ. Synedra a c u ~ KUTZ.

var. angustissima GRUN. var. radians (KuTz.) HUST

8. capitata EHR. 8. minuscula GRUN. 8. parasitica (W. SM.) HUST. S. rumpens KUTZ. 8. tenera W. SM.

Remarques 6cologiques

~

AA

AL AL I AT,/] AL/l

AB AB

AA AL

I I AR AL

I A I; AL AL/1 AL/1 AL/l

AL I

AL

I

I

AL I AL

AL/l

HI’

HP/I HP/I I

HP H P

~-

0

el el e

e el el e

0

HP

I

I I I

I

HL/I I

HL/I I

I 1

e

e\ 3 e

el J

e

0 0,25 1,25

Etude des Diatomkes de gisement quaternaire 3.21

diatomees fossiles de Saint-Saturnin

AA: acidophile, AL: alcaliphile, AB: alcalibionte. 0: diatomke de milieu oligotrophe, e: diatomke de milieu eutrophe

____ ~ ~ ~ . ~ _ _ _ _ _ _ -

Pourcentages relatifs dans les profondeurs suivantes (m)

+ 0,4 + I , '-

2,75 -

8

$2,4 098

18,5

493

+ 0,4

+

2,4

5,4 I +

0,3 l 1 I +

0,2 0,3 0,7 ~ 0,4 0,2 1 092

1 I

0,3 0,1

5,6

+ + 2 I 2

I

5,7 ' 6,4

1,7 2,l

+ + 0,4

342 FRANQOISE GASSE

- -_ ~

Liste des diatomhes ~ ~~ ~~~ -

8. ulna (NITZSCII.) EHR. var. am,phirhynchus (EHR.) GRUN. var. biceps KUTZ. var. danica (KUTZ.) GRUN. var. apathulifera GRUN.

8. vaucheriae KUTZ. Asterionella formosa HASALL Eunotia fallax A. CL.

E. form,ica EHR. E . lunaris (EHR.) GRUN. E . pectinolis (KUTZ.) RABH.

var. minor (KUTZ.) RARH. Cocconeis sp. (aff. diminuta PANT.)

C. plucentula EHR. var. euglypha (EHR.) CL. var. klinoraphis GEITLER

Achnanthes clevei GRUN. A. exigua GRUN.

var. constrictu TORKA var. heterovaluata KRASSKE

A. kryophila PETERSEN A. lanceotata (BREB.) GRUN.

var. elliptica CLEVE var. rostratn (OST.) HUST. var. ovalis HER.

A. lapidosa KRASSKE A. minutissima KUTZ.

Rhoicosphenia curaata (KUTZ.) GRUN. Diploneis ovalis (HILSP) CLEVE

var. oblongella (NAEo.) CLEVE Amphipleura pellucida KUTZ. Frustulia vulgaris (THWAITES) DE TONI Stauroneis unceps EHR.

forma gracilis RABH. var. hyalina BRUN et PER.

S. aff. muriella LUND f. triundulata LUNI S. phoenicenteron (NITZSCII.) EIIR. S. pyginaeu KRTEGER

N . americana Elm. N. bacillum (EHR.) HUST. N . contenta ORTJN.

var. biceps (ARN.) CL. N. costulatu GRIJN. N. cryptocephala KUTZ. N . cuspidata KUTZ.

var. heribaudi h?. dicephala (EHR.) W. SM. N. disjuncta HUST.

Navicula aratn GRUN.

__ 1 1 1 P 1 1

P 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

I 1

1

1 1 1

Remarques Bcologiques -

iL/I iL/I i L IL

IL

IA iL/I

4L 41, 9L

4L 41, 4L 4L [

l/AL AL AL AL I AL I AA

I

AL/I I I AL AL AL AL AL AL AB

L [

L r HL/I

I/HP I/HL

I/HL I I I

I I 1

I I

I

I I

I/HP I/HL

I I I I/HL I/HL

0

e

1 3 1 J

l,25

Etude des Diatomees de gisement quaternaire 343

~~ - Pourcent

I

1,50 , 1,75 ~

I ~

, , 038

6,s 1 3,4

I + + I +

2,oo

194

6,2

1,7 2,4

~

' 0,8

+ ~ +

~

+ 0,6 4,2

+

I

I

1

es relatifs c

i,OO I 3,25 ~ ...

1

~

0,li I 0,5

1,5 7

I +

~

I

0,5 1,4

0 3 1 +

urs suivantes (rn)

0,4

+

i-

+

Liste des diatomees ~~ ~ ~~ ~~

N . gastrum DONK. N . hungarica GRUN. N . Zanceolata (AG.) KUTZ. N . mayeri A. CL.

var. acutiuscula A. CL. N. minima GRUN. var. atomoides GRUN.

0

N . menisculus SCHUM. N . muralis GRUN. N . peregrina (EHR.) KUTZ. N . pupula KUTZ.

var. rectangularis (GREG.) GRUN. var. capitata HUST.

var. acuta (W. SM.) V. H. var. tenella (BREB.) V. H.

N . radiosa KUTZ.

N . rhyncocephala KUTZ. N . subhamulata GRUN. N . subatomoides HUST. N . tantula HUST. N . viridula GRUN. N . sp. I N . sp. I1

debris

Caloneis silicula (EHR.) Pinnularia acrospheria (BREB.) W. SM.

P. aestuarii CL. var. minor CL. P. biceps GREG.

var. minor CL. P. borealis EHR. P. debilis PANT. P. Revniptera KUTZ.

var. constricta HUST. P. major (KUTZ.) CL. P. mesolepta (EHR.) W. SM.

var. turbulenta A. CL. P. nobilis ESIR. P. aff. subcapitata GREV.

var. paucistriata GRUN. P. stauroptera (GRuN.) CL.

P. sp. 2 debris

P. sp. 1

Neidium affine (EHR.) CL. var. amphirhynchus (EHR.) CL.

var. gregori A. CL. N. aff. incurvum (GREG.) OST.

N . iridi.9 (EHR.) CL. Gyrosigma attenuatum (KUTZ.) CL.

G. acuminatum (KUTZ.) CL. var. gallicum (GRuN.) CL.

0,251

I '

1 1 1

1 1

1 1

I I

I I

1 1 1 1 1 AL/S


~~ ~~

I AL I/A

I/H AL

AL I I I I

AL

AA

AL

i~

AL AL

I ? AL/I AL/I

1

i

1

0,4

+ +

I E

Etude des Diatombes de gisement quatemaire 345

Pourcent :s relatifs dam les ~-

*ofondeurs suivantes (m)

1,50 , 1,75 -~

+ j 0,2

0,4 0,2 02 0,6

i

0,6

0,3

+

+

+

+ +

2,oo

0,3

+

+ +

+

+

I +

+

+

3,25

+

+

+ -1- +

+

+

+

3,50

+

3,75 ~~

+

+ + +

i,oo i,25 5,OO

+

0,5

+

+

+

0,2

+

+ 092

5,25

23 Internationale ltevue, Bd. 57, H. 2

346 PBANCOISE GASSE

Listct des diatomees

_ _ ~ - ~ ~

Amphora ovalis KUTZ. var. pediculus KUTZ. A . sp. I A. fip. 2

Cymbella aspera (EHR.) Ct. var. minor (V. H.) CL.

C . cesatii (RABH.) GRUN. C. cistuZa (HEYPR.) KIRCH.

var. hebetata PANT. C. ehrenbergii KUTZ. C. helvetica KUTZ. C. heteropleura (EHR.) KUTZ. C. leptoceros (EHR.) KUTZ. C. microcephala GRUN. C. sinuata GREG. C. tumida (BREB.) V. H. C. ventricoaa KUTZ.

Gomphonema acuminatum EHR. var. pusillum GRUN.

var. sarcophagus (GREG.) V. H. G. angustatum (KUTZ.) KABH.

G. augur EIIR. G. constrictum EHR.

forma italica KUTZ. var. capitatum (ERR.) CL. var. subcapitatum GRUN.

var. auritum BRUN

var. pusillum MAY var. pulvinatum (A. BRAUN) GRUN.

var. micropus (KUTZ,) CL.

G. gracile EHR.

G. intricatum KUTZ.

G. parvulum KUTZ.

~

I

I I I I I I I I I I 1 1

1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

var. subellipticum CL. 1 Rhopaladia gibba ( E m . ) 0. MULLER 1 Epithemia sorex K ~ ~ T z . ! 1

var. amphicephata OST. 1 E. turgida (EHR.) KUTZ. 1

E. zebra (EHR.) KUTZ. 1 var. granulata (Em.) KUTZ.

Hantzschia amphioxys (Em.) GRUN. Nitzschia amphibia GRUN.

var. acutiuscula GRUN. var. umbrosa CL.-E.

N . communis RABH. N. aff. bacata HUST. N. dissipata (KUTZ.) GRUN. N . fonticola GRUN. N . frustulum (KUTZ.) GRUN.

1 1 1

1 l(P)


AL

AL/I I AL

I

AL AL I AL/l I

AL

AL

AL ? I

I

AL/:

I I I AB AB

AB

AB I/AI AL

AL

4L AB AL

[/HL

[/HL

[/HL [/HL I/HL I/HL I

I/HL

I

I

I

AL/I I I I

I

/HL I/HI I/HL

I/HI

I/HI I/HI I/HI

Etude des Diatomkes de gisement quaternaire 347

~~ _ _ _ ~ - ~. - - Pourcentages relatifs dans les profondeurs suivantes (m)

I

0.6

+ I +

2,75

0,2 ~-

+ I i- I ti

0,4

+ + 092

+ 0 3 1 +

1,75

+

Liste des diatomees

var. tabellaria GRUN.

debris N . subtilis GRUX.

CymafoplPura elliptica (BREB.) W. 63.1. var. hibernictc (W. SM.) v. H.

C. solea (BREB.) W. SM.

S. lapponica A. CL.

s. c8p. I

sururirella biseriata BREB. 8. helvetica BRUIT.

S. linearis W. SM. 8. robustn EHR. var. longissinaa A. CL.

debris

Remarques Bcologiques

I 1 1

1 1 1 1 1

UP)

94 3 2 0,5 0,5

I AL/l

AL

A I,

AA I

-

31 29 12 7

21

l /HL I/HL

/HL HP

e

0 1 0,25

---I- 1

+- i

1,25

+ +

toutes trois d’origine essentiellement biogbnique, traduisent des conditions Bcologiques diff&rent<es. Nous avons vu clue I’ancien lac de Saint-Saturnin Btait probablement un lac eutrophe. On imagine un lac tres productif, oh une im- portante biomasse entrainait une vitesse de sedimentation tres BlevBe. Le gisement de Murat, hi, presente divers niveaux dont certains semblent origi- naires d’un lac eutrophe (niveau j Melosira), d’autres au contraire correspon- draient A des stades d’oligotrophie (niveau B Cyclotella) (FOURNIER-GASSE, 1965). I1 en rBsulterait une vitesse de sedimentation moyenne. Quant au lac Pavin, il s’agit d’un lac de type oligotrophe (PERSOONE et al., 1968), relativement pauvre en plancton, done ii remplissage lent.

B. Variations saisonnikres

Le fin litage observi: B la base du gisement semble pouvoir Gtre attribui: A des variations du regime de sedimentation au cours de l’annbe. Aussi, avons nous etudie shparemment la microflore des couches claires et celle des couches sombres. Alors que les niveaux blancs s’avitrent constituhs presque exclusive- ment de frustules de DjatomBes, les lits sombres sont, au contraire, tres riches en Blements dktritiques et en matiere organique. Les associations floristiques varient egalement en fonction des feuillets consid6rBs. Un exemple nous est fourni dans le tableau ci-dessous, relatif B l’kchantillon 0,25 et Btabli par comptage de 100 individus.

Genres

__ Melosira Stephanodiscus Fragilaria Synedra Autres genres

Etude des Diatomkes de gisement quaternaire 349

~ ___ _ _ Pourcentages relatifs dans les profondeurs suivantes (m)

1,50

+ +

+

. -

2,00

i-

! + I + I I +

+

+

3,50 -.

0,2

+

+

.-

+

+ +

4,50 ~~

0,3

+

c

5,OO

+

+

+

-

5,25

+

Les varves ont ainsi enregistre l’hvolution cyclique du phytoplancton, rythmire par les saisons.

C. PrCsence de vivianite

D’abondants nodules de vivianite, phosphate de fer octohydrat6, Fe,(PO,),. 8H,O, determinee par radiodiagramme X de poudre, se rencontrent dans la diatomite de Saint-Saturnin. Ce mineral avait dejB kt6 signale, dans ce gisement, par LACROIX (1901)) qui la considere comme “un mineral kpigenique des tiges de vegetaux sup8rieurs”.

Signalons que la vivianith a dejh B t B trouvite dans les carrikres de diatomite de Murat, sous forme de rognons et de grands cristaux bien individualish. Elle semble associee, B Saint-Saturnin comme B Murat, aux niveaux riches en debris vegktaux. Par ailleurs, nous savons que phosphates et matieres organiques sont souvent associes dans les sediments et que leur presence depend de l’environnement (PH e t Eh en particulier) (KRUMBEIN & GARRELS, 1952). Ces elements sont stables en milieu kgt5rement alcalin et faiblement reducteur.

Ainsi, la presence de vivianite confirme et complete les caracteristiques du milieu lacustre fossile ditcelbes par l’analyse des Diatomees. La richesse en ions PO;- et en maticires organiques reflhtent l’eutrophie des eaux ; la formation de cristaux de vivianiti! traduit un milieu de sirdimentation alcalin e t legerement reducteur.

VI. C o n c l u s i o n s

L’Btude des Diatombes du gisement de Saint-Saturnin apporte quelques donnkes nouvelles relatives A ’ultrastructure de certaines formes fossiles tr&s courantes d a m les depots lacustres d’Elurope. La microscopie klectronique par balayage nous conduit Q des descrip-

350 FRAN@ISE GASSE

tions morphologiques plus complktes, e t il scrait souhaitable de comparer nos specimens fossiles avcc les formes actuelles. D’autre part, nous pouvons retracer quelques traits caracteristiques du bassin lacustre oil ces Diatomees prospthient. I1 devait s’agir d’un lac de dimension trks restreinte, peu profond, form6 brutalement B la faveur du barrage d‘une depression topographique locale, par une coulee de laves. Ce lac, aliment6 par des eaux douces lessivant un sol preexistant, devint rapidement tres productif e t la biomasse, essentiellement constituee de DiatomBes, s’accumula rapidement au fond du bassin. Les shdiments, qui ont enregistre les fluctuations saisonnikres du phytoplancton, refletent les conditions d’environnement : eaux eutrophes, milieu 1BgAremcnt alcalin e t rBducteur. 1,’etude des Diatomees du lac fossile de Randanne e t du lac d’Aydat pourrait conduire B d’interressantes comparaisons, ces trois formations lacustres, d’ailleurs peu Bloignhes geographiquement, ayant une origine gbologique semblable.

VII . RBsumk La diatomite de Saint-Saturnin s’est dkposBe au fond d’un petit lac de barrage, d‘origine

volcanique. La flore de DiatomBes, tr&s riche, est proche de celle des lacs actuels europeens. La microscopie 6lectronique par balayage a permis de completer la description structurale de quelques formes courantes de ce gisement. L’Btude palBoBcologique conduit A retracer les caractkristiques des eaux lacustres: eaux peu profondes, a tendance alcaline, nettement eutrophes. L’eutrophie du lac se traduit par une forte vitesse de sedimentation, due B la grande productivitb du lac.

Summary Saint-Saturnin diatomite has deposited in the bottom of a small volcanic dam-lake;

Diatoms flora, very rich, is likely tha t of present European lakes. Reflecting electron microscopy has allowed to complete structural description of some common species of this deposit. Paleoecological study leads to reconstitute the characteristics of lacustrian waters: not very hollow ones, with alkaline tendency and eutrophic. The eutrophy of the lake is shown by a high speed of sedimentation, due to the large productivity of the lake.

VIII. Bib 1 i o gr ap hi e

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591 -604.