À l’échelle du globe, le passage Cénomanien-Turonien est connu pour être marqué par une anoxie océanique OAE2 (Schlanger & Jenkyns, 1976); un changement lithologique; un renouvellement important du plancton calcaire; une production importante de la matière organique et/ou sa préservation (formation et dépôt de ‘black shales’) et une anomalie géochimique matérialisée par une excursion positive du δ¹³C dans les carbonates marins après la dernière occurrence de l’espèce Rotalipora cushmani Morrow.

En Algérie, le passage Cénomanien-Turonien présente d’importantes variations lithologiques du nord au sud. Au nord, dans le bassin tellien, l’étude lithostratigraphique d’un ensemble de coupes dans les parties centrales (coupes de Sour El Ghozlane et de Bled Dechmia) et orientales (coupes de Hammam el Bibane et d’Azrou Merouane) de la chaîne des Bibans, montre que les terrains cénomano-turoniens sont constitués de dépôts marins, épais et bien développés, à faciès pélagique de milieu profond, formé de successions monotones de calcaires, de marnes parfois très indurées, de calcaires noirs en plaquettes à faciès ‘anoxique’ et de calcaires à silex.

Au Sud-Est, dans les Monts du Mellègue, au nord de Tébessa (Atlas saharien oriental), les coupes de Djbel Dyr, Djbel Boulhaf, Chemla, Tenoukla, Essouabaa, Djbel Guelb et Ouenza, montrent que le passage cénomano-turonien présente des faciès analogues à ceux de la Formation Bahloul en Tunisie (Burollet, 1956). Il s’agit essentiellement de marnes grisâtres, généralement feuilletées et de calcaires en plaquettes, parfois laminés, gris ou noirs (Dubourdieu, 1956; Naili et al., 1995; Benkherouf, 1987; Ruault-Djerrab, 2012; Chaabane, 2015).

A l’ouest, dans l’Atlas saharien occidental, la transition Cénomanien supérieur-Turonien inférieur est représentée par une corniche de calcaires, épaisse de 40 m, coiffant les argiles du Cénomanien (Bassoullet, 1973).

Les données d’une douzaine de coupes levées dans les massifs des Ouled Naïl, du Hodna et de l’Aurès (Chikhi-Aouimeur et al., 2011) permettent d’établir l’évolution paléogéographique au passage Cénomanien-Turonien de ce domaine particulier, situé sur la flexure nord-saharienne. Cette période est marquée dans ce secteur par le dépôt de ‘black shales’ comblant les dépressions entre les plates-formes. La mise en place de ce type de faciès est contemporaine d’une période d’élévation du niveau marin relatif ayant mis un terme à la sédimentation des calcaires à rudistes et a initie la sédimentation marno-calcaire du Turonien inférieur.

Dans la région de Béchar, au sud-ouest de l’Algérie, Benyoucef et al. (2012, 2016) ont montré que la limite entre le Cénomanien et le Turonien est située au sein de la formation des ‘Calcaires de Sidi Mohamed Ben Bouziane’. Cette limite est matérialisée par de profonds changements sédimentologiques, paléoécologiques et paléoenvironnementaux marquant la base du Turonien au Sahara et sur tout le pourtour de la Méditerranée occidentale (Benyoucef et al., 2016).

À l’extrême sud de l’Algérie, les dépôts marins du Cénomanien et du Turonien, souvent riches en faunes, recouvrent tout le Sahara oriental, depuis les massifs de l’Atlas saharien jusqu’au Hoggar, avec une extension moins importante vers l’ouest (Laffite, 1939; Fabre, 1976). Dans le Tinrhert central et oriental, situé entre le Grand Erg oriental, au nord, et le Bassin d’Illizi au sud, le passage Cénomanien-Turonien se situe au sein d’une séquence de calcaires massifs remarquablement riches en ammonites (Amédro et al., 1996).

A l’échelle de l’Algérie, du nord au sud, les dépôts au passage Cénomanien-Turonien montrent la persistance de la transgression marine albienne et des aspects sédimentologiques évoquant des variations bathymétriques et des irrégularités de la topographie du fond sous-marin. De manière générale, dans le Tell, la sédimentation pélagique s’effectue dans des milieux profonds et calmes dominés par des conditions hypoxiques, alors que dans l’Atlas saharien oriental les milieux de sédimentation sont relativement moins profonds calmes et souvent confinés. Dans les Aurès se développe un environnement de type plate-forme externe distale et des zones de transition plate-forme/bassin. Un environnement de type plate-forme moins profonde, est connu dans les Monts de Ouled Nail, à Béchar et dans le Sahara avec des faciès semblables à ceux de la Formation du ‘Bahloul’ en Tunisie.

Notons que lors du Symposium de Bruxelles sur le Crétacé (année, 1995) la coupe de Pueblo (Colorado, USA) a été désignée comme stratotype de référence (GSSP) pour la limite Cénomanien-Turonien. Cette limite est aussi fixée à l’apparition de l’ammonite Watinoceras devonense Henderson, qui se fait dans la zone d’extension partielle (PRZ) de l’espèce de foraminifère planctonique: Whiteinella archaeocretacea Pessagno. La base de cette zone est définie par la dernière occurrence de Rotalipora cushmani Morrow; son sommet par la première occurrence d’Helvetoglobotruncana helvetica Bolli. Les zones d’ammonites et des foraminifères planctoniques caractérisées en Algérie pour l’intervalle Cénomanien-Turonien et leurs corrélations (Tableau 1) sont conformes avec le cadre biostratigraphique classique défini pour le domaine téthysien (Robaszynski et al., 1995).

En plus de ces données paléontologiques on peut aussi noter que l’intervalle stratigraphique correspondant au passage Cénomanien-Turonien enregistre un net enrichissement en matière organique. Dans le Tell oriental ce passage est représenté par des dépôts confinés. Les plus fortes teneurs en carbone organique total (COT) sont enregistrées dans le sud-est Constantinois avec une valeur moyenne de 4 % (Askri et al., 1995) et des pics dépassant 13%. Dans l’Atlas saharien oriental, le taux de COT varie de 0,8 à 2% dans la coupe de Chemla (Ruault-Djerrab, 2008) et de 1,36% dans la coupe d’Es Souabaa (Chaabane, 2015). Ce taux varie de 2,7% à moins de 1% dans les Aurès, aux abords du Djebel Chélia (Naili et al., 1995; Herkat, 1999, 2002). Au sud, dans les coupes du Hodna, le taux de COT est de l’ordre de 2%. Plus au Sud dans la Plate-forme saharienne, les argiles cénomano-turoniennes révèlent des taux de COT assez élevés, de 4 à 7% (Askri et al., 1995). Ces données concernant plusieurs domaines paléogéographiques de l’Algérie, combinées aux données de Lüning et al. (2004), qui portent sur le modèle de dépôt de la matière organique en Afrique du Nord au cours du Cénomanien-Turonien (Fig. 1), montrent que les sédiments au passage Cénomanien-Turonien, que ça soient ceux des bassins ou ceux de plate-formes, sont tous marqués par un enrichissement en matière organique avec plus de confinement dans la partie NE de l’Algérie, située entre le front sud des nappes telliennes, le parallèle 32°50’, la frontière tunisienne et le méridien d’Alger (Askri et al., 1995). Du nord au sud, à l’échelle de l’Algérie, les taux du COT décroissent et demeurent faibles comparés à ces taux qui peuvent atteindre 19% dans les terrains équivalents de la Tunisie (Lüning et al., 2004). D’une manière générale la préservation de la matière organique résulte de l’installation de conditions hypoxiques au cours de l’évènement océanique global et le taux de production semble être influencé par des facteurs locaux (Caus et al., 1993).

Le présent travail sur la coupe de Thénièt El Manchar dans les Monts de Bellezma-Batna est une étude pluridisciplinaire basée sur un couplage des données sédimentaires, biostratigraphiques et géochimiques (isotopes stables, calcimétrie et matière organique), et ce, pour une meilleure compréhension de l’évolution du paléoenvironnement marin au passage Cénomanien-Turonien à l’échelle locale et régionale.

Le secteur étudié fait partie des Monts de Bellezma-Batna qui se situent dans une zone de convergence entre le domaine pré-atlasique au nord, le domaine des Aurès, au sud et les Monts des Hodna à l’ouest (Guiraud, 1973). C’est une chaîne de montagnes, alignée NE-SW (Fig. 2), s’étendant entre la ville de Batna à l’Est et le village de Sefiane à l'Ouest. La série stratigraphique y est formée de terrains allant du Trias au Quaternaire. La séquence crétacée de ce secteur a fait l’objet de nombreux études, entre autres: Fischeur, (1893); Bureau (1970, 1972, 1986); Guiraud (1973); Bellion (1972); Yahiaoui (1990); Gill & Chikhi (1991), Slami (2014). La coupe étudiée, coupe de Thénièt El Manchar (coupe TM), 180 m d’épaisseur, est située à environ 2 km au Nord-Est de la ville de Batna. Elle correspond à un anticlinal de direction NW-SE, dont le versant sud est constitué principalement de formations carbonatées d’âge albien, surmontées par des alternances marno-calcaires du Cénomanien-Turonien (Fig. 3).

33 lames minces ont été confectionnées dans des calcaires pour l’étude du microfaciès et 108 échantillons de marnes (dont 16 indurées) ont été traités pour l’étude de la microfaune en dégagée.

L’analyse qualitative et quantitative des résidus du lavage (Tableau 2) s’est focalisée essentiellement sur les foraminifères et les ostracodes. Les différentes constituants de la microfaune dans des niveaux stratigraphiques successives ont été étudiées à partir du dénombrement de 250 à 300 individus pour chaque fraction (>80 μm) de chaque échantillon. Elles ont permis d’établir les courbes de variation des principaux paramètres quantitatifs.

La macrofaune de valeur biostratigraphique récoltée dans la coupe étudiée est constituée d’ammonites et d’un spécimen de corail qui permettent de caractériser le Cénomanien. La microfaune, en particulier les foraminifères planctoniques a permis de caractériser le passage Cénomanien-Turonien et la base du Turonien.

Les microphotographies par MEB ont été réalisées au Centre de Recherche et Scientifique Technique en Analyses Physico-chimiques, Bou Smail, Tipaza. L’analyse du taux de carbonate a été réalisé, au Département de Géologie de l’Université Badji Mokhtar-Annaba, au moyen d’un calcimètre de Bernard. L’analyse du carbone organique total C.O.T a été réalisé au Centre d’Etudes et de Recherches Appliquées au Développement de la Wilaya de Tébessa, par pyrolyse « Rock-Eval VI » et a porté sur 13 échantillons prélevés dans des niveaux du Cénomanien et du passage Cénomanien-Turonien. La totalité des échantillons a fait l’objet d’analyses des isotopes stables du carbone et de l’oxygène sur des poudres de roches totale au laboratoires de Scottish Universities Environmental Research center (SUERC), Isotope Geosciences Unit, Ecosse, Royaume Uni.

La coupe de Thénièt El Manchar est formée essentiellement d’alternances de marnes et de calcaires (Fig.4). Ils se subdivisent en deux formations séparées par une surface ferrugineuse et phosphatée (Slami, 2014), de bas en haut: la Formation des Marnes de Smail d’âge Cénomanien, qui constitue un repère géomorphologique remarquable et un site fossilifère d’intérêt dans la région et la Formation des Dolomies de l’Oued Skhoun, d’âge Turonien, dont seuls les termes inférieurs affleurent dans la coupe de la région étudiée. Cette formation est équivalente à la formation des calcaires de Chaâbet définie par Yahiaoui (1990) dans la région entre Batna et El Kantara.

Les datations de la coupe étudiée sont basées sur la présence des ammonites, d’un corail (Fig. 5) et des foraminifères planctoniques (Fig. 6). Ainsi, Le Cénomanien inférieur est caractérisé par la présence des ammonites: Sharpeiceras laticlavium Sharpe, Mantelliceras cf. dixoni Spath et Mantelliceras cf. picteti Sharpe. Le Cénomanien moyen grâce à la présence de son repère classique dans la région: Aspidiscus cristatus Lamarck. Le Cénomanien supérieur est caractérisé grâce à la présence de Neolobites vibrayeanus D’Orbigny. Le passage Cénomanien supérieur-Turonien inférieur correspond à la zone de foraminifères à Whiteinella archaeocretacea Pessagno.

Le tableau 3 illustre la répartition des principaux taxons identifiés dans les différentes unités de la coupe étudiée.

Les Unités IA, IB et ID d’âge Cénomanien et l’Unité IIA d’âge Turonien inférieur, de nature marno-calcaires, montrent des taux moyens de CaCO3, de l’ordre de 45%. Les taux les plus élevés (>70%) sont enregistrés dans les niveaux calcaires de l’unité IC et quelques niveaux de l’unité ID, d’âge Cénomanien moyen à supérieur. Ces teneurs en CaCO3 confirment la nature carbonatée de la série étudiée de la coupe de Thénièt El Manchar.

Le profil de la courbe δ¹⁸O_carb relatif à la coupe étudiée (Fig. 7) montre une tendance négative avec des valeurs relativement homogènes dont la moyenne est de l’ordre de -7.9‰. Les valeurs de δ13C_carb sont généralement marqués par une excursion positive avec un enrichissement autour de la limite Cénomanien-Turonien et quelques pics négatifs, pouvant atteindre -7‰, marquant les niveaux calcaires des unités IB et ID. Le contenu en COT des échantillons du Cénomanien montre des teneurs relativement faibles, variant entre 0,037% et 0,100%, avec une teneur moyenne de l’ordre de 0,064%.

Les dépôts cénomaniens de la coupe étudiée sont riches en macrofaune: huîtres exogyrines, rudistes, coraux et ammonites évoquant des dépôts dans des milieux marins peu profonds et oxygénés. Cette faune est considérée comme à affinité sud-téthysienne (Dhondt & Jaillard, 2005). Les taxons rencontrés dans la région de Thénièt El Manchar sont semblables à ceux du Cénomanien du Tell (Ficheur, 1893), de la province de Constantine (Coquand, 1862), du Hodna (Glaçon, 1952), des Monts de Mellègue (Benkherouf, 1987, Naïli et al., 1995, Ruault-Djerrab, 2012, Chaabane, 2015), à Béchar (Benyoucef et al., 2012, 2016), du Sahara algérien (Busson, 1999) et de la Tunisie méridionale (Abdellah, 1995). L’analyse de l’ensemble des courbes de variation des ostracodes et de foraminifères benthiques (Fig. 8) témoigne de la dominance des foraminifères benthiques agglutinants et des ostracodes à carapaces entières dans les unités IA, IB, IC et la partie inférieure de ID d’âge Cénomanien. Cet assemblage faunique témoigne généralement d’un milieu de dépôts de type circa-littoraux (Tronchetti, 1981; Benkherouf, 1987) et d’un faible hydrodynamisme (N’zaba-Makayo et al., 2003). La succession verticale des dépôts attestent d’une évolution depuis un milieu de type plate-forme pour les deux unités IA, et IB, intermédiaire pour l’unité IC, puis plate-forme interne pour la partie inférieure de l’unité ID. Dans les derniers termes de l’unité ID et la base de l’unité IIA, les sédiments évoluent graduellement vers la zone de transition plate-forme/bassin avec l’abondance des foraminifères planctoniques, une diminution drastique en ostracodes et l’apparition des filaments qui témoignent de l’approfondissement et de l’ouverture du milieu de dépôt. Les conditions à l’interface eau/sédiment, au cours de la transgression du Cénomanien supérieur-Turonien inférieur, paraissent marquer par une anoxie globale et un manque relatif en oxygène. En Tunisie méridionale, Abdellah (1995) suggère que cette transgression a limité l’extension des groupes néritiques aux domaines intertidaux et a favorisé l’étalement de faciès à cachet bathyal en domaine de plate-forme. Notons que la base des calcaires marneux de l’unité IIA de la coupe de Thénièt El Manchar, qui correspondent à la limite Cénomanien supérieur-Turonien inférieur, montrent des faciès semblables à ceux des calcaires marneux gris feuilletés en fines plaquettes de la Formation ″Bahloul″ dans l’Atlas saharien oriental (Monts de Mellègue), qui sont riches en foraminifères planctoniques, glauconie et grains de phosphates et pauvres en matière organique (Salmi-Laouar et al., 2018).

D’autres part, dans la région de Thénièt El Manchar, comme dans plusieurs régions en Algérie, le Turonien est représenté par une barre de calcaire massif, déposée dans un milieu peu profond (Bellion, 1972). A cette période, les conditions de stress écologique s’atténuent avec un retour progressif aux conditions normales d’oxygénation, validé par l’apparition des Helvetoglobotruncana.

L’enregistrement isotopique du carbone et de l’oxygène est représentatif des conditions paléoenvironnementales; la principale difficulté réside dans les multiples fractionnements que ces isotopes subissent lors des processus diagénétiques. L’interprétation du signal isotopique requiert donc une approche détaillée et prudente. Ainsi, la prise en considération du milieu de formation des sédiments et le croisement de plusieurs paramètres (pétrographique, biostratigraphique et géochimique) permettent de réduire les incertitudes liées aux conditions environnementales (température et profondeur) au passage Cénomanien-Turonien. Ils permettent également de mieux comprendre les facteurs locaux qui ont contraint la durée de cet évènement et la quantité de la matière organique déposée. Les carbonates de Thénièt El Manchar constituent des archives majeures des paléoenvironnements marins, notamment grâce à leurs enregistrements des variations isotopiques (carbone et oxygène), calcimétriques et pourcentages en COT confortées par un découpage biostratigraphique rigoureux. En effet, les paléo-températures sont estimées grâce aux données de δ¹⁸O et aux taux calcimétriques, tandis que l’estimation de la productivité de la matière organique sont assurés par les données de δ¹³C et du COT. A l’échelle mondiale, l’intervalle du passage Cénomanien-Turonien est marqué par une élévation du niveau marin accompagnée d’une productivité primaire, d’une excursion positive de δ¹³C et d’une baisse importante des valeurs de δ¹⁸O (Hilbrecht et Hoefs, 1986) et de CaCO₃ (Keller et al., 2001, Soua, 2005, 2011).

À Thénièt El Manchar, l’analyse du profil vertical de CaCO₃ montre des valeurs assez élevées au cours du Cénomanien, diminuant à l’approche du Cénomanien-Turonien. En effet, l’augmentation du taux de CaCO₃ traduit une diminution de la tranche d’eau, tandis qu’une proportion décroissante s’explique généralement par un approfondissement du milieu de dépôt (Erba, 2004). Les crises de la production carbonatée sont généralement interprétées comme la conséquence de perturbations induites de manière plus ou moins directe par des émissions accrues de dioxyde de carbone (Soua, 2005, 2011). En fait, la précipitation des carbonates dépend et traduit tout à la fois une production élevée de la teneur en CO₂ atmosphérique tandis que la dissolution des carbonates traduit une consommation (captage) de CO₂, d’où un équilibre. D’autre part, l’augmentation de la température moyenne des océans diminue la solubilité du CO₂ dans l’eau, ce qui entraine une augmentation de la teneur en CO₂ atmosphérique, expliquant en partie le fort taux de CO₂ atmosphérique au Crétacé. Un lien intime existe entre la précipitation des carbonates et le climat du Crétacé supérieur (-93,5 Ma). Cette période est caractérisée par une forte activité magmatique (Larson & Erba, 1999) et une circulation océanique lente, voire stagnante, favorable à la préservation de la matière organique dans le milieu océanique entrainant une augmentation de chaleur et un rejet important de CO₂ dans l’atmosphère. Elle a souvent été évoquée comme un des principaux facteurs responsables au déclenchement de l’EAO-2 (Hays & Pitman, 1973; Hallam 1985; Hedberg & Fischer, 1986).

Au Cénomanien, la courbe de δ¹⁸O, montre une excursion négative. Elle présente des valeurs relativement homogènes avec une moyenne de l’ordre de -7,9‰ de l’oxygène des carbonates. Ces valeurs négatives sont interprétées par Hilbrecht & Hoefs (1986) comme une augmentation de paléo-température et leur homogénéité reflète une absence de changement dans les conditions paléoenvironnementales. Au-delà de la limite Cénomanien-Turonien (C/T), les valeurs de δ¹⁸O connaissent une augmentation annonçant ainsi le retour aux conditions normales.

La courbe de δ¹³C révèle, quant à elle, des valeurs en majorité positives avec des valeurs de plus de +3‰ au Cénomanien supérieur; près du passage au Turonien. Cette anomalie positive, mesurée dans les carbonates, reflète donc l’enfouissement de quantités de matière organique riche en ¹³C et l’extraction préférentielle de ¹²C de l’eau de mer par le plancton marin (Jenkyns, 1980). Elle traduit, ainsi, une perturbation du cycle global du carbone (Scholle & Arthur, 1980). L’enrichissement en δ¹³C à l’approche du Cénomanien-Turonien, soit de l’évènement anoxique océanique 2, coïncide avec l’apparition des filaments, de la glauconie et du phosphate. Il témoigne d’importantes modifications paléoenvironnementales largement interprétées comme le résultat d’une chute en oxygène (Arthur et al., 1987; Jarvis et al., 1988, Soua, 2011) dans un milieu assez profond. Toutefois, des pics négatifs, accompagnés de faibles taux de COT, alternent avec ceux positifs sont à signaler tout au long de l’Unité IB et ID d’âge Cénomanien moyen et Cénomanien supérieur. Ces variations isotopiques indiquent, que dans certains cas, un apport faible de productivité biogénique ou une oxygénation continue et un recyclage régulier du carbone organique (Jenkyns, 1980, Hilbrecht et al., 1996) précède ou accompagne l’enfouissement du carbone organique dans les sédiments (Jenkyns, 2010).

Le taux de COT le long de la formation cénomanienne montre des teneurs relativement faibles (≤ à 0,100%). Son taux résiduel est contrôlé par l’ampleur et la répartition locale de l’enregistrement de l’évènement anoxique océanique et sa conservation dépend de la paléomorphologie du fond. L’accumulation de la matière organique à Thénièt El Manchar s’est opérée à des profondeurs différentes des autres secteurs en Algérie. La zone, dépourvue de toute tectonique halocinétique, est considérée comme zone calme et à l’abri, et constituait ainsi un bassin à sédimentation peu profonde de type plate-forme, un milieu bien oxygéné où une faune typique prolifère, par rapport aux zones limitrophes du Nord, plus profondes.

Les observations lithologiques et paléontologiques font apparaître et précisent le degré de résolution du découpage stratigraphique de la série sédimentaire à Thénièt El Manchar. Ainsi, deux formations ont été mises en évidence: les Marnes de Smail et les Dolomies de l’Oued Skhoun. L’étude biostratigraphique des taxons a permis de préciser les limites de quatre biozones: (1) Zone à Sharpeiceras laticlavium Sharpe, Mantelliceras cf. dixoni Spath et Mantelliceras cf. picteti Sharpe du Cénomanien inférieur; (2) Zone à Aspidiscus cristatus Lamarck du Cénomanien moyen; (3) Zone à Neolobites vibrayeanus D’Orbigny du Cénomanien supérieur; et (4) Zone à Whiteinella archaeocretacea Pessagno marquant le passage C/T.

Au Cénomanien, les dépôts montrent des taux élevés en CaCO₃. La présence des huîtres exogyrines, des ammonites, du corail et la dominance des foraminifères benthiques agglutinants et des ostracodes à carapaces entières évoquent un cortège de prisme de bordure de plateforme (PBPF). Les valeurs négatives de δ¹⁸O des carbonates indiquent une augmentation des paléo-températures des eaux. Au Cénomanien supérieur – Turonien inférieur, le taux de CaCO₃ diminue et une niche écologique, propre à la prolifération des foraminifères planctoniques et l’apparition des filaments, est observée. Ces critères traduisent une montée du niveau des mers qui s’inscrit dans le cycle eustatique majeur téthysien de troisième ordre. Cet intervalle transgressif (IT) est également souligné par un enrichissement en δ¹³C et un taux faible de COT. La distribution et la conservation de la la matière organique (MO) a pour cause la morphologie simple du fond marin, l’absence d’activité halocinétique et la circulation libre des eaux oxygénées.

Grâce aux caractéristiques sédimentaires et géochimiques contraintes par des données biostratigraphiques fortes, nous avons mis en évidence des réponses microfauniques aux fluctuations environnementales autour de la limite Cénomanien-Turonien, trahissant l’installation de conditions hypoxiques dans un contexte environnemental peu profond dans la région de Thénièt El Manchar.