Cartographie et morphologie des karsts d'Afrique australe à travers l'analyse des données satellites et des données de terrain. Application à la recherche de potentiels karsts fossilifères à Hominines en Afrique australe
- Chadelle, Bastien (1983-.... ; docteur en Préhistoire) (2025)
Thèse
Accès libre
- Numéro national de thèse
- 2025TLSEJ089
- Titre en français
- Cartographie et morphologie des karsts d'Afrique australe à travers l'analyse des données satellites et des données de terrain. Application à la recherche de potentiels karsts fossilifères à Hominines en Afrique australe
- Titre en anglais
- Mapping and genesis of karst areas in Southern Africa through the analysis pf satellite and field data. Application to the search for potentiel karst sites containing hominid fossils in Southern Africa
- Directeur de recherche
- Bruxelles, Laurent (1970-... ; karstologue, géoarchéologue)
- Co-directeur de recherche
- Poirier, Nicolas (1980-.... ; archéologue)
- Date de soutenance
- 17 décembre 2025
- École doctorale
- TESC : Temps, Espace, Société, Culture
- Diplôme
- Doctorat en Préhistoire
- Unité de recherche
- Travaux et Recherches Archéologiques sur les Cultures, les Espaces et les Sociétés - TRACES
- Sujet
- Préhistoire
- Mots-clés en français
- Géomorphologie
- Modèle SIG
- Karstologie
- Hominines
- Berceau de l'humanité
- Archéologie
- Mots-clés en anglais
- Geomorphology
- GIS
- Karstology
- Hominines
- Cradle of humankind
- Archeology
- Résumé en français
- En Afrique subsaharienne, deux régions fossilifères, considérées comme des berceaux de l’Humanité, ont préservé des fossiles d’hominines parmi lesquels figurent les premiers représentants du genre Homo. Ces régions sont : (1) le Rift est-africain , où les fossiles sont disséminés au sein d’anciens dépôts fluvio-lacustres et (2) les karsts sud-africains (Cradle of Humankind (CoH), Ghaap, Makapansgat), où les fossiles sont retrouvés au sein de remplissages karstiques, que ce soit à l’intérieur de grottes ou bien en plein-air, lorsque la surface topographique a érodé le toit des cavités. L’objectif de cette thèse est de chercher de nouveaux karsts susceptibles de receler des hominines anciens et donc de faire le lien entre ces deux régions fossilifères. Nous avons développé une méthode spécifique, basée sur la cartographie et le traitement des données satellitaires, qui nous a permis d’identifier des karsts et surtout d’en estimer l’ancienneté en analysant leur contexte géomorphologique. En Afrique australe, les karsts sont exclusivement cantonnés à un ancien bassin marin paléoprotérozoïque, dont le bassin sédimentaire du Transvaal et le plateau de Ghaap constituent des fragments ayant échappé à l’érosion fluviatile (Orange, Limpopo). Ces formations ont été recouvertes par des centaines de mètres d’épaisseur de dépôts (Karoo, Kalahari) puis arasées par des paléosurfaces d’érosion successives (les Surfaces Africaines). En caractérisant la géologie, la géomorphologie et la géoarchéologie du CoH grâce à une cartographie de terrain fine, nous avons établi plusieurs critères morphokarstiques concourant au piégeage et à la conservation des fossiles plio-pléistocènes. Ce modèle de karstification du CoH constitue le premier résultat majeur de la thèse. Il indique que, outre la présence indispensable de roches karstifiables (1), les grottes fossilifères du CoH se situent toujours à faible profondeur sous la surface africaine (2), exhumée de ses altérites (3), au toit de formations carbonatées fantômisées (4), en position d’interfluves de bassins versants hydrographiques (5), plus précisément en tête de vallées peu profondes (6) bloquées par des knick-points, où les taux d’érosion sont restés très faibles (7). Nous avons ensuite rechercher ces critères dans les autres karsts potentiels d’Afrique australe. Pour cela nous avons exploité les mesures de relief par satellite (JAXA ALOS Daichi) et les images satellites. Ces étapes constituent le « Système d’Information Géographique des karsts de l’Afrique australe ». Ce SIG nous a permis de produire, en amont des missions de terrain, des atlas cartographiques inédits, de haute résolution et parfaitement adaptés aux problématiques de recherche. Il a guidé efficacement les prospections dans plusieurs pays d’Afrique australe à la recherche de karsts fossilifères. Développé dans un premier temps à distance, le SIG a ensuite été confronté au terrain lors de missions en Afrique du Sud (Hoogland), au Mozambique, au Malawi, au Botswana (Lobatse et Aha Hills) et en Namibie (Harasib). Une prospection au Zimbabwe a permis d’écarter le massif de Chimanimani, dépourvu de roches karstifiables. Au Mozambique, un nouveau karst a été découvert dans le secteur de Pitao, tandis que le karst de Buchane s’est révélé trop récent pour présenter un intérêt majeur. Les missions menées dans les collines fossilifères du nord-ouest du Botswana (projet HOMINI’KARST) ont apporté des informations cruciales sur les niveaux de base de paléolacs, intrinsèquement liés à la karstification. Ces données ont permis de perfectionner encore les modèles et le SIG, dont une version simplifiée est accessible ici : https://www.karstesien.fr/gee.html. Sur cette base, et avec l’intégration de nouvelles observations de terrain, les modèles et le SIG continueront d’évoluer afin de mieux caractériser ces karsts et faciliter leur détection à l’échelle du continent, d’autant plus que la résolution des données satellitaires ne cesse de progresser.
- Résumé en anglais
-
In sub-Saharan Africa, two large fossil-rich regions, considered to be the “Cradles of Humankind”, contain preserved hominin fossils, including those of our ancestors, the first representatives of the genus Homo. These regions are: (1) the East African Rift in East Africa, where fossils are scattered within ancient fluvial-lacustrine deposits, and (2) the South African karsts (Cradle of Humankind (CoH), Ghaap, Makapansgat), where fossils are found in karstic fills, either inside caves or in the open-air, when the topographic surface has eroded the cave roofs, as is the case at the Sterkfontein Cave « Type Site ». This PhD dissertation aims to identify new karsts that are likely to contain ancient hominin remains, thereby establishing a link between these two regions, more specifically between the CoH in South Africa and the outlet of the East African Rift in northern Malawi. To this end, I developed a specific method based on mapping and satellite data processing, which enabled me to identify karsts and, above all, to estimate their age by analyzing their geomorphological context.
In southern Africa, karsts are exclusively confined to the dolomitic outcrops of an ancient Paleoproterozoic marine basin, of which the Transvaal Sedimentary Basin (where the CoH and Makapansgat are located) and the Ghaap Karst Plateau are fragments that have escaped erosion by rivers (Molopo, Vaal, Orange, Crocodile, Limpopo, Olifants). These carbonate formations were covered by several hundred meters of sedimentary deposits (Karoo, Kalahari) and then leveled by successive paleo-erosion surfaces (the African Surfaces). By characterizing the geology, geomorphology, and geoarchaeology of the CoH through detailed field mapping, We have established several morphokarstic criteria that contribute to the trapping and preservation of Pliocene-Pleistocene fossils. This model of karstification in the CoH is the first major result of this research. It indicates that, in addition to the essential presence of karstifiable rocks (1), the fossil-bearing caves of the CoH are always located at shallow depths below the African surface (2), exhumed from its weathered layers (3), at the top of ghost-rocked carbonate formations (4), in the interfluves of hydrographic watersheds (5), more precisely at the head of shallow valleys (6) blocked by knick-points, where erosion rates have remained very low (7). I then searched for these criteria in other potential karsts in southern Africa. To this end, I used satellite relief measurements (JAXA ALOS Daichi) and satellite imagery. These steps constitute the “Geographic Information System for Karsts in Southern Africa.” This GIS enabled me to produce, prior to field missions, unique, high-resolution cartographic atlases that were perfectly suited to the research issues at hand. It effectively guided prospecting in several southern African countries in search of fossiliferous karsts. Initially developed remotely, We then tested the GIS in the field during missions in South Africa (Hoogland), Mozambique, Malawi, Botswana (Lobatse and Aha Hills), and Namibia (Harasib). A survey in Zimbabwe ruled out the Chimanimani massif, which lacks karstifiable rocks. In Mozambique, I discovered a new karst in the Pitao area, while the Buchane karst proved too recent to be of major interest. For example, missions carried out in the karstified and fossiliferous hills of northwestern Botswana (HOMINI'KARST project) provided crucial information on paleolake base levels, which are intrinsically linked to karstification (clearing of ghost rocks). This data has further refined the models and GIS, a simplified version of which is available at: https://www.karstesien.fr/gee.html. On this basis, and with the integration of new field observations, the models and GIS will continue to evolve to better characterize these karsts and facilitate their detection on a continental scale, especially as the resolution of satellite data continues to improve. - Accès au document
- Accès libre
Citation bibliographique
Chadelle, Bastien (1983-.... ; docteur en Préhistoire) (2025), Cartographie et morphologie des karsts d'Afrique australe à travers l'analyse des données satellites et des données de terrain. Application à la recherche de potentiels karsts fossilifères à Hominines en Afrique australe [Thèse]