PATRICK DE WEVER

Merveilleuxmicrofossiles

BÂTISSEURSCHRONOMÈTRES 

ARCHITECTES

préface d’Hubert Reeves

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Les magnifi ques images de ce livre ont réveillé l'un des plus beaux souvenirs de mon enfance. Un jour, invité par un ami généticien de la famille à mett re un œil à la lentille de son microscope, je découvris avec stupeur un monde grouillant de petits organismes. Ils foisonnaient. Ça bougeait partout. Ça se bousculait comme des auto-tamponneuses dans une fête foraine…

Ébahi, je relevai la tête, regardant tout autour de moi et j’interrogeai : "Où sont-ils ? — Là" me répondit cet ami en désignant la plaque grise sous le tube du microscope. "Où ça ? — Mais là, sous tes yeux". Mystifi é, je mis du temps à me faire à l’idée que tout ce monde extraordinaire était contenu dans cett e toute petite goutt e d’eau d’apparence totalement banale. Je remis mon œil à l’oculaire, incapable de m’extraire du spectacle.

J’avais l’impression de vivre un instant magique : celui de découvrir un univers, à l’image de Christophe Colomb découvrant l'Amérique ! J’ai senti s’élever en moi une intense recon-naissance pour cet ami qui m’avait invité à ce spectacle. Je pense que ma décision, l’ado-lescence venue, de choisir un métier de scientifi que – et de faire de la recherche – a été largement motivée par cet événement.

À cett e période du début des années 1940, la possibilité d’observer le monde micro scopique était loin d’att eindre les performances d’aujourd’hui.

L’invention du microscope électronique et toutes ses variantes ont magistralement fait progresser nos connaissances des bestiaires de ces lieux minuscules. On n’en fi nit plus de découvrir, avec stupéfaction, des formes toutes incroyablement étranges, d'élargir nos repé-rages des chemins que la vie off re à la matière inerte pour se déployer dans l’existence. C’est bien ce qu’illustre magnifi quement le livre que voici.

Préface

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La vie terrestre a d’abord, pendant les trois premiers quarts de sa durée, existé sous une forme invisible à l’œil nu. La vie macroscopique n’est apparue que dans le dernier milliard d’années. L’ensemble des mécanismes qui ont transformé de la matière inerte en matière vivante nous est encore largement inconnu. L’étude de ces formes microscopiques terrestres s’impose comme un champ d’activité particulièrement prometteur pour découvrir ces mystérieux processus.

Cette information est également importante pour la recherche de vie extraterrestre dans les exoplanètes qui circulent autour d’étoiles voisines de notre système solaire.

L’auteur a fait un travail remarquable dont les bénéfices nous enrichiront pendant longtemps. Nous lui en sommes redevables.

Hubert ReevesAstrophysicien

Président d’honneur de Humanité & Biodiversité

Diatomées, cap de Bonne Espérance, collection Deflandre.

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De tout temps, on a recherché […] les pierres curieuses, celles qui att irent l’att ention par quelque anomalie de leur forme ou par quelque bizarrerie signifi cative de dessin ou de couleur. Presque toujours, il s’agit d’une ressemblance inatt endue, improbable et pourtant naturelle qui provoque la fascination.[…] La réfl exion s’émerveille à juste titre de constater que la nature, qui ne peut ni dessiner ni peindre la ressemblance d’aucun objet, donne parfois l’illusion d’y être parvenue, alors que l’art, qui toujours s’y est essayé avec succès, renonce à cett e vocation traditionnelle et comme inévitable, comme naturelle pour lui, au profi t précisément de la création de formes muett es, spontanées et sans modèle, comme celles dont la nature foisonne.

Roger Caillois, L’écriture des pierres, 1970

Véritables fl eurs de pierredes jeux de la nature

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SommairePréface ................................................................................................................................. 2

Introduction ....................................................................................................................... 7

Un monde microscopique merveilleux ........................................................................ 8

Qu ’est-ce qu’un microfossile ? ..................................................................................... 10

Pourquoi étudier les microfossiles .............................................................................. 12

partie A

L’ÉTUDE DES MICROFOSSILES ........................................ 15

partie BLES MICROFOSSILES À TRAVERS LES ÂGES GÉOLOGIQUES .................................................. 49

partie CLA DIVERSITÉ DES MICROFOSSILES ...........................103

partie DARCHITECTES, BÂTISSEURS ET MARQUEURS DU TEMPS ........................................... 177

Index ................................................................................................................................ 252

Échelle des temps géologiques .................................................................................. 253

Crédits photographiques ............................................................................................. 254

Remerciements/Bibliographie .................................................................................... 255

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Comprendre la Terre

Je range encore parmi mes plus chers souvenirs […] la poursuite au fl anc d’un causse languedocien, de la ligne de contact entre deux couches géologiques… Cett e quête incohérente pour un observateur non prévenu, off re à mes yeux l’image même de la connaissance, des diffi cultés qu’elle oppose, des joies qu’on peut en espérer.

Claude Lévi-Strauss

Claude Lévi-Strauss nous invite à nous interroger1.Je le cite :

« N’est-ce pas le mythe de la dignité exclusive de la nature humaine qui a fait essuyer à la nature elle-même une première mutilation, dont devraient inévitablement s’ensuivre d’autres mutilations ?

« On a commencé par couper l’homme de la nature, et par le constituer en règne souverain ; on a cru ainsi eff acer son caractère le plus irrécusable, à savoir qu’il est d’abord un être vivant. Et en restant aveugle à cett e propriété commune, on a donné champ libre à tous les abus. Jamais mieux qu’au terme des quatre derniers siècles de son histoire l’homme occidental ne put-il comprendre qu’en s’arrogeant le droit de séparer radicalement l’humanité de l’animalité, en accordant à l’une tout ce qu’il refusait à l’autre, il ouvrait un cercle maudit, et que la même frontière, constamment reculée, servirait à écarter des hommes d’autres hommes, et à revendiquer au profi t de minorités toujours plus restreintes le privilège d’un humanisme corrompu aussitôt né pour avoir emprunté à l’amour-propre son principe et sa notion ».

1. Extrait du discours prononcé à Genève le 28 juin 1962 lors des cérémonies pour le 250e anniversaire de la naissance de J.-J. Rousseau « Jean-Jacques Rousseau, fondateur des sciences de l’homme », Anthropologie structurale deux, Plon, 1973, p. 49-55.

Comprendre la Terre

Je range encore parmi mes plus chers souvenirs […] la poursuite au fl anc d’un causse languedocien, de la ligne de contact entre deux couches géologiques… Cett e quête incohérente pour un observateur non prévenu, off re à mes yeux l’image même de la connaissance, des diffi cultés qu’elle oppose, des joies qu’on peut en espérer.

Claude Lévi-Strauss

Claude Lévi-Strauss nous invite à nous interrogerJe le cite :

N’est-ce pas le mythe de la dignité exclusive de la nature humaine qui a

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Introduction

J’ai passé quelques décennies à étudier des microfossiles. Mon

temps était partagé entre les mis-sions de terrain, à terre ou en mer (de 5 600 m en Himalaya à - 5 500 m, au large du Pérou), de longues heures au laboratoire de chimie pour essayer d’extraire les microfos-siles – essayer car le succès n’était pas souvent au rendez-vous – et de longues heures au microscope (bi-noculaire et électronique). Travail fastidieux, eff ectivement. Mais, de temps en temps, très rarement pour être précis, un échantillon livrait des radiolaires bien conservés (des orga-nismes du plancton siliceux). Alors, c’était un feu d’artifi ce de formes, de motifs, de détails. Des milliers d’éléments, de minuscules épines, de délicates dentelles en trois dimen-sions, en cristal de roche de surcroît. Un déluge de merveilles. Un coup de foudre émotionnel. Alors, forcé-ment, j’avais envie de faire parta-ger ce sentiment, mais voilà… Ces formes sont si petites qu’il n’est pas possible d’être deux, ou plusieurs, à regarder ensemble ces formes… Or, pour bien profi ter d’une émotion, il faut pouvoir la partager. Qu i a envie de déguster, seul, une bonne bouteille de vin ? De cett e impos-sibilité pratique germe un vague

sentiment de manque de plénitude, d’insatisfaction qui, avec le temps, se développe en réelle frustration. C’est pour compenser cett e frustration que j’ai voulu réaliser ce livre. Pour partager ce beau, d’autant plus que, dans ce cas, partager c’est multiplier son bonheur. J’ai aussi voulu mon-trer que beaucoup d’autres micro-organismes étaient dignes d’intérêt, que ce soit pour leur simple esthé-tique, pour leur utilité ou leur par-ticipation à l’environnement dans lequel nous évoluons.

Je n’ai pas cherché à présenter abso-lument tous les groupes. J’ai choisi les formes qui me semblaient les plus étranges, les plus esthétiques.Les mondes qui ne sont pas à notre échelle induisent le rêve, qu’ils soient infi niment grands, comme les étoiles, ou immensément petits, comme les micro-organismes. Ils nous apprennent aussi que ce n’est ni le plus visible, ni le plus gros qui est le plus important.

Puisse ce livre inviter à rechercher à l’intérieur des pierres les beautés qui y sont cachées.

Patrick De Wever

sentiment de manque de plénitude, d’insatisfaction qui, avec le temps, se développe en réelle frustration. C’est pour compenser cett e frustration que j’ai voulu réaliser ce livre. Pour partager ce beau, d’autant plus que, dans ce cas, partager c’est multiplier son bonheur. J’ai aussi voulu mon-trer que beaucoup d’autres micro-

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Même si nous devions nous contenter de ce qui est

directement accessible, facilement visible, nous ne manquerions pas d’occasions de nous émerveiller : le modelé d’une vallée, la délicatesse d’une fl eur ou la grâce d’une biche… Dès notre plus jeune âge nous avons décelé un monde tout aussi merveil-leux par sa complexité et sa peti-tesse : le monde des insectes. Un autre sujet d’admiration, ne serait-ce parce qu’il semble plus diffi cilement accessible et plus rare, est la neige. Elle modifi e la lumière habituelle de notre monde, elle assourdit les sons, elle estompe les angles, elle donne rapidement froid et tout aussi rapide-ment très chaud une fois rentrés à la

maison. La neige invite aussi parfois à lécher quelques fl ocons avant que nous nous apercevions que ces pe-tits points blancs semblent avoir de jolies formes géométriques, mais qui, fugaces, s’évanouissent sous l’ardeur de notre regard. Cett e découverte d’un enfant nous la renouvelons tout au long de notre vie pour peu que nous soyons un peu curieux.Cet émerveillement peut être gardé toute la vie quand nous regardons le monde microscopique, à la fois parce que nous avons conscience de regar-der des éléments qui ne sont pas facilement, pas directement acces-sibles et parce que les formes off ertes semblent inhabituelles, et pour tout dire : étranges.

De gauche à droite et de haut en bas :Micro-organisme carbonaté en forme d’étoile ne fait que quelques micromètres, soit quelques millièmes de millimètre (Nannofossile : Discoaster sp.).

Flocon de neige dendritique hexagonal ordinaire, fortement agrandi par un microscope électronique à balayage et à basse température. Version colorisée pour mettre en évidence le fl ocon central.

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Plancton siliceux (radiolaires : Tritrabs wortzeli) de l’ère secondaire (Jurassique : 145-

165 millions d'années).

Flocon au microscope électronique à balayage (MEB) Flocon à 6 pointes longues.

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Micro-organisme carbonaté en forme d’étoile de quelques micromètres (quelques millièmes de millimètre), provenant de sédiments marins du Tertiaire (quelques millions d’années). Photo prise au microscope électronique à balayage (Nannofossile : Discoaster surculus).

Flocons de neige observés au MEB à basse température. L’image est en fausses couleurs,

une pratique couramment utilisée pour faire ressortir les diff érents éléments, l’image originale est en noir et blanc.

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Plancton siliceux de l'ère secondaire (Trias, 242 millions d’années).

Flocon de neige vu avec un microscope optique installé en extérieur.

Même si nous devions nous contenter de ce qui est

directement accessible, facilement visible, nous ne manquerions pas d’occasions de nous émerveiller : le

merveilleux Un monde microscopique

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Qu ’est-cequ’un microfossile ?

Tout organisme mort, ou trace d’organisme, qui a été conservé

dans un sédiment, une roche, peut être appelé fossile, quelle que soit la façon dont il a été conservé, ou de-puis quand il est mort.

La micropaléontologie est l’étude des fossiles microscopiques, ceux qui s’observent… au microscope. Leur taille est millimétrique. Qu and ils sont plus petits que 50 micromètres (µm, soit 0,05 mm), on les qualifi e de nannofossiles. du grec nannos, nain. Les microfossiles concernent tous les objets observés dont la taille est pe-tite, peu importe si l’organisme vivant

d’où provient ce reste était beaucoup plus grand. Ils sont donc constitués du squelett e entier de micro-orga-nismes, ou d’éléments dissociés, ou de fragments, ou d’organismes plus grands (dents ou écailles de pois-son, grains de pollen, etc.). Tous les groupes d’organismes relèvent donc potentiellement du domaine de la micropaléontologie. Sur le vivant, les parties fossilisables sont de nature chimique variable : certaines sont en silice, d’autres en carbonates, ou en phosphates, d’autres encore sont for-mées de composés organiques non minéralisés (chitine, sporopollénine, etc.).

En haut, de gauche à droite :Radiolaire de Turquie. Cet organisme planctonique vivait il y a 185 millions d’années (Jurassique inférieur). Taille : env. 0,2 mm.

Partie d’une algue nanoscopique (Discoaster surculus). Âge : moins de 65 millions d’années Taille : env. 0,01 mm.

Partie d’une algue nanoscopique (Calcidiscus leptoporus). Taille : env. 0,01 mm.

En bas :Foraminifère du plancton (Neogloboquadrina pachyderma). Cet organisme qui préfère les eaux froides vit depuis environ 5 millions d’années. Sa taille maximale est proche d’un demi-millimètre.

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Foraminifère du fond de la mer : Elphidium. Cet organisme vit dans les océans depuis quelques millions d’années. Taille approx. : 0,4 µm.

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les microfossiles

Posséder la connaissance ne tue pas le sens du merveilleux. Il y a toujours un mystère au-delà.

Anaïs Nin

La plupart des sédiments con tien-nent des microfossiles. Certains

sont préservés quand le dépôt a été transformé en roche après compac-tion, et cimentation.

Le type d’organismes dépend sur-tout de l’environnement, de son âge et de l’histoire de l’enfouissement. Là où ils sont les plus abondants, comme dans les sables d’arrière- récifs par exemple : 10 cm3 de sédi-ments peuvent livrer des milliers d’individus appartenant à plus de 300 espèces. Les dépôts de sédiments ne sont pas des instantanés, ils né-cessitent du temps. Une épaisseur de quelques centimètres de sédiments représente des centaines, voire des milliers d’années d’accumulation. Néanmoins, à l’échelle géologique, cett e précision est souvent suffi sante pour dater une roche.

Les microfossiles représentent donc un outil effi cace peu encombrant, presque omniprésent pour déter-miner l’âge et l’ environnement de dépôts d’une couche, raison pour laquelle le monde microscopique est très utilisé dans le milieu aca-démique et industriel, notamment pour la recherche pétrolière ou mi-nière, ainsi que pour l’aménagement du terri toire. En eff et, un seul petit fragment, copeau de forage, permet de dater la roche. Il évite la réali-sation de carott es de sondage, bien plus onéreuses et chronophages.Ce sont encore les microfossiles qui sont utilisés pour rechercher la vie éventuelle sur d’autres planètes tant leur petitesse permett rait de les retrouver, même dans les échantillons de taille réduite.

Dessins de radiolaires par E. Haeckel , 1862.

Pourquoi étudier

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partie A

L’étude desmicrofossiles

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Commentles étudier ?

Si la science ne s’intéresse pas aux choses délirantes,elle risque fort de passer à côté de choses intéressantes.

Antoine Labeyrie, astronome

Les microfossiles inclus dans les roches en sont devenus partie in-

tégrante à la suite des phénomènes de cimentation qui se sont produits. Pour les observer il convient donc d’avoir recours à des techniques un peu particulières.Certains fossiles peuvent être re-connus, même en tranches, c’est le cas des foraminifères. Pour les étu-dier on réalise alors de fines lames de roches, de 3/100e de millimètre. À cette épaisseur, standard inter-national, presque toutes les roches sont transparentes. Le travail du micropaléontologue consiste alors à identifier les fossiles à partir d’une simple tranche d’un organisme, quelle que soit la direction de ce tronçon. Tout un art ! Étant donné

la taille des objets, ce travail se fait sous le microscope.La plupart des microfossiles re-quièrent d’être observés dans les trois dimensions de l’espace pour être identifiés, tant par leur forme globale que par des détails tels que des épines, des états de surface : type de perforations, surface lisse ou rugueuse, décorée, etc. Alors, la difficulté est d’extraire les restes fossiles pour les observer avec diffé-rents types d’appareils grossissant : microscope optique, stéréomicros-cope, microscope électronique à balayage (voir p.22), scanner (voir p.24), etc. Le travail de routine se fait généralement simplement avec un microscope optique.

À gauche : Petit microscope droit Nachet vers 1881.

À droite : Microscope Leitz, bien plus sophistiqué, vers les années 1920, il permet d’analyser les objets avec des lumières contrôlées (polarisées, faisceau conique, etc.).

Une lame mince de roche vue au microscope laisse voir des

fossiles, ici des Nummulites du Lutétien (env. 50 millions d'années) du Bassin de Paris.

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Lorsque les sciences dévoilent les secrets de la nature,ce que celle-ci perd de mystérieux,

elle le gagne en merveilleux.

Paul Carvel

les microfossilesLibérer

Les microfossiles qui doivent être dégagés de la roche posent un

double problème : celui de leur taille et celui de leur fragilité. Celle-ci ex-clut généralement tous les procédés mécaniques. Le dégagement se fait donc par voie chimique : on cherche à dissoudre la gangue sans altérer le fossile que l’on souhaite étudier.

Selon la nature de la matrice et celle du fossile, les produits utilisés sont différents. Les plus fréquents sont les acides. Acides acétique et chlorhydrique pour dissoudre les calcaires, ou le dangereux acide fluorhydrique pour dissoudre la totalité de la roche, quand celle-ci est argileuse ou siliceuse et que les fossiles sont en matière organique ou en silice (quartz). Dans ce dernier cas par exemple, il convient certes de dissoudre la gangue siliceuse sans toutefois dissoudre les fossiles, eux-mêmes siliceux. On essaie alors de jouer avec la différence de solubilité des cristaux de quartz, selon la qualité de leur cristallisation. Le travail chimique se fait dans la dentelle !

Et là ne s’arrête pas le travail d’orfèvrerie, le résidu non dissout doit être trié, sous le microscope, et les organismes prélevés… sans les casser. Un travail d’horloger bénédictin !

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En haut de gauche à droite : Sclérites du Crétacé supérieur (80 millions d'années) de Roumanie. Photo en microscopie électronique à balayage. L'organisme mesure environ 0,2 mm.

Radiolaire (nasselaire) provenant de roches de Roumanie. Cet organisme planctonique vivait dans l’océan il y a environ 80 millions d’années. Photo en microscopie électronique à balayage. L’organisme atteint près de 0,3 mm de long.

Radiolaire (nasselaire, Alievum superbum) provenant de roches de Roumanie. Cet organisme planctonique vivait dans l’océan il y a environ 80 millions d’années. Photo en microscopie électronique à balayage. L'organisme atteint près de 0,3 mm.

En bas de gauche à droite :Radiolaire (nasselaire, Lithochytris vespertilio) provenant de forages profonds de l’océan Pacifique sud-ouest.Cet organisme vivait dans l’océan il y a environ 45 millions d’années. Photo en microscopie électronique à balayage. L'organisme fait env. 0,3 mm.

Radiolaire (spumellaire, Astrocentrus sp.) provenant de roches qui ont 242 millions d'années (Trias, Anisien). Photo en microscopie électronique à balayage. L'organisme mesure env. 0,3 mm.

Radiolaire (Cladococcus sp.) provenant de forages profonds de l’océan actuel. Cet organisme vit dans l’océan depuis env. 12 000 ans.

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Le lutage à la touretteune technique adaptée

La nécessité est la mère de l’invention.

Platon, La République

Le bitume de Judée, parfois appelé lut, produit photosensible, est

une sorte de goudron naturel, connu depuis l’Antiquité. Les Anciens le récupéraient à la surface de la mer Morte (dont le nom grec était le lac Asphaltite), car il y remonte conti-nuellement du fond des eaux. On se servait de ce bitume pour embaumer les momies chez les Égyptiens, pour calfater les navires, bloquer les pa-vés ou encore pour recouvrir le sol des jardins suspendus à Babylone, mais aussi comme produits phar-maceutiques et cosmétiques, etc. On savait transformer le bitume en pétrole lampant comme l’a décrit Al Razin au ixe siècle avec un al-limbic (alambic).Au xixe siècle, on savait déjà extraire le bitume des roches, si bien qu’il n’était plus nécessaire d’importer ce bitume de Judée pour l’utiliser comme le fit Niepce pour ses photo-graphies.Le bitume de Judée fut largement utilisé autrefois pour protéger les préparations microscopiques du contact de l’air. Ce lut s’emploie généralement au pinceau. Un lutage impeccable s’obtient en le déposant, à partir d’un pinceau fixe sur un petit tour (ou tourette) qui permet par sa rotation de déposer un boudin régulier. Les objets à regarder sont

déposés au centre du cercle ainsi formé, et une lamelle de verre pla-cée sur ce tore protège l'objet fragile. On a alors un « lutage à la tourette » et il s’agit bien d’une technique de montage pour microscopie, et non de l’un des chapitres du Kamasutra.

Photo d’une préparation contenant des préparations de 100 radiolaires provenant de 4 000 m au fond de l’océan Indien (si petits qu’il est impossible de la voir au milieu de la préparation). Les objets sont protégés par un petit boudin de bitume monté à la tourette.

Ce microtableau, d’environ 1 mm, est constitué d’une mosaïque d’éléments colorés. Chaque élément est une… écaille d’aile de papillons (ce ne sont certes pas des microfossiles).