Les différents types de fossiles et les processus de fossilisation PDF

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Document de cours expliquant ce qu'est un fossile et les différents types qu'il peut y avoir. Une autre partie explique les processus de fossilisation notamment en montrant les conditions qui sont nécessaires à ce processus...

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Paléontologie I.

Qu’est-ce qu’un fossile ?

Un fossile est un reste d’un être vivant entièrement minéralisé qui ne contient plus de matière vivante. Le rapport entre l’homme et les fossiles a commencé avec l’esthétique, un fossile qui plait on le garde, le vend, le transporte… ce qui nous permet de comprendre les flux humains.

1) Les différents types de fossiles : Les fossiles possèdent une partie dure (squelette minéral, intérêt de prédation…) et une partie mole (matière organique, dessication). Même s’il y a des exceptions, on peut dire que les parties molles ont un très faible potentiel de fossilisation, alors qu’an contraire, les parties dures ont en général un bon potentiel de fossilisation. La partie dure des fossiles est en carbonate de calcium (CaCO3). Il peut en calcite (sous forme cristallisée) ou en aragonite. Ils ont tous les deux la même formule chimique, CaCO3, mais leurs atomes sont empilés dans des configurations différentes. L’aragonite est la deuxième forme la plus courante du carbonate de calcium naturel, la plus courante étant la calcite. Elle se forme dans une gamme beaucoup plus étroite de conditions physicochimiques. L’aragonite est une forme orthorhombique (caractérise un cristal en forme de parallélépipède rectangle ou de prisme droit à base losange) du carbonate de calcium produisant des cristaux habituellement prismatique. La calcite est, elle, une forme rhomboédrique (qui a la forme d’un rhomboèdre (cristal à six faces en forme de losanges, un polyèdre à droit dimension ressemblant au cube), d’un parallélépipède dont les faces sont des losanges). Par exemple, les coraux, les coquilles des huitres, des moules… sont en carbonate de calcium. La carapace peut aussi être en silice (SiO2), aussi appelée opale. Les organismes avec ce type de carapace sont généralement petits, ce sont des microorganismes comme des algues, plusieurs éponge et certains représentant du plancton. La partie dure peut également être en phosphate (comme les os des mammifères) ou en chitine (une matière qui ressemble à nos ongles) qui est un polymère de sucre aminé qui forme la partie dure de tous les arthropodes (90% des espèces présentes dont les insectes et les crustacés qui sont eux restés marins), elle est à la fois souple et dure, et peut ainsi plier sans casser. Un organisme est capable de faire la synthèse d’un seul composé. Tout cela concerne les invertébrés qui ont eux une carapace ou une coquille. Les vertébrés ont une partie dure qui est interne et avec une autre fonction : donner une posture et gagner en mobilité (pouvoir accrocher des muscles), c’est alors une structure qui est dure et interne. Le processus de fossilisation sera plus simple sur des parties dures que moles. La fossilisation se déroule sur des organismes morts, et pour qui fossilise il faut qu’il conserve son intégrité : des charognards et des bactéries se nourrissent de la partie mole, elle va disparaitre rapidement. La partie mole est donc difficile à conserver. A) Fossilisation des parties molles La fossilisation des parties molles est un cas très rare car leur potentiel de fossilisation est faible, ce qui implique que la représentation des organismes sans squelette minéral dans les archives géologiques que sont les couches sédimentaires et leur contenu est infime par rapport à la représentation des organismes à squelette minéralisés. Ceci est une limitation certaine sur notre capacité à comprendre la vie ancienne. Ill y a trois possibilité pour la fossilisation de la partie mole : -

Le film de carbone : Ce type de fossilisation concerne essentiellement les végétaux, notamment de la première forêt terrestre à l’époque du dévonien (- 400millions d’années) et du carbonifère (-350MA). Parfois la roche est de la même couleur (noire). C’est la période du carbonifère qui a permis la

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formation des mines de charbon (exemple un tronc de 350MA). Ça peut être un film quand c’est une partie fine et lorsque c’est plus épais c’est l’ensemble qui est minéralisé (ex : tronc). Cette fossilisation apparait quand la matière organique a été enfuie dans le sédiment rapidement, protégée ainsi de l’oxygénation et des prédateurs. Les volatiles, comme l’hydrogène, l’oxygène et le carbone ont été extraits, et seul le carbone a été conservé. Les parties molles de l’organisme ont donc été aplatie en un film de carbone où souvent les moindres détails sont conservés. Les fossiles de fougères ou de feuilles sont de bons exemples. La perminéralisation : La partie mole est présente et a réussi à échapper à toutes forme de prédations. On retrouve ce type de fossilisation dans un milieu anoxique (dépourvu d’oxygène ou qui a perdu tout l’oxygène). De plus, pour qu’il y ait fossilisation, il faut que l’organisme soit doit un milieu aquatique, donc un organisme terrestre ne peut pas fossiliser s’il reste sur son milieu terrestre. L’anoxie d’une couche de substrat dans un milieu aquatique permet les eaux réductrices et la dégradation microbienne sera avec un taux extrêmement faible. Un milieu aquatique est un milieu où on a de la sédimentation, l’eau y est toujours turbine (trouble) car il y a des particules sédimentaires. Elles vont ensuite tomber au fond et commencer à recouvrir l’organisme mort. Si cette couche se fait lentement, il y a peu de chance d’avoir une partie mole, ce qui représente la majorité des cas. Les exceptions sont lorsque les couches se forme rapidement ce qui le met à l’abris de prédation et de bactéries (par exemple éboulement marin dû à une instabilité, organisme qui sont limite enterrer vivant, et boue tellement épaisse que l’oxygène disparait rapidement). Cette fossilisation est une transformation de la matière organique en une substance minérale, elle produit une réplique 3D des parties molles. Ainsi, la phosphatisation des parties molles conserve les moindre détails de ces parties. La silicification (transformation en silice) du bois est un autre bon exemple. Avec ce type de fossilisation on peut avoir des brachiopodes de plus de 300 millions d’années. Enfouissement dans la glace, l’huile ou l’ambre : C’est une autre façon de conserver les parties molles d’un organisme en entier en l’enfouissant dans la glace (les mammouths fossiles de Sibérie qui est en décongélation de surface), dans l’huile (les bactérie fossiles dans les pétroles) ou encore dans l’ambre (résine des arbres qui engloutit des insectes), préservant ainsi la matière organique de la putréfaction et de l’oxygénation. La fossilisation dans la glace est bien mais elle est soumise au conditions de l’environnement (période de fonte des glaces), ainsi il n’y a pas de glace de plus d’1MA. Cette fossilisation représente donc quelque chose qui est très récent, on conserve les organismes qui vivaient dans ces environnement froid et il n’y a pas plus de 100 milles ans. La glace la plus ancienne est datée d’environ 800 000 ans, la problématique est de prélever cette glace pour aller chercher des échantillons sans les contaminer car ils sont très vierges. Une autre possibilité plus rare que l’on a énoncée est la conservation dans de l’ambre, c’est d’origine végétale, elle provient des résineux d’anciennes forêts qui ont été enfouies et qui sont actuellement sous l’eau. Les tempêtes vont faire ressortir des petites particules d’ambre qui vont s’échouer sur les plages. On peut avoir des organismes très intéressant et très bien conservés. Il y a aussi les huiles naturelles comme les paraffines (momification d’un éléphant tombé dans la paraffines), cela peut aussi être des hydrocarbures. C’est une configuration très particulière et très rare, les hydrocarbures peuvent passer dans des failles et font comme des momifications. Ce sont en générale des organismes de période glacière. B) Fossilisation des parties dures

Les parties dures sont le classique car les parties molles peuvent être dégradé es très rapidement et même avant d’être enfouies. Il reste donc les parties qui peuvent être externe et interne (squelette, dent…). Avant d’être enfouis, l’intérieur à disparut et tous ce qui est jonctions peuvent être dégradé et les deux valves vont être disloquées. Il y a donc des parties dures qui reste entières et d’autres qui vont être séparées. 1- Squelette non altéré

Dans le cas où le squelette est non altéré, on conserve la partie dure dans le même état minéral qu’au départ, c’est ce qui représente le cas le plus courant. On peut avoir des coquilles en carbonate de calcium qui sont enfouies et qui peuvent éventuellement devenir roche et être compacte. Cela concerne aussi les vertébrés qui ont un squelette qui peut fossiliser. Les reptiles ont des dermes très épais qui peuvent protéger, conserver l’eau dans l’organisme… qui peuvent également fossiliser. Les conodontes sont des éléments qui ont longtemps intéressés les scientifique car on ne savait pas ce que s’était, ce sont des microfossiles (micropaléontologie). Il y a eu une importante découverte en France, un sauropode géant, ce sont des dinosaures herbivores de très grande taille. Ils ont une pièce osseuse, le fémur, qui peut faire plus de 2m et qui est aussi épais qu’un tronc d’arbre. Tous cela fossilise et peut changer de forme, certains sont en fragments, ce qui rend rare de trouver une partie osseuse entière, c’est surtout au moment de la mort de l’organisme et de l’enfouissement qu’il peut y avoir des pertes. 2- Squelette altéré : Minéralogie secondaire Parfois la minéralogie originelle va être transformé au cours de la fossilisation, cela peut arriver si la minéralogie est altérée, cet évènement forme la minéralogie secondaire. Par exemple, le carbonate de calcium peut être remplacé et former des fossiles extraordinaires. Voici l’exemple d’un brachiopode, sa coquille originelle est en calcite. Il a été enfoui dans les sédiments ce qui a permis sa fossilisation. Ce sont des organismes filtreurs qui se pose à un endroit et filtre l’eau. Ils ont pleins de spicules qui permet de bien le stabiliser à la surface. Sa carapace originelle a été recouvert de silice par des processus post mortel durant la fossilisation, en préservant tout de même les moindres détails. La silice est un minéral qui existe de manière naturelle, qui peut être présente dans l’eau et déposer des particul es sur la surface de l’organisme de manière très très lente. Le nautile est un céphalopode qui possède une grosse coquille, mais il devait la supporter dans l’eau (poids important) et se déplacer avec. C’est évidemment cette coquille qui va fossiliser à la mort de l’organisme. E lle est normalement en carbonate de calcium mais elle a été recouverte de pirite qui a une teinte dorée. C’est cette pyrite qui forme une couverture autour de la coquille. Il est très rare que cette couverture soit entière, elle est souvent partielle. La pyrite se forme avec les forces tectoniques. Ce sont donc des fossiles rares et particulier car ils sont présents au niveau d’une faille. Un autre fossile, l’ammonite, a été recouvert d’un élément naturel qui est le pétrole. Ce type de minéralogie secondaire donne une couleur irisée au fossile. Ce pétrole remonte sur des couches géologiques par des failles car il est en pression. Un cas un peu particulier est lorsque l’intérieur d’un fossile est modifié. On voit, par exemple, la coupe d’une ammonite : la coquille est formée par un système qui est cloisonner, et l’organisme vit dans la loge d’habitation qui n’est pas cloisonner, la plus grande. Comme cette partie n’est pas cloisonner elle est plus fragile et peut casser. Dans une coupe on peut voir certains éléments comme des éléments minéraux. Il y a une calcification des parois de la coquille mais l’intérieur est resté creux. La coquille va devenir peureuse et des éléments plus ou moins fins peuvent venir à l’intérieur et cristalliser d’abord les parois et ensuite le centre. Ainsi, chaque loge à sa propre histoire. 3- Squelette altéré : Moulage interne Une coquille peut aussi disparaitre complètement. Par exemple, le carbonate de calcium est un minéral très sensible à l’acidité. Cette acidité dans le sol avec des eaux interstitielles et sur des temps géologiques, va finir par dissoudre la coquille de l’organisme et former une

cavité creuse car le sédiment est roche. On peut ensuite remplir cette cavité par un autre élément, ce qui forme une minéralogie secondaire. Cela reste des processus de fossilisation rares. On ne retrouve pas la trace de la coquille directement mais son moulage. Par exemple avec un escargot, on retrouve l’inverse de cet escargot car le sédiment a rempli la coquille puisqu’elle n’est pas cloisonnée. Ensuite, la coquille peut disparaitre et on ne garde que les sédiments à l’intérieur. Tout ce processus est ce que l’on appelle le moulage interne. C) Fossilisation des traces de vie : Les ichnofossiles Il y a des fossiles qui n’ont rien à voir avec des organismes vivants, ce sont des traces ou des empreintes qui vont pouvoir fossilisées et être très riche en informations. C’est ce que l’on appelle des Ichnofossiles. Souvent, les lieux où l’on trouve ces ichnofossiles sont des zones où l’eau s’évaporée et où l’organisme peut laisser des traces qui vont fossiliser. Les traces les plus anciennes sont celles laissées par des vers marin qui avale le sédiment et le digère avant de recracher la partie minérale des organismes digérés. Ces vers ne fossilisent pas car ils n’ont pas de squelette. Ce que l’on retrouve ce sont des empreintes laissées par ces organismes. Le groupe des sauropodes (photos de brachiosaure) est aussi concerner par la fossilisation de trace de vie. Ces Gros sauropodes qui peuvent mesurer jusqu’à 19m de haut et qui sont totalement herbivores. Quand ils se déplacent, ces dinosaures laissent des traces avec un poids qui peut faire une dizaine de tonnes. En 2019, dans l’Ain, deux personnes ont découvert une forme un peu sphérique recouverte d’herbes, c’étaient des professeurs de SVT, ils ont vu que cette forme était un peu trop ronde pour être naturel et ils ont commencés à écarter l’herbe. On se retrouve ensuite sur une piste de pas puisque l’on voit que la boue à été déplacée et a séchée. Par la suite, on peut faire sur ces traces un travail en biomécanique. Les empreintes peuvent être scannées et digitalisées, ce qui permet de voir les efforts (là où la partie de la trace est plus profonde). C’est par ce type d’étude que l’on peut estimer un type de mobilité. Une étude a été faite sur des prédateurs, on ne savait pas comment ils se déplaçaient et quelles étaient leurs capacités pour un bipède. Ils sont trouvés sur une trace de pas en marche représentant deux droites qui représente chacune le pas droit et le pas gauche. Ensuite, on voit que l’espace des pas et plus long et que les deux lignes n’en font plus qu’une . Ainsi, sa course va complètement lui faire changer sa mobilité. Pour les Tyrannosaure-Rex, on a pu estimer une vitesse de course à 40 Km/h. Une autre chose complètement insolite sont les coprolithes. Les organismes vivant produisent, durant leur vie, des fèces qui vont par la suite fossiliser. Les coprolithes sont très intéressants car en étudiants ce qu’il y a à l’intérieur, on peut déterminer le régime alimentaire de ces organismes. Ces coprolithes sont donc une autre source d’information.

2) Les processus de fossilisation A) Conditions nécessaires à la fossilisation Il y a des conditions nécessaires pour la fossilisation qui sont d’abord inhérente s aux fossiles. Si un organisme possède des parties dures, il y a plus de chance qu’il soit fossilisé. C’est donc bien d’avoir une partie dure car les parties moles comme la matière organique sont très rapidement dégradées . Une deuxième condition très importante est qu’il faut que l’organisme, quand il meurt, meurt dans un milieu aquatique. Pour les organismes terrestres, il faut que son corps intègre très rapidement l’eau, cela peut se faire lors du crue où il peut être noyer, ou en traversant un fleuve, dans des milieux marécageux. Très souvent, les organismes vont se noyer lors de crues, et c’est le cas le mieux pour optimiser la fossilisation. Lors de ces crues, ils vont se retrouver sous des mètres de boues et de sédiments, c’est la meilleure préservation qu’il peut y avoir, car si un organisme meurt sur un sol, dans quelques mois il n’y a plus rien, pas même de parties dures. La

meilleur façon de protéger un organisme, c’est la boue. La boue c’est de l’argile, et tou t ce qui se retrouve en dessous à beaucoup de chance de fossiliser. La boue va ensuite laisser l’empreinte du fossile. B) Conditions post-mortem Pour qu’un organisme fossilise, il ne suffit pas que les conditions nécessaires à la fossilisation soient réunies, il faut également des conditions post-mortem qui optimise permettre la fossilisation. Si un organisme meurt dans un milieu aquatique mais qu’il n’est pas recouvert de sédiment, il ne va pas fossiliser. Il faut donc un taux de sédimentation et d’accumulation important (couverture) comme les crues qui permettent aux organismes d’être recouvert de boue. Cette sédimentation importante est la meilleure façon d’avoir les plus beaux fossiles, notamment avec des éboulements de boue. Pour une meilleur fossilisation, il faut également une granulométrie fine. Ainsi, plus la boue est fine mieux c’est pour la fossilisation de l’organisme mort. Il faut aussi un milieu anoxique, c’est-à-dire un milieu dépourvu d’oxygène ou qui a perdu tout l’oxygène qui était présent. On peut observer une perte d’oxygène avec l’effet du poids d’une avalanche sous-marine par exemple. Ce type de milieu sans oxygène est important pour limiter les dégradations. Une autre des conditions post-mortem est la préservation des agents d’altération qu’ils soient chimiques, physiques ou biologiques. Il ne faut pas, au niveau géologique, qu’il y ait une forte tectonique des plaques au moment de la fossilisation ce qui pourrait éliminer l’organisme. De plus, il faut que l’organisme se retrouve dans une couche affleurante alors qu’il était profond pour qu’on le voit et qu’on le retrouve. par exemple, la zone marine devient une zone terrestre et l’érosion va permettre de mettre en évidence ce fossile. Quand on fait des constructions on doit creuser et des personnes peuvent venir pour tenter de trouver des fossiles s’ils savent que la zone est très fossilisée. Mais cela est normalement interdit car on détériore le site, et si on sait qu’il est fossilisé on protège le site pour le préserver. Lorsqu’on cherche des fossiles on ne va pas n’importe où au hasard, on cherche particulièrement des roches sédimentaires. Il y a différents types de roches : les roches sédimentaires et les roches magmatiques (aucune chance de trouver des fossiles car elle vient du magma) qui forme avec la pression et la température des roches métamorphiques. Il n’y a que les roches sédimentaires où l’on peut trouver des fossiles. Plus c’est ancien moins on a de roches de cet âge. On recherche un type de roche en regardant des cartes géologiques des lieux compatibles avec des zones de fossilisation. On ne trouvera jamais des fossiles dans une zone de forêt. C’est pour cela que les scientifiques cherche des zones dans la désert, c’est dans ces zones que l’on trouve un maximum de fossile, et il n’y a pas que les déserts chaud, il y a aussi les déserts froid. Voici différentes images de fossiles :...