fossile
(latin fossilis, tiré de la terre)
Débris ou empreinte de plante ou d'animal, ensevelis dans les couches rocheuses antérieures à la période géologique actuelle, et qui s'y sont conservés.
GÉOLOGIE
La nature et la conservation des fossiles dépendent de la nature des terrains où ils se sont trouvés engagés. Certaines espèces renseignent sur le milieu de sédimentation (mer, lac, climat, etc.), c'est-à-dire la paléogéographie d'une région. D'autres, à courte longévité, permettent également de dater des terrains en les replaçant dans l'échelle stratigraphique (fossiles caractéristiques).
PALÉONTOLOGIE
Le terme fossile désigne tous les témoignages, directs ou indirects, de la vie passée : un os, une dent, une plante, la coquille microscopique d'un animalcule planctonique, mais également un excrément pétrifié, une empreinte de pas, une trace charbonneuse, un morceau de bois, une graine ou une spore, etc. Tout ce qui est lié à la vie et a été conservé jusqu'à nos jours est considéré comme fossile par les paléontologues.
Cette étonnante diversité pourrait laisser croire que les fossiles sont très répandus dans la nature. Si certains sites à travers le monde renferment des traces de marche ou de pistes, des coquilles ou des poissons fossilisés par milliers, de nombreux animaux ou végétaux aujourd'hui disparus ne sont connus que par un seul spécimen fossile, parfois même par un seul fragment. En fait, les fossiles sont des exceptions de la nature, et les grands squelettes (particulièrement ceux, spectaculaires, de certains dinosaures) exposés dans les musées restent des choses rares.
1. L’histoire de la connaissance des fossiles
Les hommes se sont intéressés très tôt aux fossiles. Les hommes préhistoriques les ramassaient, comme en témoignent les collections ou les ornements découverts dans des grottes ou des sépultures. Les cornes d'Ammon (fossiles d'ammonites, dont la coquille ressemble à des cornes de bélier) ne sont pour les Anciens que des bijoux talismans.
Différentes interprétations
Les significations attribuées aux fossiles dans l'Antiquité sont parfois étonnantes. Ainsi l'ambre, cette résine durcie pouvant contenir des insectes englués, représentait-il pour les Grecs anciens des larmes de nymphes, du « suc du soleil », ou encore de l'urine de lynx ! Pour le naturaliste romain Pline l'Ancien (ier s. après J.-C.), les dents de requin, que l'on trouve dans certains niveaux fossilifères, sont des « langues pétrifiées » tombées du ciel lors des éclipses de Lune.
Le Moyen Âge apporta son lot de croyances et de légendes sur les fossiles : certains ossements, qui se révélèrent ultérieurement être ceux de grands vertébrés – éléphants ou autres mastodontes –, étaient identifiés comme les restes de géants ou de dragons terrassés par des chevaliers ou des saints.
Aux xviie et xviiie s., des collections d'histoire naturelle sont constituées, qui réunissent des objets hétéroclites exposés dans ce que l'on appelle des « cabinets de curiosités ». Si les fossiles y ont une place de choix, ils restent objets de mystère, comme en témoignent les différentes origines qui leur sont attribuées : essais du Créateur, objets diaboliques, « jeux de la nature », produits de la foudre, fruits de la génération spontanée, etc.
Les fossiles, objets d'étude
Des hommes ont cependant compris, dès l'Antiquité, ce que sont réellement les fossiles. Les Grecs Pythagore (570-480 avant J.-C.) et Hérodote (484-420 avant J.-C.) considéraient déjà les coquillages pétrifiés comme les restes d'êtres ayant vécu autrefois dans des mers beaucoup plus étendues.
À la Renaissance, Léonard de Vinci, se fondant sur ses observations, critiqua les anciennes croyances et conclut que les fossiles sont les restes d'êtres vivants. Malgré la réticence de quelques esprits très conservateurs, la notion de fossiles en tant que « vestiges d'êtres du passé » se répandit.
L'âge des fossiles, l'âge de la Terre
Des esprits curieux posèrent également la question de savoir à quelle époque appartenaient ces vestiges. Selon une conception fort répandue dans l’Occident chrétien, ces restes étaient considérés comme ceux d'animaux ayant péri lors du Déluge raconté dans la Bible, quelques milliers d'années auparavant. Cette interprétation permettait d'expliquer pourquoi des coquillages ou des poissons sont retrouvés dans des montagnes.
Il fallut attendre le xviiie s. pour qu'un savant français, Buffon, se détache du récit biblique et avance que les fossiles sont des témoins d’une histoire ancienne de la Terre, et estime l’âge de cette dernière à 75 000 ans, ce qui paraissait déjà particulièrement vieux. Au début du xixe s., Charles Lyell, un géologue anglais, formule l'hypothèse selon laquelle la surface de la Terre est soumise à des transformations et à des cycles successifs, et en conclut que l'âge de notre planète doit être évalué en millions d'années. On sait aujourd'hui qu'il s'apprécie, en fait, en milliards d'années.
L'origine des fossiles
L'idée que les fossiles sont des vestiges d'êtres vivants qui ont vécu sur notre planète dans des temps très reculés étant acquise, un troisième débat devait s'ouvrir.
En observant très minutieusement les fossiles, en les comparant entre eux et avec les êtres vivants actuels, Jean-Baptiste Lamarck parvint à l’idée, révolutionnaire au début du xixe s., que les espèces se transforment au cours du temps. En d'autres termes, elles évoluent. Cinquante ans plus tard, Charles Darwin développa l'idée d'évolution en se fondant sur l'observation des faunes actuelles.
→ évolution.
Aujourd'hui, les paléontologues retracent l'histoire de la vie et l'évolution des lignées d'animaux et de végétaux à partir des fossiles, fragments de l'histoire du vivant, qu'ils étudient.
2. Le phénomène de fossilisation
Les fossiles sont le résultat d'un phénomène naturel et exceptionnel : la fossilisation. On devrait plutôt dire les fossilisations, tant les processus menant à la conservation de restes d'êtres vivants sont variés. Cependant, la plupart des fossiles découverts ont été préservés de la destruction grâce au processus de minéralisation.
Lorsqu'un animal comme un végétal meurent, ils sont normalement détruits par les éléments naturels ou par d'autres êtres vivants. Ce recyclage est d'ailleurs nécessaire à la perpétuation de la vie (les êtres vivants sont des maillons des cycles écologiques).
Il arrive pourtant que, après leur mort, certains êtres échappent à ce destin et soient conservés plus ou moins longtemps. Imaginons qu'un oiseau meurt d'épuisement lors d'une migration. Il tombe sur le sol, où il sera tôt ou tard dévoré. Mais il peut également s'abattre dans une mare, un étang ou un lac. Dans ce cas, il flottera à la surface un certain temps, avant de s'enfoncer. S'il n'est pas mangé par des poissons, il reposera sur le fond et y pourrira lentement. Les micro-organismes contenus dans l'eau le feront ainsi disparaître. Mais si, par chance pour le paléontologue, ce fond est très vaseux, le corps de l'oiseau s'enlisera dans la boue et sera protégé de la destruction.
La minéralisation
Si toutes ces conditions sont réunies commence une série de processus physico-chimiques complexes qui aboutiront, peut-être, à la fossilisation de cet oiseau. Des échanges chimiques s'opèrent entre les os et les sédiments qui les entourent. Au terme de ces échanges, la matière organique (d'origine vivante) composant l'os est lentement remplacée par de la matière minérale, tandis que la forme et, souvent, la structure fine de l'os sont conservées. C'est pourquoi on dit que les fossiles se pétrifient ou, plus exactement, se minéralisent.
Le remplacement de la matière d'origine vivante par de la matière minérale n'est pas toujours complet. Certains ossements fossiles, même très anciens, contiennent encore des protéines, que l'on peut extraire et étudier. Des chercheurs ont trouvé des protéines contenues dans des ossements de dinosaures vieux de 150 millions d'années et déterminé leur nature.
Ces modifications physico-chimiques ne concernent pas uniquement le fossile. Les sédiments qui l'entourent se transforment également au cours des temps : s'accumulant au fond de l'étang, ils finissent par se tasser et par durcir ; ils deviennent des roches sédimentaires, c'est-à-dire des roches formées par accumulation. Les calcaires, les argiles, les grès sont des roches de ce type, dans lesquelles l'on trouve des fossiles.
La surface de notre planète étant en constant remaniement (soulèvements, fractures, plissements résultant des mouvements de l'écorce terrestre modifient le modelé du paysage), l'étang s'asséchera tôt ou tard, laissant à l'air libre les sédiments qui s'y sont accumulés, avec les fossiles qu'ils contiennent. Un jour, le squelette pétrifié de l'oiseau de notre exemple sera mis au jour par une érosion (provoquée par le vent, l'eau, le gel) : petit à petit, la roche sera usée, des particules seront arrachées et transportées vers d'autres mares ou rivières, ou encore vers la mer, et, si personne ne le découvre, ce squelette sera lui aussi réduit en poussière par les intempéries.
Ainsi peut se résumer la fossilisation d'un oiseau et son « existence » fossile. De nombreux facteurs doivent donc être réunis pour que des restes d'un être vivant soient ainsi conservés à travers des millions d'années, et bien peu d'êtres vivants trouvent, à leur mort, les conditions favorables à leur fossilisation.
Les empreintes fossiles
La plupart des fossiles sont contenus dans des roches plus ou moins dures, plus ou moins fines, dont les conditions d'accumulation déterminent la qualité de la conservation.
Ces roches sont parfois si finement constituées que les traces de poils, de plumes, de peau ainsi que les « parties molles » (viscères) ou bien le corps même (animaux mous) sont préservés.
Il arrive également que l'on ne trouve plus que le moule naturel de certains fossiles, finement inscrit dans sa gangue rocheuse. Dans ce cas, la coquille ou les ossements, bien que fossilisés, ont été dissous par les eaux d'infiltration.
Ce moule peut, par la suite, se remplir d'un autre minéral. Ainsi, on découvre des empreintes de coquilles totalement remplies de superbes minéraux cristallisés, parfois même de métal (argent), déposés par les eaux d'infiltration, mais aussi des traces de griffes, de pattes de dinosaures ou de mammifères, des pistes de trilobites, des excréments fossiles (coprolithes).
3. Les fossiles et l'histoire de la vie
Les fossiles sont les témoins tangibles de la longue histoire de la vie et de son évolution continue.
→ évolution.
4. Fossiles de demain et fossiles vivants
Le cycle de la vie ne connaît pas d'arrêt : quand des êtres meurent, d'autres naissent. La plupart sont détruits à leur mort, mais quelques-uns entrent à leur tour dans un cycle de fossilisation. Ce sont les fossiles de demain.
Dans 10 000 ans, ou dans 1 million d'années, les hommes, s'ils sont toujours sur la Terre, retrouveront des fossiles d'animaux ou de plantes actuelles, dont les espèces auront disparu.
À l’inverse, la Terre abrite aussi des animaux et des végétaux qui sont aujourd'hui tels qu'ils étaient voici des millions d'années : ce sont les « fossiles vivants ». Par exemple, la limule, lointaine cousine des araignées, vit toujours sur les côtes américaines et asiatiques du Pacifique, 200 millions d'années après son apparition ; le cycas et le ginkgo sont des arbres qui poussaient déjà au temps des dinosaures. Quant au fameux cœlacanthe, lorsqu’il a été retrouvé bien vivant en 1938, on le croyait éteint depuis 65 millions d'années ! (Une seconde espèce, tout autant archaïque, a été tirée en 1998 de la mer des Célèbes.)
5. L'étude des fossiles
Reconstituer les êtres vivants du passé et retracer l'histoire de la vie sur notre planète sont les aspects les plus spectaculaires du travail d'un paléontologue. Située au carrefour de plusieurs sciences (géologie, biologie, écologie), la paléontologie participe également à l'étude de nombreuses questions : l'évolution, la dérive des continents, la reconstitution des climats, la datation des niveaux géologiques, etc. Pour cela, les paléontologues utilisent les fossiles.
La recherche des fossiles
Un promeneur attentif, des ouvriers creusant une tranchée d'autoroute ou les fondations d'un bâtiment peuvent mettre au jour des fossiles. Nombre de découvertes, parfois extraordinaires, sont ainsi faites par des amateurs, ou au hasard d'un coup de pelle mécanique. Les paléontologues, eux, explorent, prospectent, fouillent systématiquement : dans les régions encore mal connues dans le domaine de la géologie, ils recherchent les fossiles qui permettront d'identifier les différents niveaux géologiques ; dans les régions où des cartes géologiques, ces précieux outils, ont été établies, la recherche des niveaux favorables est facilitée.
Les fouilles
L'importance des découvertes est certes variable. Mais, du point de vue scientifique, les fossiles les plus spectaculaires ne sont pas toujours les plus précieux : une petite dent, un fragment de coquille ou d'os peuvent avoir une grande signification, et le moindre indice est exploité.
Un fossile est parfois beaucoup trop gros pour être extrait sans dommage. Nombre d'entre eux peuvent être concentrés sur un même site, constituant ce que l'on appelle un gisement fossilifère. Des fouilles sont alors organisées, qui mettent en œuvre des moyens plus importants, de la pioche au marteau piqueur. Toutefois, les fouilles se terminent toujours au pinceau et aux outils fins.
Plâtrés pour être mieux protégés, lorsqu'ils sont fragiles, imbibés de produits consolidants, emballés, étiquetés, les fossiles sont ensuite acheminés vers le laboratoire où il sera procédé à leur délicate préparation et à leur étude.
Certaines roches sédimentaires, tels les sables, les argiles, les lignites, qui contiennent de très petits fossiles tout aussi intéressants que les gros, peuvent également être tamisées. Des échantillons de certaines roches sont prélevés pour en extraire, au laboratoire, des fossiles non visibles sur le terrain, tels des grains de pollen, des spores ou des restes microscopiques d'êtres unicellulaires d'origine planctonique.
La détermination des fossiles
Les renseignements tirés d'un fossile ou d'un gisement fossilifère sont très nombreux et ont des implications sur plusieurs disciplines scientifiques. L'étude anatomique et la description du fossile sont les phases préliminaires à cette analyse, car de son identification précise dépend la suite de l'exploitation scientifique.
C'est à ce stade que l'on peut découvrir une plante ou un animal jusque-là totalement inconnus, ou bien déjà identifiés en une autre partie du monde. C'est aussi en suivant les modifications anatomiques des fossiles au cours du temps que l'on peut retracer l'évolution des différentes lignées, jusqu'aux êtres vivants actuels.
Les fossiles marqueurs ou fossiles stratigraphiques
Nombre de fossiles servent à dater les couches géologiques. Certaines espèces, surnommées « fossiles marqueurs », « fossiles stratigraphiques » ou « fossiles repères », ne se rencontrent en effet que dans des niveaux bien déterminés. La présence dans deux strates, même séparées par des centaines de kilomètres, des fossiles d’une même espèce de ce type indique que lesdites strates datent de la même époque. Une telle constatation permet ainsi de corréler les niveaux géologiques sur la planète. Mais cette utilisation n'est possible que si ces fossiles sont abondants, suffisamment caractéristiques, et si chaque espèce n'a existé que pendant de courts intervalles de temps géologiques. Ce sont souvent des coquilles, des spores, des grains de pollen ou encore des microfossiles. Les trilobites font aussi partie des fossiles stratigraphiques les plus répandus.
Les microfossiles et le pétrole
Les microfossiles sont des restes d'organismes de très petite taille : algues unicellulaires, spores, grains de pollen, protozoaires (animaux unicellulaires), ostracodes (minuscules crustacés), etc. Tous ces fossiles, recueillis en tamisant les roches meubles (sable, argile, marnes) ou observés au microscope sur de très fines tranches de roches compactées, sont d'une grande utilité pour la recherche pétrolière. Lors des forages, ils permettent en effet de dater les couches rocheuses traversées et de suivre ainsi la progression du trépan.
6. L'apport de l'étude des fossiles
L'étude des fossiles permet la reconstitution des paysages et des milieux de vie du passé. Lors des prospections et des fouilles, les paléontologues relèvent tous les indices nécessaires à l'étude ultérieure des fossiles. Parmi eux, les roches contenant des fossiles ont une grande importance.
La paléogéographie
La détermination de l'origine des roches – marine, lagunaire ou continentale –, de leur mode de formation, de la manière dont les matériaux qui les constituent se sont déposés apporte de précieux renseignements sur les conditions qui régnaient au moment de la mort de l'animal ou de la plante. On peut ainsi déterminer s'il s'agissait de hauts-fonds marins, de plages, de zones de récifs, de lagunes très calmes ou, au contraire, de bords de mer tumultueux.
Si le dépôt s'est fait sur un continent, les fossiles eux-mêmes portent parfois des traces d'usure liées à un transport dans une rivière au cours plus ou moins impétueux. Leur position relative les uns par rapport aux autres peut donner une idée de la direction et de la force du courant de la rivière. Les fossiles peuvent aussi être particulièrement bien préservés s'ils ont été enfouis dans la vase très fine d'un étang.
La paléoécologie
Les restes de végétaux permettent de reconstituer les environnements. Des études encore plus poussées – observations au microscope électronique, analyses chimiques ou isotopiques – fournissent des données sur les températures, la composition chimique de l'eau et sa salinité durant la vie du fossile.
La reconstitution du mode de vie des fossiles vient en complément de celle du milieu. Pour déterminer le régime alimentaire d'un animal du passé, par exemple, l'étude anatomique des dents et des mâchoires apporte des renseignements précieux : certains fossiles contiennent encore les restes d'un dernier repas, et des méthodes d'analyse chimique contribuent à en déterminer la composition.
Le mode de locomotion de certains animaux peut être déterminé à partir de l'anatomie du squelette. Si un animal a laissé des traces de pas dans la boue, aujourd'hui durcie, ces empreintes permettent d'évaluer sa vitesse et même son poids. L'étude au microscope de la structure fine d'un os, de coquilles ou de bois fossile permet de connaître le mode et la vitesse de croissance d'un animal ou d'un arbre, et même d'apprécier l'influence du milieu et des variations climatiques sur cette croissance. Leur âge au moment de leur mort peut également être déterminé.
La paléobiogéographie
Les êtres vivants ne sont pas répartis au hasard sur la planète. Montagnes, mers, océans, climats, etc. sont autant de facteurs qui influent sur leur expansion géographique. Certaines espèces sont très répandues, alors que d'autres forment de petites populations localisées. Il en a toujours été ainsi, et l'étude de la répartition géographique des fossiles apporte à ce sujet d'importantes précisions.
L'un des domaines de recherche de la paléontologie, la paléobiogéographie, permet d'établir des relations entre les continents du passé, et vient étayer la théorie de la dérive des continents : le fait de trouver la même espèce fossile, appartenant à une époque donnée, sur des continents aujourd'hui séparés indique qu'ils étaient réunis. Inversement, l'existence de faunes fossiles différentes dans une même région et dans des couches de même âge montre qu'elle était autrefois constituée de deux zones géographiques distinctes.
