Quand la Belgique était un récif corallien tropical
PLANÈTE BELGIQUE
Partie 2 : Au bord d'une masse terrestre
Il y a 400 millions d'années, la Belgique se trouvait juste en dessous de l'équateur. Après une période violente de collisions et de formation de montagnes, une période plus calme commence. Notre pays s'érode (et ce n'est pas la dernière fois) en un plat pays et disparaît en grande partie sous une mer tropicale aux immenses récifs coralliens. Ils se pétrifieront en marbre belge, célèbre dans le monde entier. Nouveauté de cette période : la vie s'aventure sur le rivage, avec les premières plantes, et dans leur sillage les premiers insectes et nos lointains ancêtres, les tétrapodes.
Reinout Verbeke
PLANÈTE BELGIQUE,
l'odyssée de notre pays
Notre territoire au cœur de l'Europe a connu un voyage mouvementé de quelque 500 millions d'années. Cette parcelle de terre qui ne s'appelait pas encore Belgique a commencé son voyage près du pôle Sud avant de passer l'équateur et de s'installer – provisoirement – dans l'hémisphère nord. Une pérégrination qui s'est faite au fil de collisions dramatiques, faisant de notre pays un eldorado géologique. Nous retraçons cette histoire aux côtés de géologues, paléontologues et citoyens scientifiques qui reconstituent le paysage et les espèces qui nageaient, rampaient et volaient dans ces contrées. Partez pour un voyage fascinant, en cinq séquences, au plus profond de notre pays.
En marchant sur le sol de marbre rouge du Palais des Beaux-Arts (Bozar) à Bruxelles, ou sur celui de la Boekentoren de Gand ou du bâtiment de la gare de Louvain, on marche sur des récifs coralliens. Les récifs se sont formés dans nos régions il y a entre 390 et 325 millions d'années (Dévonien tardif, Carbonifère précoce). La Belgique se trouvait alors juste en dessous de l'équateur, mais nous venions d'encore plus loin dans le sud. La tectonique des plaques nous a fait voyager depuis le pôle Sud jusqu'à l'hémisphère Nord. À mi-chemin de ce parcours, le Limbourg et la Wallonie ne formaient qu'un seul et même récif. Pensez à la Grande Barrière de Corail en Australie : un récif corallien allongé à une certaine distance de la côte, avec des lagons près du continent et des îles ressemblant à des atolls plus profondément dans la mer. La surface de la mer pouvait être à plus de 30 degrés Celsius, comme sous les tropiques aujourd'hui... Une eau bleue si agréable et si claire, qui ne voudrait pas y plonger ?
Mais que verriez-vous lors d'une plongée ? Tout d'abord, des stromatopores, un groupe éteint de grandes éponges qui forment la base du récif. Le motif dans lequel elles poussent rappelle le symbole wifi de votre téléphone portable. De nombreuses espèces de coraux se sont nichées sur et parmi les éponges. Les coraux se présentent souvent en colonies et ont parfois une forme de nid d'abeille. Mais on trouve aussi des coraux solitaires, avec des calicules coniques. Chaque jour, les espèces actuelles produisent une couche de calcaire et chaque année une bande plus épaisse en raison des changements saisonniers de la température de l'eau. Un paléontologue a eu l'intelligence de compter les lignes de croissance du calcaire dans les coraux existants et fossiles, et a découvert qu'une année au Dévonien moyen comptait environ 400 jours, 70 millions d'années plus tard encore 390, et aujourd'hui 365. La terre tourne donc de plus en plus lentement sur son axe.
La Belgique, il y a 406 millions d’années, sur le continent tout juste formé de Laurussia (ou Euramérique), né de la collision de Laurentia (l’actuelle Amérique du Nord et le Groenland), de Baltica (l’Europe du Nord) et de l’Avalonie (l’Europe du Nord-Ouest). Ces collisions ont entraîné l’élévation de la chaîne calédonienne.
La Belgique, il y a 406 millions d’années, sur le continent tout juste formé de Laurussia (ou Euramérique), né de la collision de Laurentia (l’actuelle Amérique du Nord et le Groenland), de Baltica (l’Europe du Nord) et de l’Avalonie (l’Europe du Nord-Ouest). Ces collisions ont entraîné l’élévation de la chaîne calédonienne.
La Belgique il y a 375 millions d’années, dans des eaux calmes. Mais le supercontinent Gondwana, dont nous nous étions détachés en tant qu’Avalonia, nous rattrape lentement mais sûrement depuis le sud. (C.R. Scotese et GPlates)
La Belgique il y a 375 millions d’années, dans des eaux calmes. Mais le supercontinent Gondwana, dont nous nous étions détachés en tant qu’Avalonia, nous rattrape lentement mais sûrement depuis le sud. (C.R. Scotese et GPlates)
Dans la mer belge du Dévonien, on voit des lys de mer partout. Ils ressemblent à des fleurs, mais ce sont des créatures marines filtrantes. Nous pouvons citer parmi d'autres animaux filtrants les brachiopodes, se fixant avec leur pédoncule sur une surface pierreuse et souvent rassemblés en groupes. Il y a aussi beaucoup de mouvement dans toute cette faune immobile. Il y a des trilobites qui rampent, des arthropodes marins qui s'apparentent aux insectes, araignées et crabes d'aujourd'hui. On peut aussi y voir des céphalopodes. Certains ont une coquille droite ou quelque peu incurvée - ils sont apparus il y a environ 490 millions d'années - mais au Dévonien, on en trouve de plus en plus avec une belle coquille enroulée.
« Il s'agit d'une faune que l'on peut reconnaître dans les sols en marbre, les escaliers, les rebords de fenêtres et les encadrements, du moins si l'on a l'œil », explique la géologue Marleen De Ceukelaire. Penchés sur l’escalier de marbre rouge de l’Institut des Sciences naturelles, nous scrutons les marches à l'aide des lampes de nos smartphones à la recherche de vie marine préservée depuis 380 millions d'années. Nous les voyons se dessiner marche après marche : contours de brachiopodes, coupes transversales de coraux, morceaux de lys de mer, et près de l'ascenseur, une coquille de céphalopode en spirale est immortalisée. Il s'agirait d'un Manticoceras, apparenté aux ammonites ultérieures.
Escalier en marbre rouge de l’Institut des sciences naturelles. (Photo : Danny Ghys)
Escalier en marbre rouge de l’Institut des sciences naturelles. (Photo : Danny Ghys)
Magnifique céphalopode (apparenté aux ammonites) dans le marbre rouge belge de l’Institut des sciences naturelles. (Photo : Siska Van Parys)
Magnifique céphalopode (apparenté aux ammonites) dans le marbre rouge belge de l’Institut des sciences naturelles. (Photo : Siska Van Parys)
Marleen conserve nos collections géologiques nationales et a coécrit un ouvrage de référence sur le marbre belge. « Vous avez des marbres belges dans toutes les nuances de rouge, de rose, de gris et de noir, et ils sont souvent entrecoupés de lignes ou de taches blanches dentelées. Celles-ci sont constituées de calcite. Le minéral a rempli les espaces vides créés dans le calcaire par des processus tectoniques ou parce que des organismes mous tels que les éponges laissent après leur mort une cavité dans le sédiment. Ces veines de calcite d'un blanc éclatant donnent au marbre son caractère. »
Marleen De Ceukelaire, conservatrice des collections géologiques de l’Institut des sciences naturelles. (Photo : Danny Ghys)
Marleen De Ceukelaire, conservatrice des collections géologiques de l’Institut des sciences naturelles. (Photo : Danny Ghys)
Le marbre belge a longtemps été une activité florissante. Entre 1850 et 1915, 175 (!) communes possédaient des carrières de marbre (souvent plusieurs). Lors de l'Exposition universelle de 1897 à Bruxelles, on pouvait se rendre dans un palais entièrement dédié à l'industrie du marbre belge dans le parc du Cinquantenaire. Les variantes rouges, qui portent des noms tels que Griotte (rouge cerise), Rouge Royal (rouge) et Byzantin (rouge-noir), ont beaucoup été extraites pour la construction de bâtiments monumentaux dans le pays et à l'étranger. L'extraction dans nos régions remonte toutefois à plusieurs siècles : le Roi Soleil a fait intégrer du marbre rouge belge dans la Galerie des Glaces de son Château de Versailles, entre autres, et les Romains ajoutaient déjà des morceaux de marbre rouge, noir et gris dans leurs mosaïques. Ex omnibus Belgae pulcherrimum marmor habent.
Le marbre rouge, rose et gris est formé dans des monticules sous-marins, ou des mud mounds, un peu plus profonds dans la mer. « En raison de l'irrégularité du fond marin, une montagne de boue s'est formée au fil des ans », explique Marleen. « Une grande variété de faune et de flore marines s'y est nichée. Nous avons pu identifier des centaines de ces monticules sous-marins dans le sud de la Belgique. » Il y a peu de lumière à l'endroit où s'est formé le monticule, au fond de la mer. C'est là que des ferrobactéries qui n'aiment pas la lumière ont pu se développer. « Elles transforment le fer en oxyde de fer, c'est-à-dire en rouille. C'est ce qui donne à notre célèbre marbre sa couleur rouge foncé. Le marbre rose se forme un peu plus haut dans la colonne d'eau - moins de ferrobactéries sont présentes à cet endroit car il y a plus de lumière du soleil. Au sommet du monticule sous-marin, près de la surface, où il y a encore plus de lumière, on retrouve la variante grise. »
De groeve voor rood marmer in Beauchâteau (Senzeille, provincie Namen), waar de marmervariant 'Rouge royal' werd ontgonnen. Je ziet mooi de koepelvorm: dit was een kalkslibheuvel in de diepere wateren van de Waalse zee van het laat-Devoon. (Foto: Reinout Verbeke)
De groeve voor rood marmer in Beauchâteau (Senzeille, provincie Namen), waar de marmervariant 'Rouge royal' werd ontgonnen. Je ziet mooi de koepelvorm: dit was een kalkslibheuvel in de diepere wateren van de Waalse zee van het laat-Devoon. (Foto: Reinout Verbeke)
Notre marbre rouge est légendaire, mais le marbre noir est vraiment unique. Le marbre noir n'a pas été formé sur ces monticules sous-marins, mais dans des lagunes proches du continent, entre autres. La matière organique s'y écoulait dans l'eau de mer peu profonde. Il suffisait de quelques pour cent de carbone organique pour que le calcaire devienne noir. Comme il s'agissait d'endroits pauvres en oxygène, peu de vie s'y est développée et il n'y a pas de fossiles dans les roches. « Le marbre noir belge est le plus noir du monde. Certains pays arabes et les États-Unis en sont friands pour leurs palais et capitoles. »
Carrière souterraine de marbre noir à Mazy (province de Namur). (Photo : Reinout Verbeke)
Carrière souterraine de marbre noir à Mazy (province de Namur). (Photo : Reinout Verbeke)
Si les blocs bruts sont encore gris, une fois polis ils deviennent uniformément noirs. (Photo : Reinout Verbeke)
Si les blocs bruts sont encore gris, une fois polis ils deviennent uniformément noirs. (Photo : Reinout Verbeke)
Une seule carrière de marbre noir est encore en activité aujourd'hui, à Mazy (province de Namur). Il s'agit de la seule carrière de marbre encore active en Belgique. Ce qui est rare est cher. Le marbre noir belge a été et est souvent posé en damier avec du marbre blanc de Carrare (nord de l'Italie). D'un point de vue géologique, ce marbre blanc mérite plus d'être qualifié de « marbre ». Le marbre, par définition, est une roche métamorphique. Cela signifie que sa structure cristalline s'est modifiée sous l'effet d’une forte pression et d’une chaleur extrême : les mouvements tectoniques poussent la roche en profondeur dans la croûte terrestre. Le marbre belge n'a pas connu les conditions extrêmes de Carrare lors de la formation des Apennins et des Alpes. Notre marbre est donc un calcaire sédimentaire ordinaire. « On ne peut cependant tout de même pas qualifier notre beau patrimoine de "calcaire belge" », s'amuse Marleen. « Le terme marbre vient du grec marmaros, "pierre brillante" ; dans ce sens, c'est donc correct, car il est poli pour être une pierre brillante ».
Une autre pierre calcaire, que presque tout le monde a chez soi, est la pierre bleue belge, le petit granit. Si vous observez vos briques de parement, vos dalles de sol ou vos appuis de fenêtre en pierre bleue, vous verrez rarement un coquillage fossile ou un morceau de corail, mais certainement d'innombrables taches blanches. Il s'agit de restes de lys de mer, qui se tenaient il y a 350 millions d'années dans les fonds avec leur tige de calcaire, filtrant les particules alimentaires de l'eau. Ils étaient regroupés en « prairies », mouraient et formaient à la longue d'épais paquets de calcaire, qui se pétrifiaient ensuite. Si l'on casse un tel morceau de pierre bleue en deux, il dégage pendant un instant une odeur d'œuf pourri : c'est l'odeur du sulfure d'hydrogène (H2S), le gaz qui subsiste après que les bactéries aient décomposé le lys de mer.
La pierre bleue belge est concurrencée par une pierre calcaire grise similaire provenant de Chine, mais notre pierre originale possède une riche histoire dans le domaine de l'architecture et fait partie des 55 Heritage Stones reconnues au niveau international, au même titre que le marbre noir belge et la pierre de Lede. Il existe encore quatre grandes carrières de pierre bleue près de Soignies, dans le Hainaut.
L’une des carrières de pierre bleue à Soignies, dans le Hainaut. (Photo : Reinout Verbeke)
L’une des carrières de pierre bleue à Soignies, dans le Hainaut. (Photo : Reinout Verbeke)
L'Âge des poissons
Demandez à un paléontologue de caractériser le Dévonien (il y a 419 à 359 millions d'années) en un mot et il vous répondra : les poissons. Ils deviennent de plus en plus diversifiés, complexes et dominants dans les océans tropicaux de l'époque. Il s'agit d'une période clé dans notre évolution humaine, car l'homme et tous les autres tétrapodes - amphibiens, reptiles, oiseaux et mammifères - proviennent de poissons dotés de nageoires robustes qui ont commencé à explorer la frontière entre l'eau et la terre. Le développement des mâchoires et celui des nageoires sont deux innovations majeures, antérieures au Dévonien. Les mâchoires ont peut-être été l'élément le plus déterminant : elles ont changé à jamais le visage de la vie sur terre.
Les poissons étaient initialement dépourvus de mâchoires. Ils avaient une bouche ronde avec des structures de kératine, comme les lamproies d'aujourd'hui. Celle-ci leur permettent de s'accrocher à des poissons plus gros pour aspirer du sang ou des particules de nourriture sur le fond marin. Ces poissons allongés ont été très efficaces pendant plusieurs millions d'années, mais ils ont été surclassés au cours du Dévonien. Les mâchoires étaient devenues un atout, car elles permettaient de mâcher et donc de manger des proies beaucoup plus grosses.
Comment ces mâchoires ont-elles évolué ? Les mâchoires et les branchies sont issues d'une série « d'arcs branchiaux ». L’arc antérieur a formé la base de la mâchoire, tandis que les autres arcs se sont transformés en branchies. Le fait que les arcs branchiaux antérieurs commencent à dépasser légèrement vers l'avant était un avantage : cela permettait au poisson de garder la bouche ouverte. L'eau s'écoulait alors plus facilement à travers les branchies, ce qui permettait au poisson de mieux absorber l'oxygène.
Les trois plus grands groupes de vertébrés actuels ont des mâchoires. Il s'agit tout d'abord des poissons cartilagineux, tels que les requins et les raies. Il y a ensuite les poissons à squelette dur, les poissons osseux. Parmi ces poissons osseux, on distingue deux groupes. Les poissons à nageoires rayonnées, qui représentent 99 % des poissons actuels, possèdent de fins bâtonnets qui soutiennent la peau des nageoires, mais celles-ci ne contiennent pas de muscles. Les autres poissons osseux sont les sarcoptérygiens, des poissons rares dotés de nageoires robustes et musclées (voir encadré à la fin de l'article: Le cœlacanthe éteint fait surface). C'est de ce dernier groupe de poissons plutôt dodus que tous les tétrapodes sont issus.
« Les sarcoptérygiens possèdent déjà dans leurs nageoires la structure de base de nos bras et de nos jambes », explique Sébastien Olive, paléontologue à l'Institut des Sciences naturelles. Ils présentent un os solide (haut du bras/cuisse), deux os plus petits (avant-bras/jambe), de petits os (poignet/cheville) et enfin les doigts ou les orteils. » Tiktaalik roseae est peut-être la forme intermédiaire la plus célèbre dans l'évolution vers les tétrapodes : le squelette fossile a été décrit en 2006 par l'équipe du paléontologue américain Neil Shubin. Tiktaalik mesurait de 2,5 à 3 mètres de long et vivait il y a 383 millions d'années dans les marais tropicaux du nord du Canada. Pour rappel, les États-Unis, le Canada et le Groenland étaient nos « voisins » à l'époque. Nous étions ensemble sur le grand continent de Laurussia (ou Euramérique) autour de l'équateur.
Sébastien : « On trouve des fossiles des premiers tétrapodes dans des endroits qui étaient peu profonds, comme les marais et les estrans. Des nageoires plus solides et plus souples sont un avantage lorsqu'il faut se faufiler entre les plantes aquatiques et elles permettent de se hisser dans les eaux peu profondes. »
Tiktaalik roseae. (Maggie, CC BY-NC-ND 2.0)
Tiktaalik roseae. (Maggie, CC BY-NC-ND 2.0)
Des chevaliers nageurs
Je me trouve avec Sébastien au bord d'une route à Strud, un village près de Namur. Nous visitons une minuscule carrière d'où les habitants ont extrait du calcaire vieux de 365 millions d'années pour construire leurs maisons. « Je suis sûr que ces murs contiennent encore des fossiles de premier ordre », dit-il en riant. Nous grimpons sur le flanc abrupt et détachons des blocs rocheux au sommet avec notre marteau géologique, puis nous les réduisons et les inspectons à la loupe.
Que recherchons-nous ? Des placodermes, les premiers poissons à mâchoires. Toute une série d'espèces de placodermes nageaient dans nos mers, des minuscules mangeurs de fond aux plus grands prédateurs géants. Ils avaient tous la tête et la cage thoracique recouvertes de plaques osseuses, qui se sont fossilisées. La queue, plus souple, était constituée de cartilage, recouverte d'écailles, et s'est généralement décomposée. Les placodermes ressemblaient à des chevaliers nageurs. Le Dunkleosteus terrelli en était l'une des espèces les plus impressionnantes. Une étude récente a permis d'en réduire la longueur de moitié, qui n'est plus que de 4,6 mètres maximum. Il reste malgré tout une bête que l'on n'aurait pas souhaité rencontrer lors d'une plongée dans la mer dévonienne. La puissance de sa morsure est estimée à cinq mille newtons, soit le double de la puissance de celle d'un T. rex.
Dans cette carrière de Strud, Sébastien et ses collègues ont trouvé entre 2004 et 2015 toute une faune et une flore qui vivaient dans et près de l'eau douce à la fin du Dévonien : des tétrapodes précoces, des crustacés précoces, des plantes précoces, peut-être l'un des plus anciens insectes... Ils ont également trouvé au même endroit plusieurs espèces de bébés placodermes. Il devait donc s'agir d'une nurserie, dans un affluent d'une rivière, où les placodermes déposaient leurs œufs ou mettaient au monde leurs petits. Après environ deux heures de travail, nous trouvons des morceaux de carapace d'un petit placoderme, une écaille d'un sarcoptérygien géant et une épine dorsale d'un poisson primitif ressemblant à un requin. Ce n'est pas une mauvaise prise pour deux heures de recherche.
Nous n'avons pas la chance qu'a eue un couple de paléontologues civils en 2017 : ils ont trouvé la carapace complète d'un placoderme dans la carrière de Lompret, juste à côté du village abbatial de Chimay, dans le sud du Hainaut. « Alors que nous exposions plaque d'os après plaque d'os, nous ne pouvions plus nous arrêter », explique Natalie Tolisz, lorsque je m'adresse à elle lors d'une réunion de paléontologues citoyens. Avec son mari, Kevin Houben, elle a fait don de cette incroyable trouvaille aux collections de l'Institut des Sciences naturelles. Un fossile doit se trouver dans un dépôt scientifique public avant que les scientifiques puissent officiellement l'étudier. Cette étude est en cours. « Il s'agit peut-être d'une nouvelle espèce », révèle Kevin. Une découverte majeure en perspective, et ce en grattant des fossiles dans une carrière week-end après week-end, par pure passion. Natalie et Kevin ne sont pas les seuls : chaque week-end, des dizaines de scientifiques citoyens sauvent le patrimoine paléontologique des bulldozers.
En 2017, un couple de paléontologues citoyens a découvert dans la carrière de Lompret l’armure complète d’un grand placoderme. La découverte est répartie dans six tiroirs comme ceux‑ci. Les placodermes, tels que Dunkleosteus, étaient les super‑prédateurs du Dévonien supérieur.
En 2017, un couple de paléontologues citoyens a découvert dans la carrière de Lompret l’armure complète d’un grand placoderme. La découverte est répartie dans six tiroirs comme ceux‑ci. Les placodermes, tels que Dunkleosteus, étaient les super‑prédateurs du Dévonien supérieur.
Une fois réassemblé, le crâne devrait ressembler à ceci. (Photo : Thierry Hubin)
Une fois réassemblé, le crâne devrait ressembler à ceci. (Photo : Thierry Hubin)
Des pionniers sur terre
La vie en mer est devenue un spectacle fascinant, mais qu'y avait-il à vivre sur terre ? Un changement radical. Lorsque nous faisions partie du Gondwana, un gigacontinent situé au pôle Sud, et lorsque nous nous en sommes détachés il y a environ 480 millions d'années pour former le microcontinent Avalonia, la surface terrestre n'était qu'un désert. Toutefois, pendant la période où Avalonia a migré vers le nord - pendant l'Ordovicien et le Silurien qui a suivi - les champignons et les plantes ont « mis pied à terre » partout où ils le pouvaient. Ils ont formé les premiers écosystèmes terrestres.
Les premières plantes terrestres, descendantes des algues vertes présentes dans l'eau, sont les mousses : hépatiques, anthocérotes et bryophytes. Elles sont parvenues à s'éloigner de plus en plus des lacs et des rivières en retenant elles-mêmes l'eau et en s'ancrant à l'aide de leurs racines ressemblant à des cheveux. Elles ne présentent cependant pas de système circulatoire étendu, donc aucune voie d'accès rapide pour les nutriments. L'une des premières plantes à posséder une petite tige et un système circulatoire est Cooksonia. Cette plante, tout au plus aussi grande qu'un auriculaire, présente une tige ramifiée qui se termine par des sporanges. Ce sont les mousses et les petites plantes vasculaires comme Cooksonia qui donnent à la terre une couleur qu'elle n'avait jamais eue auparavant : le vert. Les fossiles de Cooksonia sont rares, mais on en trouve un peu partout dans le monde : elles ont donc poussé sur « notre » continent, la Laurussia, qui se trouvait dans la ceinture tropicale, mais aussi sur le mégacontinent Gondwana, plus méridional, au climat plus tempéré. Pour la première fois, la terre a une texture.
À partir du Dévonien, les plantes vasculaires se développent davantage et nous obtenons les premiers arbres, avec des feuilles, des racines et une structure en bois. Jusqu'à une période avancée du Dévonien, le plus long organisme terrestre n'était pas une plante, mais un organisme de pas moins de huit mètres de long et d'un mètre de large : Prototaxites. Selon certains paléontologues, il s'agissait d'un champignon avec une fructification extrêmement haute ou longue, tandis que d'autres experts parlent d'un lichen, une collaboration plutôt réussie entre une algue et un champignon. Quoi qu'il en soit, ces organismes étaient étranges, tels des poteaux qui surplombaient les plantes basses ou qui poussaient horizontalement sur le sol.
La terre est devenue de plus en plus verte et la concurrence pour capter la lumière, nécessaire à la photosynthèse, pousse les plantes à se hisser vers le haut. À la fin du Dévonien, on voit apparaître les premiers grands arbres, comme Archaeopteris: il mesurait jusqu'à plusieurs dizaines de mètres de haut, avec une structure interne en bois et des racines robustes lui permettant de se fixer dans le sous-sol. L'emblématique « champignon géant » Prototaxites s'est éteint vers la fin du Dévonien. A-t-il été évincé par l'armée grandissante des hauts arbres ?
Un nouveau terrain fertile
La colonisation des terres par les plantes modifie radicalement le sous-sol des continents : des sédiments beaucoup plus fins se forment. Ce phénomène a toujours existé, depuis qu'il y a des roches. Celles-ci se décomposaient et le matériau au grain le plus fin qui en résultait, le limon et l'argile, s'écoulait sans entrave dans la mer. Il s'y accumulait dans les zones marines calmes plus profondes. Les produits de cette décomposition plus lourds - sable, cailloux et galets - étaient invariablement rejetés à plus faible profondeur.
Le limon et l'argile présentaient toutefois une propriété que le sable n'avait pas : ils pouvaient coller. Comme les plantes poussaient maintenant près des cours d'eau, elles formaient un barrage pour les particules de limon et d'argile transportées dans l'eau. Les particules se collaient non seulement aux plantes, mais aussi entre elles. Avec le temps, on obtenait des dépôts épais, des bancs de sédiments à grains fins. Ces derniers dirigeaient l'eau dans un slalom de virages extérieurs et intérieurs. Les rivières, qui s'écoulaient auparavant vers la mer de manière large et en « tresse » - différents cours d'eau s'entrecroisant de manière chaotique, comme dans un delta - serpentent désormais de manière beaucoup plus nette dans un seul et même canal. Les masses d'eau sinueuses sont donc un phénomène relativement récent dans l'histoire de la planète.
Les plantes font bien plus. Elles jouent un rôle clé dans l'érosion : leurs racines s'insinuent dans les fissures de la roche et la pression qu'elles exercent fait s'élargir les fissures. Leurs racines sécrètent également des acides organiques qui dissolvent les minéraux. Cette altération mécanique et chimique contribue à briser les roches, suite à quoi encore plus de matériaux décomposés s'écoulent vers la mer et se retrouvent coincés dans les méandres, sous forme de boue. Les plantes sont aussi leurs propres producteurs : les feuilles tombées et les racines mortes forment de l'humus, qui enrichit le sol en nutriments tels que l'azote, le potassium et le calcium. Lors des inondations, la boue chargée d'éléments nutritifs s'écoulait par-dessus les berges et recouvrait les terres avoisinantes. C'est ainsi que sont nées les premières plaines inondables, terreau des premières forêts. La boue et la croissance des plantes allaient de pair et se renforçaient mutuellement. C'est ce qu'ont conclu des chercheurs de Cambridge en déterminant la proportion de mudstone (limon et argile fossilisés) au Silurien et au Dévonien. Il y a entre 450 et 400 millions d'années, la proportion de boue sur Terre a été multipliée par 10. La corrélation était claire : plus il y avait de plantes avec des systèmes circulatoires et des racines qui émergeaient, plus il y avait de mudstone.
L'accumulation de boue a modifié non seulement la terre mais aussi l'air. Lorsque les restes de plantes sont recouverts d'argile, ils ne se décomposent pas. Par conséquent, le CO2 absorbé par les plantes reste piégé dans le sous-sol et ne retourne pas dans l'atmosphère. Les boues du monde entier sont ainsi devenues un énorme réservoir de CO2. Aujourd'hui, l'argile piège un cinquième de nos émissions annuelles de dioxyde de carbone.
Les plaines inondables fertiles avec une végétation constante sont les premiers environnements dans lesquels les animaux peuvent survivre. Après les plantes et les champignons, les arthropodes - le groupe des insectes et des araignées - s'aventurent sur la terre pour trouver à manger. À leur tour, les sarcoptérygiens se risquent de plus en plus loin sur la terre ferme, et la sélection naturelle favorise les êtres munis de pattes qui peuvent porter leur corps, et la respiration avec les poumons. Les plus proches ancêtres des tétrapodes avaient déjà développé une double respiration : en plus des branchies, ils présentaient des structures semblables à des poumons, qui puisaient l'oxygène de l'air lorsque l'eau était trop désoxygénée.
Une fin étouffante et glaciale
Les océans pauvres en oxygène étaient fréquents au Dévonien. Vers la fin de cette ère, il y a environ 372 millions d'années, les océans étaient tellement anoxiques qu'ils ont provoqué une extinction de masse. L'événement de Kellwasser, comme l'appellent les paléontologues, est l'une des cinq grandes extinctions de masse qu'a connues la vie complexe sur Terre. La perte de biodiversité était du même ordre que celle de la fin du Crétacé, il y a environ 66 millions d'années, la fameuse extinction qui a entraîné l'extinction des dinosaures non volants.
L'événement de Kellwasser est bien reconnaissable dans les strates rocheuses par l'apparition soudaine de schistes noirs, c'est-à-dire d'un fond marin durci à grains fins avec des niveaux accrus de matière organique. Ces éléments sont un signe du manque d'oxygène dans les océans. Parmi les victimes figurent les principaux constructeurs de récifs du Dévonien, les coraux et les stromatopores. Mais de nombreuses autres formes de vie marine ont également été durement touchées, notamment les brachiopodes, les trilobites, les ammonites, les conodontes et les placodermes. « Les zones pauvres en oxygène dans les mers et les océans sont de tous les temps », explique le paléontologue Stijn Goolaerts, de l'Institut des Sciences naturelles, qui a lancé un projet de recherche sur l'événement de Kellwasser en Belgique. « En général, elles sont localisées, de courte durée et ne concernent qu'une partie de la colonne d'eau. Ce n'est que lorsque ces zones pauvres en oxygène augmentent en superficie et en nombre, persistent longtemps et commencent à englober de plus grandes parties de la colonne d'eau qu'elles rendent la vie impossible. » Lors de l'événement de Kellwasser, le manque d'oxygène a duré plusieurs centaines de milliers d'années, en deux vagues, la seconde étant la plus importante. Dans la carrière de Lompret, où Natalie et Kevin ont trouvé leur gros placoderme, il est parfaitement possible de procéder à un échantillonnage de cet intervalle.
Comment ces océans se sont-ils désoxygénés ? Peut-être en raison de la prolifération des algues. Avec l'apparition des plantes terrestres, beaucoup plus de nutriments ont été acheminés vers la mer. Les rivières transportaient des sols fertiles vers les mers et les océans, provoquant une prolifération massive d'algues. Lorsque ces algues mouraient et coulaient au fond de l'eau, les bactéries consommaient une telle quantité d'oxygène à la putréfaction que d'autres organismes ayant besoin d'oxygène suffoquaient.
Les scientifiques ont d'autres explications possibles expliquant l'événement de Kellwasser, notamment une très forte activité volcanique en Sibérie. Celle-ci aurait émis de grandes quantités de gaz à effet de serre dans l'air, modifié le climat et favorisé la prolifération d'algues dans les océans, entre autres. À cela s'ajoute la possibilité que notre orbite autour du soleil ait changé. Périodiquement, la Terre suit une orbite circulaire plutôt que l'orbite elliptique habituelle (les cycles de Milankovitch). Les tours plus circulaires sont synonymes d'un climat plus stable et d'une circulation océanique plus lente. Les océans pauvres en oxygène le restent donc plus longtemps. « Aucune extinction mondiale n'a de cause unique », déclare le géologue Xavier Devleeschouwer de l'Institut des Sciences naturelles. « C'est la combinaison qui rend le cocktail toxique et fait basculer des écosystèmes entiers. »
Treize millions d'années après la catastrophe écologique de Kellwasser, la vie a été malmenée une seconde fois avec un refroidissement global : l'événement de Hangenberg. « La Terre est passée d'une période de chaleur à une période de glaciation (ice house). Le monde a changé de façon spectaculaire, avec l'apparition de calottes glaciaires aux pôles. Nous en avons des traces géologiques en Amérique du Sud avec les moraines. Il s'agit des débris qu'un glacier emporte avec lui lors du glissement et qu'il laisse derrière lui lorsqu'il fond ou se retire ».
La question de savoir comment la Terre s'est retrouvée dans une période glaciaire est à nouveau sujette à débat. En raison de l'augmentation de la croissance des plantes sur les terres ? Les plantes éliminent le CO2 de l'air, provoquant ainsi un effet de serre inversé. Mais cette explication semble trop simple. Une chose est sûre : les calottes glaciaires ont provoqué une baisse du niveau des mers, entraînant un nouveau bouleversement écologique des océans. Le refroidissement de Hangenberg a également bouleversé la situation sur terre. Les paléontologues pensent donc qu'il doit y avoir au moins une autre cause. Ils ont la preuve de l'existence d'un trou à long terme dans la couche d'ozone, entraînant une augmentation du rayonnement UV et des lésions de l'ADN chez les organismes terrestres.
Il y a 360 millions d’années, à la fin du Dévonien. La Terre bascule vers un icehouse, avec des calottes glaciaires sur le Gondwana. Une période glaciaire qui durera plus de cent millions d’années. Chez nous, dans la ceinture tropicale, le climat reste toutefois chaud. (C.R. Scotese et GPlates)
Il y a 360 millions d’années, à la fin du Dévonien. La Terre bascule vers un icehouse, avec des calottes glaciaires sur le Gondwana. Une période glaciaire qui durera plus de cent millions d’années. Chez nous, dans la ceinture tropicale, le climat reste toutefois chaud. (C.R. Scotese et GPlates)
Avec deux grandes vagues d'extinction, l'une due (entre autres) à un manque d'oxygène dans les océans et l'autre due (entre autres) au refroidissement global, nous clôturons le Dévonien et entrons dans le Carbonifère. La vie passe par un goulet d'étranglement, mais s'en sort comme elle le fait toujours. Cette nouvelle ère donnera à la planète les premières forêts vraiment impressionnantes, qui se transformeront plus tard en charbon. Une bénédiction pour les hommes, le moteur de la Révolution industrielle, mais aussi une malédiction avec le réchauffement climatique actuel. Ce qui grouille, rampe et vole dans ces forêts primitives du Carbonifère défie l'imagination. Ne convient pas aux personnes ayant la phobie des araignées et des insectes !
LE COELACANTHE ÉTEINT FAIT SURFACE
En visitant les coulisses de l'Institut des Sciences naturelles de Bruxelles, vous découvrirez un bac spécial dans l'une des salles de conservation des « vertébrés récents ». Il contient un cœlacanthe d'environ deux mètres conservé dans du formol. Effrayant ! En regardant le poisson primitif dans les yeux, je suis presque aussi bouleversé que le biologiste sud-africain James L. B. Smith. En 1939, il est allé examiner le premier cœlacanthe pêché au minuscule East London Museum de la conservatrice Marjorie Courtenay-Latimer. « Cette première vision m'a tellement bouleversé que j'en tremblais. Tout mon corps était parcouru de frissons. J'étais tétanisé », écrit-il.
Ce poisson semble venir d'une autre époque, et quelque part c'est vrai. Les cœlacanthes - un groupe de sarcoptérygiens - étaient alors connus depuis un siècle, mais uniquement grâce à des fossiles du début du Dévonien, il y a environ 415 millions d'années. On pensait que ce groupe s'était éteint en même temps que les dinosaures. Mais en 1938, Courtenay-Latimer a reçu un appel d'un pêcheur qui lui a demandé de venir examiner une prise inhabituelle : un étrange poisson bleuté dont les nageoires ressemblaient à des membres. Elle a senti qu'il s'agissait de quelque chose de spécial. N'ayant pas d'espace de réfrigération, elle a fait préparer le poisson par un taxidermiste. James Smith a reconnu qu'il s'agissait d'un cœlacanthe et a baptisé l'espèce Latimeria chalumnae, d'après le nom de famille de Marjorie. L'une des plus grandes découvertes taxonomiques du XXe siècle se trouve toujours dans ce petit musée sud-africain.
Le cœlacanthe est pour ainsi dire un fossile vivant. Un terme que les biologistes de l'évolution préfèrent éviter parce qu'il fait le jeu des créationnistes : « Pas d'évolution, vous voyez ! » Le Coelacanth Genome Project du Broad Institute (MIT et Harvard) a également confirmé que leurs gènes évoluent généralement plus lentement que ceux d'autres vertébrés. Cela permet d'expliquer pourquoi ils ont plus ou moins conservé leurs caractéristiques physiques pendant des centaines de millions d'années. Les cœlacanthes vivent dans des grottes à cinq cents mètres sous la surface de la mer et aussi plus profondément dans la mer : peut-être ont-ils subi peu de pression de sélection parce que ces environnements ont peu changé. Mais une hirondelle qui évolue lentement ne fait pas encore le printemps des négationnistes de l'évolution. Les preuves des changements sous la pression de la sélection naturelle et sexuelle sont incalculables. Il n'y a jamais d'absence d'évolution. Cela vaut aussi pour d'autres fossiles vivants, comme les limulidés, les nautiles, les ginkgos et les brachiopodes. Ils sont comme les maisons de Bruges : la façade et le plan du bâtiment ne changent guère, mais l'intérieur s'est adapté aux conditions changeantes au cours de ces millions d'années.
L’Institut des Sciences naturelles reconstitue les pérégrinations du morceau de terre que nous connaissons aujourd’hui sous le nom de Belgique : du pôle Sud jusqu’à l’endroit où nous nous trouvons aujourd’hui. Une série consacrée à la géologie unique de notre pays,
en cinq longs articles et cinq affiches.
Les trois prochains articles paraîtront en mai, juillet et septembre 2026.
Tout sur www.naturalsciences.be/r/planetebelgique
Avec le soutien du Fonds Wernaers du Fonds de la Recherche scientifique (FNRS).
Un grand merci, entre autres :
- Au géologue Kris Piessens (Institut des Sciences naturelles) pour son inspiration et ses conseils
- Aux géologues Jacques Verniers et Stephen Louwye (UGent) et au biologiste Koen Martens (Institut des Sciences naturelles) pour leur relecture
- À l’illustratrice Vinciane Decamps (Vinch Atelier) pour les affiches
- Au vidéaste Stijn Pardon (Institut des Sciences naturelles) pour la bande-annonce
- À Marie le Polain pour la relecture de la traduction
- À Kwinten Deschepper pour le layout de cet article
- À Mathilde Antuna pour les photos et vidéos à Strud.
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