Quand la Belgique était une forêt tropicale marécageuse
PLANÈTE BELGIQUE
Partie 3: Une cuvette spongieuse remplie de débris végétaux
Il y a 300 millions d’années, notre pays n’était rien de moins qu’une forêt marécageuse située pile sur l’équateur. Entre des arbres étranges volaient des cafards, des libellules géantes planaient comme des hélicoptères, et d’énormes mille‑pattes gi-gan-tes-ques se faufilaient au sol. Les premiers reptiles déposaient leurs œufs, dans les feuillages. Le monde verdoyant et détrempé du Carbonifère allait être comprimé pour former du charbon. Cet or noir a été extrait et brûlé à un rythme effréné depuis le XIXᵉ siècle. À la fin du Carbonifère, le monde entier se heurte pour former le supercontinent Pangée, avec une chaîne de montagnes longue de 5 000 kilomètres. C’est à cette époque que les Ardennes se soulèvent et que notre frontière linguistique devient une frontière géologique.
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. C’est le troisième épisode.
Il n’y a presque aucun panneau indicateur, si bien que nous tournons un peu en rond avant de trouver enfin le petit sentier menant aux Grottes Schmerling, un complexe de cavités situé à la limite des communes d’Engis et d’Awirs, non loin de Liège. Deux grimpeurs s’apprêtent à commencer leur séance. Pour les archéologues, cet endroit est surtout célèbre pour la toute première découverte de Néandertalien, faite par Philippe‑Charles Schmerling en 1829, soit un quart de siècle avant les découvertes du Neandertal près de Düsseldorf. Si les chercheurs avaient réalisé plus tôt que ce petit crâne appartenait à une autre espèce humaine que Homo sapiens, nous parlerions peut‑être aujourd’hui de « l’homme d’Engis » plutôt que du Néandertalien.
Mais ce n’est pas pour cette histoire humaine que le géologue Kris Piessens, de l’Institut des Sciences naturelles, m’a emmené ici. Il pose sa main sur la paroi inclinée gris‑bleu, qui se dresse majestueusement au‑dessus de nous : « elle est remplie de petits squelettes calcaires fragmentés. » Cette roche est contemporaine des célèbres falaises calcaires de Dinant (le Rocher Bayard, les roches de Freÿr, la Citadelle de Dinant) et de la dolomite de Marche‑les‑Dames, près de Namur, où le roi Albert Iᵉʳ trouva la mort lors d’un exercice d’escalade. Toutes témoignent d’une mer tropicale calme et d’un bleu limpide durant le début du Carbonifère (le Dinantien, entre 359 et 330 millions d’années).
À cette époque, notre territoire se situait dans les tropiques, légèrement au sud de l’équateur. Et le Massif du Brabant — la chaîne montagneuse qui forme en quelque sorte le socle sous la Flandre — était déjà tellement érodé depuis le Dévonien qu’il n’alimentait presque plus la mer wallonne en sédiments. Le fond marin devenait alors un véritable réceptacle à calcaire : toutes ces éponges, coraux, brachiopodes, lys de mer, céphalopodes… morts s’y accumulaient et ajoutaient continuellement de la calcite au substrat. Sous la pression des couches qui s’empilaient au‑dessus, ce dépôt se transformait progressivement en calcaire massif. L’industrie l’exploite encore activement, notamment pour la construction, le papier, l’alimentation ou le dentifrice. Parmi les pierres naturelles emblématiques du Carbonifère figurent la pierre bleue, allant du gris au bleu profond (aussi appelé “petit granit”) ainsi que la pierre de Meuse. Cette dernière était déjà exploitée par les Romains pour fabriquer des bornes routières, des monuments funéraires, des revêtements de sol et muraux.
Les falaises calcaires des grottes Schmerling à Engis (près de Liège) témoignent de l’existence d’une mer tropicale au début du Carbonifère. Les couches calcaires se sont déposées à l’origine à l’horizontale, mais ont été redressées à la verticale sous l’effet de la violente collision avec le supercontinent Gondwana. (Photo: Mathilde Antuna)
Les falaises calcaires des grottes Schmerling à Engis (près de Liège) témoignent de l’existence d’une mer tropicale au début du Carbonifère. Les couches calcaires se sont déposées à l’origine à l’horizontale, mais ont été redressées à la verticale sous l’effet de la violente collision avec le supercontinent Gondwana. (Photo: Mathilde Antuna)
Il y a 360 millions d’années. Le supercontinent Gondwana (qui comprend notamment l’Afrique et l’Amérique du Sud) est sur une trajectoire de collision avec notre continent Laurussia (Amérique du Nord, Europe du Nord et du Nord‑Ouest). Nous restons toutefois, pour l’instant, une mer tropicale d’un bleu limpide, tout comme durant le Dévonien. (C.R. Scotese en GPlates)
Il y a 360 millions d’années. Le supercontinent Gondwana (qui comprend notamment l’Afrique et l’Amérique du Sud) est sur une trajectoire de collision avec notre continent Laurussia (Amérique du Nord, Europe du Nord et du Nord‑Ouest). Nous restons toutefois, pour l’instant, une mer tropicale d’un bleu limpide, tout comme durant le Dévonien. (C.R. Scotese en GPlates)
Ce qui frappe immédiatement ici à Engis lorsqu’on lève les yeux, c’est que les bancs calcaires stratifiés, déposés autrefois horizontalement, se tiennent aujourd’hui complètement à la verticale. D’énormes forces géologiques ont dû s’exercer ici.
« L’orogenèse varisque », explique Kris. « Elle résulte de la collision entre deux grands continents. Nous étions situés sur la bordure sud de Laurussia (ou Euramérique), qui regroupait l’Amérique du Nord, le Groenland, l’Europe du Nord et du Nord‑Ouest, ainsi qu’une partie de la Russie. Mais au sud, le supercontinent Gondwana approchait. Nous nous en étions détachés il y a 480 millions d’années (voir épisode 1 de Planète Belgique : Nous sommes des Avaloniens). Gondwana comprenait l’Afrique et l’Amérique du Sud, donc la collision allait être violente. Et c’est la phase précédant de ce grand clash que nous observons ici. »
Le calcaire que l’on peut suivre sur un petit sentier sur la droite s’interrompt brusquement et laisse place à un ensemble noir de schiste argileux. « C’est de la boue qui a été charriée depuis les terres à cette époque », précise‑t‑il.
Notre mer tropicale d’un bleu limpide devient, au Carbonifère, une région continentale boueuse
Le Gondwana poussait littéralement le terrain situé devant lui, tel un bulldozer. Cela fit surgir, au sud de notre région, plusieurs massifs montagneux : notamment le Massif central, l’Eifel et, plus tard, les Ardennes (voir fin de l’article). Le poids de ces montagnes faisait ensuite s’enfoncer les zones situées plus au nord — dont nos régions.
On obtenait ainsi une longue pente sur laquelle d’immenses quantités de sable, de limon (silt) et d’argile dévalaient pour s’accumuler dans le bassin d’avant‑pays : autrement dit, dans la « cuvette » qu’est devenue la Belgique. La vie marine, qui dépend de la lumière et de l’oxygène, ne pouvait pas survivre dans ces eaux troubles. Notre mer calme, paisible et bleu‑azur du début du Carbonifère se transforma en delta marécageux, et la mer se retira progressivement.
« C’est l’un des tournants majeurs dans la géologie de la Belgique », souligne Kris. « Nous passons d’une mer claire et d’un système marin à une zone continentale où s’accumule une énorme quantité de matière organique. Ici à Engis, l’argilite riche en aluminium contient parfois tellement de matière organique que l’on peut l’enflammer. Entre le 17ᵉ et le 20ᵉ siècle, ces couches ont été extraites et brûlées pour produire de l’alun, utilisé notamment pour clarifier le vin qui était cultivé dans la région. »
Il y a 330 millions d’années. Gondwana entre en collision avec nous. Notre mer tropicale se transforme en une région continentale. Nous devenons une “cuvette” marécageuse, où affluent de grandes quantités de sédiments provenant des zones plus élevées. Et par moments, la mer nous submerge encore.
Il y a 330 millions d’années. Gondwana entre en collision avec nous. Notre mer tropicale se transforme en une région continentale. Nous devenons une “cuvette” marécageuse, où affluent de grandes quantités de sédiments provenant des zones plus élevées. Et par moments, la mer nous submerge encore.
Des arbres étranges
Dans notre zone de mangrove marécageuse, qui s’étendait sur le sud de la Belgique et les Campines limbourgeoises, la couleur dominante était le vert. La végétalisation de notre planète avait déjà commencé doucement dès le Silurien (à partir de 443 millions d’années) avec les premières plantes terrestres : des mousses (avec de minuscules racines primitives, les rhizoïdes) et de petites plantes vasculaires (dotées d’un système de transport interne). Elles se développaient le long des berges. Elles avaient elles-mêmes évolué, bien plus tôt, à partir d’algues vertes marines. Leur reproduction se faisait par spores. Au Dévonien (à partir de 419 millions d’années), ces premières plantes vasculaires devinrent plus grandes, et certaines commencèrent à ressembler à des fougères. Celles-ci se mirent à grimper en hauteur et formèrent les premiers bosquets. Juste avant la transition vers le Carbonifère, apparaissent aussi les premiers grands arbres, tels qu’Archaeopteris, qui possédaient un véritable bois, des feuilles et un système racinaire robuste.
Mais au Carbonifère, la végétation devient véritablement luxuriante. Si vous pouviez (muni de cuissardes de pêcheur) traverser nos forêts marécageuses d’il y a 310 millions d’années, vous y verriez des fougères arborescentes hautes d’une dizaine de mètres, telles que Psaronius. Vous en auriez mal au cou à force de lever la tête pour regarder « l'arbre-écaille » Lepidodendron (pouvant atteindre 40 mètres) ou Sigillaria, la « plante‑sceau » (jusqu’à 30 mètres).
Ce n’étaient en réalité pas de vrais arbres, mais des plantes vasculaires appartenant à la famille des lycophytes. Leur tronc spongieux formait un pilier unique, sans branches. Celui-ci ne se divisait en deux qu’à la toute fin de la croissance pour former une petite couronne. La canopée était donc beaucoup moins dense que celle de nos forêts actuelles. Se promener dans une forêt carbonifère aurait déjà, rien que pour cela, été une expérience étrange.
L’écorce robuste de ces plantes emblématiques présentait un magnifique motif de « cicatrices ». Ces marques provenaient des feuilles allongées qui tombaient au fur et à mesure que le tronc s’épaississait. Chez Sigillaria, elles forment des rangées verticales ; chez Lepidodendron, elles suivent une spirale vers la cime. Leur ressemblance avec des écailles était telle que des fragments fossilisés de tronc ont longtemps été pris pour des restes de grands reptiles.
Ces géantes lycopodes devaient leur stabilité à leur écorce, mais surtout à leur système racinaire. Les racines principales (en réalité les organes porteurs de racines) s’étendaient horizontalement, couvertes d’une multitude de petites racines secondaires. Les racines épaisses s’enroulaient les unes autour des autres et s’entremêlaient avec celles des plantes voisines pour former des plaques racinaires peu profondes, mais solidement ancrées. Elles se “tenaient” littéralement les unes aux autres, ce qui les rendait plus résistantes aux tempêtes. Autre plante emblématique du Carbonifère : les arbres‑prêles, tels que Calamites, hauts d’une quinzaine de mètres et ressemblant, pendant leur croissance, à des sapins trop maigres et dépouillés… mais avec un tronc strié rappelant le bambou.
Toutes les plantes mentionnées jusque‑là étaient des plantes à spores, dépendantes de l’eau pour leur reproduction. C’est dans l’eau que se rencontraient cellules mâles et femelles. Chez Sigillaria et ses proches, il existe bien des “cônes” allongés au sommet, mais il s’agit de strobiles : ils libéraient des spores, pas des graines. La grande révolution du Carbonifère, pour la flore, est l’apparition des plantes à graines : les gymnospermes, ou “plantes à graines nues”. “Nues”, car les graines ne sont pas protégées par un fruit, contrairement à celles des plantes à fleurs (angiospermes), qui n’apparaîtront que bien plus tard, au Crétacé.
Le lycopode géant Lepidodendron pouvait atteindre plus de 40 mètres de hauteur. On l’appelle « arbre‑écaille » en raison des structures losangées visibles sur son écorce, qui évoquent une peau de reptile. Il s’agit de “cicatrices” laissées par des feuilles allongées tombées au fur et à mesure de la croissance du tronc. Le motif s’organise en spirale, comme un escalier en colimaçon, en direction de la cime. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Le lycopode géant Lepidodendron pouvait atteindre plus de 40 mètres de hauteur. On l’appelle « arbre‑écaille » en raison des structures losangées visibles sur son écorce, qui évoquent une peau de reptile. Il s’agit de “cicatrices” laissées par des feuilles allongées tombées au fur et à mesure de la croissance du tronc. Le motif s’organise en spirale, comme un escalier en colimaçon, en direction de la cime. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Empreinte fossile d’un cône à spores d’un lycopode tel que Lepidodendron. Ce cône porte le nom de Lepidostrobus. Les différentes parties des plantes fossiles (tronc, racines, feuilles, structures reproductrices) reçoivent souvent des noms d’espèces distincts, car il n’est généralement pas possible de déterminer quels éléments appartenaient à un même individu. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Empreinte fossile d’un cône à spores d’un lycopode tel que Lepidodendron. Ce cône porte le nom de Lepidostrobus. Les différentes parties des plantes fossiles (tronc, racines, feuilles, structures reproductrices) reçoivent souvent des noms d’espèces distincts, car il n’est généralement pas possible de déterminer quels éléments appartenaient à un même individu. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Chez le lycopode Sigillaria, ou « arbre‑sceau », les cicatrices laissées par les feuilles tombées forment des rangées rectilignes sur l’écorce, comme si elles avaient été apposées à l’aide d’un tampon ou d’un sceau. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Chez le lycopode Sigillaria, ou « arbre‑sceau », les cicatrices laissées par les feuilles tombées forment des rangées rectilignes sur l’écorce, comme si elles avaient été apposées à l’aide d’un tampon ou d’un sceau. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
La tige et le tronc de Calamites, ressemblant au bambou, étaient creux. Ils se sont ainsi remplis de sédiments, ce qui a permis leur conservation en trois dimensions. Aux nœuds naissaient des rameaux disposés en couronne, portant des feuilles organisées comme les rayons d’une roue.(Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
La tige et le tronc de Calamites, ressemblant au bambou, étaient creux. Ils se sont ainsi remplis de sédiments, ce qui a permis leur conservation en trois dimensions. Aux nœuds naissaient des rameaux disposés en couronne, portant des feuilles organisées comme les rayons d’une roue.(Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
« L’innovation majeure des plantes à graines, c’est que la fécondation n’a plus besoin de se dérouler dans l’eau, comme chez les mousses et les fougères », explique Elke Bellefroid, biologiste et conservatrice en chef du Jardin botanique de Meise. « Le vent transporte les grains de pollen jusqu’au cône femelle. Celui‑ci se referme, puis une cellule du pollen émet un tube pollinique qui rejoint l’ovule : c’est ainsi que se produit la fécondation. C’est un processus incroyablement beau, je trouve. Lorsque la graine tombe plus tard du cône, elle contient tout ce qu’il faut pour donner naissance à un nouvel arbre. Pour la première fois, les plantes peuvent quitter les zones humides et coloniser des terrains plus secs et plus élevés. »
Les conifères primitifs Cordaites et Walchia comptent parmi les premières gymnospermes à la fin du Carbonifère.
Palmatopteris, une fougère à graines et probablement une plante grimpante, parmi les tiges du conifère primitif Cordaites. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Palmatopteris, une fougère à graines et probablement une plante grimpante, parmi les tiges du conifère primitif Cordaites. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Feuilles de grandes fougères à graines. Leurs frondes (connues sous des noms tels que Pecopteris ou Asterotheca) ressemblent à celles des fougères actuelles, mais il s’agit en réalité de plantes à graines, et non de plantes à spores. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Feuilles de grandes fougères à graines. Leurs frondes (connues sous des noms tels que Pecopteris ou Asterotheca) ressemblent à celles des fougères actuelles, mais il s’agit en réalité de plantes à graines, et non de plantes à spores. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Les plantes se transforment en or noir
Les restes de fougères, de lycopodes géants, de prêles géantes et de conifères primitifs se sont accumulés dans les marécages de la « cuvette » qu’était alors la Belgique. Et c’est cette matière végétale, en particulier celle provenant des conifères primitifs, qui a donné naissance à notre charbon. On peut encore retracer l’emplacement de ces anciens marais en observant la répartition des bassins houillers. Ils forment une ceinture autour du Massif du Brabant (donc autour de la Flandre) : le Borinage (près de Mons), le Centre (autour de La Louvière), Charleroi, Liège et les Campines. Et si l’on étend le regard au‑delà de nos frontières : de l’Irlande, du pays de Galles, du centre de l’Angleterre et du nord de la France jusqu’au Limbourg néerlandais, à la Ruhr allemande et à la Pologne.
« Le charbon est la phase intermédiaire d’un long processus de carbonisation », explique Xavier Devleeschouwer de l’Institut des Sciences naturelles. « Dans les marécages, où le niveau de la nappe phréatique reste élevé, les conditions deviennent rapidement anoxiques. Les bactéries ne peuvent donc plus décomposer la matière organique, qui se conserve. Cela forme des couches de tourbe.»
L’étape suivante est celle de l’ensevelissement progressif. Les marécages sont submergés et enfouis sous des sédiments plus jeunes, tandis que la température et la pression augmentent. « Cela modifie la composition de la matière organique, qui est constituée de carbone, d’hydrogène et d’oxygène. La hausse de la température et de la pression expulse les gaz et l’eau du matériau, qui s’enrichit donc progressivement en carbone. »
« La deuxième phase, après la tourbe, est celle du lignite, parfois appelée houille brune », poursuit Xavier. « On y distingue encore des traces de restes végétaux, mais la teneur en carbone est déjà plus élevée. Après le lignite, on arrive au charbon ou houille (un mot du nord de la France, dérivé du germanique hulha, qui signifie “tas”, ici au sens de “dépôt de matière première”). Dans le charbon, les traces végétales sont rarement visibles à l’œil nu et la teneur en carbone atteint déjà 87 %. »
Un mètre de charbon peut provenir d’une couche de tourbe qui mesurait à l’origine plus de vingt mètres d’épaisseur. L’enfouissement se produit à une profondeur comprise entre un et cinq kilomètres, où les températures augmentent nettement. À de telles profondeurs, le charbon peut également produire du gaz naturel, principalement du méthane. Et les mineurs l’ont bien su (voir l’encadré sur le grisou). Au début des années 1980, en pleine crise pétrolière, un foret atteignit 5 648 mètres de profondeur dans le village de Havelange, en province de Namur — le forage le plus profond jamais réalisé en Belgique. Le gouvernement espérait y découvrir un vaste réservoir de gaz naturel, mais cet espoir s’avéra vain. « Notre charbon a probablement bien produit du méthane, mais il s’est simplement échappé au fil de ces millions d’années. »
Lorsque l’enfouissement du charbon se poursuit et que la température dépasse les 350 °C, le métamorphisme commence. Le matériau se transforme alors complètement sous l’effet de la pression et de la chaleur. « À ce stade apparaît le graphite : du carbone pur à cent pour cent. Le même carbone que celui qui sort de ton crayon », explique-t‑il.
Le charbon présent aujourd’hui sur Terre s’est principalement formé durant le Carbonifère supérieur. Ce processus de carbonisation ne s’est plus reproduit, par la suite, à une telle échelle. Était‑ce dû à la géographie particulière du nord‑ouest de l’Europe ? Aux tropiques humides combinés à une subsidence exceptionnellement rapide, permettant l’accumulation de grandes quantités de matière organique ? « Certains pensent à une autre raison », ajoute Elke Bellefroid. « À l’époque, il n’existait pas encore de champignons capables de décomposer la lignine, le matériau végétal le plus dur. Les plantes auraient donc eu, au Carbonifère, une longueur d’avance dans la course évolutive contre les champignons. La matière organique pouvait ainsi s’accumuler intacte dans les marécages pauvres en oxygène, puis former du charbon plus tard. »
Le carbone capté par les forêts marécageuses pendant des millions d’années, et que la Terre a mis encore des millions d’années à enfouir et sceller, nous l’avons extrait, brûlé et relâché dans l’atmosphère en deux siècles. Cet or noir, qui a lancé la révolution industrielle et accru notre prospérité, a coûté un nombre incalculable de vies dans les mines, tout en réchauffant et dérégulant notre climat. « C’est indéniable », reconnaît le géologue Michiel Dusar (Institut des Sciences naturelles), spécialiste du Carbonifère. « Mais sans le charbon, le bois serait resté jusqu’au XXᵉ siècle la principale source d’énergie, et dans ce monde hypothétique, il ne resterait plus un seul arbre. »
L’ère des insectes
Si le Dévonien fut l’époque des poissons, alors le Carbonifère est celle des arthropodes : insectes, mille‑pattes et araignées. Qu’est‑ce qui rampait et volait dans nos impressionnantes forêts marécageuses ? Je rends visite au paléontologue Bernard Mottequin à l’Institut des Sciences naturelles : « Les fossiles sont déjà rares en soi, mais contrairement aux plantes, nous avons extrêmement peu de traces de la faune terrestre. Et cela malgré deux siècles d’exploitation houillère. Les animaux se fossilisaient sans doute difficilement, et le corps d’une minuscule araignée était évidemment beaucoup moins facile à repérer qu’une fougère. »
Bernard sort un énorme ouvrage de l’armoire vintage de son bureau, dans l’aile Janlet — le bâtiment qui, depuis le début du 20ᵉ siècle, abrite les Iguanodons de Bernissart ainsi que la collection de trois millions de fossiles. Nous feuilletons les pages jaunies de Description de la faune continentale du terrain houiller de la Belgique. « Cet ouvrage impressionnant, publié en 1930 par le paléontologue français Pierre Pruvost, reste encore aujourd’hui le panorama le plus complet de la faune du Carbonifère supérieur en Belgique. »
Je pars avec le gestionnaire de collection Julien Lalanne à la recherche, dans les collections, des fossiles que Pruvost avait fait reproduire sur des planches dépliantes. Julien actionne une poignée qui ouvre un ingénieux système d’armoires composées de centaines de tiroirs. Nous en sortons quelques‑uns que nous déposons sur une table, puis nous ouvrons les sachets en plastique comme s’il s’agissait d’œufs-surprise. Les fossiles sont accompagnés de petites étiquettes jaunies où les noms latins des espèces sont souvent encore inscrits à la plume, en lettres noires élégantes.
Nous découvrons de superbes empreintes de ailes de cafards, d’une esthétique étonnante. On en a conservé relativement beaucoup, probablement parce que leurs élytres coriaces se fossilisaient bien. Et là, j’aperçois l’empreinte d’une aile d’insecte aujourd’hui disparu — Palaeodictyoptera, indique la petite étiquette — qui en possédait six : quatre grandes et deux minuscules. Son abdomen portait deux longs filaments, qui lui permettaient sans doute de voler de manière plus stable.
La plupart des insectes trouvés dans les couches du Carbonifère présentaient un cycle de vie où le stade juvénile ressemblait fortement à l’adulte. Ils grandissaient par mues successives. Il n’y avait donc ni papillons (dont la larve est une chenille), ni mouches, ni abeilles, ni fourmis, ni coléoptères dans le Carbonifère. Les insectes à métamorphose complète n’étaient pas encore apparus alors qu’ils sont ultra‑majoritaires aujourd’hui.
Photo de détail de la blatte Miroblattites costalis, avec la tête, le corps et les ailes remarquablement bien conservés. (Photo : Institut des Sciences naturelles)
Photo de détail de la blatte Miroblattites costalis, avec la tête, le corps et les ailes remarquablement bien conservés. (Photo : Institut des Sciences naturelles)
J’aperçois aussi de minuscules abdomens d’araignées primitives (comme Brachypyge) mais ils sont magnifiquement dessinés. Et, à ma grande joie, de petits scorpions de mer (Eurypterus) et des limules (Euproops), qui s’étaient manifestement adaptés à une eau saumâtre ou douce. Et puis — comme si c’était Noël — on me met dans les mains des fragments d’Arthropleura, un mille‑pattes qui pouvait dépasser 2 mètres ! Le plus grand invertébré terrestre de tous les temps, une véritable icône du Carbonifère. Les fossiles de cet herbivore que nous possédons en Belgique ne sont guère plus que des morceaux de sa carapace dorsale, où l’on peut distinguer, en y regardant bien, quelques petites bosses. Mais quand même : une preuve rare que ces impressionnants animaux vivaient bel et bien dans nos régions.
Dans les marécages belges du Carbonifère supérieur vivaient également de petites limules, comme Euproops. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Dans les marécages belges du Carbonifère supérieur vivaient également de petites limules, comme Euproops. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
...et des scorpions de mer tels que Eurypterus. (Photo: Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
...et des scorpions de mer tels que Eurypterus. (Photo: Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Des rangées d’excroissances sont visibles sur le dos d’Arthropleura. Ce mille‑pattes emblématique pouvait dépasser deux mètres de longueur et atteindre un demi‑mètre de largeur : le plus grand invertébré terrestre ayant jamais existé. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Des rangées d’excroissances sont visibles sur le dos d’Arthropleura. Ce mille‑pattes emblématique pouvait dépasser deux mètres de longueur et atteindre un demi‑mètre de largeur : le plus grand invertébré terrestre ayant jamais existé. (Photo : Erik Van de gehuchte, Institut des Sciences naturelles)
Reconstitution artistique d’Arthropleura, qui pouvait dépasser deux mètres de longueur. (Illustration : JW Schneider, TU Bergakademie Freiberg)
Reconstitution artistique d’Arthropleura, qui pouvait dépasser deux mètres de longueur. (Illustration : JW Schneider, TU Bergakademie Freiberg)
Un autre géant du Carbonifère tardif (et du Permien qui a suivi) est Meganeura, un lointain ancêtre des libellules et des demoiselles. Certaines espèces atteignaient quarante centimètres de long et possédaient une envergure de soixante‑dix centimètres, soit la longueur d’un bras. Elles étaient de redoutables prédatrices, attaquant d’autres insectes et de petits amphibiens. Aucun fossile n’en a été découvert en Belgique, faute des couches géologiques adéquates, mais on en a trouvé en France centrale, dans les mines de charbon de Commentry. Un moulage exposé dans la Galerie de l’Évolution de l’Institut des Sciences naturelles donne d’ailleurs des frissons aux insectophobes.
Moulage de Meganeura à l’Institut des Sciences naturelles. (Photo : Thierry Hubin)
Moulage de Meganeura à l’Institut des Sciences naturelles. (Photo : Thierry Hubin)
Reconstitution de Meganeura monyi. Imaginez‑vous ceci au‑dessus de votre tête : Meganeura, un proche parent primitif des libellules actuelles, avec une envergure pouvant atteindre 70 centimètres. (Illustration : Matteo De Stefano/MUSE)
Reconstitution de Meganeura monyi. Imaginez‑vous ceci au‑dessus de votre tête : Meganeura, un proche parent primitif des libellules actuelles, avec une envergure pouvant atteindre 70 centimètres. (Illustration : Matteo De Stefano/MUSE)
Pourquoi tant d’insectes pouvaient-ils devenir aussi grands au Carbonifère ? L’absence de prédateurs a certainement joué un rôle, mais l’atmosphère aussi. « L’augmentation de la biomasse sur les continents a provoqué un effet de serre inversé », explique Michiel Dusar. « Le niveau de CO₂ dans l’air a diminué, tandis que la teneur en oxygène augmentait. Elle a atteint jusqu’à 25 %, au lieu des 20 % actuels. Grâce à cet excès d’oxygène, les insectes ont pu devenir plus grands. Ils ne possèdent pas de poumons efficaces et dépendent donc de fortes concentrations d’oxygène dans l’air. »
Ce niveau d’oxygène très élevé rendait cependant les forêts particulièrement vulnérables aux incendies, surtout les forêts de conifères situées en altitude, une simple étincelle de foudre suffisant à tout embraser. « Ces feux de forêt fréquents ont fini par stabiliser la teneur en oxygène autour de 20 % », ajoute‑t‑il.
Des œufs sur la terre ferme
Pendant le Carbonifère, un autre type de vie, en plus des plantes à graines nues, commence à s’éloigner de l’eau : les premiers amniotes, ancêtres des reptiles, des oiseaux et des mammifères. Certains amphibiens — apparus au Dévonien à partir de poissons à nageoires charnues — s’étaient adaptés. Leur squelette et leur musculature pouvaient désormais soutenir le corps, et leurs embryons se développaient dans une poche membraneuse remplie de liquide amniotique. Grâce à cette enveloppe protectrice, les petits n’avaient plus besoin de naître dans l’eau. Les œufs étaient déposés dans un nouvel environnement : la litière humide des forêts tropicales.
Hylonomus, een van de eerste reptielen. (Reconstructie: Nobu Tamura)
Hylonomus, een van de eerste reptielen. (Reconstructie: Nobu Tamura)
De ces œufs ne sortaient plus des larves nageuses, mais de minuscules salamandres, qui ne nécessitaient aucune métamorphose. Et pour mieux résister à la sécheresse, les œufs acquirent une coquille. Avec cette innovation, un tel amphibien devenait, par définition, un reptile. Cette adaptation allait lui ouvrir des territoires entièrement nouveaux jusqu’aux zones les plus arides, notamment durant le Permien, la période suivant le Carbonifère et dernière ère du Paléozoïque. En Belgique, aucun fossile certain de ces premiers amniotes n’a encore été retrouvé, si ce n’est quelques empreintes de pas discutées.
Nouveauté du Carbonifère : plantes et vertébrés à quatre pattes s’éloignent de l’eau
« Les collections historiques sont tellement importantes », souligne Bernard, tout en me montrant un magnifique fossile de cafard vieux de 315 millions d’années. « Les fossiles du Carbonifère ont été récoltés aux 19ᵉ et 20ᵉ siècles par des mineurs et des ingénieurs. Nous leur devons beaucoup : toutes les mines de charbon sont désormais inondées. Les fossiles étaient un guide essentiel pour la gestion des mines, surtout ceux provenant des sédiments marins situés sous et au‑dessus des couches de charbon. Ils permettaient de relier entre elles les différentes veines, souvent plissées ou interrompues par l’intense activité tectonique de la fin du Carbonifère et des périodes suivantes. »
La Belgique mise en plis
Tectonique ! On en oublierait presque que le supercontinent Gondwana est en train d’entrer en collision, au ralenti, avec notre continent Laurussia. Ces masses terrestres ont une épaisseur de plusieurs dizaines de kilomètres. « N’imagine pas des voitures qui se percutent, » explique Kris Piessens, « mais plutôt d’énormes blocs de fromage que l’on pousse l’un contre l’autre. Plus près de la surface, les roches se brisent et se réorganisent ; en profondeur, les couches se plissent ou sont écrasées. Et à toutes les profondeurs, une grande faille peut se former, le long de laquelle de gigantesques plaques rocheuses glissent les unes sur les autres. C’est ce qu’on appelle une faille de chevauchement. Tous ces processus horizontaux entraînent un épaississement vertical : la partie qui monte à l’air libre forme les montagnes, et une partie encore plus grande est enfoncée dans la Terre et devient la racine du massif. »
Et l’échelle à laquelle cela s’est produit devait être titanesque. « Si tu trouves l’Himalaya impressionnant, résultat de la collision de l’Inde avec l’Eurasie, imagine ce qu’il se passe quand deux continents entiers entrent en collision. » À la fin du Carbonifère, il y a environ 300 millions d’années, l’orogenèse varisque atteint son apogée. Elle forme alors une chaîne de montagnes d’environ 5 000 kilomètres de long. À l’ouest, on en retrouve les vestiges dans les Appalaches et à l’est, dans l’Oural. Et au centre de l’Europe : le Massif central, le Massif armoricain, les Vosges, la Forêt-Noire, le Massif bohémien, la Sardaigne, la Corse, le Harz, l’Eifel, et pratiquement toute la péninsule Ibérique…
Et chez nous ? « Dans l’histoire géologique, nous avons souvent été un pays de bordure, vulnérable aux déchirures et aux collisions. Et durant le Carbonifère, nous nous trouvons à la limite sud de Laurussia, exactement dans la ligne de mire du Gondwana. Nous sommes littéralement sur la ligne d’impact. »
Il y a 300 millions d’années. La seconde grande orogenèse est accomplie. La chaîne de montagnes varisque s’étend des Appalaches, traverse des massifs européens tels que le Massif central, les Vosges et les Ardennes, et se prolonge jusqu’à l’Oural.
Il y a 300 millions d’années. La seconde grande orogenèse est accomplie. La chaîne de montagnes varisque s’étend des Appalaches, traverse des massifs européens tels que le Massif central, les Vosges et les Ardennes, et se prolonge jusqu’à l’Oural.
Sur le bord nord du Gondwana, sur la “zone tampon”, se trouvent la France et l’Allemagne du Sud (et pour ceux qui se le demandent : le nord de la France et le nord de l’Allemagne faisaient déjà partie de notre continent, depuis l’époque où nous étions Avalonia il y a 480 millions d’années). Les dégâts causés par la collision sont considérables. « Les vestiges de nos plus anciennes montagnes — issues de l’orogenèse calédonienne — sont arrachés de leurs racines et réintégrés dans le nouveau massif, plus élevé, que sont en train de devenir les Ardennes. Les couches calcaires se fracturent et sont parfois littéralement retournées : les couches les plus jeunes en bas, les plus anciennes au‑dessus. Et les bassins houillers se plissent. »
Pourquoi la Flandre est plate et la Wallonie vallonnée ? Le Massif du Brabant — la chaîne montagneuse qui forme le socle sous la Flandre — est resté rigide lors du paroxysme de l’orogenèse varisque (à partir de 305 millions d’années). Il a protégé la Flandre des grands plissements, tandis que la Wallonie acquérait un relief en « accordéon ». La limite coïncide par hasard avec la frontière linguistique : la faille du Midi. (Figure : Léon Dejonghe)
Pourquoi la Flandre est plate et la Wallonie vallonnée ? Le Massif du Brabant — la chaîne montagneuse qui forme le socle sous la Flandre — est resté rigide lors du paroxysme de l’orogenèse varisque (à partir de 305 millions d’années). Il a protégé la Flandre des grands plissements, tandis que la Wallonie acquérait un relief en « accordéon ». La limite coïncide par hasard avec la frontière linguistique : la faille du Midi. (Figure : Léon Dejonghe)
Ensuite, la déformation se heurte en Belgique à un bloc inébranlable : le Massif du Brabant. Aux environs de notre frontière linguistique apparaît ainsi une longue faille de chevauchement : la Faille du Midi. Le terrain méridional se plisse comme un accordéon contre le Massif du Brabant. On peut sentir ce motif ondulé en roulant dans le Condroz, entre Namur et Dinant : une succession de sept crêtes.
Le Massif du Brabant, qui a joué le rôle d’amortisseur de choc, explique pourquoi la Flandre est si plate, tandis que la Wallonie est plissée et irrégulière.
L’inébranlable Massif du Brabant a protégé la Flandre des plissements. La Wallonie est devenue un accordéon…
Cela se remarquait aussi dans les mines de charbon : en Limbourg, les veines présentaient une faible pente, alors que les ingénieurs wallons pestaient souvent, leurs couches étant fortement plissées.
L’orogenèse varisque est un événement mondial : elle rassemble toute la planète en un seul supercontinent, la Pangée. Et cela change complètement la donne : les grands continents non fragmentés par des mers deviennent en général plus secs. Heureusement pour eux, les plantes à graines nues et les premiers reptiles disposaient déjà de plusieurs adaptations efficaces. Et cela allait, pour eux, faire toute la différence.
André Dumont découvre du charbon dans le Limbourg
André Dumont, professeur d’ingénierie minière à la KU Leuven, a affirmé pendant vingt ans que le sous-sol des Campines limbourgeoises recelait du charbon. Son hypothèse s’appuyait sur un rapport rédigé en 1876 par son ancien professeur, Guillaume Lambert, dans lequel celui‑ci soutenait l’existence d’un bassin houiller septentrional s’étendant de la Westphalie allemande jusqu’à l’Angleterre, avec son cœur en Limbourg belge.
Cette hypothèse fut accueillie avec scepticisme, mais Dumont s’entêta. Et son obstination finit par être contagieuse : en 1896, l’un de ses anciens étudiants fonda une société qui parvint à réunir 180 000 francs afin de financer un forage d’essai à Elen. Le percement commença à la fin de 1898, mais après près de deux ans de travaux, l’équipe atteignit à 800 mètres de profondeur des « roches rouges ». Le charbon se trouvait plus bas encore mais les fonds étaient épuisés.
En mai 1901, une nouvelle société fut créée. Les forages reprirent dans la commune d’As. Le 2 août, alors que Dumont suivait une cure avec son épouse à Spa, il reçut un télégramme : du charbon avait été découvert à 541 mètres de profondeur.
« Je le savais », répondit‑il laconiquement. Sur le trajet en train vers As, il ne parvint pourtant pas à se taire, et la nouvelle se répandit aussitôt. Ce fut le début d’une véritable « ruée vers le charbon ». Dans une zone de 50 km sur 8, des gisements furent mis en évidence. Sept sociétés obtinrent une concession minière : à Beringen, Waterschei, Winterslag, Zwartberg, Houthalen, Zolder et Eisden.
Dumont devint administrateur de la mine qui porta son nom, à Waterschei. Mais il n’en verra jamais l’ouverture. Retardée par la Première Guerre mondiale, l’exploitation n’y commença qu’en 1924, quatre ans après sa mort. La première mine limbourgeoise à entrer en activité fut celle de Winterslag (aujourd’hui C‑Mine), dès 1917.
Des tueurs silencieux… et moins silencieux
Les mineurs avaient deux ennemis mortels. L’un frappait en un éclair, l’autre détruisait lentement, de l’intérieur, pendant des années.
Le coup de grisou était de loin le plus redouté. Le grisou est un gaz de mine incolore et inodore : un mélange de méthane, emprisonné dans les couches de charbon, et d’oxygène. Dès que sa concentration dépasse cinq pour cent et qu’une flamme est allumée, une explosion se produit. Rien qu’en Belgique, ce gaz a fait plus de 360 victimes officiellement recensées.
Pour détecter ce danger invisible, les mineurs emmenaient d’abord des canaris avec eux dans les profondeurs. Les oiseaux ressentent les hausses de concentration en gaz avant les humains et deviennent nerveux. Canari agité ? On évacue ! Plus tard apparurent des lampes de mineur spéciales, dont la couleur de la flamme révélait la présence et la quantité de gaz. Puis vinrent, plus tard encore, des instruments capables de mesurer directement la concentration du mélange gazeux.
Mais avant les détecteurs, les lampes et les canaris, existait une méthode plus sinistre. Un ouvrier, enveloppé dans une couverture mouillée ou une robe de moine, rampait dans les galeries avec une torche enflammée levée au‑dessus de la tête. Si du grisou s’était accumulé au plafond, il s’enflammait — ou explosait — avec l’homme juste en dessous.
Ces tâches étaient exécutées en échange d’une prime. Selon certaines sources, des prisonniers auraient même été envoyés dans les galeries, en échange d’une réduction de peine.
Ceux qui échappaient à un coup de grisou n’échappaient pas à la poussière. L’anthracose correspond à l’inhalation de poussière de charbon dans les poumons ; la silicose, à celle de fines particules de quartz issues des roches environnantes. Cette dernière était la plus grave : les lésions pulmonaires continuaient à s’aggraver, même longtemps après l’arrêt du travail sous terre.
La capacité pulmonaire diminuait année après année, comme une ceinture que l’on resserre trou après trou. Des dizaines de milliers de mineurs sont morts d’anthracose et de silicose.
Photo : L'ancien mineur Wilfried Dekinder montre sa lampe de mineur, dont la taille de la flamme indiquait la quantité de grisou. (Photo : Reinout Verbeke)
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 Michiel Dusar et Bernard Mottequin (Institut des Sciences naturelles) 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 Florent Mages pour la traduction
- À Erik Van de gehuchte pour le focus stacking de plantes et d’animaux fossiles du Carbonifère
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