Végétaux fossiles de la Vanoise et métamorphisme alpin

[Théophraste]

Pourquoi des végétaux fossiles de la Vanoise n'ont-ils pas été détruits par le métamorphisme alpin ?

C'est en combinant différentes méthodes analytiques de pointe de la chimie organique et de la minéralogie que des chercheurs de l'Institut de minéralogie et de physique des milieux condensés (CNRS-INSU-INP, Universités Paris 6 & 7, IPGP) ont reconstitué le scénario des transformations chimiques qui ont permis à des débris de végétaux fossiles, vieux de 225 millions d'années, de résister à un enfouissement jusqu'à 40 km de profondeur lors de la formation des Alpes. La matière organique a joué le rôle essentiel de catalyseur. Cette étude est parue récemment dans Geochimica and cosmochimica acta.

Les fragments de végétaux vasculaires faisant l'objet de cette étude appartiennent à des roches métamorphiques carbonatées venant du massif de la Vanoise (Alpes françaises). Les calcaires qui les contiennent, datant de 225 millions d'années (Trias supérieur), se sont formés dans l'environnement lacustre d'un karst bauxitique. Les minéraux qui constituent ces roches révèlent un parcours géologique impressionnant associé à l'histoire même de la formation des Alpes. En effet, la convergence des plaques tectoniques (Eurasie et Afrique) a été marquée il y a une trentaine de millions d'années par une subduction (la plaque européenne plongeant sous la plaque Apulienne) qui a emporté les carbonates et les débris de plantes qu'ils contenaient jusqu'à 40 km de profondeur. Ils ont été alors soumis à des pressions de 12 à 14 kbars et une température de 360 °C. Après cet épisode, les roches sont remontées en surface, en moins de 15 millions d'années, et se sont refroidies au rythme de 10°C/km. On aurait pu s'attendre à ce que ces débris soient complètement détruits sous les effets conjugués de la pression, de la température et de la déformation. Or, des débris organiques ont été préservés dans la roche qui contient encore 3% de matière organique sous la forme de spores (qui permettent la dissémination chez les végétaux) et de tissus vasculaires, (impliqués dans le transport de la sève). Que s'est-il passé ?

Les chercheurs de l'équipe ont montré que ces plantes fossiles ont dans un premier temps subi une pyritisation partielle (transformation en sulfure de fer) lié à une activité bactérienne qui produit des sulfures à partir des sulfates du milieu environnant tout en dégradant du carbone organique (processus de sulfato-réduction). Cette transformation peut expliquer que la plante devienne chimiquement et mécaniquement plus résistante aussi bien aux élévations de température que de pression. Les compositions chimique et minéralogique des tissus vasculaires et des spores formées par ces plantes ont été analysées et étudiées jusqu'à l'échelle nanométrique en combinant la microspectroscopie Raman, la microscopie X en transmission (STXM) et la microscopie électronique en transmission (MET), ce qui a permis de comparer le contenu des spores et des tissus vasculaires fossiles durant la diagenèse et le métamorphisme qui a suivi.

Le scénario s'est déroulé en trois temps. En premier lieu, les molécules composant les tissus vasculaires ont subi une biodégradation intense durant les premiers stades de la diagenèse alors que celles composant les parois des spores ont été en partie préservées du fait de leur plus grande résistance chimique. Durant ce stade, les fortes concentrations de fer réactif ont permis la précipitation de divers minéraux (ankérite, magnétite, pyrite) fossilisant les tissus des plantes et remplaçant localement la cellulose des parois des cellules. Une précipitation massive de cristaux de calcite a conduit à la formation de concrétions qui ont emprisonné les tissus vasculaires et les spores. L'activité bactérienne a été prédominante au cours de ce processus et a eu pour résultat, d'augmenter la résistance mécanique des plantes permettant ainsi leur préservation morphologique et structurale au cours de leur enfouissement.

Dans un second temps, sous l'effet de l'augmentation de la température et de la pression, et sous l'effet catalytique de la dégradation de la matière organique, la pyrite et la magnétite ont réagi pour donner de la pyrrhotite, un minéral de sulfure de fer de plus haute température. Enfin dans un troisième temps, la pression et la température continuant d'augmenter, et toujours sous l'effet catalytique de la matière organique, une magnétite de seconde génération est apparue. Toutes ces phases minérales ont joué un rôle dans la préservation des fragments végétaux au cours de leur voyage à 40 km de profondeur.

Cette étude montre l'importance de l'enrichissement en fer réactif dans le milieu de dépôt de ces calcaires de la Vanoise, mais surtout le rôle de la matière organique qui tout au long des processus qui se sont succédés au cours de ces 225 millions d'années a été un catalyseur. La plupart des réactions chimiques à l'origine de la précipitation des carbonates et responsables de la transformation des minéraux au cours du métamorphisme ont impliqué la dégradation bactérienne puis thermique de la matière organique. Ce rôle de la matière organique dans l'évolution diagénétique et métamorphique de ces objets n'aurait pas pu être observé ni compris sans le couplage des outils de microscopie et de spectroscopie qui constituent les techniques de pointe de la minéralogie. Une nouvelle voie s'ouvre ainsi dans l'étude des processus de fossilisation en général.

Source

Multiscale characterization of pyritized plant tissues in blueschist facies metamorphic rocks, Sylvain Bernard a,b,c, Karim Benzerara b,*, Olivier Beyssac b, Gordon E. Brown Jr. d,e - Geochimica et Cosmochimica Acta 74 (2010) 5054-5068.

[1GM]

Heu, c'est pas illégal de ramasser une pierre ( quelle contienne un fossile, un cristal ou pas ) dans le Parc de la Vanoise ?

Ils ont fait comment pour obtenir leurs échantillons ? Joué à cache cache avec les gardes du Parc ? Obtenu une autorisation ( ce qui est théoriquement impossible ) ? ou alors ils ont ramassé des pierres qui sont passé de l'autre coté des limites du parc par l'opération du Saint Esprit?

Sinon sur le fond c'est intéressant.

[Théophraste]

Et bien ces universitaires ont sollicité une permission aux gestionnaires du parc afin de pouvoir effectuer leur recherche et ensuite publier, tout simplement...

[Théophraste]

up!