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Bassin parisien : la mémoire des sables

Des milliers de dents de poissons, de requins, des centaines de coquillages et même quelques restes de mammifères : à l'époque où l'Île-de-France était sous la mer, il y a environ 30 millions d'années, une grande diversité d'espèces peuplait les eaux de Vayres-sur-Essonne. Un exceptionnel gisement fossilifère en témoigne.

Dents de CarchariasPlusieurs milliers de fossiles de poissons, notamment raies et requins, ont été trouvés. Ici, des dents de Carcharias, sorte de requin taureau actuel.
© Philippe Viette

Les géologues savent depuis longtemps que les paysages du bassin parisien sont l’héritage d’une longue histoire géologique. Un des faits les plus marquants de cette histoire est celui de la présence de la mer, il y a environ 30 millions d’années. Nous sommes à l'ère tertiaire, à l'Oligocène (-34 à -24 millions d'années) et plus exactement dans l’étage géologique appelé "Stampien" (-33,9 à -28,4 millions d'années) qui tient son nom de la ville d’Etampes (Stampae). Pendant ce laps de temps, la mer, puis des lagunes et enfin un lac déposent une importante épaisseur de sédiments. Ceux-ci sont particulièrement bien représentés en Essonne comme l’avait remarqué en 1852, le naturaliste Alcide d'Orbigny : "Nous avions pensé à le nommer Stampien, les environs d'Étampes en montrant le plus beau type français."

Pour les paléontologues, cet étage géologique est particulièrement intéressant, car de nombreux affleurements sont fossilifères. Mais jusqu’à présent, ce sont surtout des invertébrés marins, principalement des coquillages, qui avaient été mis au jour. Un gisement de vertébrés fossiles d'une richesse incroyable découvert en juin 2000, puis analysé par une équipe de chercheurs, nous en apprend beaucoup plus sur cette vie marine cachée. Il se situe précisément dans un niveau stratigraphique appelé "Sables à galets d’Étrechy", daté d’il y a 31 millions d’années.

Situé à proximité de Vayres-sur-Essonne, le site témoigne d'une grande biodiversité passée. Il se caractérise par une concentration de restes de vertébrés marins, mais aussi terrestres, inégalée en Europe septentrionale. De précieuses informations sur l’environnement de fossilisation et donc sur les paysages de l’époque ont ainsi été collectées à cette occasion. Ces informations sur les écosystèmes et le climat du passé permettent aux scientifiques de mieux comprendre l’évolution de la biodiversité jusqu’à maintenant.

Afin d’associer un large public à cette aventure scientifique, le Conservatoire départemental des Espaces naturels sensibles, le Muséum national d’Histoire naturelle et le cabinet In Situ ont conçu une exposition* itinérante intitulée "La mémoire des sables". Son objectif : Retracer le cheminement scientifique menant de la fouille à l’identification des fossiles jusqu’à la reconstitution des mondes anciens.


* La mémoire des sables, du 11 novembre au 26 mai 2007. Domaine de Montauger. Route départementale n° 153, entre Lisses et Mennecy. Entrée libre. Ouverture les mercredis, samedis et dimanches de 10 h à 17 h jusqu’au 19 mars, et de 10 h à 18 h à partir du 20 mars.
Informations pratiques : www.essonne.fr.
Téléphone : 01 60 91 97 34.

01.Une découverte exceptionnelle

Vue d’ensemble de la carrière de la Roche-CasséeLa carrière de la Roche-Cassée, à Vayres-sur-Essonne, où un important gisement de fossiles datant du Stampien a été découvert.
© Jean-Paul Baut
De la chance, de la curiosité mais surtout de la perspicacité. Voilà ce qui permet, en juin 2000, de mettre au jour un gisement fossilifère à l’ouest du village de Vayres-sur-Essonne. On doit la découverte des premiers fossiles à Vincent Taillebuis, le chef de la carrière de la Roche cassée (Société des Carrières Bannost-Villegagnon). À l'époque, il observe des affleurements fossilifères. Intrigué, il décide, sur les conseils de Daniel Arambol, un ornithologue qui fréquente depuis plusieurs années cette carrière, de contacter la communauté scientifique.

C’est ainsi que Philippe Viette, spécialiste du patrimoine géologique, et Didier Merle, docteur en paléontologie, se rendent sur place. Après quelques observations de terrain, leur doute laisse place à un grand enthousiasme. "Nous nous trouvions face à un site d’une richesse incroyable, et dont les fossiles présentaient une qualité de conservation inespérée, explique Philippe Viette. Ce qui était pour le moins inattendu." Et pour cause. Le sous-sol immédiat du Sud de l’Essonne, constitué de couches géologiques du Stampien, et couvrant une période allant de 33,9 Ma (Millions d’années) à 28,4 Ma, n’avait jusqu’ici jamais révélé de gisements fossilifères livrant une moisson aussi abondante. Seulement trois autres gisements d’importance ont été mis en évidence dans la région en plus d’un siècle : La Ferté-Alais (en 1867), Étampes (en 1968) et Itteville (en 1983).
En France, d'autres gisements de l’époque stampienne ont livré des restes de vertébrés marins, et plus rarement continentaux : le Sud-Ouest et le Sud-Est (Landes et Vaucluse) ainsi que l'Est (Territoire de Belfort). Bien que localement très riches, ces zones sont loin d'atteindre la densité de restes rencontrés à Vayres-sur-Essonne. Enfin, des gisements situés notamment en Europe (Belgique, Allemagne, Kazakhstan) mais également aux USA, livrent aussi des restes de vertébrés marins.

Débute alors une course contre la montre. Car, contrairement aux vestiges archéologiques, les fossiles ne bénéficient pas de mesures systématiques de protection. Tandis que l’exploitation de la carrière doit se poursuivre pour des raisons économiques évidentes, et afin d’éviter la destruction du site, une équipe pluridisciplinaire se constitue pour mettre en place une fouille de sauvetage. Le groupe se compose notamment de Philippe Viette, Daniel Arambol, Didier Merle et Jean-Paul Baut, spécialiste des poissons fossiles. Au total, c'est une douzaine de scientifiques qui s’affairent sur le site, dans le plus grand secret, pour éviter les pillages. De son côté, l’exploitant de la carrière décide de suspendre momentanément l’extraction sur la zone concernée, et apporte même son soutien logistique.

Vue du chantier de fouilles de Vayres-sur-EssonneLes fouilles ont duré six mois. Elles ont permis de découvrir des fossiles d’animaux marins datant d’il y a 28 à 33 millions d’années environ.
© Jean-Paul Baut
Suivent six mois de fouille, au cours desquels un lit situé à plus de 25 m sous la surface naturelle, d’une épaisseur de 20 à 40 cm de sables, et s’étendant sur une surface de 600 à 700 m², est dégagé. Les sédiments sont systématiquement lavés et tamisés afin de récolter les plus petits fossiles. Une personne fouille alors au plus une surface de 1 à 2 m² par jour seulement. "Cette tâche peut paraître ingrate, mais pour nous qui étions passionnés, l’exaltation était notre lot quotidien, assure Philippe Viette. Seule l’incroyable quantité de fossiles ralentissait notre tâche, alors qu’habituellement le travail consiste plutôt à chercher une aiguille dans une botte de foin."

Dès les premières prospections, le gisement livre en effet un grand nombre de fossiles d’une exceptionnelle qualité de conservation. Des dents de requins mais aussi, chose plus rare, des fragments de carapaces de tortues, des dents de mammifères terrestres et même des ossements d’oiseaux sont ainsi récupérés. "C’est la première fois qu’un site stampien nous livre les vestiges d’une faune de vertébrés aussi diversifiée", souligne Didier Merle. En avril 2001 tout le matériel est récupéré. Après un premier tri visuel, les fossiles sont ensuite conditionnés puis envoyés aux spécialistes de chaque groupe zoologique, notamment au Muséum national d’Histoire naturelle et au CNRS (Centre national de la recherche scientifique). La seconde étape sera l’analyse anatomique des restes fossiles.

02.Fossiles, mémoire de la biodiversité

Côte et vertèbre d’HalitheriumEléments fossiles d’Halithérium, un animal qui s’apparente au dugong actuel, sorte de lamentin.
© Jean-Paul Baut
La fossilisation est un phénomène rare. La plupart du temps, les restes d’un animal ou d’un végétal sont rapidement détruits par oxydation, mais dans certains cas, des circonstances particulières permettent leur conservation pour les millions d'années à suivre. La condition majeure est la présence ou l’absence d'un squelette. Les tissus mous, pour leur part, sont rarement conservés, c’est pourquoi l’ossature des requins, des raies et de certains poissons, formée de cartilages, ne se fossilise pratiquement jamais. Heureusement, il reste les dents. "Un enfouissement rapide des organismes au cours de la sédimentation joue aussi un rôle très important dans la fossilisation", explique Didier Merle.

Des sables de Vayres-sur-Essonne, ce sont ainsi plusieurs centaines de milliers dents de vertébrés marins qui ont été extraites. Elles témoignent d’une diversité de la vie passée méconnue jusqu’à ce jour dans la région. À commencer par les requins. Au vu des analyses, le cortège de prédateurs ne comptait pas moins de dix-neuf espèces différentes ! On y découvre les formes ancestrales de redoutables prédateurs tels que les requins blancs et les requins tigres, mais aussi du grand requin pèlerin, des requins de sable, des roussettes (une sorte de petit requin), des raies armées d'un aiguillon et des chimères de mer (poissons préférant les eaux profondes et appartenant à la même classe que les raies et requins) pour ne citer qu’eux. La gamme de taille s’échelonne depuis un petit squale de moins d’un mètre jusqu’à un grand requin de 10-12 mètres. "Une telle diversité de sélaciens (le terme scientifique pour requins) n’a aujourd’hui d’équivalent qu’en de rares endroits du monde actuel : la Grande barrière récifale en Australie et les îles Cocos au large de l’Indonésie, explique Jean-Paul Baut. Si la diversité d'espèces est comparable, seules certaines d'entres elles sont communes à celles que l'on trouvait au Stampien."

Le nombre d’espèces de poissons osseux est remarquable. Leur inventaire, bien qu’inachevé, permet déjà d’attester l’existence de formes apparentées aux thons et aux barracudas pour les grands poissons, mais aussi de petites espèces vivant dans les herbiers sous-marins, tels que les dorades ou les poissons-hérissons. Une dizaine de formes de poissons osseux ont été identifiées, dont la plupart sont inédites dans le bassin de Paris à cette époque. Les mammifères marins sont également bien représentés par de nombreuses côtes et vertèbres d’Halitherium. Ce sirénien fossile s’apparente au dugong actuel, un paisible herbivore marin au corps fuselé, voisin du lamantin, vivant sur les littoraux de l'océan Indien et de l'océan Pacifique ouest. Alors qu’aucun vestige de tortue n’avait été découvert dans le Stampien, les chercheurs ont eu la surprise d’identifier les restes de trois espèces. Les fouilles ont également permis de découvrir de rares restes d’oiseaux et de mammifères terrestres. Les fragments retrouvés appartiennent à Bachitherium proche du Chevrotain malais actuel, un ruminant primitif sans bois ni cornes et à Anthracotherium, un gros mammifère dont la taille et le mode de vie amphibie rappelle ceux de l’hippopotame.

Comment de simples fragments de squelettes incomplets ont-ils permis de mettre en évidence une vie aussi foisonnante ? "En s’aidant du travail de nos prédécesseurs", indique Didier Merle. Les naturalistes décrivent en effet les fossiles depuis le début du XIXe siècle, selon la nomenclature linnéenne. Au XVIIIe siècle, Carl von Linné met au point son système qui permet de dénommer avec précision toutes les espèces animales et végétales, grâce à une combinaison de deux noms latins (le binôme), qui comprend un nom de genre et une épithète, celle de l'espèce (ex. : Homo sapiens). Cela évite de recourir aux noms vernaculaires qui diffèrent d'un pays à l'autre, voire d'une région à l'autre. Un immense catalogue s’est ainsi constitué au cours du temps. Pour identifier les espèces d’un gisement, les paléontologues doivent donc se référer à la littérature scientifique, mais aussi effectuer des comparaisons anatomiques avec d’autres fossiles des collections existantes.

Déterminer l'espèce associée à une dent isolée n'est pas une mince affaire. "Il existe une grande disparité de formes de dents dans les mâchoires de requins et de nombreuses espèces sont voisines, ce qui nous oblige à faire certaines projections, explique Jean-Paul Baut. À Vayres, le stock a toutefois permis de réduire cette incertitude. Plus l'échantillon est grand, plus nous sommes capables de reconstituer les variations à l'intérieur d'une même espèce, tels que l'âge ou une malformation. C'est essentiel pour ne pas s'égarer sur de mauvaises pistes."
Échelle stratigraphiqueÉchelle stratigraphique. Celle-ci représente les différents temps géologiques de la Terre, et est subdivisée en ères (précambrienne, primaire, secondaire et tertiaire), puis en périodes, en sous-périodes et enfin en étages. Ici centrée sur l’ère tertiaire.
© Benjamin Turquier / Conseil général de l’Essonne

Les chercheurs s’interrogent également sur les conditions particulières qui ont pu donner naissance à un gisement aussi exceptionnel. Une crise à l’échelle du bassin (modification brutale de l'environnement par exemple), pourrait être à l’origine d’une extinction des espèces locales.

03.Imaginer les paysages du Stampien

AnthracothériumReconstitution d’un Anthracotherium grandeur nature. Les fossiles de ce mammifère amphibie indiquent bien la présence de zones humides dans cette région de l’Essonne.
© Philippe Viette
Il y a 31 millions d’années dans le bassin parisien. La température de l'air, humide, avoisine les 20 °C. La mer s’étale vers le Sud de l’Île-de-France, déposant sur le littoral des sables grossiers et des galets. Sur la plage, une tortue marine se déplace lentement. Deux oiseaux marins, sorte de pétrels ou d’albatros, planent. C’est la saison où les jeunes prennent leur envol. Encore maladroits, ils se posent sur l’eau quand soudain, l’un d’eux est happé par un requin tigre (Galeocerdo). À quelques centaines de mètres, dans les terres, un "ancêtre" de l’hippopotame se prélasse dans les marais sous la frondaison de grands cyprès.

Pour les paléontologues, faire revivre le paléomilieu est toujours un exercice délicat, mais ils disposent d’un certain nombre d’indices. Les fossiles ne sont en effet que la "partie visible" de l’écosystème marin disparu, les autres organismes étant invisibles car non fossilisés. Dans l’optique de reconstituer l’écosystème de l’époque, les paléontologues se livrent par conséquent au jeu de la comparaison avec les organismes actuels proches.

Ainsi, la présence d’un grand nombre de requins renseigne sur l’extraordinaire richesse du milieu marin qui régnait à tous les étages de la chaîne alimentaire. Ces derniers ayant assez peu évolué depuis le Stampien, leurs descendants actuels, parfois très semblables, possèdent une morphologie similaire. Cinq types de "profil dentaire" ont ainsi été reconnus chez les requins. Certains avaient une alimentation très spécialisée composée de planctons, comme le Cetorhinus, ou au contraire très diversifiée comme le Galeocerdo. Les nombreux restes de raies et de dorades indiquent pour leur part une abondance de coquillages et de crustacés, dont elles se nourrissent.

La comparaison avec les modes de vie des espèces actuelles permet également de reconstituer l’habitat d’origine des espèces découvertes à Vayres-sur-Essonne. On sait qu’elles sont caractéristiques d’eaux tempérées chaudes, peu profondes et bien oxygénées, dont le fond est couvert d’herbiers. L’identification du milieu côtier, entre terre et eau, est plus difficile. Puisque oiseaux marins et tortues ont fréquenté cet espace littoral, on imagine une plage sableuse, un cordon dunaire. La vingtaine de fossiles d’animaux terrestres apporte quant à elle de précieuses indications sur l’environnement continental qui existait non loin du littoral. La présence d’Anthracotherium, mammifère amphibie morphologiquement proche d'un hippopotame, et de tortues d’eau douce indiquent par exemple la présence de zones humides (marécages, lacs). Enfin, l’identification d’un fragment de bois fossilisé proche des cyprès chauves actuels renforce l’hypothèse d’un milieu boisé inondé.

Pour ceux qui s’intéressent aux mondes disparus, ce flash-back incite bien évidemment à la rêverie. Pour le scientifique, il s’avère très utile pour comprendre l’évolution de la biodiversité jusqu’à maintenant. L'histoire de la vie sur Terre montre en effet une succession d'espèces fossiles qui évoluent ou disparaissent au gré des événements globaux (tectoniques, climatiques…). "Si l’on veut être en mesure d’interpréter correctement l’incidence du réchauffement climatique sur la biodiversité, nous devons nous référer aux événements du passé qui apportent une documentation sur ce thème, assure Didier Merle. En cela, les paléontologues et les géologues ont le recul nécessaire, car ils travaillent sur une longue échelle de temps."

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