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Le synchrotron dévoile 350 fossiles piégés depuis cent millions d'années

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Le rayonnement X puissant et pur de l'ESRF, associé à deux techniques de microscopie, a fourni de magnifiques images en trois dimensions de minuscules animaux inclus dans de l'ambre opaque depuis cent millions d'années.

Cette guêpe a volé il y a cent millions d'années. © M. Lak, P. Tafforeau, D. Néraudeau (ESRF Grenoble et UMR CNRS 6118 Rennes)

De 640 morceaux d'ambre provenant d'un gisement charentais, des scientifiques ont pu repérer 356 petits animaux et en tirer de superbes représentations en 3D qui serviront à les étudier de près. Mais pour l'essentiel (80 %), l'ambre de cette région est opaque, car cette résine fossilisée, bonne pourvoyeuse de restes d'animaux, n'est pas toujours cette belle matière translucide couleur de miel...

Pour parvenir à explorer leurs morceaux d'ambre opaque sans les détruire, Malvina Lak, Paul Tafforeau, et leurs collègues (Laboratoire Géosciences Rennes, de l'ESRF de Grenoble, Muséum national d'histoire naturelle de Paris et Museum für Naturkunde der Humboldt de Berlin) ont fait appel à trois techniques des plus sophistiquées.

Ils ont tout d'abord utilisé le synchrotron de Grenoble, l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Greffé sur un anneau de stockage de particules accélérées, cet instrument en récupère le rayonnement dit synchrotron. Considéré comme une inutile perte d'énergie au début des accélérateurs de particules, ce rayonnement a depuis trouvé de nombreuses applications. Il est puissant et son spectre de fréquences parfaitement déterminé. Celui de l'ESRF est surtout composé de rayons X, d'une énergie 1012 fois plus élevée que celle des instruments de radiographie médicale. Des scientifiques de toutes disciplines, de la biologie aux technologies, viennent du monde entier pour y sonder leurs échantillons.

Trois images d'animaux inclus dans l'ambre opaque de Charente. A : un myriapode (Polyxenida sp.) ; B : deux blattes, l'une adulte, l'autre jeune ; C : un coléoptere (Elateroidea) © M. Lak, P. Tafforeau, D. Néraudeau (ESRF Grenoble et UMR CNRS 6118 Rennes)

Des fossiles révélés par un scanner

Son utilisation en paléontologie n'est pas une nouveauté. A l'ESRF, notamment, le Britannique David Penney a étudié une araignée fossile incluse dans de l'ambre. On avait parlé à l'époque d'une dissection numérique car ce chercheur avait complété son observation d'une analyse par tomographie. Comme dans un scanner médical, la source de rayons X pivote par rapport à l'objet (ici c'est l'échantillon qui tourne). On obtient ainsi une succession d'images en deux dimensions grâce auxquelles un logiciel informatique construit une reconstitution en trois dimensions.

L'équipe de Malvina Lak a elle aussi utilisé cette recette mais en l'améliorant, d'abord par une astuce. Les morceaux d'ambre n'étaient pas lisses comme des galets, présentant au contraire de nombreux défauts de surface, qui perturbent beaucoup le trajet des rayons X.  Les scientifiques ont eu l'idée d'effectuer la radiographique sur l'ambre plongée dans l'eau. Les deux ont en effet des indices de réfraction très voisins et les déformations de surface s'estompent.

A la recette de la tomographie sur du rayonnement synchrotron, l'équipe a aussi ajouté un ingrédient supplémentaire : le contraste de phase. Cette technique est née en microscopie optique et permet d'augmenter considérablement le contraste en tirant profit des décalages en phase des ondes lumineuses traversant l'objet observé en différents endroits. L'effet est saisissant. Sans coloration préalable, une coupe fine de matière organique, installée entre lame et lamelle, apparaît à peu près transparente au microscope classique alors que le contraste de phase en révèle toute la structure.

En haut (a), des pièces d'ambre opaque. Les deux images montrent des microradiographies par simple imagerie d'absorption (b) et par contraste de phase (c). La seconde révèle, à droite et à gauche, les silhouettes de deux insectes.© M. Lak, P. Tafforeau, D. Néraudeau (ESRF Grenoble et UMR CNRS 6118 Rennes)

Un travail qui ouvre de nouveaux gisements aux paléontologues

La technique est transposable aux rayons X et le gain considérable, comme en témoignent les superbes images obtenues par l'équipe. On y voit beaucoup d'arthropodes (insectes, arachnides et acariens) mais aussi des gastéropodes, des annélides (vers) et des restes végétaux. Ces êtres vivaient durant l'Albien terminal, soit environ cent millions d'années, en plein milieu du Crétacé. Le plus discret est un acarien de 0,8 mm et le plus grand une guêpe de 4 mm. « La petite taille des organismes est probablement due au fait que les animaux plus gros ont été capables de s'échapper de la résine plus facilement, alors que les plus petits sont restés piégés » explique Malvina Lak dans le communiqué de l'INSU.

Ce beau travail technique est maintenant passé dans le champ d'une science plus classique : la moitié des animaux attendent encore d'être classés dans des familles et nombre d'espèces sont inconnues. Il ouvre également des perspectives pour les paléontologues. L'ambre opaque, jusque-là délaissée, devient ainsi une nouvelle source de fossiles et de nombreux gisements peuvent désormais être exploités en prenant le chemin d'un synchrotron.

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