Discipline utilisée en Paléontologie

La taphonomie

La taphonomie, une discipline utilisée en Paléontologie, consiste à prêter attention aux détails qui peuvent fournir des indications sur les phénomènes post mortem jusqu’à l’affleurement du spécimen fossile. Par définition, c’est l’étude du passage d’un organisme mort aux processus de conservation dans le monde minéral. Ces processus déterminent quelles parties ou traces de l’organisme seront conservées. L’essentiel de la taphonomie est d’étudier les facteurs de ce mécanisme. Cette discipline a été introduite par Efremov en 1940. Les études taphonomiques analysent le transfert des matériels biologiques depuis leur mort à leur incorporation dans les dépôts sédimentaires. La « Biostratonomie » de Weigelt et la « Taphonomie » d’Efremov sont 17 deux termes souvent confondus car elles etudient toutes les deux les facteurs de préservation des populations jusqu’à leur état fossile ainsi que la genèse des dépôts fossilifères en général (Behrensmeyer & Phill, 1980 ; Boessenecker W. et al. 2014).

L’exoscopie

L’exoscopie ou micromorphologie de la surface d’un objet, se base sur l’observation et l’analyse des images à très hautes résolutions prises avec le MEB. Le principe du MEB est à la base, un faisceau d’électrons focalisé et dévié à travers des lentilles. Ce faisceau balaie la surface de l’échantillon. L’interaction électrons -matière donne naissance, aux émissions d’électrons secondaires, d’électrons électro-diffus, d’électrons transmis, de photons lumineux et de rayons X. L’exploitation de ces émissions permet de restituer l’image morphologique de l’échantillon et d’en fournir l’analyse chimique élémentaire par l’EDS. Grace aux détails offerts par le MEB, il est possible de scruter les microstructures qui sont enregistrées sur la surface des spécimens. Ces détails peuvent être d’une importance capitale car ils représentent l’enregistrement, à l’échelle microscopique, des évènements subis par le spécimen. L’exoscopie est surtout utilisée en sédimentologie et principalement sur les grains de quartz (Hossain et al., 2014 ; Costa et al., 2012 ; Mahaney 2002). Elle trouve aussi son application dans de nombreux domaines tels l’étude de la vélocité de l’air par comparaison avec des abrasions expérimentales avec du sable d’origine éolienne, la « forensic geology », la détermination des « micro-corrélations » avec des aires géographiques éloignées, en archéologie, etc… (Mahaney, 2002)

L’exoscopie des grains de sable

Observer l’aspect extérieur des grains de sable par la morphoscopie et l’exoscopie, ainsi que les inclusions conservées dans les grains par l’endoscopie, sont les principales méthodes utilisées pour retracer les évènements enregistrés par ces grains. Elles ont permis de déterminer l’origine et le chemin parcouru par ces grains depuis la désagrégation de la roche mère jusqu’à leur dépôt et sédimentation. Observer la morphologie, l’aspect et l’éclat de chaque grain provenant de sédiments d’origine détritique fait l’objet de la morphoscopie. Mais l’exoscopie consiste à examiner la 18 surface des grains grâce aux images de hautes précisions prises par le MEB. Elle offre l’avantage de retracer l’histoire de chaque grain en remontant étape par étape jusqu’à sa formation originelle. Elle permet aussi de déterminer le mode de transport (aqueux ou éolien) ainsi que le milieu de dépôt (éolien, fluviatile, intertidal…etc). L’examen au MEB des surfaces des grains de sable a permis l’identification de figures variées en rapport, soit avec le réseau cristallin primitif des grains, soit avec les actions corrosives propres au milieu d’altération. Les échantillons compétents et monominéraliques (ex : quartz, cherts, calcaires) sont les plus désignés pour observer les microstructures car elles y sont mieux préservées (Van Hoesen & Orndorff, 2004). Parmi les grands noms qui se sont intéressés à cette méthode, citons Cayeux (1864) et Sorby (1880). Ils se sont intéressés à la classification des grains de quartz en fonction de leur milieu de dépôt. Cailleux en 1942 apporte plus de précisions sur les tris granulométriques en introduisant une détermination plus statistique de la morphoscopie des grains. Le Ribault a observé simultanément les usures mécaniques et chimiques présentes sur les grains de quartz sous MEB pour des résultats plus précis (Le Ribault, 1975). Des photographies de grains de sable prises sous MEB ont été compilées en Atlas depuis 1973 par Krinsley & Doornkamp, en 1974 par Gillot, en 1977 par Le Ribault et par Mahaney en 2002. Ce dernier est l’ouvrage de référence pour les observations des textures sur la surface des grains de sable et les analyses exoscopiques faites au cours de ce travail (p.I0. Remarques : – Le grain de quartz est le matériel idéal pour des analyses exoscopiques car il est ubiquiste (donc largement distribué dans presque tous les types d’environnement géologique) et il est relativement résistant face aux facteurs des conditions externes. De ce fait, sa surface offre un micro-archive à long terme (Mahaney, 2002). C’est pour cette raison qu’il a été choisi majoritairement lors de l’étape de sous-échantillonnage au cours de cette étude, – La taille des grains n’influence pas le type d’impact trouvé à leur surface (Bruzzi & Prone, 2000), 19 – Des microstructures similaires peuvent résulter des agents géologiques différents : c’est le principe d’ « Equifinalité » défini par Mahaney et Kalm en 2000. Néanmoins, Mahaney en 2002 propose de réviser ce principe et avance qu’il existe des microstructures qui sont exclusives pour un type d’agent (Mahaney, 2002). 

L’exoscopie des dents de requins

La taphonomie – Biostratonomie des Formations marines sont axées surtout sur l’étude des dépôts lumachelliques (Kidwell & Bosence, 1991 ; Kidwell et al., 1986) alors que peu d’attentions ont été consacrées aux informations inscrites à même les spécimens. C’est pour ceci qu’une étude exoscopique est proposée pour les dents de requins. Les requins sont polyphiodontes et peuvent perdre leurs dents suivant différents facteurs qui ne sont pas essentiellement liés aux conditions biologiques ou physiologiques de l’animal (Welton&Farish, 1993). La plupart des dents sont perdues au cours de la capture des proies mais la majorité tombe à cause du mouvement continuel de « tapis roulant » qui part de l’intérieur vers l’extérieur de la bouche des requins. Une fois arrivée à l’extrémité labiale de la bouche, la dent tombe automatiquement pour être remplacée par celle qui lui succède. Les études taphonomiques sur les dents de requins ouvrent une nouvelle fenêtre dans la recherche d’informations et diffèrent quelques peu des anciennes méthodes purement descriptives. Les usures des dents ont intéressé plus d’un chercheur tel Argast (Argast et al., 1987). Ely et Rigby se sont intéressés sur les effets du transport sur la forme des dents des Tyrannosauridés et des Crocodiles (Ely & Rigby, 1989 ; Ely, 1995). Mais c’est seulement en 2006 qu’Irmis et Elliot ont fait des expériences sur les dents de requins. Ils ont démontré que les spécimens se dégradent progressivement avec le temps et que les usures chez ces dents n’ont aucun lien avec les groupes taxonomiques auxquels elles appartiennent (Irmis & Elliot, 2006). C’est Tulu, en 2010, qui a défini une échelle de l’usure mécanique des dents en fonction du temps (Tulu, 2010). Ainsi, la présente étude est la troisième à s’intéresser aux informations enregistrées par les dents en tant que bioblastes, et qui sont susceptibles de donner plus de précisions pour une reconstruction paléoenvironnementale.  Soulignons que la méthodologie d’approche adoptée ici consiste en une comparaison des microstructures observées sur les lithoclastes (grains de sables) et bioblastes (les dents de requins) dans le but de relever une similarité et d’avoir plus de précision dans la reconstitution de l’ancien milieu. Cette méthodologie s’inspire de celle de Mandolla & Brook (2010) qui ont comparé les microstructures observées sur les grains de quartz avec celles sur les minéraux de magnétite, et la méthodologie de Van Hoesen & Orndorff (2004 ) qui ont comparé les microstructures observées sur les grains de quartz avec la micromorphologie des clastes glaciaux et non glaciaux de taille plus grande. L’étude en laboratoire est basée sur l’analyse de deux principaux matériels: les dents de sélaciens prélevées à Ampazony et dans la couche de grès lumachéllique Mak 5aI de Nosy Makamby ainsi que les grains de sable de cette même couche. Le traitement de ces échantillons diffère en fonction de la méthodologie adoptée. 2-3 Les échantillons de dents pour les études systématiques Une fois au laboratoire, chaque dent est lavée à l’eau claire pour en extraire les particules de sédiment qui y sont encore collées. Si toutefois des restes de sédiments persistent, ilsseront ramollis par immersion dans du pétrole suivie d’un brossage léger à l’aide d’une brosse à dent. Une fois propre, chaque dent est codée et répertoriée. Du vernis à ongle a été utilisé pour recouvrir les numéros inscrit afin de les protéger et pour pouvoir les enlever facilement à l’aide de dissolvant en cas de besoin. Pour une étude systématique, toutes les caractéristiques morphologiques d’une dent devraient être facilement visibles. Ainsi, l’identification sera facile. Afin d’enregistrer le plus d’informations possibles, chaque échantillon a été photographié sous toutes les vues (linguale, labiale, basale, apicale, profil gauche, profil droit ; cf. Fig 9, p.21 et Fig.10 & 11, p.22). Un appareil photo numérique de marque Nikon ayant une résolution de 14 mégapixels a été utilisé. 

Traitement des échantillons de grains de quartz pour exoscopie

Les manipulations faites pour l’étude exoscopique des grains de quartz suivent celles décrites par Mahaney (Mahaney, 2002).  Echantillonnage La couche Mak 5aI du site 2010-10 de Nosy Makamby a été choisie pour prélever les échantillons de sédiment à analyser car c’est elle qui renferme les dents de requins qui vont servir pour les études exoscopiques. La couche Mak 5aI (cf. Fig.8, p21) épaisse de 1 m, est constituée de grès marneux contenant des débris coquillers. Elle est très fossilifère. Les restes fossiles retrouvé sont, mis à part les dents et vertèbres de requins, des débris d’ossements d’Ostéichtyens (vertèbres, épines, dents), de Crocodiles ainsi que de nombreux Invertébrés (gastéropodes, bivalves, coraux) (Ramihangihajason et al., 2014 ; Andrianavalona et al., 2015). Les échantillons de sédiments ont été prélevés puis trempés pendant une journée dans une solution diluée d’acide acétique à ≈ 5% et additionnée de phosphate de calcium. Ils sont ensuite lavés à l’eau claire pendant au moins une heure afin d’éliminer toutes traces d’acide, puis passés sous tamis (Référence : « USA standard testing sieve ASTME 11 ») à mailles de 0,5 mm, et enfin séchés à l’air libre.