Comment et pourquoi les dinosaures ont-ils disparu?

PSIR – SEPA (2014)
Projet Scientifique d’Initiation à la Recherche
(PSIR)
Comment et pourquoi les dinosaures ont-ils disparu?
P. Caillé, C. Christophle, A. Genu, E. Bicchi*
Groupe esaip – 18 rue du 8 mai 1945, CS 80022 49180 St Barthélémy d’Anjou Cedex
ARTICLE INFO
ABSTRACT :
Article history:
Received 09 January 2014
The dinosaurs extinction debate by a major catastrophe or a severals natural phenomenons
at the K/T period depends of geological data. In fact, geochemical, stratigraphic and
sedimentological analyses allowed to formulate severals viable hypotheses. However those
hypotheses cannot bring the absolute proof of a unique cause. Stratigraphy demonstrates that
the massive dinosaurs extinction occured during important disorders. Dinosaurs disappeared in
mass and in a short time around 65 Ma environ ago. A high level of iridium in stratigraphic
layers shows that the meteoritic impact could be a cause of this extinction. Nonetheless, carbon
fossils datation indicates that species disparition began before the impact. A lot of magmatic
rocks and some chemical element prove that the volcanic activity was intense during severals
million years before the impact. This activity could have affected an important part of the
biosphere. In this way the conjunction of causes could be the raison of species exctinction as
dinosaurs.
Keywords:
Impact météoritique
Volcanisme
Eustatisme
Extinction massique
1. INTRODUCTION
Les hypothèses sur les raisons de l’extinction des
dinosaures sont nombreuses et les recherches ne
cessent d’évoluer (ALLEGRE, 2005). La théorie de
l’impact stellaire est la plus connue des hypothèses
(ALVAREZ, et al., 1980) et semble être admise par tous.
Cependant, l’avancée des recherches, notamment les
techniques de datation, remettent en question les
hypothèses tablant sur une cause unique ayant menée à
cette extinction de masse.
Le Crétacé est la troisième période du Mésozoïque
s’étalant de - 145Ma à - 65Ma. Lors de cette ère la
Pangée (supercontinent) a fortement évolué au point
que l’on puisse distinguer les continents tels qu’ils sont
aujourd’hui. Cependant, il existait des « ponts » reliant
les continents qui étaient encore très proches les uns
des autres (LE LOEUFF, et al., 1998).
Dès le début du Mésozoïque, des activités géologiques,
sismiques et volcaniques intenses ont provoqué de
nombreux changements sur les écosystèmes tels que la
disparition de 70% des espèces à la fin du Crétacé
(LETHIERS, 1998).
En effet, un des facteurs significatifs de cette période
est la variation du niveau des mers engendrée par des
phénomènes volcaniques importants dans les fonds
marins (dorsale océanique).
 *Contact : [e-mail]
De plus, la fin du Crétacé est marquée par l’impact
d’un astéroïde bouleversant l’ensemble des conditions
de vie des espèces vivantes.
Les hypothèses d’une extinction de masse suite à cet
évènement sont aujourd’hui remises en cause. La
datation de fossiles et des études sur les évolutions de la
faune mettent en évidence la disparition de certaines
espèces avant l’impact cosmique (KELLER, et al., 2004).
Les études minéralogiques et géochimiques ont
récemment démontré que les changements qui ont eu
lieux au cours de la fin du crétacé sur l’ensemble de
l’écosystème ont été assez importants pour provoquer la
disparition des espèces.
Les phénomènes de perturbation climatiques qui se
sont accumulés sur la biosphère ont eu pour effet
d’appauvrir le milieu nécessaire à la vie des espèces
dominantes comme les dinosaures.
Pour essayer de comprendre au mieux l’extinction des
dinosaures, nous nous sommes interrogés sur les
différentes hypothèses et études que différents
chercheurs ont réalisées sur cette énigme.
Il semble scientifiquement correct de penser que la
réunion de trois causes ayant eu lieu à la fin du Crétacé
ait affecté la chaîne alimentaire à tous les niveaux. En
par la crise planctonique via le retrait des mers et le
refroidissement terrestre et l’appauvrissement de la
biosphère continentale engendrée par le volcanisme
intense et l’impact d’un élément extraterrestre.

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2. UNE CRISE INSTANTANEE A L’ECHELLE DES TEMPS GEOLOGIQUES
2.1. La notion de crise instantanée
Il est important de définir clairement la notion
d’échelle des temps lorsqu’on étudie la stratigraphie des
diverses couches géologiques. Les ères sont
généralement marquées par des crises. Une des crises
les plus connues à ce jour est la crise entre le Crétacé (fin
du Mésozoïque) et le Tertiaire. Cette crise a été
marquée par la disparition de nombreuses espèces
animales et végétales (FICHTER, et al., 1984).
La figure 1 montre l’évolution du nombre de genres en
fonction des années (en millions). Cinq crises ressortent
de ce graphique puisque l’on peut voir à cinq instants
différents que le nombre de genres a subitement
diminué. On remarque également qu’après chaque crise,
les genres se diversifient et leur nombre augmentent.
Enfin, à la période K/T, environ 45% des genres
disparaissent. Cela est un signe d’une crise majeure.
Fig.1. Évolution du nombre de genres durant le Phanérozoïque
(ADATTE, 2003)
D’autre part, les ruptures dans les strates rocheuses
témoignent d’une crise géologique sur un court laps de
temps, tel que le bouleversement global connu à la fin
du Crétacé.
2.1. Géologie
Des études géologiques menées à travers le monde
(COMMENT, 2006) ont mis en évidence :
 Des concentrations élevées en Iridium dans
les sédiments alors qu’il s’agit d’un élément
rare de la croûte terrestre,
 Des déformations lamellaires dans des
échantillons de minéraux choqués
 Des spinelles nickélifères.
2.2. Lithologie
La présence d’argile sombre, entre des couches plus
marneuse, a été identifiée à la limite de la période
Crétacé – Tertiaire (K/T). Cette couche peut s’expliquer
par un arrêt de la sédimentation. Ce lit d’argile,
d’environ 60 cm, provient d’une forte teneur en matière
organique (Fig.2 (KELLER, 2004))
2.3. Paléontologie
L’étude des fossiles permet d’établir la période à
laquelle une espèce vivait et à quelle famille elle
appartenait.
L’apparition de nouvelles espèces de foraminifères,
êtres-vivants unicellulaire au squelette perforé, prouve
une crise biologique du milieu marin dans l’intervalle K/T
(2000)
En effet, les recherches ont fait remarquer qu’une
grande partie des espèces de grandes tailles est
remplacée par de nouvelles espèces cosmopolites de
petites tailles (HARTENBERGER, 2001). Chaque crise
biotique met en concurrence les espèces survivantes et
permet le développement de nouvelles espèces
adaptées au milieu.
Les études du GSSP (Global Boundary Stratotype
Section and Point ou Point Stratotypique Mondial PSM)
ont établi qu’une importante crise du plancton a eu lieu
à la période K/T (KELLER, et al., 2004). Ceci est
représenté par la courbe des carbonates 13C ci-dessous
(Fig.2)
Fig.2. Critères définissant le GSSP de la limite K/T à Kef, Tunisie.
(KELLER, et al., 2004)
2.4. Géochimie
Au sud de la Chine, des scientifiques ont découvert
dans les couches sédimentaires du bassin de Nanxiong,
province de Guangdong, des fossiles de coquilles d’œufs
et de nids de dinosaures et d’autres vertébrés
comportant des taux élevés en Iridium.
Le bassin de Nanxiong est un terrain vallonné avec des
collines inférieures à 50 mètres de hauteur. La couche
sédimentaire de l’intervalle Crétacé-Tertiaire est
largement développée et peut atteindre jusqu’à 7000
mètres (ZHAO, et al., 2002).
Trois sites de fouilles ont été choisis pour des
recherches : la section CGF-CGT, la section CGD–CGY et
la section CGH (Fig.3)

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Fig.3. Localisation des sites de fouilles dans le bassin de
Nanxiong (ZHAO, et al., 2002)
Durant le règne des grands reptiles et cela jusqu’à la
fin du Jurassique, l’essentiel de la flore continentale -
conifères, fougères arborescentes, cycadales - a été
substituée par des angiospermes. (MICHARD, 1989) Des
études palynologiques ont permis de définir sur
différents sites à travers le monde la position de
l’intervalle sédimentaire Crétacé-Tertiaire. Notamment,
dans cette région la couche sédimentaire aurait une
épaisseur d’environ 20 m et serait située dans un
intervalle stratigraphique de 57-78 m (ZHAO, et al.,
2002).
Sur les sites de fouilles, des nids de dinosaures et des
coquilles d’œufs de Macroolithus yaotunensis, espèce
servant de base à l’étude, ont été retrouvés en très bon
état de conservation. L’excellente préservation de la
géométrie des nids laisse penser que la ponte et le dépôt
des sédiments sont presque synchrones (ZHAO, et al.,
2002).
Les analyses de plusieurs échantillons de coquilles
d’œufs ont relevés des taux en iridium (Ir) anormaux. Les
valeurs sont exprimées en ppt (10-12 g/g).
Dans l’échantillon de la section montagneuse CGY–
CGD, les analyses ont mis en évidence deux pics
d’iridium : 118 ppt à 60-63 m et 117,6 ppt à 52-55 m.
Ces valeurs sont 19 fois plus élevées que le taux habituel,
inférieur à 66 ppt.
Par ailleurs, dans la section CGT–CGF, l’enrichissement
en iridium est semblable à celui observé dans la section
précédente. Le pic le plus haut est de 168 ppt, à 63-66
mètres, soit approximativement 28 fois le taux d’iridium
habituel.
Enfin, des analyses des fossiles situés dans les couches
inférieure et supérieure à l’intervalle K/T ne révèlent
aucun pic d’Iridium. Ainsi, les concentrations élevées en
iridium dans les coquilles d’œufs de Macroolithus
yaotunensis prouvent l’existence d’une crise de la
biosphère.
Les chercheurs asiatiques s’intéressèrent également
aux éléments-traces suivants : chrome (Cr), cobalt (Co),
fer (Fe), arsenic (As), sélénium (Se), calcium (Ca),
potassium (K), strontium (Sr), zinc (Zn), lanthane (La),
thorium (Th), vanadium (V), magnésium (Mn), plomb
(Pb) et nickel (Ni) (Fig.4 et Fig.5).
Parmi les éléments analysés dans cet échantillon de la
section CGY-CGD, les variations sont similaires et sept
éléments-traces présentent les taux maximums à la
limite K/T. Dans un échantillon de 22 coquilles d’œufs
prélevés dans la section CGT–CGF (Fig. 4.), on observe
les des variations similaires à la limite K/T.
Fig.5. Variations de plusieurs éléments-traces, dont l’élément
majeur Ca, contenus dans des coquilles d’œufs de Macroolithus
yaotunensis provenant de la section CGT-CGF (ZHAO, et al.,
2002)
Selon les chercheurs, la composition minérale des
coquilles aurait changé avant le début de leur
fossilisation.
D’autre part, ils ont mené des études paléobiologiques
qui révèlent des anomalies dans l’épaisseur des coquilles
et leurs microstructures. Parmi les coquilles d’œufs de
Macroolithus yaotunensis retrouvées dans et près de
l’intervalle K/T, 74% des coquilles de la section CGY-CGD
et 56% de la section CGT–CGF présentent des
pathologies. Les pathologies se traduisent par une
variation dans l’épaisseur des coquilles d’œufs et par
une enveloppe calcaire, la coquille, constituée par deux
ou plusieurs couches. Les scientifiques concluent alors
qu’il existe une relation entre la forte concentration en
iridium (et les autres éléments-traces) et la structure
anormale des coquilles d’œufs (ZHAO, et al., 2002).
Ils émettent l’hypothèse d’une bioaccumulation -
accumulation d’un polluant dans un être-vivant à partir
Fig.4. Évolutions des concentrations de 10 éléments-traces
contenus dans 24 échantillons de coquilles d’œufs de
Macroolithus yaotunensis provenant de la section CGY-CGD.
(ZHAO, et al., 2002)

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du milieu naturel de l’être-vivant et des proies dont il se
nourrit - des éléments dans les organismes des
dinosaures à travers la nourriture, l’eau et l’air qu’ils
assimilaient.
Quelque soit leur origine, probablement une chute
d’aérosols venant d’élément extraterrestre ou
volcanique, les variations des concentrations en iridium
et autres éléments-traces mesurées dans les coquilles
d’œufs de Macroolithus yaotunensis du bassin de
Nanxiong témoignent, comme d’autres études à travers
le monde, qu’un bouleversement a eu lieu à la fin du
Crétacé.
Les diverses études réalisées ont soulevé différentes
hypothèses sur l’origine de la disparition des dinosaures.
3. TROIS HYPOTHESES PROBABLES
La communauté scientifique reconnaît trois
évènements avérés pouvant être à l’origine de
l’extinction des dinosaures. Il s’agit d’ :
 Un impact cosmique
 Une activité volcanique intense
 Une forte régression marine.
Dans cette publication, ces hypothèses seront étudiées
indépendamment les unes des autres. De ce fait, une
preuve peut être utilisée pour justifier plusieurs
hypothèses.
3.1. Impact cosmique
Depuis son apparition, la Terre subi de nombreux
changements climatiques. Ces changements sont parfois
survenus suite à des impacts de météorites, dont celui
enregistré au Chicxulub, Yucatan, Golfe du Mexique
(BERGOEING, 2004).
Cet astéroïde mesurait plus de 10 km de diamètre et
laissa une structure circulaire de 180 km de
circonférence. Elle pénétra le sol terrestre à une vitesse
de 20 km.s-1.
Cet astéroïde eu plusieurs conséquences irréversibles
pour la vie animale et végétale présente sur Terre à
l’époque K/T, notamment, dans le rayon impacté, où
toute trace de vie a été anéantie instantanément.
L’impact cosmique fut prouvé de différentes façons
détaillées ci-après.
3.1.1 Les preuves
a) Pic d’Iridium
Dans le sol terrestre le taux normal d’Iridium est de
0,05 ng. A contrario, un gramme de météorite contient
dans les alentours de 500 ng d’Ir (LETHIERS, 1998).
À la limite K /T, les scientifiques ont mesurés des
échantillons de sol contenant 10 à 100 ng.g-1 d’Iridium
(Fig.6).
b) Présence de magnétite nickélifère
La magnétite nickélifère est un minéral microscopique
n’existant ordinairement ni sur Terre ni dans les
météorites. Ce minéral est le résultat d’une fusion à
1300 °C entre matériaux riches en nickel et une
atmosphère enrichie en dioxygène (LETHIERS, 1998).
Fig.6. Répartition de l’iridium (pointillés, en parties par mille
milliard en poids) et des magnétites nickélifères (trait continu,
en nombre par mg) (DORLEANS, 2006)
Il est difficile de retrouver ces conditions réunies dans
les magmas terrestres. C’est pour cela que ces minéraux
ne peuvent provenir de roches volcaniques terrestres,
trop pauvres en Ni. Ce qui n’est pas le cas des roches
cosmiques. Les traces de magnétite nickélifère
retrouvées sur Terre correspondent à des conditions
extrêmes : une très haute température et une forte
concentration en Ni.
Suite à ces observations, la présence de magnétites
nickélifères dans les sédiments de la limite K/T apporte
bien la preuve de l'implication d'une météorite dans la
catastrophe.
De plus, les magnétites nickélifères ont été relevées
uniquement sur quelques millimètres de sédiments de la
limite K/T, ce qui atteste bien de la brièveté de
l'événement. (LETHIERS, 1998)
c) Les minéraux choqués
Le quartz est un minéral typique des roches
continentales. L’abondance des quartzs choqués
retrouvées dans la couche K/T indiquait aux chercheurs
de continuer leurs recherches, pour trouver le lieu de
l’impact météoritique, dans les milieux continentaux.
(FRANKEL, 1996). Ce facteur aida pleinement à trouver le
lieu d’impact météoritique que l’on connait aujourd’hui.
Dans les cratères d'impact météoritique reconnus ont
été trouvés des minéraux (quartz, zircons, augites)
présentant des défauts en lamelles. La présence des

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minéraux choqués est reconnue dans de nombreux sites
où est enregistrée la limite K/T (ALVAREZ, 1998)
Lors de grossissement au microscope de ces minéraux,
on peut apercevoir sur leurs structures cristallines un
réseau de lamelles caractéristiques.
Cette modification est réalisée lorsque les minéraux
sont soumis à de fortes pressions et de façon très rapide.
Elles sont le résultat d'un mouvement d'ensemble des
atomes sous l'effet d'une forte contrainte.
De nombreux chercheurs et de nombreuses
expériences, réalisées notamment par J-C. Doukhan
(DOUKHAN, et al., 1996), montrent que seules les très
hautes pressions dues à l’impact d’une météorite
pouvaient, par leur brutalité, provoquer ce genre de
déformation.
3.1.2 Le lieu d’impact
Suite à la présence de plusieurs éléments trouvés dans
les sédiments étudiés lors de la limite K/T, plusieurs
questions restaient encore des énigmes à résoudre. La
présence anormale d’iridium réconfortait les chercheurs
dans leur hypothèse de l’impact météoritique mais une
question primordiale se posait : Où avait eu lieu
l’impact ?
S’il y avait eu un impact gigantesque dans l’océan cela
aurait engendré un tsunami colossal. Mais aucune
exposition de sédiments marins proche d’un océan n’a
été trouvé ce qui exclut que l’impact météoritique eut
lieu dans un océan. Mais Walter et Luis Alvarez
trouvèrent des traces de sédiments marins allochtones,
recouverts par des sédiments détritiques d’origine
continentale (ALVAREZ, 1998). Les chercheurs conclurent
que l’impact météoritique eut lieu, non pas dans un
océan mais, sur la croute continentale proche d’un
océan.
Suite à des recherches paléontologiques effectuées au
niveau du Brazos – fleuve traversant le Texas – des
chercheurs (ALVAREZ, 1998) découvrirent une couche de
sable différent des sédiments marins à grains fins
trouvés avant ou après la limite K/T.
J. Bourgeois, une sédimentologue expérimentée dans
les dépôts de tempêtes, prouva que les sédiments
retrouvés au sein du fleuve Brazos provenaient bel et
bien d’un tsunami gigantesque (BOURGEOIS, 1988).
Le fleuve Brazos se jette dans le golfe du Mexique. Le
chercheur A. Hildebrand fit des fouilles approfondies
dans cette zone. Après de nombreuses recherches, il
analysa un échantillon prélevé au fonds des Caraïbes au
nord de la Colombie présentant des anomalies
gravimétriques (HILDEBRAND, 1991).
Avec l’aide d’A. Hildebrand, W. Alvarez pût étudier les
carottes de sables prélevées dans cette zone. Il y
découvrit une couche de sable remplie de particules
argileuses. Cette couche était marquée par de fortes
rides témoignant de forts courants non habituels des
eaux profondes du Golfe du Mexique normalement
tranquilles (ALVAREZ, 1998). Toutes ces recherches
permirent de conclurent que le lieu d’impact eut bien
lieu au niveau de la péninsule du Yucatan et ce fut
l’hypothèse du tsunami suite à l’impact météoritique qui
permit de l’identifier.
3.1.3 Les effets résultants
L’impact a occasionné plusieurs conséquences tels
que :
 L’absence de photosynthèse
 La chute des températures
 La dévastation de nombreux hectares de
forêts incendiés
 La libération d’importantes quantités de CO2
a) Obscurité
L’impact de l’astéroïde a dégagé jusqu’à la
stratosphère une énorme quantité de poussière. Cette
poussière a créé un voile opaque obscurcissant toute la
surface de la Terre dans un noir total pendant une durée
de 1 à 6 mois (DORLEANS, 2006).
La première conséquence de cette obscurité rendue la
photosynthèse en milieu continental et marin
impossible. Ce phénomène physique fut impossible
pendant toute la période durant laquelle la Terre était
plongée dans le noir totale.
Ainsi, cette absence de lumière eue des répercussions
sur toute la chaine alimentaire. Le nuage de poussière
intercepta la lumière solaire et bloqua la photosynthèse
des plantes et du plancton (BUFFETAUT, 2003). Ce
phénomène eut des conséquences différentes en
fonction du régime alimentaire des espèces. Les animaux
demandant d’importantes ressources alimentaires
disparurent sans exception (FRANKEL, 1996).
Les micropaléontologues (ALVAREZ, 1998) étudiant
cette crise ont constaté une phase d’extinction
dévastatrice du phytoplancton, espèces dépendant
entièrement de la photosynthèse. La raréfaction du
phytoplancton n’a pu qu’avoir de fortes conséquences
néfastes pour le zooplancton. La pyramide alimentaire
s’est alors effondrée engendrant des extinctions
considérables pour toutes les espèces dépendant du
phyto et zooplancton. Ce fut le cas pour les invertébrés
marins, des poissons mais également de certains reptiles
marins. Ce phénomène engendra l’extinction de
différentes espèces mais n’eut pas de conséquences sur
les espèces dites (BUFFETAUT, 2003).
De plus, les espèces herbivores moururent de famine
suite à l’impossibilité de se nourrir dû à l’impuissance de
régénération de la flore. La famine des herbivores eut un
impact direct sur la famine des carnivores se nourrissant
principalement des êtres herbivores.
Par ailleurs, l’obscurité engendrée par les poussières fit
chuter la température de quatre à cinq degrés.
(FRANKEL, 1996). Cette chute des températures est
prouvée grâce à l’analyse de squelettes calcaires des
fossiles planctoniques qui survécurent à l’impact.