Présentation mallette et livret microrestes de
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Le service pédagogique du Musée d’Angoulême vous propose une mallette pour découvrir des microrestes fossiles et leur utilisation en paléontologie. Cette mallette met en scène la faune de notre région au tout début du crétacé (dernière période du Secondaire ou Mésozoïque. Son contenu scientifique a été réalisé par Jean Michel Mazin et Joane Pouech, deux chercheurs travaillant, entre autres, sur le site de Cherves de Richemont près de Cognac ou encore Cherves de Cognac. Elle permet de connaître un gisement local particulièrement riche et de découvrir la biodiversité passée ainsi que le paléoenvironnement « charentais » au début du Crétacé. mais aussi de découvrir les méthodes d’études actuelles et en particulier l’intérêt des microfossiles et microrestes. Cette mallette est utilisable depuis le CM2 jusqu’en terminale, voire dans le supérieur ; la seule contrainte étant de posséder une (ou des) loupe(s) binoculaire(s) et de savoir s’en servir. Selon les objectifs pédagogiques, l’utilisation de cette mallette peut varier : Pour connaître une partie de la faune Crétacée de Cherves et développer le sens de l’observation soit en travail individuel, utiliser une des planches de détermination. soit en travail de groupe : un utilisateur d’une loupe binoculaire, choisit dans le jeu de cartes la photo qui correspond à l’échantillon observé, les autres essaient de trouver le nom de l’animal en sélectionnant le texte descriptif spécifique du microreste. Pour approfondir, *0 on peut reconstituer l’écosystème « charentais » au début du Crétacé, voici 140Ma, grâce à des cartes indiquant des données biologiques et écologiques sur les spécimens auxquels appartiennent les microrestes de la mallette et quelques autres dont les mammifères. On peut aussi associer cette mallette à l’exposition itinérante « Cherves : Dinosaures, Crocodiles et Mammifères », bilan sur les découvertes paléontologiques réalisées à Cherves de Richemont par l'équipe de J-M. Mazin (14 panneaux, livret pédagogique ). NB : consulter le livret pédagogique Deux mallettes sont utilisables au Musée1 et deux autres sont empruntables au CDDP de la Charente2. Si vous souhaitez avoir des informations complémentaires sur la mallette Microrestes de Cherves, vous pouvez télécharger son livret pédagogique Musée d’Angoulême, service éducatif, Tel 05 45 79 88 mediation_musee@mairie-angouleme,fr christophe,[email protected] professeur de SVT détaché au musée 1 2 CDDP de la Charente : Château de l’Oisellerie, BP 41, 16400 LA COURONNE – Tel : 05 45 67 31 67 Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 1/23 LIVRET D’ACCOMPAGNEMENT DOCUMENTS PEDAGOGIQUES ET D’APPROFONDISSEMENT Contenu scientifique : Jean Michel Mazin Directeur de Recherche CNRS Joane Pouech Doctorante en paléontologie Utilisation pédagogique Christine Baïer Soubigou Enseignante en SVT FEVRIER 2007 Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 2/23 Opportunités pédagogiques offertes par cette mallette p3 Public concerné p3 Contenu de la mallette p4 Utilisation pédagogique : quelques pistes p5 Fond pour réseau alimentaire p6 Contenu scientifique p 8 1. Présentation du site et méthode de travail Le site de Cherves de Cognac Intérêt du gisement Le tamisage L’intérêt des microrestes 2. Datation – Biostratigraphie 3. Les dents Nombre, forme et renouvellement Quelques termes utilisés dans l’étude des dents L’implantation dentaire L’orientation des dents 4. Paléoécologie Le cas particulier des crocodiliens Quelques autres habitants de Cherves de Cognac Reconstitution du réseau trophique Remerciements p8 p 12 p 13 p 19 p 22 Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 3/23 • • • • • Connaître un gisement local particulièrement riche et découvrir la biodiversité passée ainsi que le paléoenvironnement au début du Crétacé. Découvrir les méthodes d’études actuelles et en particulier l’intérêt des microfossiles et microrestes. Développer le sens de l’observation S’approprier le principe de l’actualisme et la notion de niche écologique Mettre en relation des données pour construire un réseau trophique. Les élèves capables d’observer à la loupe binoculaire grossissement *20 ou *40. Les notions abordées s’adressent plus particulièrement ◊ au collège : pour la géologie du programme de 5ème et/ou de 4ème. « D. La Terre change en surface ....Les roches sédimentaires sont des archives permettant de reconstituer des éléments de paysages anciens. La transposition aux phénomènes du passé des observations faites dans les paysages actuels permet de reconstituer certains éléments des milieux anciens. Les fossiles, restes ou traces dans les roches d’êtres vivants du passé, apportent des informations sur les milieux de vie.... F. Histoire de la Vie, Histoire de la Terre... » ◊ au lycée, − en classe de seconde dans les sujets « libres » choisis par les enseignants en fonction des conditions locales, − en classe de Terminale S « les climats passés de la planète », et « Couplage des événements biologiques et géologiques au cours du temps » : exemple de la faune en place à la fin du secondaire avant la crise Crétacé/Tertiaire. − en TPE (travaux personnels encadrés) : introduction pour illustrer la démarche scientifique, pour donner des idées de sujet ou de manipulation, ou de présentation. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 4/23 6 petites mallettes transparentes contenant des fossiles et des moulages : dont la taille va de l’ordre de quelques dixièmes de mm (microfossiles et microrestes), à quelques centimètres (macrorestes) : Spécimen 01 (tube, en vrac): Ostracodes 3 Spécimen 02 (tube, en vrac): Coquilles d'œufs Spécimen 03 (tube, sur épingle): Requin Parvodus Spécimen 04 (tube, sur épingle): Poisson osseux Lepidotes, dent orale Spécimen 05 (tube, sur épingle): Poisson osseux Lepidotes, dent pharyngienne Spécimen 06 (tube, sur épingle): Poisson osseux Pycnodontiformes indet., dent broyeuse Spécimen 07 (tube, sur épingle): Crocodilien Bernissartia, dent antérieure Spécimen 08 (tube, sur épingle): Crocodilien Bernissartia, dent intermédiaire Spécimen 09 (tube, sur épingle): Crocodilien Bernissartia, dent postérieure tribodonte Spécimen 10 (tube, sur épingle): Crocodilien Theriosuchus, dent antérieure Spécimen 11 (tube, sur épingle): Crocodilien Theriosuchus, dent intermédiaire Spécimen 12 (tube, sur épingle): Crocodilien Theriosuchus, dent postérieure Spécimen 13 moulage (tube, en vrac): Crocodilien Pholidosaurus Spécimen 14 moulage (tube, sur épingle): Dinosaure herbivore Stegosauridae indet. Spécimen 15 moulage (tube, sur épingle): Dinosaure herbivore Iguanodontia indet. Spécimen 16 moulage (case, moulage): Crocodilien Goniopholis Spécimen 17 moulage (case, moulage): Dinosaure carnivore Theropoda indet. Résidu de tamisage : boite plastique ronde NB : Les tubes et la boite plastique sont fermés hermétiquement. Les spécimens s’observent à travers la paroi transparente à la loupe binoculaire. Les spécimens des tubes 09 et 10 étant plus rares sous forme intacte, non usée comme sur les photos, ne sont présents que dans une mallette sur deux ; donc, dans une mallette sur deux, il y a des tubes vides à leur emplacement. Jeux de cartes : • • • Jeu de 15 cartes de photos de différentes dents (sans nom), Jeu de 15 cartes de descriptions des dents (avec le nom des spécimens) : description simplifiée et description scientifique, Jeu de 12 cartes à fond coloré de données biologiques et écologiques (par le principe de l’actualisme), sur tous les spécimens auxquels appartiennent les microrestes de la mallette (et quelques autres dont les mammifères). Planches de détermination recto/verso (6) Transparents : • • • • L’implantation dentaire (acrodonte, pleurodonte et thécodonte), L’orientation des dents, Dents de mammifères (01-02 Spalacotheriidae, 01-13 Triconodontidae) et dent d’oiseau (01-14 Arcaheopterygidae), Dents et position sur la mandibule pour un crocodilien Bernissartidae, 3 Le tube n’est pas vide ; mais les carapaces des ostracodes ont tendance à se glisser entre le bouchon et la paroi. Tapoter verticalement le tube ou bien observer au niveau du bouchon. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 5/23 • • • • • • • • • • Microrestes d’amphibiens, lézards, tortues et coquilles d’œufs, Carte paléogéographique de la France au Berriasien (01-00 Carte Paléogéographique France, Réseau alimentaire de Cherves il y a 135 Ma : une proposition, Les 4 différents postes de travail : 01-01 Fouilles, 01-02 Préparation, 01-03 Tamisage, 01-04 Moulage, Les différentes étapes de tamisage : 01-05 Prélèvement, 01-06 Concassage, 01-07 Séchage, 01-08 Dissociation, 01-09 Lavage, 01-10 Tri, Un résidu trié : 01-11 Résidu et son identification, Correspondance cartes photos/ cartes textes descriptifs, Planche de microrestes d’amphibiens, lézards, tortues et coquilles d’œufs, Planche des dents de crocodilien Bernissartiidé en correspondance avec la mandibule, Planches de détermination. Cdrom : tous les fichiers correspondant aux documents fournis. Les photos et documents de ce CD sont libres de droits pour un usage pédagogique non commercial. Toute autre utilisation devra être soumise à l'accord préalable des auteurs. Pour développer les qualités d’observation et montrer une des phases du travail du géologue : • • Soit un travail en équipe : faire le lien entre carte photo et spécimen observé à la loupe binoculaire pendant que d’autres font le lien entre carte texte descriptif et carte photo. On arrive ainsi à un nom que l’on peut vérifier auprès du professeur (voir transparent « CORRESPONDANCE CARTES PHOTOS/ CARTES TEXTES DESCRIPTIFS ») Soit travail individuel avec planche de détermination et spécimens numérotés et/ou observation de résidu de tamis montrant des microrestes parmi une fraction détritique. NB pour l’étude du résidu de tamis non trié, penser à voir, en plus de la planche de détermination, le document « Microrestes d’amphibiens, lézards, tortues et coquilles d’œufs » en transparent ou sur le Cdrom. Travail sur les mots scientifiques par comparaison entre la description simplifiée et la description scientifique on peut dégager la signification des mots ; un travail sur l’étymologie pourrait compléter cette étude. Travail sur la biologie et l’écologie des spécimens, principe de l’actualisme Correspondance entre forme des dents et régimes alimentaires Reconstitution d’un réseau alimentaire du crétacé : lors de cette reconstitution, on est amené à imaginer la présence de certains êtres vivants, sans en avoir de traces, par le régime alimentaire des êtres vivants fossiles Exemple des végétaux dont on a peu de traces : on peut alors se demander pourquoi si peu de traces ? Plusieurs possibilités sont à envisager : non conservation par fossilisation car conditions non propices ou bien des techniques d’études mal adaptées (NB de nouvelles techniques d’extraction de pollen ou de spores vont peut-être permettre d’en mettre en évidence à Cherves… ? à suivre !). La reconstitution du réseau alimentaire peut se faire à partir du fond proposé p 6. (Voir un corrigé dans les transparents ou dans les fichiers du CD). Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 6/23 INSECTES MAMMIFERES VEGETAUX Fougères Mousses Conifères DINOSAURES THEROPODES IGUANODONTIDES STEGOSAURIDES CROCODILIENS GONIOPHOLIS BERNISSARTIA THERIOSUCHUS POISSONS OSSEUX CATURUS PYCNODONTIDAE COQUILLAGES CRUSTACES LEPIDOTES Poisson osseux à forte écaillure PHOLIDOSAURUS PARVODUS requin Autres poissons osseux de petite taille, sans forte écaillure Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 7/23 Quelques questions : • Quels sont les indices qui permettent de reconstituer le milieu de vie supposé du fossile ? ex Parvodus : considéré comme vivant dans des eaux plutôt douces mais qui devait tolérer une eau modérément salée. : Réponse : par l’étude des sédiments et des espèces associées, et le principe de l’actualisme, c'est-à-dire par référence à des espèces voisines actuelles.. • A partir des données des cartes « données biologiques et écologiques », sur quels arguments se base-t-on pour imaginer le mode de vie d’une espèce fossile ? Donnez des exemples : La forme des dents et le parallélisme avec les espèces actuelles. Theriosuchus : dents hautes, pointues et effilées à l’avant, plus basses et en forme de feuille tranchantes sur les côtés : cela permet de capturer, de perforer puis de lacérer les proies ; Goniopholis qui se rapproche de la morphologie et de la denture du crocodile du Nil actuel ; dans ce cas de figure, le principe de l’actualisme consiste à rechercher dans les faunes actuelles, des modèles pour mieux comprendre les faunes anciennes. • A travers les données des cartes « données biologiques et écologiques » et les définitions suivantes, démontrez que les 4 crocodiliens de Cherves occupaient des niches écologiques différentes même s’ils se côtoyaient. Le terme de niche écologique désigne moins un espace, dans lequel vit une espèce que la relation fonctionnelle (alimentation, concurrents, ennemis et autres facteurs de l’environnement) qui lie un organisme à son écosystème. désigne l’ensemble des conditions nécessaires à la vie et à la perpétuation d’une espèce dans un écosystème. Ces 4 espèces de Crocodiliens sont tous carnivores mais n’exploitaient pas les mêmes ressources alimentaires. Ils n’étaient donc pas concurrents et ne se gênaient pas. Faire des recherches d’illustrations sur Internet A partir des noms scientifiques, rechercher des images. Associer cette mallette à l’exposition itinérante : « Cherves : Dinosaures, Crocodiles et Mammifères », bilan sur les découvertes paléontologiques réalisées à Cherves de Richemont par l'équipe de JM. Mazin (14 panneaux, livret pédagogique ). NB : consulter le livret pédagogique sur le site de la médiathèque du CDDP de la Charente http://mediatheques.crdp-poitiers.org/ L’exposition est accompagnée d’un CD contenant toutes les images des panneaux. Les enseignants peuvent se servir de ces fichiers si l’exposition n’est pas disponible ou s’il y a des problèmes matériels pour installer l’exposition. Christine Baïer Soubigou Février 2007 Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 8/23 1. Présentation du site et méthode de travail Le site de Cherves-de-Cognac Situation géographique. Le site de Cherves-de-Cognac se situe dans le Sud-Ouest de la France, dans le département de la Charente, près de la ville de Cognac. Dans un lieu-dit nommé "Champblanc", l'entreprise Garandeau exploite le gypse dans une immense carrière, s'étendant sur plusieurs hectares. Cette roche est la matière première pour la fabrication du plâtre. Ces dépôts gisent aujourd'hui à 30 mètres sous la surface, épaisseur que les carriers ont mis au jour pour pouvoir atteindre le gypse. Or, ce sont justement dans ces sédiments sus-jacents, inaccessibles naturellement, qu'ont été découvertes les couches sédimentologiques contenant des fossiles. Aspect historique de la découverte. Ces niveaux géologiques sont connus depuis longtemps pour livrer des restes fossilisés. Le naturaliste Henri Coquand avait en effet signalé ces couches fossilifères dès 1860 dans sa Description physique, géologique, paléontologique et minéralogique du département de la Charente. Depuis, plusieurs études géologiques de la région ont confirmé le point de vue de Coquand et ont daté ces niveaux de la fin du Jurassique (ère Mésozoïque, entre 140 et 145 millions d'années). Ce signalement ancien n'a toutefois pas réellement suscité la curiosité des paléontologues professionnels, et les quelques découvertes et publications faites pendant un siècle et demi sont essentiellement dues à l'initiative de paléontologues amateurs. C'est en 2001 que la première équipe professionnelle, interpellée par un amateur, a commencé à exploiter ce gisement, et continue aujourd'hui au vu de l'importance du site. Contexte géologique. Les dépôts de gypse exploités, formés il y a environ 140 millions d'années, ont été recouverts par des sédiments quasiment contemporains. Même si une partie de ces roches a aujourd'hui disparu à cause de l'érosion, près de 30 mètres de sédiments surmontent toujours le gypse et sont accessibles grâce à la présence de cette carrière. Ils se composent de marne, une roche formée de calcaire et d'argile, en proportions variables. Près de 80 niveaux ont été mis en évidence par une étude stratigraphique et sédimentologique fine. L'étude détaillée des faunes et flores que contiennent ces couches a permis de dater cette série sédimentaire du début du Crétacé, plus précisément de l'étage Berriasien, faisant directement suite au Jurassique. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 9/23 Situation paléogéographique. La position des continents était alors bien différente de celle que l'on connaît aujourd'hui. Au début de l'ère Mésozoïque, toutes les masses continentales étaient regroupées en un seul supercontinent appelé la Pangée. Petit à petit cette surface s'est disloquée pour aboutir à la géographie actuelle. A la fin du Jurassique, deux principales masses continentales: le Gondwana au sud (Afrique, Amérique du Sud, Australie, Antarctique, Inde) et la Laurasia au nord (Amérique du Nord, Groenland, Europe et une grande partie de l'Asie) sont séparées par un océan: la Téthys. L'Atlantique Nord commence tout juste à s'ouvrir et le futur continent européen était alors un archipel d'îles. Un peu plus tard, au début du Crétacé, dans les frontières de l'actuelle France, deux grandes îles émergeaient: la Terre Armoricaine et la Terre Centrale, reliées par un isthme, le Seuil du Poitou. Cet ensemble était baigné au sud par un golfe marin appelée le Golfe Charentais, diverticule d’un futur grand bassin sédimentaire: le Bassin d’Aquitaine. Une baisse globale du niveau marin est enregistrée et ce bras de mer se retire laissant derrière lui de grands dépôts d'évaporites, surmontés de sédiments de plus en plus continentalisés. Le site de Cherves-de-Cognac a ainsi enregistré ces modifications environnementales conséquentes au retrait de la mer sur plus de 40 mètres de sédiments. Intérêt du gisement. L'étude de ce gisement montre deux intérêts scientifiques principaux. Le début du Crétacé est une période mal connue dans le monde. Contrairement à la fin du Jurassique, on y connaît en effet peu de gisements. Les niveaux découverts à Cherves-de-Cognac livrent une faune très diversifiée, représentée par des spécimens bien conservés. L'étude de ces fossiles est donc primordiale pour compléter notre connaissance de la vie à cette époque. D'autre part, nous disposons d'une succession de 80 niveaux qui ont enregistré l'évolution de ce milieu depuis une lagune sur-salée jusqu'à un lac d'eau douce avec tous les intermédiaires. Si les macro-restes (restes fossiles de taille centimétrique et supérieure, visibles à l'œil nu) sont cantonnés à une certaine zone, les micro-restes (restes fossiles de taille millimétrique et inférieure, visibles à la loupe ou au microscope) se retrouvent dans la quasi-totalité des niveaux. On peut ainsi suivre l'évolution de la faune corrélativement aux changements environnementaux tout le long de la série sédimentaire. Organisation du travail de terrain. "postes" de travail. Bien que le travail du scientifique ne se résume pas aux activités de terrain, les fouilles sont le point initial et nécessaire à toute recherche paléontologique. A Cherves, le travail de terrain est organisé selon quatre pôles d'activité. Le premier concerne la fouille proprement dite. Elle consiste à démanteler par petits bouts une couche de roche afin d'en extraire les macro-restes. Lorsque ces fossiles sont Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 10/23 sortis, ils sont encore entourés d'une gangue de roche plus ou moins importante, sont parfois cassés ou fissurés. Ils vont donc partir vers le second pôle, le "dégagement" ou "préparation" qui a pour but de nettoyer et solidifier les fossiles, pour pouvoir les manipuler sans risques et les étudier. Le troisième pôle est le tamisage, procédé utilisé pour extraire les micro-restes et détaillé ci-dessous. Enfin le quatrième pôle est la conservation qui consiste à mouler et réaliser des doubles des spécimens préparés, soit pour assurer leur pérennisation, soit pour diffuser des copies à des fins scientifiques ou pédagogiques. Voir images et photos sur le Cdrom ou Transparents en annexes : Carte paléogéographique de la France au Berriasien: 01-00 Carte Paléogéographique France. Photos des 4 différents postes de travail: 01-01 Fouilles, 01-02 Préparation, 01-03 Tamisage, 01-04 Moulage. Le tamisage L'extraction des restes fossiles qui ne sont pas visibles à l'œil nu nécessite une préparation particulière. La roche collectée est concassée en petit morceaux et séchée afin que l'eau qu'elle contient s'évapore. Elle est ensuite plongée dans l'eau, et subit ainsi un choc hydrique qui va favoriser la dissociation de l'argile. Si la roche est trop compacte, l'eau peut être additionnée de composants comme l'eau oxygénée, qui améliore la désintégration de l'argile, ou l'acide formique, qui a la capacité de dissoudre le calcaire. Le but est d'obtenir une boue qui peut ensuite être passée à travers 3 tamis de mailles décroissantes. Cette boue est lavée avec des jets d'eau afin d'évacuer la fraction minérale tandis que les restes biologiques sont piégés dans les mailles des tamis. Si la dissociation de la roche n'a pas été totale, il est parfois nécessaire de refaire plusieurs fois le cycle de lavage afin d'éliminer le plus possible la fraction minérale. Il reste cependant toujours des grains de roche et le résidu obtenu doit être trié manuellement sous une loupe pour extraire les éléments biologiques grâce à une pincebrucelle (sorte de pince à épiler). Cette phase est très fastidieuse puisqu'il faut compter environ 1 heure pour trier 50 grammes de résidu. Les éléments retrouvés sont essentiellement des dents, mais aussi des fragments d'ossements, des coquilles d'œufs et des fossiles tels que des bivalves ou des ostracodes. Dans ce dernier cas, on parle plus de micro-fossiles, qui sont des organismes entiers de petite taille, tandis que les micro-restes sont des fragments d'animaux de taille plus importante. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 11/23 Voir, sur le Cdrom ou transparents en annexes Photos des différentes étapes de tamisage: 01-05 Prélèvement, 01-06 Concassage, 01-07 Séchage, 01-08 Dissociation, 0109 Lavage, 01-10 Tri. L'intérêt des micro-restes L'avantage des micro-restes par rapport aux macro-restes est qu'ils sont présents dans la quasi-totalité des niveaux. Cependant, leur diversité et leur richesse sont des conditions nécessaires pour pouvoir étudier la biodiversité faunique le long de la série sédimentaire. En effet, les micro-restes dentaires ont permis d'identifier 24 familles de vertébrés, couvrant tous les grands groupes présents à cette époque: poissons osseux (osteichthyens), poissons cartilagineux (chondrichthyens, c'est-à-dire les requins et les raies), amphibiens, reptiles (lézard, tortues, crocodiles, dinosaures), oiseaux et mammifères. La diversité de cette faune permet de suivre les changements des associations fauniques. Par exemple, il est possible de détecter un niveau dont les sédiments sont d'origine plutôt marine ou terrestre d'après les animaux trouvés dedans. D'autre part, ces fossiles sont retrouvés en quantité importante, puisque le niveau le plus riche livre près de 40 000 dents par tonne de sédiment. On peut ainsi utiliser des outils mathématiques statistiques, et quantifier la présence de chaque animal. Par exemple, il est possible de détecter la disparition progressive d'un animal le long de la série sédimentaire, la proportion de ses restes baissant par rapport à la faune totale. Enfin, on retrouve parmi ces micro-restes des animaux rares et mal connus. C'est le cas des oiseaux, apparus à la fin du jurassique, dont une dent a été retrouvée à Cherves. On rencontre également des mammifères, qui sont apparus il y a environ 215 millions d'années, peu de temps après les dinosaures, ptérosaures et crocodiliens, différenciés il y environ 230 millions d'années. Durant cette phase de cohabitation, les mammifères étaient de petits animaux, ne dépassant pas la taille d'un chat. Par conséquent, leur restes millimétriques sont difficiles à trouver et nos lointains ancêtres du Mésozoïque sont mal connus à travers le monde. C'est pourquoi chaque découverte d'un de ces animaux est importante, et la mise au jour de dents de mammifères mésozoïques dans le site de Cherves-de-Cognac est une donnée scientifique importante. Voir sur le Cdrom ou transparents en annexes Photos de résidu trié: 01-11 Résidu Photos de dent de mammifère: 01-12 Spalacotheriidae, 01-13 Triconodontidae. Photo de dent d'oiseau: 01-14 Archaeopterygidae Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 12/23 2. Datation – Biostratigraphie Cadre temporel. Le site de Cherves-de-Cognac s'est mis en place durant l'ère Mésozoïque également appelée ère Secondaire. Cette période a commencé il y a 245 millions d'années et s'est terminée il y a 65 millions d'années. C'est à cette époque qu'ont vécu les grands reptiles tels que les dinosaures et qu'ont émergé des groupes prédominants dans le paysage actuel comme les oiseaux et les mammifères. Cette ère est divisée en trois parties appelées systèmes: le Trias, le plus ancien (245 à –200 millions d'années), puis le Jurassique (-200 millions d'années à -145 millions d'années) et enfin le Crétacé couvrant la dernière partie (-145 à -65 millions d'années). Chacun de ces systèmes est découpé en étages qui servent de calendrier relatif aux paléontologues, qui utilisent rarement des âges absolus. Ainsi le Crétacé contient 12 étages dont le premier est le Berriasien. Le gisement de Cherves-de-Cognac est daté du Berriasien inférieur à moyen, soit du début de cet étage, il y a environ 140 millions d'années. Datation du site de Cherves. Plusieurs méthodes existent pour dater un terrain. Certaines permettent d'obtenir un âge absolu mais sont rarement utilisables dans des terrains sédimentaires. Pour un gisement paléontologique, une datation relative est plus couramment utilisée. La biostratigraphie permet de donner un âge relatif en fonction de fossiles dont on connaît bien la répartition temporelle. Il s'agit souvent de micro-fossiles, c'est-àdire d'organismes de taille millimétrique, présents en quantité suffisante, montrant une extension temporelle et surtout géographique importante, et dont le taux d'évolution est assez rapide. Ainsi les différentes populations se succédant sont représentatives d'une période pour une zone géographique donnée et la plus étendue possible. On parle alors de fossile remarquable. En croisant les données obtenues à partir de plusieurs de ces fossiles, on peut ainsi aboutir à l'âge relatif de mise en place du gisement. A Cherves, trois fossiles dateurs ont été utilisés: les oogones de characées (couramment appelés charophytes), petits sacs reproducteurs de plantes d'eau douce proches des algues, les dinoflagellés, algues unicellulaires et les ostracodes, de petits crustacés. Les ostracodes. Les ostracodes sont de petits crustacés aquatiques vivant dans une coquille formée de deux valves de carbonate de calcium. Cette coquille possède une ornementation plus ou moins développée, formée de petites crêtes ou de ponctuations, plus ou moins complexes ou denses. Or l'ornementation de ces animaux reflète d'une Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 13/23 part l'âge du niveau auquel ils appartiennent et d'autre part la salinité de l'eau dans laquelle ils vivaient. Ce sont donc de précieux indicateurs à la fois temporels et environnementaux. Par chance, ces micro-fossiles sont présents à Cherves-de-Cognac dans de nombreux niveaux, et parfois en quantité très importante. On retrouve ainsi plusieurs types d'ostracodes portant des ornementations très différentes, qui ont permis de dater le site du Berriasien et de mettre en évidence une dessalure progressive des dépôts le long de la série sédimentaire. 3. Les dents Les dents peuvent être considérées comme des petits bourgeons de tissu minéralisé qui poussent dans la bouche de la plupart des animaux vertébrés. Elles sont de forme, de taille et de nombre très variables selon les groupes. Certains vertébrés n'en possèdent pas du tout, comme les tortues et les oiseaux actuels. D'autres en ont des centaines, voire des milliers dans la bouche, comme les requins, certains poissons et même certains dinosaures. En général, les dents poussent sur les mâchoires, mais certains poissons et reptiles, par exemple, en possèdent aussi sur le palais, parfois loin en arrière dans la gorge. La constitution de base des dents est à peu près la même chez tous les vertébrés: une couche de tissu très dur et résistant (l'émail) recouvre le reste de la dent constitué de dentine (ou ivoire). La région couverte d'émail est la couronne, partie fonctionnelle et visible de la dent, émergeant de la gencive. La cavité pulpaire abrite les nerfs et les vaisseaux sanguins qui irriguent la dentine. L'émail est un tissu hyperminéralisé contenant jusqu'à 98% de sels de calcium, alors que la dentine en contient moins de 70 %. NOMBRE, FORME ET RENOUVELLEMENT Les Agnathes, premiers animaux vertébrés apparus voici plus de 500 Ma ne possédaient pas de dents, ni même de mâchoires (agnathe signifie "sans mâchoires"). Ils évoquaient des poissons sans nageoires, au squelette cartilagineux et au corps en partie recouvert d'un bouclier osseux. Leurs lointains descendants actuels, les lamproies et les myxines, ne possèdent toujours pas de dents, mais une bouche munie de denticules cornés. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 14/23 Les Requins, qui appartiennent au groupe des Chondrichthyens (ce qui signifie "poissons cartilagineux"), possèdent de nombreuses dents sur les mâchoires. Chez les requins actuels, les dents ont souvent la forme d'un cône ou d'une pointe de flèche aplatie et tranchante. Mais certaines espèces possèdent des dents multicuspidées (à plusieurs pointes), ou encore des dents en plaques broyeuses. La base (ou racine) des dents de requin est constituée d'os, alors que la mâchoire elle-même est cartilagineuse. La peau des requins est recouverte de petits denticules coupants, qui lui donnent un aspect râpeux et qui ont exactement la même constitution que les dents. Le remplacement dentaire est très original chez les requins. Les dents poussent sur la face interne des mâchoires, et se déplacent vers l'extérieur en se redressant, puis tombent après avoir servi peu de temps. Plusieurs rangées de dents se succèdent donc, dans un mouvement de remplacement continu. Les Poissons osseux (Osteichthyens) sont extrêmement diversifiés. La plupart possèdent des dents simples, coniques, toutes identiques sur les mâchoires (on dit "haplodontes", ce qui signifie "dents simples" et "isodontes", ce qui signifie "dents semblables"), qui se renouvellent constamment toute la vie de l'animal. Certains poissons ont des dents spécialisées, comme les daurades par exemple, qui possèdent des dents tranchantes à l'avant et des dents broyeuses à l'arrière, ainsi que sur le palais. Les Amphibiens, animaux qui partagent leur vie entre l'eau et la terre ferme, ont un cycle de vie particulier (amphibien signifie "qui mène une vie double"). De nos jours, ce sont les grenouilles, salamandres, tritons, etc., mais il y a eu de très gros amphibiens prédateurs, notamment à la fin de l'ère Paléozoïque. En général, les amphibiens actuels subissent une métamorphose entre la vie larvaire (têtards) et la vie adulte. Par exemple, chez les grenouilles, les têtards sont des animaux aquatiques herbivores édentés, alors que les adultes sont carnivores et partagent leur temps entre l'eau et la terre ferme. Les dents des amphibiens actuels sont dites "pédonculées", car la couronne couverte d'émail peut facilement se séparer de la racine. Les crapauds, eux, ne possèdent pas de dents. Les Reptiles représentent un groupe de vertébrés très diversifiés depuis plus de 320 millions d'années. On y trouve de nombreux types de dents différents. Parmi les reptiles actuels, les lézards ont souvent des dents simples, en forme de cônes, avec une couronne portant parfois des petites cuspides, des carènes ou des costulations. Ces structures rendent les dents plus performantes pour piquer, écraser, broyer. Les serpents ont aussi des dents coniques, souvent fines. Chez les serpents venimeux, certaines dents sont spécialisées en organes inoculateurs de venin: les crochets, mobiles et percés d'un canal. Les crocodiliens possèdent eux aussi des dents coniques, mais Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 15/23 plutôt robustes et profondément implantées dans l'os des mâchoires. La couronne est souvent ornementée de côtes et de sillons verticaux et munie de carènes plus ou moins tranchantes. Les dents antérieures sont en général plus grosses que les postérieures, et certaines espèces possèdent même de puissants crocs qui dépassent des mâchoires. La plupart des reptiles renouvellent souvent leurs dents. Un crocodile, par exemple, dispose d'une cinquantaine de générations dentaires dans sa vie. Les Dinosaures, proches parents de nos crocodiliens actuels, ont vécu sur la planète pendant l'ère Mésozoïque. Les dinosaures carnivores possédaient des dents à couronne compressée et pointue, en forme de lame de couteau, souvent munie de carènes tranchantes et denticulées, tel un couteau-scie. Chez les dinosaures herbivores, les dents étaient souvent très spécialisées, en fonction de leurs régimes alimentaires. Quelques exemples, parmi les dinosaures bien connus. Triceratops possédait un bec corné édenté, mais des dents qui fonctionnaient comme des ciseaux le long des mâchoires. Diplodocus possédait des dents en forme de clou disposées comme un râteau à l'avant des mâchoires. Stegosaurus avait l'avant des mâchoires édenté, et de très petites dents en forme de feuille alignées le long des mâchoires. Les Hadrosaures (dinosaures à bec de canard) disposaient de milliers de petites dents organisées en râpe, pour broyer les végétaux. De nos jours, les Oiseaux n'ont plus de dents. Mais, les premiers oiseaux, voici 150 Ma, possédaient de petites dents, ressemblant beaucoup à celles de leurs ancêtres, les dinosaures carnivores. Les Mammifères, animaux qui allaitent leurs petits, sont eux aussi très diversifiés. A quelques exceptions près, les mammifères possèdent des dents à couronne complexe, leur donnant la capacité de couper et mastiquer les aliments avant de les ingérer. La plupart des mammifères disposent d'une "denture différenciée", avec des dents jouant des rôles différents selon leur position sur les mâchoires. Les incisives, à l'avant, coupent les aliments; les canines, percent et maintiennent; les prémolaires et molaires, sur les côtés, broient les aliments. Ces trois types de dents peuvent être plus ou moins spécialisées selon les régimes alimentaires. La plupart des carnivores (chats, chiens, etc.), par exemple, ont des canines très développées et des prémolaires et molaires tranchantes. Les mangeurs d'insectes (insectivores: taupes, musaraignes, chauves-souris), ont des prémolaires et molaires munies de pointes, qui percent leurs proies. Les herbivores ont des dents adaptées à leurs régimes avec, la plupart du temps, des dents antérieures pour couper les végétaux et des prémolaires et molaires permettant de les broyer. Contrairement aux autres vertébrés, les Mammifères ne renouvellent pas leurs dents toute leur vie. Il n'y a que deux générations dentaires, voire une seule. La première génération correspond aux "dents de lait", et la seconde, aux dents définitives. Pour la description détaillée des dents de la mallette, voir jeu de cartes. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 16/23 Quelques termes utilisés dans l'étude des dents Concernant la description des dents Apex: point le plus haut de la dent, sommet de la dent. Cette définition est valable pour les biologistes mais les dentistes définissent l'apex comme l'extrémité de la racine d'une dent. Carène: bord tranchant d'une dent. Cingulum: bourrelet d'émail à la base de la couronne. Cuspide: tubercule à la surface de la couronne. Foramen: perforation par laquelle passent généralement des vaisseaux ou des nerfs. Ornementation: Structures (relief, replis, canaux) qui ornent l'émail dentaire. Denticule: Petite dent (par exemple, les petits denticules sur la peau des requins) et, par extension, petite crénelure sur la couronne de certaines dents (surtout utilisé pour les dinosaures carnivores). Concernant la forme des dents Isodonte: toutes les dents sont semblables. Anisodonte: toutes les dents ont la même forme, mais peuvent être de taille différente. Homodonte: relativement synonyme d'isodonte. Hétérodonte: les dents ont des formes (et des fonctions) différentes selon leur emplacement sur les mâchoires. Haplodonte: la couronne est de forme simple, le plus souvent conique. Plexodonte: la couronne a une forme complexe. Monocuspide: la couronne ne comporte qu'une pointe (une dent haplodonte est donc monocuspide). Multicuspide: la couronne comporte plusieurs pointes (elle est donc également plexodonte). Concernant le renouvellement dentaire Polyphyodonte: plusieurs générations dentaires se succèdent dans la vie de l'animal. Diphyodonte: deux générations dentaires. Monophyodonte: une seule génération dentaire. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 17/23 L'IMPLANTATION DENTAIRE Trois principaux modes d'implantation dentaire existent chez les vertébrés: A: l'acrodontie Les dents sont soudées à l'os de la mâchoire par leur base (acro signifie "sommet"). La cavité pulpaire est largement ouverte. On rencontre ce type d'implantation essentiellement chez les poissons osseux, mais aussi chez certains reptiles et amphibiens primitifs. B: la pleurodontie Les dents sont soudées à l'os de la mâchoire, qui forme un mur externe le long de la racine (pleuro signifie "flanc", "côté"). La cavité pulpaire peut être largement ouverte ou resserrée à sa base. On rencontre ce type d'implantation chez certains poissons osseux, des reptiles et des amphibiens. C: la thécodontie Les dents sont insérées dans des alvéoles des mâchoires (thec signifie "loge", "coffre"). Les racines ne sont pas soudées à l'os, mais maintenues par un tissu ligamentaire et un tissu calcifié appelé cément. On rencontre ce type d'implantation chez les mammifères et certains reptiles comme les crocodiliens, dinosaures et les oiseaux primitifs. Ce mode d'implantation permet à la dent de bouger légèrement et limite le risque de casser à sa base. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 18/23 L'orientation des dents Les termes utilisés dans l'orientation des dents ne sont pas soumis à un consensus international. Il existe en effet plusieurs mots, utilisés en fonction des groupes d'animaux étudiés ou tout simplement des préférences des auteurs. Nous avons choisi ici les termes scientifiques les plus courants, illustrés sur une mâchoire inférieure d'homme. La position d'une dent est définie par son emplacement dans la bouche (inférieure si elle appartient à la mandibule, supérieure si elle se trouve sur la mâchoire supérieure, gauche ou droite par rapport au plan de symétrie de l'animal), sa place dans la rangée dentaire (orale ou pharyngienne, antérieure, intermédiaire ou postérieure, incisive, canine, prémolaire ou molaire), son orientation propre (faces buccale, linguale, antérieure, postérieure et occlusale). Orienter une dent et donc retrouver son placement sur une mâchoire est parfois délicat, surtout pour une dent isolée. Chez la plupart des mammifères chaque dent a un rôle et donc un emplacement très spécifique. Mais pour beaucoup d'autres vertébrés, il est impossible de déterminer si une dent isolée provient d'une mâchoire inférieure (mandibule) ou supérieure, gauche ou droite. C'est pourquoi il arrive qu'on ne puisse discriminer les faces antérieure et postérieure dans le cas où la dent présente une symétrie importante, comme chez certains crocodiliens. A l'extrême, lorsqu'on ne peut pas différencier les faces antérieure, postérieure, linguale et buccale, on parle de face latérale, par opposition à la face occlusale. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 19/23 4. Paléoécologie L'étude synthétique du site de Cherves-de-Cognac, issue du travail de terrain mené de 2001 à 2007, a pour objectif principal de reconstituer l'écosystème "charentais" au début du Crétacé, voici 140 millions d'années. Un écosystème peut simplement se définir comme l'ensemble des êtres vivants (animaux, végétaux, champignons, micro-organismes, etc.) vivant en relation entre eux dans un espace géographique défini (une forêt, une plaine, une île, un lac, etc.), l'ensemble étant contrôlé par les conditions physico-chimiques environnementales (température, climats, salinité, etc.). Un écosystème est donc constitué d'une biocénose (communauté vivante) et d'un biotope (environnement physico-chimique). Reconstruire un écosystème actuel n'est pas forcément chose aisée. Il faut identifier tous les êtres vivants constituant la biocénose et mesurer toutes les données physico-chimiques. Mais lorsqu'il s'agit de reconstituer un écosystème passé, ces informations sont nécessairement parcellaires. Les communautés vivantes ne sont accessibles qu'au travers des fossiles extraits (qui ne représentent pas la totalité des êtres vivants de l'époque) et les conditions environnementales sont évaluables à partir de l'analyse des sédiments, entre autres. Les paléontologues et les géologues doivent donc tenter d'extraire toutes les données enregistrées et conservées dans les couches sédimentaires. Le gisement de Cherves-de-Cognac est particulièrement riche et diversifié, ce qui permet d'envisager une telle reconstruction paléoécologique. A titre d'exercice, dans le cadre de cette mallette pédagogique, on peut tenter de s'intéresser aux relations trophiques entre les êtres vivants: qui mangeait qui, qui mangeait quoi? Le milieu de vie des différents animaux rencontrés est une information accessible et primordiale. Pour certains, des fossiles sont connus dans d'autres gisements paléontologiques, dont on peut déterminer avec certitude le milieu de dépôt. C'est le cas des poissons du genre Caturus, qui sont retrouvés dans des milieux saumâtres à marins. Pour d'autres, le mode de vie ne laisse pas d'ambiguïté sur l'origine des sédiments avec lesquels ils ont été transportés. C'est le cas par exemple des dinosaures qui sont des animaux strictement terrestres. Enfin, pour les autres micro-restes, l'étude de biodiversité nous donne des informations quant aux milieux de vie. Leur apparition dans certains types de sédiments ou en association avec d'autres taxons permet de déterminer le lieu où ils évoluaient. Il est possible par exemple de discriminer un poisson vivant en eau douce ou en eau salée. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 20/23 La forme des dents et surtout ses changements le long de la mâchoire nous apportent des informations essentielles sur le régime alimentaire. En effet, les dents ont une fonction corrélée au type de ressources exploitées par l'animal. Les études d'anatomie fonctionnelle permettent de faire le lien entre forme et fonction. Dans ces cas-là, on utilise souvent le principe d'actualisme, qui consiste à chercher dans la nature actuelle des modèles pour comprendre le mode de vie des animaux passés. On peut ainsi mettre en corrélation des animaux exploitant une niche écologique équivalente. Attention, cela ne signifie pas que l'animal fossile et l'actuel ont un quelconque lien de parenté, mais seulement que leurs morphologies globales sont adaptées aux mêmes ressources alimentaires. Le croisement de ces informations permet de mieux comprendre les interactions entre les différents êtres vivants, notamment de savoir ce qu'ils mangeaient et quelles étaient les éventuelles relations prédateurs-proies. Le cas particulier des crocodiliens. Les crocodiliens sont particulièrement présents dans les restes fossiles de Chervesde-Cognac. Quatre types ont été identifiés. Or, dans la nature actuelle, si deux espèces sont en compétition pour l'exploitation de la même ressource, une des deux est lésée et finira par disparaître ou se tourner vers une autre ressource. Alors comment quatre espèces de crocodiliens ont-elles pu cohabiter à Cherves-de-Cognac? Tout simplement parce qu'elles avaient des régimes alimentaires bien différents et n'entraient donc pas en compétition. La forme du crâne, des dents, la taille de l'animal sont autant d'informations qui nous permettent d'affirmer que chacun de ces crocodiliens se nourrissait de proies bien particulières et n'empiétait pas sur la "chasse gardée" de son voisin. Quelques autres habitants de Cherves-de-Cognac. (basé sur les dents présentées dans la mallette) Une faune complète a été retrouvée avec ces crocodiliens. Elle comprend tous les grands types de vertébrés: des poissons cartilagineux (chondrichthyens) représentés par des requins d'eau douce, des poissons osseux (ostéichthyens), mais également des animaux terrestres comme des dinosaures et des mammifères. Pour le détail voir le jeu de cartes. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 21/23 Les coquilles d'œufs. L'œuf amniotique est apparu il y a environ 320 millions d'années et caractérise le passage des amphibiens aux reptiles. La coquille, lorsqu'elle est dure, est composée de calcite (carbonate de calcium) et peut être fossilisée. La forme et taille de l'œuf, ainsi que la structure et l'organisation des cristaux de calcite sont variables suivant les groupes d'animaux. Cependant, si l'on peut aisément discriminer différentes structures de coquilles, la corrélation avec l'espèce qui a pondu l'œuf est difficile, sauf si l’on retrouve un embryon fossilisé à l'intérieur. A Cherves, quatre types de coquilles d'œuf ont pu être mis en évidence, correspondant à deux tortues, un crocodilien et un dinosaure. Même si la correspondance précise avec l'animal n'est pas possible, ces données nous apportent des informations permettant d'enrichir la liste faunique. Reconstitution du réseau trophique. Le croisement de toutes les données obtenues concernant le milieu de vie et le régime alimentaire permet de comprendre qui mangeait qui et de reconstruire d'éventuelles chaînes alimentaires et réseaux trophiques. Sur un même schéma, on peut relier les différents êtres vivants par des flèches. (Voir document en annexe dans les transparents ou bien sur le Cdrom) Par exemple, le crocodilien Goniopholis pouvait s'attaquer aussi bien aux poissons qu'aux dinosaures; le crocodilien Theriosuchus devait manger des insectes (même si on n'en a pas retrouvé fossilisés à Cherves)., etc. Jean Michel Mazin et Joane Pouech Février 2007 Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 22/23 Au Conseil Général de la Charente Au Groupe d’Etude et de Recherche du Musée d’Angoulême (GERMA) A Jean François Tournepiche et à Béatrice Rolin , conservateurs au Musée d’Angoulême A Bruno Coletta et Francis Joseph , techniciens du Musée d’Angoulême A Abel Prieur , Ingénieur de recherche au CNRS, Ingénieur de recherche au CNRS à l’Université de Lyon 1 qui a réalisé les moulages des microrestes des mallettes. Aux autres partenaires de l’opération paléontologique de Cherves-deCognac : La Ville de Cherves de Richemont, la Communauté de Communes de Cognac, l’entreprise Garandeau, l’Université Claude Bernard Lyon 1 (UMR 5125) , ainsi que tous les fouilleurs. Livret d’accompagnement pédagogique de la mallette « Microrestes de cherves » p 23/23
