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En juin dernier, l’humanité a pris 100 000 ans d’un coup. Un article publié dans la revue Nature du 8 juin 2017 annonce une révolution chronologique : une nouvelle datation établie par une équipe internationale, dirigée par le Français Jean-Jacques Hublin et l’Allemand Daniel Richter, estime à 300 000 ans l’âge d’un ensemble de fossiles d’Homo sapiens retrouvé sur le site marocain de Jebel Irhoud. Jusque-là, les plus vieux restes de Sapiens connus, exhumés en Éthiopie, étaient datés d’environ 200 000 ans.

Les progrès des techniques de datation ont obligé les paléontologues à remettre régulièrement les pendules à l’heure. « Au milieu des années 1980, on pensait que l’homme moderne avait émergé en Afrique et avait ensuite rapidement émigré en Europe il y a 40 000 ans, rappelle dans un communiqué l’un des auteurs de l’article de Nature, Rainer Grün, professeur à l’université Griffith (Australie). À la fin des années 1980, on a obtenu en Israël les premiers résultats montrant l’existence d’humains il y a environ 100 000 ans. Dans les années 1990, il y a eu quelques sites en Éthiopie datés de 200 000 ans avant notre ère, et maintenant, avec ces résultats, l’origine des humains modernes est repoussée à 300 000 ans avant l’époque présente ».

Reconstitution artistique d'une vue aérienne du cratère de Chixculub, au Mexique © DETLEV VAN RAVENSWAAY/SCIENCE SOURCE Reconstitution artistique d'une vue aérienne du cratère de Chixculub, au Mexique © DETLEV VAN RAVENSWAAY/SCIENCE SOURCE

Avec 100 000 ans de plus, le scénario de l’émergence de l’homme moderne, alias Homo sapiens sapiens, change du tout au tout. L’apparition de notre espèce est contemporaine du début du paléolithique moyen et de la diffusion dans toute l’Afrique d’outils de la technologie dite levalloisienne (la taille des pierres), que l’on a retrouvés sur différents sites, en Éthiopie, au Kenya et en Afrique du sud. « Nous étions habitués à penser que l’humanité était issue il y a 200 000 ans d’un berceau situé en Afrique de l’Est, mais nos nouveaux résultats révèlent qu’Homo sapiens s’est répandu à travers tout le continent africain il y a environ 300 000 ans », résume le paléontologue Jean-Jacques Hublin (lire notre article).

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Notre espèce n’est pas la seule affectée par les progrès de la datation paléontologique. Faisons un nouveau bond dans le passé et intéressons-nous à la disparition des dinosaures, à la fin du crétacé. Deux hypothèses majeures sont avancées depuis 35 ans pour expliquer cette extinction massive, qui a tué la moitié des espèces vivant sur la Terre : la première, proposée en 1980 par le physicien Luis Alvarez et son fils Walter, est l’impact d’un astéroïde tombé il y a 66 millions d’années, qui a laissé un cratère de 180 kilomètres de diamètre à Chicxulub, dans la péninsule du Yucatán, au Mexique ; la seconde, avancée par des géologues, impute l’extinction massive à d’énormes éruptions de volcans situés en Inde, qui ont produit un empilement de coulées de lave sur plus de 2 000 mètres d’épaisseur, formant un plateau incliné situé dans l’ouest du pays, les trapps du Deccan.

Pendant trois décennies, la controverse a fait rage pour savoir si le premier rôle devait être attribué à l’astéroïde ou aux volcans indiens. Paul Renne, professeur de sciences de la terre à l’université de Californie à Berkeley, a récemment mis tout le monde d’accord : la chute de l’astéroïde a amplifié les éruptions des volcans indiens pendant des centaines de milliers d’années, et c’est l’effet conjugué de ces deux catastrophes planétaires qui a balayé de la surface du globe une grande partie des animaux marins et terrestres, dont les dinosaures.

Paul Renne et ses collègues ont daté, avec une précision inégalée jusqu’ici, les éruptions volcaniques avant et après l’impact. Leurs résultats, publiés dans Science en 2015, montrent que les coulées de lave ont doublé en quantité dans un laps de temps de 50 000 ans après la chute de l’astéroïde, soit un clin d’œil à l’échelle géologique. L’impact de l'astéroïde, combiné aux éruptions, a produit des poussières et des fumées toxiques qui ont recouvert la planète, modifiant radicalement le climat et causant la mort prématurée de nombreuses espèces.

« D’après nos datations des laves, nous pouvons être certains que le volcanisme et l’impact se sont produits dans les 50 000 ans précédant l’extinction, de sorte qu’il devient artificiel de séparer les deux mécanismes tueurs : les deux phénomènes étaient à l’œuvre en même temps », résume Paul Renne dans un communiqué.

Bien avant la catastrophe dinosaurienne, une autre extinction massive, la plus importante de toutes, est survenue à la fin du permien, soit à la limite entre les ères primaire et secondaire. Elle a détruit 90 % des espèces marines et les deux tiers des espèces terrestres. Son coupable était soupçonné depuis le début des années 1990 : il y a environ 250 millions d’années, l’un des plus gigantesques événements éruptifs de l’histoire de la terre a déversé plusieurs millions de kilomètres cubes de basalte, recouvrant une zone d’une superficie à peu près équivalente à celle de l’Europe occidentale, située dans l’actuelle Sibérie. Ces éruptions colossales ont formé les trapps de Sibérie, qui couvrent aujourd’hui une surface d’environ 2 millions de kilomètres carrés, près de quatre fois la France.

Ce colossal événement volcanique constituait à première vue un suspect naturel pour expliquer l’extinction de masse du permien. Restait à prouver que l’hypothèse s’accordait avec la chronologie. Dans un premier temps, les géochronologistes ont pu démontrer que les éruptions avaient duré environ 2 millions d’années et s’étaient produites grosso modo au moment de l’extinction de masse. Mais les mesures n’étaient pas assez précises pour déterminer si les éruptions avaient précédé l’extinction massive et pouvaient en être la cause, ou si elles avaient commencé plus tard, de sorte que l’hécatombe devait être imputée à un autre événement.


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Comment savons-nous que la Terre a plus que les 7 000 ans que lui attribue la Bible ?

En 2013, une série de progrès techniques a permis à deux géochronologistes du MIT, Seth Burgess et Samuel Bowring, de trancher la question, rapporte la revue Science. Ils ont amélioré les mesures de l’âge des roches des trapps sibériens ainsi que de celles qui marquent la limite entre permien et trias, située à Meishan, en Chine. Résultat : « Nous pouvons dire que oui, les éruptions ont bien précédé l’extinction », déclare Burgess à Science. Selon Bowring et Burgess, les premières éruptions se sont produites il y a 252,8 millions d’années. L’extinction, elle, a commencé un peu moins de 900 000 ans plus tard, il y a exactement 251,941 millions d’années. CQFD.

Les trapps du Deccan, en Inde, se sont formés il y a 66 millions d'années © Mark Richards Les trapps du Deccan, en Inde, se sont formés il y a 66 millions d'années © Mark Richards
Chaque semaine, de nouvelles mesures chronologiques viennent modifier la chronologie établie de l’apparition ou de la disparition des espèces vivantes sur notre planète. Mais comment les scientifiques peuvent-ils savoir que l’homme moderne a émergé il y a 300 000 ans plutôt que 200 000 ? Ou que la Terre est beaucoup plus âgée que les 7 000 ans que lui attribue le récit biblique ?

(N.B. Si la Genèse affirme que Dieu a créé la Terre en six jours et s’est reposé le septième, le livre des Psaumes précise que par un jour, il faut entendre 1 000 ans.)

Pour déterminer quantitativement les intervalles de temps séparant les événements géologiques et paléontologiques, les scientifiques utilisent une panoplie de techniques qui s’est considérablement enrichie depuis la première datation au carbone 14 réalisée en 1950 par l’Américain Willard Frank Libby. Schématiquement, toutes les méthodes utilisées consistent à utiliser comme « horloge » un phénomène physique dont le déroulement respecte un rythme chronologique régulier. Passage en revue.

Les méthodes radiométriques

Le prototype de ces méthodes est la bonne vieille datation par le carbone 14. Elle exploite le fait qu’il existe trois types d’atomes de carbone, trois isotopes selon le terme des physiciens : le carbone 12, dont le noyau atomique contient six protons et six neutrons ; le carbone 13, qui possède un septième neutron ; et le carbone 14, dont le noyau est formé de six protons et huit neutrons.

Le noyau atomique du carbone 14 est instable, de sorte que l’isotope correspondant est radioactif. Si l’on observe un certain nombre d’atomes de carbone 14, on constate que périodiquement l’un des noyaux atomiques se désintègre en se transformant en un atome d’azote (et en éjectant un électron). Le rythme de cette désintégration est stable dans le temps. On ...

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On appelle demi-vie le temps nécessaire pour que, sur une certaine quantité d’un isotope instable, la moitié se soit transformée en atomes stables. La demi-vie du carbone 14 est de 5 730 ans.

Les os et en général la matière organique contiennent du carbone, au sein duquel se trouve un certain nombre d’atomes de carbone 14. Supposons qu’un os se fossilise alors qu’il contient au départ N atomes de carbone 14. Au bout de 5 730 ans, soit une demi-vie, il contiendra N/2 atomes de carbone 14 et N/2 atomes d’azote, autant de l’un que de l’autre. Au bout de 11 460 ans, deux demi-vies, il contiendra N/4 atomes de carbone et 3N/4 atomes d’azote, trois fois plus d’atomes d’azote que de carbone 14. Et ainsi de suite. D’une manière générale, la proportion d’atomes d’azote par rapport à celle de carbone 14 permet de déduire l’âge du fossile.

Toutefois, si l’échantillon étudié a plus de 70 000 ans, la méthode ne marche plus, parce qu’il ne reste plus assez de carbone 14 dans le fossile pour obtenir une mesure précise. Pour dater des échantillons plus anciens, on peut utiliser la méthode de datation par l’uranium-thorium, aussi appelée méthode des « séries de l’uranium ». Son principe est de mesurer le taux de désintégration de l’isotope 234 de l’uranium, lequel se transforme en thorium 230. Cette technique convient aux minéraux ou aux fossiles de coquillages, de coraux ou de dents, qui contiennent de l’uranium. Elle permet de dater un objet d’une ancienneté allant grosso modo de 100 à 500 000 ans.

L’isotope 238 de l’uranium est le plus répandu sur terre (il représente plus de 99 % de l’uranium naturel). Il se désintègre en plomb 206, isotope stable. En mesurant la désintégration de l’uranium 238 en plomb 206, on peut dater des minéraux d’un âge allant de 10 000 ans jusqu’à des milliards d’années.

C’est cette technique que Burgess et Bowling ont utilisée pour dater la grande extinction du permien. La mesure s’effectue dans de petits cristaux de zircon, minéral dont la structure cristalline contient de l’uranium et du thorium, mais qui rejette fortement le plomb. Ce qui signifie que, si l’on retrouve, dans des cristaux de zircon, un peu de plomb, ce dernier est forcément le produit de la désintégration de l’uranium en thorium. On peut donc utiliser la proportion de plomb par rapport à l’uranium pour calculer l’âge d’un cristal de zircon.

En 1956, le géochimiste Clair Cameron Patterson a utilisé cette méthode pour calculer que la Terre avait 4,55 milliards d’années, estimation qui reste à peu de chose près juste. Mais la technique a été améliorée dans la période récente, de manière à éliminer les cristaux de zircon qui ont perdu une partie de leur charge en uranium et plomb et introduisent une marge d'erreur dans la mesure.

Burgess et Bowling ont utilisé les derniers raffinements de la méthode pour établir l’antériorité des éruptions sibériennes par rapport à la limite entre permien et trias. Ils ont pu restreindre la marge d’erreur à une valeur entre 31 000 et 110 000 ans, ce qui garantit que les événements se sont produits dans le bon ordre et qu’il y a bien une relation de cause à effet.

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