Vers 16 heure 35,
le jour de la mort
des dinosaures…
Il y a environ 66 millions d’années, un astéroïde d’une dizaine de kilomètres de diamètre frappait la Terre près de ce qui deviendrait le village de Chicxulub, dans le Yucatán, au Mexique. Cet événement marque la fin du Crétacé (145 à 66 millions d’années) et, selon le consensus paléontologique, entraîne la disparition des dinosaures. Mais que s’est-il réellement passé ce jour-là, vers 16 h 35, environ une heure après l’impact, au milieu des futures plaines américaines ?
Nous l’ignorons dans le détail, bien sûr, mais pas complètement depuis que Robert DePalma, de l’université du Kansas, a découvert dans le Dakota du Nord une invraisemblable capsule temporelle : le dépôt sédimentaire de Tanis. Celui-ci a traversé le temps pour nous apporter un témoignage frais sur ce qui s’est passé vers 16 h 35 dans la vallée encaissée d’un petit fleuve côtier dans la région de Hell Creek, donc portant aujourd’hui le nom étrangement « anté destiné » de « ruisseau de l’enfer ». Que s’est-il passé ? Des poissons, des plantes et des coquillages ont brusquement été enterrés en masse sur la berge d’un méandre du fleuve Tanis comme l’illustre la photo ci-dessus. , Apparemment, deux énormes vagues successives ont parcouru la vallée.
Chicxulub késako?
L’explosion provoquée par l’impact météoritique a libéré une énergie de quelque 100 000 milliards de tonnes de TNT, soit plus de cent milliards de bombes d’Hiroshima… D’après les reconstitutions, alors que l’avant du bolide entrait en contact avec le sol, son arrière se trouvait encore à plusieurs kilomètres d’altitude, tandis que l’ensemble avançait à quelque 20 kilomètres par seconde… Quelles signatures géologiques subsistent aujourd’hui de cet événement ?
Chez les géologues, le nom du village mexicain de Chicxulub, dans le Yucatán, sert à désigner le cratère laissé par la collision, qui mesure environ 180 kilomètres de diamètre. Sa signature géologique subsiste encore aujourd’hui sous les terres du Yucatán et sous les eaux peu profondes entourant cette péninsule du golfe du Mexique, sous la forme d’une vaste structure circulaire enfouie, marquée notamment par plusieurs systèmes de failles concentriques.
Les traces géologiques laissées par la catastrophe comprennent également une mince strate intercalaire formée par les matériaux dispersés ou produits lors de l’impact : poussières, sphérules, minéraux choqués et particules condensées dans le panache d’impact. Ce mince liséré est observable au sein de nombreux affleurements rocheux de la planète datant de la transition Crétacé-Paléogène. Notée K-Pg, cette limite stratigraphique correspond à une extinction de masse survenue il y a quelque 66 millions d’années, qui a profondément bouleversé les faunes terrestres et marines. Il existe, par exemple, des roches contenant cette mince couche dans le sud de l’Europe, notamment à Gubbio, en Italie, ainsi que dans l’Ouest américain, par exemple au Wyoming. Selon les sites, son épaisseur, sa couleur et sa composition varient ; elle ne mesure généralement que quelques millimètres à quelques centimètres (voir l’illustration ci-dessous).
Cette couche s’explique par la retombée des matériaux projetés par l’impact, notamment de beaucoup d’iridium, dont l’astéroïde était riche. Lorsque ce dernier s’est désintégré, ce qui le constituait et d’énormes quantités de roches arrachées à la croûte terrestre, ont été brutalement projetés dans l’atmosphère. Des milliers de milliards de tonnes de matériaux furent ainsi éjectées à des vitesses dépassant 11 kilomètres par seconde pour les matériaux les plus fortement choqués et 5 kilomètres par seconde en général. Sous l’effet de l’explosion, un gigantesque panache de poussières, de vapeur, de débris rocheux et de matériaux fondus s’est élevé dans l’atmosphère, formant en quatre ou cinq heures seulement un nuage transportant autour de la planète des poussières, de la suie et des aérosols soufrés.
Par ailleurs, l’impact a aussi fondu instantanément ou vaporisé une masse considérable de roches. Une partie de cette matière s’est condensée ou solidifiée en une multitude de petites sphérules vitreuses, que l’on retrouve aujourd’hui dans les dépôts de la limite K-Pg à des milliers de kilomètres de Chicxulub : dans la plupart des cas, ce que l’on nomme des tectites ou des microtectites. L’astéroïde ayant frappé une mer peu profonde, l’impact a également engendré un monstrueux tsunami. Les simulations suggèrent que, quelques minutes après le choc, une vague de plusieurs kilomètres de hauteur existait encore à proximité immédiate du cratère et qu’une vague d’environ 1,5 kilomètre de hauteur se propageait à quelque 220 kilomètres du point d’impact. À l’échelle des océans, le tsunami perdit évidemment beaucoup de son amplitude, mais atteignit encore de nombreuses côtes avec des vagues dépassant une dizaine de mètres et fut assez puissant pour bouleverser les sédiments marins à plus de 10 000 kilomètres de Chicxulub.
Le choc ébranla ainsi la planète entière. La fraction exacte de l’énergie de l’impact qui fut transformée en ondes sismiques est très incertaine, mais les estimations correspondent à un séisme de magnitude comprise entre environ 10 et 11,5. Pour comparaison, le plus puissant séisme jamais enregistré instrumentalement – celui de Valdivia au Chili – a atteint une magnitude d’environ 9,5, ce qui implique qu’il fut 178 fois moins puissant.
Le pire d’un impact terrestre : le feu
Toutefois, ni le tsunami ni les secousses sismiques ne représentent probablement le pire de ce que subirent les êtres vivants. Une partie des matériaux projetés à très grande vitesse hors du cratère retomba sur Terre après d’immenses trajectoires balistiques parfois. Rentrant dans l’atmosphère à plusieurs kilomètres par seconde, ces éjectas la chauffèrent et produisirent un intense rayonnement thermique. La chaleur qui en en résulta enflamma la végétation dans de vastes régions et tua directement de nombreux êtres vivants. Des travaux récents suggèrent aussi que les poussières fines accompagnant les sphérules ont accru le chauffage au niveau du sol.
Dès les années 1980, Wendy Wolbach de l’université DePaul à Chicago et des collègues ont analysé des échantillons de la couche K-Pg provenant de diverses régions du monde et découvert qu’ils contiennent de la suie, interprétée alors comme les résidus d’incendies gigantesques, dont ils ont estimé la masse à quelque 70 milliards de tonnes la quantité totale de suie correspondante. Dès lors, l’existence d’incendies très étendus ne fait guère de doute, mais l’origine de la suie reste discutée : une partie a pu provenir des feux de végétation, tandis qu’une autre a pu résulter de la combustion des matières organiques et des hydrocarbures contenus dans les roches frappées. Quoi qu’il en soit, les données paléobotaniques témoignent d’une destruction massive des milieux forestiers. Puis, après le chauffage intense, vint le froid, dû au fait que les poussières silicatées, les aérosols soufrés et la suie dispersés dans l’atmosphère réduisaient la quantité de lumière solaire atteignant la surface. Les températures chutèrent et la photosynthèse fortement perturbée. Selon les modèles, cet « hiver d’impact » a duré des années, voire 15 ans selon des travaux récents.
Même à supposer que des dinosaures aient survécu loin du point d’impact aux premières heures de la catastrophe, l’effondrement de la végétation puis des chaînes alimentaires a rendu leur survie extrêmement difficile. Les mammifères eux-mêmes furent durement frappés, mais certaines petites espèces, capables de s’abriter et de tirer parti de graines, de détritus, d’insectes ou d’autres ressources indépendantes d’une végétation fraîche, franchirent la crise. Parmi elles, quelques lignées d’oiseaux, qui auraient été terrestres et peu dépendantes des arbres – quasiment tous brûlés– et des lignées de mammifères, dont une de primates, dont une branche dominent aujourd’hui la Terre : Homo.
Tanis, inattendue capsule temporelle
Dans le gisement fossilifère étudié par l’équipe de Robert DePalma, les effets immédiats de la catastrophe semblent figés. Ce site, qui se trouvait à plus de 3 000 kilomètres du point d’impact, consiste en effet en un pêle-mêle de sédiments, de plantes et d’animaux, déposés par une brusque inondation sur la rive du paléofleuve de Tanis. Orienté vers l’est, celui-ci se jetait dans la mer intérieure nord-américaine, qui occupait alors les futures Grandes Plaines de l’Amérique du Nord. La datation du dépôt a d’emblée suggéré une fossilisation éclair liée à l’impact de Chicxulub : pas moins de 40 datations argon-argon (40Ar/39Ar) conduisent en effet à proposer pour les sédiments un âge moyen de 65,76 ± 0,15 millions d’années, soit celui de l’impact. Les strates de Tanis sont en outre coiffées par la même fine couche d’argile riche en iridium, associée à l’impact de Chicxulub.
Un chaos de fossiles
D’environ 1,3 mètre d’épaisseur, le dépôt mêle sans ordre de nombreux fossiles fragiles, mais remarquablement bien conservés : « La masse comprend des plantes étonnantes, toutes intimement entrelacées ; on y trouve des enchevêtrements de bois, avec des poissons pressés contre des fagots de racines de cyprès et des troncs d’arbres couverts de résine, explique Robert DePalma. Normalement, les fossiles finissent tous par être aplatis par la pression des roches, mais ici, ils sont très bien conservés en trois dimensions. On distingue la peau, les nageoires dorsales prises dans les sédiments et nombre d’espèces inconnues. »
Les bouches ouvertes des poissons d’eau douce fossilisés — poissons-spatules et esturgeons — ainsi que les signes de tétanie due à l’asphyxie que présentent leurs corps montrent également que c’est bien le contenu d’un fleuve qui a brusquement été rejeté en vrac sur une rive très végétalisée. La présence d’ammonites et d’autres organismes marins, manifestement apportés dans ce milieu terrestre par l’inondation, montre que le site se trouvait à seulement quelques kilomètres de l’embouchure de l’estuaire du paléofleuve.
La structure chaotique des sédiments fait penser à une tsunamite, le type de dépôt que produisent les tsunamis à terre. Robert DePalma a donc d’abord pensé avoir affaire au dépôt formé par le déferlement, dans la vallée fluviale, du monstrueux tsunami déclenché par l’impact météoritique. Il a toutefois rapidement compris que cela n’était pas possible : pour parvenir jusqu’à Tanis, le tsunami de Chicxulub devait en effet franchir d’abord quelque 1 000 kilomètres à travers le profond golfe du Mexique, puis environ 2 000 kilomètres à travers la mer intérieure peu profonde, avant de remonter le fleuve. En formulant quelques hypothèses vraisemblables sur les profondeurs marines traversées, dont dépend la vitesse de propagation, les chercheurs ont estimé que le tsunami aurait mis au moins 18 heures à atteindre le site (voir l’encadré ci-dessous).
Encadré : comment estimer le temps de propagation du tsunami de Chicxulub?
Comment sont-ils parvenus à une telle durée ? On considère en général que les tsunamis peuvent être bien décrits comme des ondes de gravité de très grande longueur d’onde, typiquement de 100 à 500 kilomètres. Cela implique que, dans un bassin marin, même de profondeur kilométrique, ils se comportent comme des ondes de gravité en eau peu profonde, ce qui signifie que l’on peut estimer leurs vitesses en utilisant la loi , où est l’accélération de la pesanteur et la profondeur. Tanis se trouve aujourd’hui à quelque 3000 kilomètres de l’impact, distance longitudinale dont nous supposons qu’elle ne s’est pas allongée depuis l’impact fini crétacé. Si, aujourd’hui, le golfe du Mexique a une profondeur moyenne de l’ordre de 1700 mètres, qu’en était-il de la mer crétacée ? Admettons que, compte tenu des marges continentales d’il y a 66 millions d’années, elle avait sur ses 1000 kilomètres de largeur une profondeur moyenne de l’ordre de 1000 mètres, et admettons par ailleurs que sur les 2000 kilomètres de mer intérieure en voie de refermement que le tsunami a aussi parcourus, la profondeur était de 150 mètres en moyenne. En appliquant ces hypothèses, on estime alors le temps de parcours du tsunami en heures par le calcul suivant :
L’ordre de grandeur y est, et l’on se rapproche encore de l’estimation des chercheurs si l’on considère que le tsunami a eu en plus à remonter le fleuve Tanis sur des dizaines, voire des centaines de kilomètres.
Trop simple, cette idée de tsunami !
Pour autant, deux observations ont conduit les chercheurs à penser que les strates de Tanis ne se sont pas formées lors de l’arrivée hypothétique du tsunami, mais plutôt au cours de la première heure suivant l’impact.
La première est que les ouïes des poissons emprisonnés dans la boue de Tanis sont saturées de petites billes de quartz choqué. On désigne ainsi des cristaux de quartz dont les plans cristallins ont été rapprochés sous l’effet de pressions qui, sur Terre, ne sont atteintes que lors d’impacts météoritiques : leur formation implique en effet des pressions supérieures à 2 gigapascals !
Lors d’un impact, des « rideaux » de tels microéjectas sont projetés vers la haute atmosphère. Les chercheurs ont montré que de nombreux grains de quartz choqué, éjectés sous des angles compris entre 30° et 60°, ont atteint le sommet de leur trajectoire dans la haute atmosphère, puis sont arrivés au-dessus de Tanis entre 13 et 25 minutes après l’impact, avant de commencer à pleuvoir en masse sur le fleuve. Les ouïes des esturgeons et des poissons-spatules qui nageaient dans le fleuve ont alors aspiré ces sphérules avant que l’inondation ne rejette les poissons sur la rive.
La deuxième observation indiquant que les strates de Tanis se sont formées peu après l’impact est qu’elles sont également constellées de tectites, ces projectiles de verre aux formes arrondies produits par l’éjection, puis la solidification en vol, de roches fondues lors de l’impact. Ainsi, une fois formées, les strates de Tanis ont été bombardées par des tectites ! De plus, le profil granulométrique (voir plus haut) montre que la pile stratigraphique de Tanis est constituée de dépôts successifs, manifestement laissés par des vagues successives.
Dès lors, comment ces strates se sont-elles formées ? Les dépôts qu’elles ont laissés suggèrent que les premières de ces vagues devaient mesurer environ 10 mètres de haut. Selon les chercheurs, l’hypothèse la plus vraisemblable est qu’il s’agissait d’ondes engendrées par des oscillations induites dans le bassin marin où se jetait le fleuve Tanis. Induites par quoi ? Il semble envisageable qu’elles l’aient été par l’arrivée des ondes de choc, des ondes de compression qui ont logiquement évolué en ondes P — elles aussi des ondes de compression — à mesure qu’elles s’atténuaient en s’éloignant du point d’impact.
Si l’on estime que, dans les diverses roches qu’elles ont traversées, ces ondes se sont propagées à une vitesse moyenne de 7 kilomètres par seconde — ordre de grandeur typique —, alors elles n’ont eu besoin que de 7 à 8 minutes pour atteindre le bassin marin dans lequel se jetait le fleuve Tanis et le perturber. Une puissante vague de 10 mètres de haut aurait alors remonté le cours du fleuve dans les 10 minutes suivant le choc, créant le premier dépôt et provoquant une inondation, dont le reflux aurait ensuite entraîné la formation du second dépôt, tandis que les pluies de tectites se succédaient…
Nous ignorons dans quelle mesure ce scénario est le bon, mais sa vraisemblance accrédite l’enchaînement rapide de phénomènes catastrophiques que les chercheurs ont reconstitué sur le terrain pour la première heure suivant l’impact. Ces phénomènes étaient toutefois peu de chose en comparaison des effets de l’incendie à grande échelle, puis de la longue nuit provoquée par la pollution atmosphérique qui suivit. Étant donné l’abondance de charbon de bois, de bois calciné et d’ambre découverte à Tanis, Robert DePalma estime qu’au moment où les vagues déferlaient, la forêt environnante était déjà en feu.
Due à l’impact, l’extinction des dinosaures?
Malgré le caractère mondial et manifestement dévastateur au plus haut point de la catastrophe cosmique de Chicxulub, certains géologues attribuent plutôt l’extinction des dinosaures aux effets, sur les écosystèmes crétacés, du volcanisme massif à l’origine du plateau basaltique du Deccan, en Inde, et avancent que les dinosaures avaient déjà disparu au moment de l’impact.
Le site de Tanis apporte des indices du contraire : dans l’appendice de son premier article consacré au site, Robert DePalma évoque en effet la découverte d’un os iliaque de cératopsidé, un dinosaure herbivore dont la carcasse démembrée semble avoir été transportée par les eaux. Il a en outre confié au premier journaliste à avoir été invité sur le site — Douglas Preston, du New Yorker — avoir trouvé une plume de dinosaure présumée, ainsi que « des dents, des os cassés et des restes d’éclosion de presque tous les groupes de dinosaures connus à Hell Creek, ainsi que des vestiges de ptérosaures ».
Ainsi, le site de Tanis précise quand les dinosaures sont morts en masse : dans l’heure qui a suivi l’impact ! Comme l’heure exacte de ce dernier est bien connue – 15 heures 35, il y a 65,7600899 millions d’années un vendredi en mars – vers 16 heures 35, les dinosaures étaient finis. Sauf certains zoiseaux !
Bibliographie
Robert A. de Palma et al, A seismically induced onshore surge deposit at the KPg boundary, North Dakota, PNAS, 2018.
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