FOSSILISATION PAR INCRUSTATION JJ

debout du terrain houiller de Saint-Etienne, au Treuil, celles non moins nombreuses (Arthropitus, Sigillaires, Calamodendron, etc.), de Commentry, de Bessèges, les Equisétacées du Grès bigarré, les rhizomes et les tiges de plantes aquatiques des Argiles miocènes d'Armissan, etc.

lo Fossilisation par incrustation.

Lorsque la substance fossilisante était maintenue à l'état de dissolution, cette substance (carbonate de chaux ou de fer, phqsphate de chaux, silice, etc.), a pu se trouver en quantité assez considérable pour déterminer autour de la plante un dépôt abondant, une incrustation. Lés exemples ne sont pas rares dans lesquels les végétaux poussant sur le bord de ruisseaux alimentés par des sources incrustantes, se sont accumulés en quantité considérable dan» les lacs, les étangs formés par ces ruisseaux et ont pu être enveloppés par la matière solide que l'eau déposait, avant qu'ils n'aient eu le temps de se flétrir. La couche minérale, en augmentant peu à peu d'épaisseur, a fini par combler l'intervalle qui les séparait et bientôt le tout n'a plus formé qu'une masse compacte dans laquelle ils sont restés emprisonnés.

Quelquefois, le dépôt formé autour de ces frag-

ments est resté perméable aux liquides et aux gazs ; alors les matières organiques, brûlées peu à peu par Toxygène de l'air ou celui dissous dans Teau, ont disparu complètement en laissant un vide représentant exactement leur forme primitive.

Si le tuf est calcaire, comme cela se présente à Canstadt, Méximieux, Brognon, Sézanne, etc., il a dû se former de la même manière que les pétrifications naturelles que Ton rencontre maintenant dans le voisinage des sources de Saint- AUyre, de Carlsbad, de Tœplitz, et on peut faire renaître dans leur forme extérieure les objets moulés par le dépôt devenu solide, en coulant de la cire ou du plâtre dans les cavités, et en dissolvant ensuite le calcaire dans l'acide chlorhydrique étendu.

On obtient ainsi la restauration des objets les plus délicats, feuilles de fougères avec leurs fructifications, fleurs ayant conservé leurs calice, corolle, étamines, pistils, rameaux, feuilles de mousse, etc. ^

Les détails superficiels sont rendus avec -une perfection bien plus grande que lorsque le moulage en creux était obtenu, comme nous l'avons vu précédemment, par un dépôt mécanique de sable fin ou d'argile.

Mais dans le cas où la matière incrustante est

I . Nous donnons plus loin, page 46, les détails des manipulations à employer pour obtenir de bons résultats.

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de la silice, comme cela se présente lorsque les objets sont soumis à l'action de l'eau des geysers trop près de leur orifice, le peu de consistance de la silice déposée rapidement et son insolubilité dans la plupart des dissolvants rendent généralement impossible le moulage de ce genre de pétrification.

2*> Fossilisation par imbïbiiion et moulage interne des tissus.

On peut rapporter à ce genre de fossilisation la conservation des plantes dans le succin. La résine actuellement solide a pénétré, lorsqu'elle était maintenue fluide par une huile essentielle, dans l'intérieur des tissus et les a conservés intacts à l'abri de l'humidité et de l'oxygène.

Gôppert a fait connaître près de deux cents espèces végétales préservées de la destruction par cette résine provenant de vastes forêts de Conifères de l'époque miocène. Parmi ces débris se trouvent des corolles, des pistils, des étamines, des grains de pollen et même des moisissures avec leurs sporules.

Dans d'autres cas la matière dissoute était une matière minérale, le liquide pétrifiant peu concentré a pénétré dans l'intérieur des vaisseaux et des cellules débarrassés de la plupart des substances amylacées devenues solubles par une macération prolongée dans des eaux alcalines.

Peu à peu la matière minérale a rempli toutes les cavités existantes, puis, se déshydratant lentement, elle a acquis une solidité en rapport avec sa nature chimique, emprisonnant ainsi tout ce qui restait des parois des vaisseaux et des cellules.

La silice, le carbonate de chaux, le carbonate de fer, le phosphate de chaux rendus solubles par des sels alcalins et un excès d'acide carbonique ont pénétré dans l'intérieur des tissus et, en se concentrant peu à peu et se solidifiant, les a protégés contre une destruction rapide.

Les détails anatomiques les plus fins, les sculptures des cellules et des vaisseaux les plus délicates, ont été conservés souvent avec la plus scrupuleuse exactitude; les vaisseaux rayés, ponctués, aréoles, les trachées déroulables, se distinguent avec la plus grande netteté, de sorte que l'anatomie d'une plante silicifiée ou carbonatée peut conduire à des résultats aussi précis que si l'étude en était faite sur les organes correspondants pris dans une plante vivante.

A certains égards, ces objets sont même plus avantageux pour l'observation, que les plantes desséchées et conservées en herbier, car, malgré toutes les précautions, les organes délicats de ces dernières ne retrouvent pas, quand on essaie de les ramollir, le volume et la forme que la dessiccation et la compression leur ont fait perdre.

'Les plantes carbonatées ou silicifiées se rencon-

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trent généralement en fragments disséminés sans rapport de liaison les. uns avec les autres; on éprouve ainsi d'assez grandes difficultés pour établir . la dépendance de ces parties isolées, et ce n'est que par une attention soutenue et la comparaison avec les mêmes parties conservées à l'état d'empreinte, mais alors en dépendance les unes avec les autres, que l'on peut avancer avec quelque sécurité dans l'étude des végétaux pétrifiés.

QuelquefoiSvCependant les fragments sont plus volumineux et on a des exemples de troncs de plus de vingt mètres de longueur qui ont été silicifiés dans toute leur étenduQ. Près de Grand-Croix, dans une vigne, nous avons vu à découvert une tige de Cordaïte qui mesurait plus de dix m-ètres, les fragments de ce tronc qui a été brisé sont encore en partie engagés dans les murs environnants.

Aux environs d'Autun, au champ des Espargeolles on a relevé un stipe de Fougère (psaronius) d'une longueur de 4 m. 70, présentant la partie centrale bien conservée dans certains endroits et environné sur toute sa longueur de racines nombreuses, ces stipes ont porté les frondes si communes à l'état d'empreinte dans les couches houillères et désignées sous le nom de Pecopterts.

Les exemples de troncs de Palmiers silicifiés sur une longueur de plusieurs mètres et encore entiers trouvés dans les terrains tertiaires ne sont pas très rares.

Une question intéressante se présente à l'esprit, comment la silicification de ces troncs considérables s'est-elle effectuée ; en outre, comment les tissus, souvent fort délicats, ont-ils pu résister pendant un temps suffisamment long pour ne pas être décomposés ou flétris avant que la pétrification ne fût achevée.

Il n'y a pas de doute que souvent le^" végétaux étaient encore en place lorsque leur silicification s'est effectuée; les forêts pétrifiées du Wadi-Anseri, du Wadi-el-Tih au sud du Caire en sont une preuve irréfutable, la souche des arbres debout est encore fixée par les racines dans les grès sousjacents, le sol actuellement compact et durci était simplement sablonneux à l'époque où les plantes étaient en pleine végétation.

Dans le département de l'Allier, à Bussières, à Ygrande, à Noyant, etc., apparaît par intervalle un banc de quartz fossilifère, sur une étendue de 25 à 30 kilomètres. A Saint-Hilaire, près de l'étang des Messarges se voient des troncs de Psaronius giganteus encore en place et tenant au sol. On y rencontre en même temps des fragments de bois de Cordaïte^ à^Arthropitus, c'est vraisemblablement le sol d'une ancienne forêt carbonifère dont les arbres ont été silicifiés.

Dans certains cas la silicification a donc dû se faire sur des végétaux enracinés; ces végétaux étaient ou émergés en partie ou complètement plongés

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dans Teau. Lorsqu'ils étaient en partie émergés, l'eau chargée d'une petite quantité de silice est montée par capillarité dans les parties vasculaires et perméables du tronc, déposant sur sa route la matière minérale retenue en partie par les parois organiques ; une évaporation continuelle à la surface supérieure déterminait l'arrivée incessante du principe pétrifiant qui a fini par remplir la totalité des cellules et des vaisseaux, emprisonnant ainsi la totalité des parois.

Des fragments de troncs de Sigillaires, dont la moelle avait déjà disparu au moment de la pétrification, présentent la particularité curieuse de gouttelçttes de silice tapissant l'intérieur de l'étui médullaire, qui du reste est complètement vide; cette portion du tronc était donc hors de l'eau chargée de silice, lors de la minéralisation.

Si la plante était complètement plongée dans l'eau, lors même que cette dernière n'eût pas été saturée, la silice ou le carbonate de chaux auraient pu se fixer dans le tissu en vertu d'une action chimique que l'on a désignée depuis longtemps sous le nom d'affinité capillaire et qui comprend tous les cas que présente à l'observation un solide qui s'unit à un gaz, à un liquide, ou enfin à un corps solide dissous, à la condition que le solide conserve sa forme apparente.

Les tissus organiques des végétaux submergés étaient dails ce dernier cas et c'était par une véri-

table sélection que la silice ou les carbonates dissous se déposaient sur la paroi interne des cellules et des vaisseaux dont ils augmentaient l'épaisseur. On peut constater que souvent les cellules et les vaisseaux présentent tn reste de cavité, les pores par où pouvait pénétrer la matière minérale s'étant oblitérés avant le remplissage complet.

Très souvent les graines des magmas quartzeux de Saint-Etienne, qui sont entièrement noyées dans la silice, offrent dans la cavité occupée par le sac embryonnaire une géode de cristaux, la cavité n'a pu finir de se remplir, la silice retenue. par les enveloppes du testa ayant rendu ces dernières imperméables.

Il n'est même pas nécessaire que les fragments de végétaux soient plongés dans le liquide minéralisateur pour que cette sélection se produise, il suffit que ce dernier puisse les atteindre même en faible proportion. Ainsi, dans des fouilles faites à l'établissement civil de Bourbonne-les-Bains, on a rencontré des bois en partie calcifiés qui servaient de pilotis à un cianal romain ; aucune incrustation calcaire n'a été rencontrée à proximité des bois calcifiés, et c'est bien la matière ligneuse qui a retenu et concentré dans ses cellules le carbonate de chaux amené par une infiltration lente mais continue d'eau calcaire.

Quelquefois les plantes ont été recouvertes par des argiles perméables, les parties qui ont persisté

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sont celles qui ont pu retenir la silice dissoute imbibant l'argile; VHeterangiumparadoxum, \tLomato-

phloios crassicaule de Corda offrent ce genre de conservation; en dehors des parties silicifiées et qui sont devenues très dures tout en conservant leur structure, l'argile qui forme la gangue de l'échantillon est restée beaucoup plus tendre, n'ayant pas retenu de silice.

Ces exemples suffisent pour montrer que les plantes plongées dans des eaux minérales non concentrées, ou dans des sables ou des argiles à travers lesquels peuvent filtrer des eaux calcaires ou siliceuses sont capables de se pétrifier en s'appropriant par affinité capillaire une portion de la substance dissoute.

D'autres fois les plantes arrachées de leur lieu de ^' naissance ont été entraînées et se sont accumulées pêle-mêle, dans des étangs ou des lacs, dont les eaux étaient, en certains points ou en totalité, chargées de principes minéralisateurs.

Ces eaux ont non seulement pétrifié les débris végétaux de toute nature, en vertu de la sélection dont nous venons de parler, mais ont fini en quelques cas, en s'évaporant et en se concentrant peu à peu, à la manière des eaux salées qui ont déposé dans diverses localités des couches de sels divers en quantité considérable, par souder entre eux cette masse de fragments de plantes et par former d'immenses bancs de silice remplis de débris les plus variés.

Tantôt ces bancs de silice forment une couche continue de plusieurs décimètres d'épaisseur et s'étendent sur une surface de plusieurs kilomètres comme à Saint-Symphorien de Lay, Régny, etc.

(Loire), Saint-Hilaire, Noyant (Allier), tantôt ils ne forment que des îlots de quelques mètres, Dracy- Saint-Loup, Margenne, près Autun (S.-et-Loire).

Il semble dans ce dernier cas que la silice, étant en trop petite quantité pour couvrir tout le bassin d'évaporation se soit distribuée par masses isolées sur le fond, en empâtant les débris organiques qui s'y trouvaient rassemblés. A Dracy-Saint-Loup on trouve sur un fond argileux des lentilles de silice mélangées par place de calcaire, ayant englobé des Stîgmaria dont une portion est restée engagée dans l'argile du- fond et s'est transformée en houille, et l'autre s'est conservée par la pétrification.

Le plus souvent ces larges bancs de silice, ces lentilles de quelques mètres carrés ont été brisés à la suite d'affaissements locaux, ou de phénomènes géologiques plus importants, et les débris remaniés se retrouvent sous forme de rognons intercalés dans des grès et des argiles.

Les angles de ces fragments sont encore vifs et n'ont pas été usés, ce qui indique qu'ils n'ont pas été roulés et ne sont pas éloignés de leur lieu d'origine. Souvent même on rencontre des fragments qui appartenaient à la surface du banc siUceux, car ils portent en relief, et pour ainsi

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dire sculptés, des feuilles de fougères, des pétioles, des rameaux variés, des bouts de racines pétrifiées qui émergent en partie de la gangue siliceuse, comme si la quantité de silice avait été insuifisante pour recouvrir le tout. Ces reliefs fragiles auraient été certainement brisés si le morceau dont ils dépendent avait été roulé au loin. La température de l'eau qui dissolvait la silice ou le calcaire ne devait pas être très élevée et n'atteignait pas celle des Geysers, car la délicatesse des tissus conservés n'aurait pas supporté une semblable macération. On rencontre en effet de jeunes bourgeons floraux renfermant les rudiments de graines futures, des archégones dans l'endosperme de graines plus développées, des anthères contenant des grains de pollen dont l'intine renferme de jeunes cellules, des spores en voie de formation dans leur cellule-mère. Ces organes se seraient rapidement flétris ou détruits dans des eaux chaudes et geysériennes ; la présence de l'acide carbonique, qui a dû jouer un grand rôle dans la dissolution des matières minéraUsantes, n'est pas du reste compatible avec une température élevée, et sa disparition trop rapide aurait amené un dépôt superficiel et la plupart du temps sans consistance.

Si la pétrification s'est faite lentement, et si les tissus ont pu résister pendant un temps très long à la décomposition et à la pourriture, cela tient

vraisemblablement à la nature antiseptique des eaux renfermant en dissolution de la silice, des silicates alcalins, des carbonates, etc., milieu qui devait être d'autre part assez peu favorable au développement des êtres multiples se nourrissant de matières végétales. Nous pensons que, dans la plupart des cas, les eaux pétrifiantes nous ont transmis les divers débris dans l'état de conservation où ils étaient lorsqu'elles les ont reçus.

Gôppert a fait de nombreuses expériences afin d'arriver à pétrifier le tissu ligneux, il a essayé tour à tour des dissolutions de silicate de potasse, de sulfate, de protoxyde de fer, d'acétates alcalins ou métalliques et de bien d'autres sels. Les résultats, dit-il, sont d'autant plus parfaits que l'organe renferme plus de vaisseaux et de parties poreuses, une macération de quelques jours est suffisante ; la pétrification est accélérée en faisant succéder aux macérations des dessiccations successives. Dans le cours de ses recherches il a remarqué que le squelette inorganique propre de la plante est une des causes principales qui ménagent la conservation de la forme organique et constitue, en quelque sorte, la base autour de laquelle se disposent les matières employées dans les essais précités. •

Les dissolutions doivent être étendues; autrement, on aurait une incrustation analogue à celle des eaux pétrifiantes, c'est-à-dire une croûte pure-

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ment superficielle comme celle que déposent sur les objets qu'on y plonge les eaux de Tivoli, de Toeplitz, Saint-Allyre, etc.

Malgré ses essais nombreux, Gôppert n'a pu réussir à silicifier complètement les tissus ligneux ; cela tient à l'état pulvérulent et presque sans consistance que la silice prend quand elle passe trop rapidement de l'état de dissolution à l'état solide. Il y a des composés chimiques siliceux qui laissent, il est vrai, la silice à l'état compact et cohérent; mais, même lorsque celle-ci offre une certaine dureté, elle est encore complètement soluble dans une dissolution de potasse^, tandis que celle qui emprisonne les débris de végétaux pétrifiés naturellement y est au contraire insoluble et agit sur la lumière polarisée comme la silice des granits ou des gneiss.

Il y a donc des conditions physiques et chimiques de dépôt non encore réalisées par les expériences.

L'observation des couches formées par certaines sources minérales qui renferment quelques débris de végétaux, et l'examen de ces débris enfouis à diverses époques, conduiraient sans doute à se faire une idée juste de la manière dont la nature

I . La silice contenue dans l'épiderme des prêles ou qui en a exsudé, celle des tiges de graminées est également soluble dans une dissolution de potasse.

a opéré pour silicifier les végétaux dans tous les terrains.

Un grand nombre de sources renferment de la silice en dissolution et quelquefois en assez forte proportion ; ainsi, sous le volume de -un litre, les eaux des Geysers contiennent 500 milligrammes de silice, les eaux de Toeplitz 330 milligrammes, celles d'Aix-la-Chapelle 66 milligrammes, les eaux de la Manche seulement 16 milligrammes.

Voici l'analyse de deux eaux thermales.

Pour un litre, les eaux de

Carlsbad (73°) . . . Vichy (grille)

renferment :

788 mmg

908 nimg

Nao, co* . .

Nao, 2C02 . ,

Cao, co2 . .

Ko, 2C02 . .

Cao, so3 . .

Cao, 2C02 . .

Na cl . .

Mgo . .

CaFl . .

Nao soî

Sio2 . . .

3 (Nao)phoJ

Mgo . . .

Nacl . .

Sio2. . .

Les expériences de Gôppert montrent que ce n'est pas à la source même, où le dépôt des matières minérales est abondant, rapide et la température élevée, que l'on devrait diriger les observations et les expériences, mais bien plutôt à une certaine distance, là où la température est devenue normale

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et par conséquent le dépôt siliceux ou calcaire lent et régulier. Des échantillons recueillis en Islande sont, les uns formés de cilice soluble dans les alcalis, friable, ayant conservé seulement les empreintes des rameaux et des feuilles ; les autres, au contraire, de silice insoluble ; on y rencontre des tiges de prêles, des rameaux de bouleau à structure coiiservée, mais le manque d'indication sur la position exacte qu'ils occupaient dans le dépôt siliceux et sur l'âge probable qu'ils peuvent avoir, ne permet pas de résoudre la question.

Quoi qu'il en soit, d'après ce qui précède, ce mode de pétrification dçs végétaux consiste, non pas, comme on le dit souvent, dans la substitution à la matière organique des éléments minéralisateurs faite molécule à molécule^ mais dans une combinaison de la substance minérale avec la substance organique et dans le remplissage par la matière solide d'abord dissoute (carbonate de fer, de chaux, silice, phosphate de chaux, etc.), de tous les vides laissés par les parois des cellules, fibres, vaisseaux, qui constituent la charpente des plantes.

Si donc on dissolvait cette matière minérale solidifiée, on devrait retrouver cette matière organique. C'est ce que Gôppert a tenté pour certains bois silicifiés et carbonates, en se servant d'acide fluorhydrique ou d'acide chlorhydrique étendus; il obtint en efiet le squelette organique modifié, il est vrai, dans sa constitution chimique, mais qui

avait été préservé de la destruction par la matière environnante.

Mais, dans bien des cas, les fragments de bois ont été exposés depuis leur pétrification à l'action de l'oxygène libre de l'air ou de l'oxygène ozone dissous dans l'eau, et la plus grande partie de la matière organique a disparu ; au lieu de se présenter avec une coloration brune ou noire, comme cela arrive quand la matière organique a été houillifiée ou transformée en fusain et en lignite et se retrouve en proportion notable dans l'échantillon, ils ont blanchi et cela d'autant plus complètement qu'ils ont été exposés plus longtemps à l'action comburante de l'oxygène. En cassant quelques fragments de bois pétrifiés, on reconnaît souvent que la combustion ne s'est propagée qu'à une certaine distance à partir de la surface, et une démarcation nette entre la partie qui est devenue .blanche et celle qui a conservé sa couleur foncée indique la profondeur à laquelle la matière organique a disparu.

La plupart des échantillons d'Autun, de Saint- Charles, de Saint-Hilaire, de l'Etang des Messarges, etc., les troncs que l'on rencontre dans les grès du Lias, dans l'Oolithe, la Craie, ont perdu leur matière organique; aussi, lorsqu'on humecte légèrement la surface, l'eau pénètre rapidement dans l'intérieur par l'effet de la capillarité ; mais, à l'inverse de ce qui se passe dans un bois vivant, ce

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sont les parois mêmes des anciennes cellules et des vaisseaux qui, ayant disparu, donnent passage au liquide.

Ainsi, comme nous le répétons, les éléments organiques n'ont pas été remplacés, molécule à molécule, par celles de la matière pétrifiante, puisque le vide dont nous parlons est le vide même laissé par ces éléments et n'est occupé que par de l'air. La masse de la plupart des bois pétrifiés est essentiellement poreuse et les détaik microscopiques n'y sont visibles qu'à cause de l'air qui remplit l'espace occupé par les anciennes parois. On doit tenir compte, pour les préparations faites dans les bois silicifiés, de' cette particularité, et nous indiquerons plus loin les précautions à prendre pour éviter certains inconvénients qui en résultent.

Il est arrivé quelquefois après la disparition de la matière organique, qu'une imbibition ultérieure s'est faite naturellement, par l'introduction soit d'une autre substance, soit de la matière même qui a produit la minéralisation primitive. Dans ce dernier cas, qui constitue l'état des échantillons complètement carbonates ou agatisés, toute perméabilité a disparu ; les parois des éléments organiques ne sont plus guère visibles que grâce à la petite quantité -de matière minérale qui constituait le squelette inorganique de ces éléments et qui n'a pas été entraînée.

Les échantillons de Saint-Etienne, encore engagés

le plus souvent dans un poudingue d'une très grande dureté, ont été préservés de l'action comburante de l'oxygène ; aussi se présentent-ils avec une coloration foncée, et comme les fragments de végétaux sont noyés dans la masse siliceuse, on ne peut y rencontrer des tiges ou fragments de tiges, isolés ou dégagés, présentant une surface nette avec des cicatrices caractéristiques, comme cela se présente dans les gisements d' Autun et ceux du département de l'Allier. Il est clair que, si le S. Menardiy le S. Spinulosa, avaient été trouvés engagés dans les magmas silicifîés de Saint-Etienne, leur détermination spécifique eût été impossible.

Cette différence entre les deux gisements provient sans aucun doute du mode de pétrification. A Autun, un grand nombre de végétaux ont dû être silicifiés quand ils étaient encore debout, ou enfoncés dans l'argile et les sables ; depuis lors ils ont été entraînés, mais à une petite distance, et déposés en même temps que l'agilolithe et les grès dans lesquels on ks rencontre maintenant dispersés.

A Saint-Etienne, au contraire, les végétaux, entassés dans des étangs ou dans des lacs, ont été pétrifiés, puis soudés par la silice dans un état de confusion si grand qu'on a pu comparer leur aspect à celui que présenterait une couche épaisse de terreau accumulé sur le sol d'une forêt et qui aurait été pétrifié en bloc.

Il était utile de s'étendre avec quelques détails

sur ce dernier mode de pétrification, parce qu'il fournira, grâce à la perfection avec laquelle il a conservé les parties les plus délicates des plantes, la solution d'un grand nombre de problèmes importants de botanique fossile. En effet :

Entre les mains de Sprengel, Cotta, Witham, Brongniart, Corda, Gôppert, Binney, Williamson, les échantillons conservés par la minéralisation des tissus ont déjà fourni de merveilleux résultats et mis la Paléontologie végétale à même d'aborder des questions d'anatomie comparée avec une précision qu'on n'aurait pas osé espérer.