Formation de travertin, source pétrifiante et fossilisation

Formation de travertin, source pétrifiante et fossilisation

Les travertins (anciennement appelés tufs calcaires) sont des roches sédimentaires communes dans les régions calcaires.
Ces roches se trouvent à l’emplacement d’anciens ou d’actuels cours d’eau, sources calcaires.
Ces roches sédimentaires se reconnaissent facilement : elles ont de nombreuses cavités, elles sont donc légères. De plus, elles sont tendres et non stratifié.
Elles ont une origine biochimique : elles se forment par précipitation de carbonate (CaCO3).

 

Photo 1/6 : Exemple de travertin provenant d’une cascade pétrifiante dans un ruisseaux de Barsac (Drôme région du Diois. )

Lors de la formation du travertin, de nombreux végétaux poussant à proximité de la source/cours d’eau sont alors pétrifié ! C’est-à-dire qu’ils sont transformés en pierre. Ce processus observable sur des échelles de temps courtes, permet de découvrir un type particulier de fossilisation facilement.

Cet article s’intéresse aux conditions permettant la formation des travertins.
Il est illustré à partir d’une petite source présente à côté d’une ferme dans la région du Diois (Drôme). Ce type de source est très courante dans toutes régions calcaires, on retrouve aussi de nombreux travertins au niveau de « cascades pétrifiantes. »

 

Photo 2/6 : Source pétrifiante. Cette source présente a un petit débit (moins d’un litre par minute), ce qui suffit pour la formation de travertin. Notez les deux barres de fer en bas à gauche de l’image sont jointes à leur bases par le travertin nouvellement formé en quelques années.

Dissolution et précipitation des carbonates :

L’équation bilan d’équilibre des carbonates est : CO2 + H2O + CaCO3 ↔ 2 HCO3 + Ca2+
Autrement dit, pour la dissolution : de l’eau et du CO2 dissolvent de la calcite CaCO3 en ions Calcium (Ca2+ )  et hydrogénocarbonate (HCO3).
Et pour la précipitation : Les ions calcium et hydrogénocarbonate précipitent et ils forment alors de la calcite (CaCO3), du C02 et de l’eau rejeté lors de cette réaction.

En région calcaire, l’eau de pluie va se charger en ions calcium et hydrogénocarbonate en dissolvant le calcaire des roches.
D’où vient le CO2 permettant cette dissolution ?
En s’infiltrant dans le sol, l’eau de pluie va s’enrichir en CO2 émis par la respiration des racines et autres organismes du sol. Ce sont ces eaux très riches en CO2 qui dissolvent les calcaires.

Au niveau d’une source ou d’une chute d’eau, on peut avoir la précipitation des carbonates favorisés par des processus physico-chimique ou biologique :

Processus physico-chimique :

Après dissolution du calcaire par les eaux de ruissèlement riches en C02, on obtient une eau très chargée en ions Calcium et hydrogénocarbonate.
Cette eau est alors en déséquilibre chimique avec le CO2 atmosphérique. Alors la réaction d’équilibre des carbonates a lieu dans le sens de la précipitation :  2 HCO3 + Ca2+→ CO2 + H2O + CaCO3

Le CO2 est relâché vers l’atmosphère, et il précipite du carbonate de calcium formant alors le travertin.
Ce phénomène se produit en particulier au niveau de cascade, où l’agitation de l’eau et son mélange avec l’air la mettent en équilibre avec l’atmosphère.
C’est un phénomène analogue qui se produit dans les grottes (stalactites, stalagmites…).

Processus biologique :

 

La vie peut agir de deux façons sur la précipitation des carbonates.

Une façon directe. La consommation de CO2 par certains êtres vivants, comme lors de la photosynthèse qui provoque la précipitation des carbonates en favorisant la réaction
2 HCO3 + Ca2+ → CaCO3 + H2O + CO2(consommé).

 

Photo 3/6 : Ensemble de végétaux entrain d’être peu à peu pétrifié ou calcifié au niveau de la source. On reconnaît des feuilles de lierre, des mousses ainsi que des algues filamenteuses.
La photosynthèse des feuilles, mousses et algues consomment le C02 présent dans l’eau de source et favorisent donc la précipitation des carbonates.

Une manière indirecte. Les bactéries forment sur toute surface une mince pellicule vivante appelée biofilm. Cette pellicule de bactéries recouvre les surfaces rocheuses de molécules organiques. Molécules organiques et bactéries servent de points de nucléation pour la précipitation du carbonate de calcium. Ainsi, les biofilms accélèrent le concrétionnement au niveau de la sortie des eaux minérales.

Photo 4/6 : Cristaux de calcite à la surface d’une feuille de lierre pétrifiée. Les cristaux de calcite se forment plus facilement grâce au film bactérien présent sur la feuille de lierre. 

Formation de fossiles dans les travertins  :

On peut observer en seulement quelques semaines à mois la pétrification, il s’agit donc d’un processus de fossilisation très rapide.
Rapidement le travertin calcaire se compose de l’accumulation des moulages de différents végétaux.
Par exemple, sur cette source calcaire à Barsac, on retrouve des feuilles de lierre, mousses et des racines d’arbres pétrifiées.

Photo 5/6 : Branche et feuille de lierre pétrifiées.

Photo 6/6 : Mousses pétrifiées. On observe qu’au sommet les mousse ne sont pas encore pétrifiées, plus on va vers la base du travertin, plus les mousses observées sont anciennes.

Les travertins ont livré de très belles empreintes végétales parfois colorées par les oxydes de fer, en creux dans la roche. Aussi à partir de moulages réalisés avec du plâtre ou de la résine,et après dissolution du calcaire à l’aide d’acide, on arrive à restituer l’aspect d’origine de la feuille.
La majorité des travertins connus sont récents : sub-actuel à seulement quelques millions d’années.
On connait aussi exceptionnellement des gisement fossilifères dans les travertins assez anciens comme celui de Sézanne datant de 60 millions d’années.

 

Les travertins calcaires de Sézanne (entre Troyes et Reims) renferment la plus ancienne flore du Cénozoïque français (60 millions d’années). Ces fossiles ont été d’abord découvert par le paléobotaniste Gaston Saporta qui a décrit en 1842 cette flore.

Capture d’écran de la Lithothèque de l’académie de Reims,  présentant quelques fossiles de Sézanne.

Publication : Décembre 2020
Auteur(s) : Pierre-jean Riou, professeur de SVT
Crédits photos : Pierre-jean Riou

Bibliographie :

Riou, B, 1999. Les fossiles empreintes du vivant. Les encyclopédies du naturaliste, Delachaux et Niestlé. 272 p.

 Planet Terre – Dépôts de calcaire par des cascades pétrifiantes
Planet-Terre – Les sources thermominérales d’Auvergne : aspects géologiques