Forêts du Carbonifère

il y a environ 320 millions d’années Marais équatoriaux (aujourd’hui Europe et Amérique du Nord)

En bref

Pendant le Carbonifère, de vastes marais chauds étaient couverts de fougères et de lycopodes géants, des plantes hautes comme des arbres, au tronc couvert d’écailles. Des restes de plantes enfouis dans la vase, là où il n’y avait pas d’oxygène, sont devenus, bien plus tard, de grands gisements de charbon. Dans l’air riche en oxygène vivaient aussi des insectes et des mille-pattes énormes, comme des libellules aux ailes larges de plus d’un demi-mètre.

Pourquoi c’est important Ces forêts ont modifié le climat et l’atmosphère, et laissé des ressources que l’industrie humaine exploiterait bien plus tard.

Source : University of California Museum of Paleontology, « The Carboniferous Period »

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Illustration : Forêts du Carbonifère (Marais équatoriaux (aujourd’hui Europe et Amérique du Nord)) — Illustration créée avec l’IA pour Storiascopio

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Le récit

Un monde de marécages

Il y a environ 320 millions d’années, sur les terres que nous appelons aujourd’hui l’Europe et l’Amérique du Nord, le paysage était très différent. Il faisait chaud et il y avait énormément d’humidité. De grands marécages s’étendaient près de l’équateur, et dans ces eaux stagnantes poussaient des forêts denses et vertes. Elles n’étaient pas faites de chênes ou de pins, qui n’existaient pas encore, mais de fougères arborescentes, de prêles géantes et surtout de lycopodes, des plantes qui sont aujourd’hui petites et rampantes mais qui devenaient alors des arbres.

La période s’appelle le Carbonifère et dure d’environ 359 à 299 millions d’années. Le nom lui a été donné en 1822 par deux géologues anglais, William Conybeare et William Phillips, parce que les roches de cet âge contenaient beaucoup de charbon : « carbonifère » veut dire justement « qui porte le charbon ».

Des arbres étranges et immenses

Les plus grands lycopodes, comme Lepidodendron et Sigillaria, mesuraient jusqu’à 30 mètres environ. Ils avaient des troncs qui ne se ramifiaient pas sur une grande partie de la hauteur et qui étaient recouverts d’écailles en losange, comme la peau d’un reptile. Au sommet s’ouvraient des rameaux en fourche avec de longues feuilles en ruban. Leur bois était peu abondant, et ils poussaient très vite, avant de mourir. À côté d’eux, il y avait les prêles géantes, comme Calamites, hautes de 20 mètres, et des fougères à tronc, avec de larges feuilles découpées.

Les feuilles et les troncs tombaient dans l’eau sombre et pauvre en oxygène des marécages. Là, les restes ne pourrissaient pas entièrement : ils s’accumulaient en couches de matière végétale, appelée tourbe. Avec le temps, les terrains s’abaissaient et la mer ou les fleuves recouvraient la tourbe de sable et de boue. Sous le poids et la chaleur, pendant des millions d’années, la tourbe s’est transformée en charbon. Pour faire une couche de charbon épaisse d’un mètre, il fallait plusieurs mètres de tourbe, et pour la former, de nombreux milliers d’années.

Les scientifiques ont longtemps discuté pour savoir pourquoi autant de charbon s’est formé justement à cette période. Une hypothèse dit que les champignons et les bactéries capables de décomposer le bois n’étaient pas encore assez efficaces, si bien que beaucoup de bois restait intact ; aujourd’hui, beaucoup de spécialistes pensent que le climat humide et le mouvement des continents ont davantage compté, en créant des bassins où les restes s’accumulaient. Le débat est ouvert.

Des animaux géants dans un air riche en oxygène

Le Carbonifère a été l’âge d’or des arthropodes. Dans les forêts vivaient des libellules gigantesques comme Meganeura, avec des ailes larges jusqu’à environ 70 centimètres, et des mille-pattes énormes comme Arthropleura, long de plus de deux mètres, le plus grand invertébré terrestre ayant jamais existé. On pense que ces géants ont été favorisés par l’air, qui, d’après les calculs, contenait plus d’oxygène qu’aujourd’hui, entre 25 et 35 pour cent selon les modèles, contre 21 : les insectes respirent par de petits tubes et un air plus riche permet aux corps de grandir davantage.

Parmi les plantes marchaient aussi des vertébrés. Les amphibiens étaient nombreux et certains étaient grands comme des crocodiles. Et, il y a environ 315 millions d’années, sont apparus les premiers animaux semblables aux reptiles : l’exemple le plus connu est Hylonomus, un animal semblable à un lézard, long d’environ 20 centimètres, dont les restes ont été trouvés dans le tronc fossile d’un arbre à Joggins, en Nouvelle-Écosse, au Canada. Les reptiles pondaient des œufs avec une coquille et une membrane qui protégeait l’embryon, et cela leur a permis de vivre loin de l’eau.

La fin des forêts de marécages

Vers la fin du Carbonifère, le climat est devenu plus sec et plus froid, aussi à cause de grands glaciers qui se formaient dans le sud du supercontinent Gondwana. Il y a environ 305 millions d’années, les forêts humides de lycopodes se sont beaucoup réduites et fragmentées ; les reptiles, mieux adaptés aux climats secs, en ont profité. Le charbon est resté sous terre, en attente.

Pourquoi c’est arrivé

Pourquoi y a-t-il eu autant de forêts à cette période ? Les plantes venaient d’inventer le bois et les arbres, et elles occupaient pour la première fois de façon massive les terres émergées. Le climat était chaud et humide, les terres basses près de l’équateur étaient couvertes de marais, et les continents, en mouvement, étaient en train de s’unir pour former le supercontinent Pangée, créant de vastes zones marécageuses.

Les forêts ont absorbé de grandes quantités de dioxyde de carbone de l’air et l’ont transformé en bois, qui a fini enseveli. Moins de dioxyde de carbone signifie moins d’effet de serre, et la planète s’est refroidie : au début du Carbonifère, le climat était plus doux, à la fin il y a eu de grands glaciers. En même temps, l’oxygène a augmenté.

Le charbon s’est formé parce que les couches de tourbe ont été ensevelies rapidement et sous pression. Cela ne s’est produit nulle part ailleurs avec la même abondance, et c’est pourquoi le Carbonifère est la période du charbon par excellence, même s’il s’est formé du charbon à d’autres périodes.

Ce qui a changé

Les forêts du Carbonifère ont changé l’atmosphère et le climat, et ont laissé un héritage qui change encore notre vie. Le charbon formé alors a été pendant des siècles un combustible : à partir du XVIIIe siècle, il a servi à alimenter les machines à vapeur et les usines, et il a été le moteur de la révolution industrielle en Angleterre, en Allemagne, en Belgique et en Amérique du Nord. Sans ces gisements, l’histoire moderne aurait été très différente.

Le charbon est aussi un problème. Quand nous le brûlons, nous rendons à l’air en quelques décennies le dioxyde de carbone que ces plantes avaient retiré en des dizaines de millions d’années. C’est l’une des principales causes du réchauffement climatique actuel. C’est pourquoi beaucoup de pays, dans le cadre des accords sur le climat, réduisent l’usage du charbon et passent aux énergies renouvelables.

Du point de vue de l’histoire de la vie, le Carbonifère a vu l’invention de l’œuf à coquille et l’apparition des premiers reptiles, qui allaient se répandre sur la Terre aux ères suivantes, ouvrant la voie aux dinosaures et aux mammifères. Beaucoup de fossiles de cette période, comme les fougères et les insectes, se trouvent aujourd’hui encore dans les mines de charbon.

Personnes et lieux clés

Personnes

William Conybeare et William Phillips: Géologues anglais qui ont donné en 1822 le nom « Carbonifère » aux roches contenant du charbon.
Robert Berner: Géochimiste américain (1935-2015). Avec ses modèles, il a estimé l’oxygène dans l’air du passé et montré qu’au Carbonifère il était très élevé.
William Dawson: Géologue canadien (1820-1899). Il a étudié les falaises de Joggins et y a trouvé, dans des troncs fossiles, des restes de certains des plus anciens animaux semblables aux reptiles ; le géologue Charles Lyell l’a aidé et lui a rendu visite.

Lieux

Joggins, Nouvelle-Écosse (Canada): Des falaises côtières avec des forêts fossiles d’environ 315 millions d’années et les restes de certains des plus anciens animaux semblables aux reptiles.
Bassin de la Ruhr, Allemagne: Une région de mines de charbon qui a alimenté l’industrie allemande pendant plus d’un siècle.
Pays de Galles et nord de l’Angleterre: Des zones de gisements de charbon qui furent le cœur de la révolution industrielle britannique.
Marécages du Carbonifère: Des régions chaudes près de l’équateur, aujourd’hui parties de l’Europe et de l’Amérique du Nord.

À savoir

Arthropleura, le mille-pattes géant, mesurait plus de deux mètres, mais il ne chassait probablement pas : les scientifiques pensent qu’il se nourrissait de matière végétale en décomposition.
Le charbon que nous brûlons aujourd’hui est de la lumière du soleil conservée : c’est l’énergie que ces plantes ont captée par la photosynthèse il y a 300 millions d’années.
Les troncs des lycopodes avaient un « cœur » tendre et une écorce robuste, comme un tube : c’est pourquoi ils se sont souvent fossilisés en position verticale.
Lepidodendron veut dire « arbre à écailles » en grec, à cause des écailles en losange qui couvraient le tronc.
L’œuf des reptiles a une coquille et des membranes qui gardent l’eau à l’intérieur et laissent passer l’air : c’est l’invention qui a permis de pondre loin de l’eau, et les reptiles et les oiseaux l’utilisent encore aujourd’hui.