LE PRECAMBRIEN
1. LA FORMATION DU GLOBE TERRESTRE
1.1. Origine des planètes
Selon l'hypothèse admise actuellement,
le soleil et les planètes sont cogéniques, ils proviennent de la condensation d'un nuage de
matière
interstellaire, la nébuleuse protosolaire; l'hypothèse a été proposée par Kant et par
Laplace au XVIIIème siècle. Il y a 4,56 milliards d'année, cette masse initiale
en rotation s'est condensée en corps qui se sont agglomérés pour donner les planètes tandis que la partie
centrale se contractait en un soleil. Les datations radiométriques convergentes des
corps célestes, en
particulier des météorites, confirment cette hypothèse.
La théorie de l'accrétion des planètes, proposée en 1944 par le géophysicien russe Otto Schmidt, suppose que les planètes se sont formées par captures
successives d'objets de plus en plus gros. Les poussières cosmiques se sont
rassemblées en
particules qui se sont agglomérées en grains, blocs, planétoïdes et enfin planètes. A mesure que les
planétoïdes grossissaient, leur
nombre diminuait ainsi que la fréquence des impacts. Leur refroidissement s'est accompagné de la ségrégation des éléments selon leur masse
spécifique sous
l'action des forces de gravité. Leur masse s'est différenciée en enveloppes
concentriques.
On admet que le bombardement météoritique a été intense sur la Lune où la densité, la morphologie et la
datation des cratères d'impact montrent que la cratérisation décroît entre 4,5 et 3,5 Ga.
Sur la Terre, les cratères anciens ont tous disparu; certains gisements métalliques d'âge précambrien à base de chrome, nickel
et platinoïdes pourraient
représenter la
trace d'impact de météorites géantes. Les météorites tombent encore actuellement sur la Terre, mais leur
taille est faible.
Figure 1 : Grandes étapes du Précambrien.
L'hypothèse de l'accrétion homogène suppose l'agglomération de matériau homogène suivie d'une différentiation favorisée par la fusion. Les éléments lourds comme le fer et le nickel migrent au centre et forment le noyau de la planète. Les silicates plus légers se rassemblent autour en constituant le manteau. Les éléments volatiles, comme l'azote, l'hydrogène, l'eau, se dégagent à la périphérie et constituent l'atmosphère. La planète formée est donc chaude à son origine; elle se refroidit ensuite lentement. L'atmosphère, puis l'hydrosphère sur la Terre, proviendraient donc du dégazage du manteau. Cette hypothèse de l'accrétion homogène explique le flux de chaleur actuel des planètes.
 Figure 2 : Structure du globe terrestre Source : www.fondation-lamap.org |  Figure 3 : composition et épaisseur des différentes enveloppes de la
Terre. |
1.2 La formation de l'écorce (ou croûte) terrestre
1.3 La
formation de l'atmosphère
L'atmosphère terrestre provient du
dégazage du
manteau; ce processus continue encore de nos jours avec le volcanisme. La
composition de l'atmosphère primitive était bien différente de celle d'aujourd'hui. Par comparaison avec celle
des autres planètes, on estime que l'azote et le CO2 prédominaient, avec de l'eau et des traces de méthane, d'ammoniac, de SO2, d'HCl mais sans oxygène libre. Le CO2 et le méthane ont induit un effet de serre et élevé la température de la surface du
globe qui serait resté sinon assez basse puisqu'on estime que l'intensité de la jeune étoile Soleil n'avait pas
encore atteint le niveau actuel. La température était suffisante pour permettre à l'eau d'être à l'état liquide et
constituer l'hydrosphère.
Le CO2 atmosphérique a peu à peu été dissous dans l'eau liquide de la surface et combiné sous forme de
carbonates avec les ions libérés par l'altération superficielle, notamment sous l'action des pluies
acides induites par le CO2, l'HCl et le SO2 atmosphériques. La diminution progressive de la teneur du CO2 dans l'atmosphère aurait diminué l'effet de serre; ce
processus aurait été compensé par l'augmentation de l'activité solaire.
La présence d'oxygène dans l'atmosphère est plus tardive;
elle est d'origine biogénique. Les premiers organismes anaérobies, bactéries et algues, ont
utilisé le CO2 et l'H2O pour synthétiser leurs matières organiques en
rejetant l'O2. L'oxygène s'est d'abord accumulé dans l'eau des océans où il a été fixé par des éléments oxydables comme le
fer. Ce n'est qu'au bout de 1 à 2 milliards d'années, après épuisement des matières oxydables, que l'oxygène a commencé à se dégager dans l'atmosphère. En altitude, les molécules d'oxygène ont été dissociées puis recombinées en ozone. Cette
couche d'ozone a alors servi d'écran protecteur en interceptant les U.V. nocifs et permis
le développement de
formes pluricellulaires aérobies même en dehors des eaux de l'océan. On estime que l'oxygène atmosphérique n'a commencé à s'accumuler qu'il y a
environ 2,3 G.a., après l'oxydation des minéraux marins. La teneur a augmenté ensuite. et la
concentration actuelle a dû être atteinte vers -1,5 G.a.
2. LES
PREMIERS ETRES VIVANTS
2.1 La "soupe primitive"
A la formation de la Terre, une énorme quantité d'énergie était disponible à la surface: décharges électriques, volcanisme,
chaleur, radiations (U.V. abondants car la couche d'ozone n'existait pas).
Avec la diminution de la température superficielle,
l'eau se condensa en liquide et s'accumula en un océan primitif contenant
notamment du carbonate de sodium ("océan sodique"). Par
la suite, l'altération des basaltes océaniques et
l'hydrothermalisme apportèrent l'ion chlore qui se combina au sodium pour donner
finalement l'océan halitique.
 | Dans cette immense océan salé, les réactions chimiques étaient nombreuses, mais
la dilution des nouvelles molécules était trop grande pour aboutir à des interactions. Il a
fallu une concentration locale de l'eau de mer, dans des flaques ou dans le
sol, pour que les molécules et les ions se rencontrent et que des catalyseurs minéraux puissent
intervenir. Dans cette "soupe primitive", selon Haldane, eurent lieu
les premières synthèses prébiotiques; l'énergie était fournies par les
radiations, les catalyseurs étaient les minéraux argileux et certains ions minéraux comme le Zn et le
Mn. Ainsi se formèrent les premiers monomères (aminoacides, bases,
oses) qui polymérisèrent ensuite pour aboutir aux polypeptides, aux protéines et aux acides nucléiques. La synthèse des matières organiques à partir de composés simples dans des conditions expérimentales proches de celles ayant régné au début de l'histoire de la Terre a été réalisée notamment par Miller et Urey (1953); un fort apport d'énergie (décharges électriques, U.V.) dans un milieu réducteur à base de NH3, CH4, H20... produit des composés organiques du type monomère dont des amino-acides. |
Figure 4: Expérience de Miller-Urey et produits formés.
Source : encyclopédie Wikipédia
2.2 L'organisation en coacervats
Les molécules organiques se sont regroupées en une sorte d'écume formée de gouttelettes protéiques, les "coacervats" selon Oparine, limitées par une membrane double en phospholipides dont les molécules sont orientées. Dans ces globules s'est effectué la polymérisation des substances qui ont été triées par la membrane: acides nucléiques, protéines. Ces coacervats se sont regroupés ensuite en unités plus grandes. Les ARN auraient été les premiers supports de l'hérédité.
Figure 5: La vie au Précambrien
2.3 Les Procaryotes, premiers êtres vivants
Les premiers corpuscules interprétés comme des êtres vivants
microscopique sont connus à partir de -3,5 G.a. Ce sont des globules, des batonnets
sans noyaux différencié et comparés aux bactéries actuelles. Le caractère biotique est confirmé par le rapport
isotopique du carbone et la détection de certains hydrocarbures caractéristiques de la membrane
bactérienne. .Les
Procaryotes les plus anciens ont été découverts en Afrique du Sud (jaspes du groupe du Fig Tree,
Swaziland) et en Australie (North Pole) où ont été trouvés des filaments cellulaires de type Cyanobactéries et des construction
algaires (stromatolites).
Les premiers Procaryotes étaient hétérotrophes et anaérobies. L'énergie fournie par les réactions chimiques
exothermiques puis celle des radiations lumineuses permit ensuite les synthèses à partir d'éléments minéraux: l'autotrophie par
chimiosynthèse ou photosynthèse..
La photosynthèse dissocie la molécule d'eau et libère de l'oxygène. Au début, l'oxygène s'est combiné avec le Fer contenu dans l'eau pour précipiter de l'oxyde de Fer Fe2O3. La plus grande partie du Fer de l'océan a ainsi précipité entre 2,5 et 2 G.a. pour former les grands gisements de fer zonés du Précambrien (Banded Iron Formations.) L'oxygène s'est ensuite dégagé et accumulé dans l'atmosphère. Un calcul théorique: montre qu'un gramme de Cyanobactérie se multipliant pendant 40 jours produirait par photosynthèse l'ensemble de l'oxygène atmosphérique actuel.
Dès 3,4 G.a. on trouve en Australie des structures laminaires interprétées comme des constructions algaires de type cyanobactéries. Ces stromatolites sont abondants au Précambrien supérieur.
 Figure 6: Banded Iron Formation
|
 Figure 7 : structure stromatolitique
|
Des fossiles
d’organismes
pluricellulaires énigmatiques ont été découverts au Gabon dans une formation datée à 2,1 G.a. Il s'agit de
macro-organismes de formes variées et de taille variant de 1 à 17 centimètres ainsi que des micro-organismes de 50 microns. Leur
prolifération
accompagneraient le dégagement d'oxygène dans l'océan.
Figure 8: Fossiles pluricellulaires du Gabon datés à 2,1 G.a. Leur taille
est de quelques centimètres
Source: université de Poitier
2.4. L'origine des Eucaryotes
Les cellules à vrai noyaux, ou Eucaryotes, sont apparues
probablement vers -1,5 G.a. En effet, à partir de cette date, on trouve des fossiles sphériques de taille supérieure, quelques
dizaines de µm, avec un noyau visible. Selon la théorie de l'origine
eudosymbiotique (Margulis), ces cellules proviendraient de la fusion de
Procaryotes qui fourniraient les principaux organites.
Vers la fin du Précambrien, les protistes deviennent nombreux, en particulier les Acritarches, vésicules organique diversement ornées et interprétées comme des kystes d'algues planctoniques unicellulaires. Les stéranes, considérés comme les biomarqueurs des Eucaryotes, sont abondants.
2.5. Les premiers Métazoaires
Les
végétaux pluricellulaires (Métaphytes) sont connus
assez tôt au Précambrien supérieur. Des empreintes
d'algues pluricellulaires ont été décrites à partir de - 900 M.a.; des
rubans millimétriques et segmentés ont été trouvés en Chine et datés à
-1,4 G.a. En revanche,
les premières traces
indicutables de Métazoaires ne sont connues qu'à la fin du Précambrien.
La faune
marine d'Ediacara (Australie) est mal datée: d'abord placée vers -700
M.a., elle a
été rajeunie à -580 M.a. Ce sont des
empreintes d'animaux à corps mous et symétrie axiale avec
quelques formes à symétrie bilatérale. Des bioturbations
sont associées. Les plans d'organisation sont variés mais difficiles à
rattacher à des groupes connus.
Deux formes possèdent un squelette calcaire. Ces animaux marins
devaient être des mangeurs passifs
de suspensions ou de débris; les prédateurs devaient être inconnus et
donc la protection par carapace
inutile. Cette faune particulière a été retrouvée dans d'autres
gisements d'Asie, d'Afrique et d'Amérique du Nord; elle
caractérise un étage particulier du Précambrien terminal,
l'Ediacarien ou Vendien; elle disparaît totalement par la suite, aucune
de ses formes
n'est retrouvée au Cambrien.
Figure 9: quelques fossiles de la Faune d'Ediacara (Australie, Russie) ; la taille moyenne
est d'une dizaine de centimètres.
Source: université de Berkeley
Les fossiles du Vendien posent des problèmes d'identification non encore résolus. Certains ont été considérés comme des algues, des lichens, d'autres comme des coraux, des vers ou des représentants de groupes inconnus. Certaines empreintes ressemblent à des traces de vers. Il n'en reste pas moins que les êtres vivants étaient déjà diversifiés vers -560 M.a., à la fin du Précambrien.
Au début du Précambrien se forment les premiers ilôts de croûte continentale à partir du manteau. Ces vieux socles précambriens servent d'ossatures aux continents d'aujourd'hui. Ils affleurent en "boucliers" ou sont recouverts en discordance par des sédiments plus récents, généralement paléozoïques, peu ou pas déformés (plate-formes). Ces ensembles stables constituent des cratons constitués principalement de gneiss et de granites. Exemple: bouclier canadien et plate-forme nord-américaine, craton ouest africain (avec la plate-forme saharienne paléozoïque). Ces blocs continentaux sont dispersés à l'origine; par la suite, leur collision forme des chaînes de montagne qui assurent leur jonction. A la fin du Précambrien, on estime que les cratons étaient rassemblés en une seule masse continentale. La dernière orogénèse dite orogénèse panafricaine aurait assuré la liaison entre les éléments. Néanmoins, la disposition respectives des cratons dans cette masse unique est trés mal connue: les données paléomagnétiques sont trés incertaines du fait des réaimentations ultérieures. On se fie à la continuité des structures tectoniques pour assembler le puzzle. Ce continent unique de la fin du Pk a été appelé diversement: Pangée précambrienne, supercontinent Rodinia... Sa rupture marque le début du Cambrien.
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Figure 10: Une reconstitution du mégacontinent précambrien vers -700 M.a. Les bandes roses représentent les chaînes de montagne, les zones jaunes, les continents: AM: Amazonia; AO: Antarctica orientale: AUS: Australia B: Baltica: C: Congo; G: Groenland; I: India; K: Kalahari; M: Madagascar; S: Siberia. Source: P.A. Bourque, université de Laval |
REFERENCES
http://www.evolution-biologique.org/histoire-de-la-vie/monde-bacterien/des-bacteries/grace-a-des-bacteries.html
http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/td-chimie-Terre-intro.xml
http://manuel.gonzales.free.fr/pages/origine.html
http://www.aim.ufr-physique.univ-paris7.fr/CHARNOZ/homepage/SYSTEME_SOLAIRE/Chap1.htm
http://www.evolution-biologique.org/histoire-de-la-vie/les-grandes-etapes-de-l-histoire-de-la-vie.html
http://e-cursus.univ-ag.fr/mod/resource/view.php?id=3425&redirect=1
http://www2.nau.edu/~doetqp-p/courses/env440/env440_2/lectures/lec5/lec5.html