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Les cyanobactériescyanobactéries sécrètent une gelée qui les entoure et cette gelée peut précipiter les bicarbonates, solubles, en carbonates de calciumcarbonates de calcium, insolubles. Certaines autres précipitent le calcairecalcaire à l'intérieur de la cellule mais dans les deux cas, on parle de stromatolitesstromatolites.
Les cyanobactéries comptent parmi les formes les plus anciennes de vies en colonies capables de construire des récifs. © C Eeckhout, Wikimedia Commons, CC by 3.0
Définition d'un stromatolite
Actuellement, les stromatolites en cours d'édification sont définis comme des structures sédimentaires d'origine biologique ; ils résultent du développement de tapis bactériens constitués essentiellement de cyanobactéries.
C'est une définition très générale des stromatolites qui permet d'y inclure certains voiles algairesvoiles algaires que l'on trouve sur les plages et qui pourraient être à l'origine de processus de fossilisationfossilisation, en particulier de traces.
Développement des stromatolites au cours de l'histoire
L'origine de la gelée formée par les stromatolites peut être une protection contre l'oxygène et la couche de calcaire formée par la cellule augmente cette protection.
L'abondance de ces formations calcaires dans le monde laisse penser que les stromatolites ont eu un développement considérable à certaines époques anciennes de l'histoire de la Terre quand celle-ci, encore assez chaude, fournissait aux cyanobactéries un océan à 35 °C. Un milieu riche et peu de compétition ont favorisé ce développement.
Les plus vieux fers rubanés (gisementsgisements de fer oxydé) trouvés dans le Pilbara (Australie) ont 3,2 milliards d'années (3,8 pour ceux d'Isua, au Groenland) et il s'en forme jusqu'à 2,4 milliards d'années, ce qui montre le temps qu'il a fallu pour oxyder tout ce qui pouvait l'être, le fer en particulier, et saturer la mer en oxygène. L'oxygène se dégage alors d'abord dans l'eau puis dans l'air quand l'eau est saturée et cause une extinction massive, sauf pour les organismes capables de se défendre contre cet oxydant puissant.
Une conséquence importante pour le milieu naturel est que la précipitation du calcaire par les cyanobactéries modifie le pH du milieu qui devient beaucoup moins acideacide que l'océan primitifocéan primitif. En effet, dans celui-ci, le bicarbonate restait en solution, conséquence de la dissolution du CO2 dans l'eau lors de la condensationcondensation initiale. Le pH se rapprochant ainsi de 7, il devient favorable à la vie telle que nous la connaissons.
Les stromatolites fossiles
Nous connaissons des stromatolites fossilesfossiles, vieux de 3,5 milliards d'années. Les plus anciens stromatolites ont été trouvés au sud de Marble BarBar, dans le cratoncraton de Pilbara (un des plus vieux cratons du monde) dans le groupe de Warrawoona, en Australie de l'Ouest, mais il en existe un peu partout.
Stromatolites d'Otjitotongwe, en Namibie. © C. König, DR
En Namibie, par exemple, tout le sud du parc national d'Etosha est constitué d'alternances de dolomiedolomie et de stromatolites fossiles. Le bord du craton du Congo était très calme il y a plus de 700 millions d'années puisque les dépôts marins ont plusieurs centaines de kilomètres de long, et plusieurs kilomètres d'épaisseur.
Stromatolites d'Otjitotongwe, en Namibie. © C. König, DR
La genèse de ces formations de stromatolites a été très controversée jusqu'à ce qu'on trouve des stromatolites vivants en Australie, à Shark Bay (Australie de l'Ouest) en particulier (voir page 5 de ce dossier).
Comment fonctionnent ces stromatolites ?
Dans le cas de Shark Bay, la croissance des stromatolites est très lente (0,4 mm/an !) et suffit à peine à compenser l'érosion. C'est donc une constructionconstruction très fragile, contrôlée par les bactériesbactéries mais aussi très fortement par le milieu.
Les stromatolites vivent aussi bien en eau salée (océan ou lacs de Rottnest Island, Australie de l'Ouest) que saumâtresaumâtre (lac Clifton, Australie de l'Ouest) ou douce (lac Richmond, Australie de l'Ouest, entouré de dunes de sablesable calcaire !).
Stromatolites de Shark Bay. © C. König, DR
Le jour, les cyanobactéries font de la photosynthèse et précipitent le calcaire en utilisant le gaz carboniquegaz carbonique. La nuit, elles fabriquent cette gelée qui retient le calcaire et quelques sédimentssédiments. Le jour suivant, de nouvelles bactéries recommencent le cycle. Par ce mécanisme, le feutrage de filaments de cyanobactéries collées sur un support est englué dans une gangue calcaire et forme une couche plus ou moins carbonatée appelée « lamine ».
Les cyanobactéries qui meurent forment donc des microcouches de calcaire plus ou moins pur sur lesquelles se développent les bactéries suivantes, jusqu'à ce qu'on obtienne une structure en dôme caractéristique des stromatolites.
La lithificationlithification commence en général 1 à 2 cm sous le niveau de vie et la construction est orientée selon les vaguesvagues (élongationélongation) et contre le ventvent. Elle nécessite en outre un substratsubstrat rocheux pour se fixer et les rives indurées du PléistocènePléistocène de Shark Bay servent de support à la construction.
La croissance des stromatolites selon la position du soleil
Les cyanobactéries ne font de la photosynthèsephotosynthèse que la journée ; elles laissent donc une trace journalière de leur activité. On a montré dans le parc du Yellowstone (États-Unis) que les stromatolites qui y vivent changent leur angle de croissance en fonction de la position du soleilsoleil au cours des saisonssaisons, leur croissance s'effectuant toujours dans la direction exacte du soleil.
La croissance des stromatolites suit la direction du soleil. © DR
En schématisant, on peut donc compter les courbes d'une sinusoïde (été-hiverhiver) et obtenir ainsi le nombre de jours dans une année. Ceci est intéressant parce que les stromatolites sont très vieux et qu'on n'a pas d'autres organismes vivants pour faire ce calcul à ces époques. On utilise, en effet, des coraux ou certains bivalvesbivalves pour des époques plus récentes (postérieures à 500 Ma). Awramik et Vanyo ont ainsi montré que le stromatolite Anabaria juvensis du PrécambrienPrécambrien tardif (850 millions d'années, Territoires du Nord, Australie) a enregistré des années de 435 jours. Ceci signifie que le jour avait environ 20,1 heures, il y a donc une diminution de la vitesse de rotationvitesse de rotation de la Terre, probablement à cause du frottement des maréesmarées. Ces données sont confirmées pour des dates ultérieures par des coraux, avec 400 j/an il y a 400 millions d'années par exemple.
