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Page de résumé pour ULgetd-11092012-110857

Auteur : Leduc, Thierry
E-mail de l'auteur : thierry.leduc@sciencesnaturelles.be
URN : ULgetd-11092012-110857
Langue : Français/French
Titre : Les iguanodons de bernissart: leur évolution diagénétique et les processus de dégradation.
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences
Département : FS - Département de géologie
Jury :
Nom : Titre :
de Ricqles, Armand Membre du jury/Committee Member
Godefroit, Pascal Membre du jury/Committee Member
Goemaere, Eric Membre du jury/Committee Member
Philippo, Simon Membre du jury/Committee Member
Hatert, Frédéric Président du jury/Committee Chair
Fransolet, André-Mathieu Promoteur/Director
Mots-clés :
  • pyrite
  • sulphate/sulfate
  • fracturing/fracturation
  • conservation.
  • Iguanodon
  • diagenesis/diagenèse
  • oxidation/oxydation
Date de soutenance : 2012-09-25
Type d'accès : Mixte
Résumé :

Résumé:

Une trentaine de squelettes complets et articulés d’Iguanodon ont été découverts à Bernissart en 1878. Cette collection unique au monde est conservée à l’IRSNB. Les ossements exhumés ont fait l’objet de divers traitements physiques et chimiques pour les préserver de leur dégradation. Ces ossements n’ont pas fait l’objet d’analyses minéralogiques détaillées permettant de comprendre ni les mécanismes diagénétiques mis en jeu ni de comprendre les mécanismes spécifiques de leur altération. Ce travail a donc pour but de combler ce manque. Il intègre des approches pétrographiques (MOP, MEB), minéralogiques (DRX, Spectroscopie Raman) et chimiques (EDS, fluorescence X, Microsonde électronique). Par ces méthodes, 30 minéraux différents ont été identifiés.

La diagenèse des ossements de Bernissart est le résultat de mécanismes physiques, chimiques et biologiques complexes modifiant les propriétés chimiques et structurelles originelles d’un matériau à composante organique. Elle inclut la dégradation de la matière organique, la dissolution et la recristallisation de l’apatite matricielle, son enrichissement en éléments en traces, la précipitation de nouvelles phases minérales dans les cavités osseuses (perminéralisation) et les mécanismes de fracturation. Un schéma est proposé positionnant dans une échelle de temps relative les minéraux formés lors de 3 étapes diagénétiques successives et des processus de dégradation enclenchés à la suite de l’exhumation des ossements.

Pendant l’enfouissement, la recristallisation a pris place de manière variable : l’hydroxylapatite carbonatée faiblement cristallisée (phase inorganique de l’os frais) est remplacée par une fluorapatite carbonatée mieux cristallisée. Tandis que certains minéraux se sont infiltrés dans les ossements pendant le remplissage des cavités par de l’argile (quartz et phyllosilicates), d’autres sont authigéniques et se sont déposés dans l’os pendant l’enfouissement (pyrite, barytine, célestine, sphalérite, (hydro)oxydes de fer, apatite authigénique, sulfate de calcium et vivianite). La pyrite est le minéral le plus abondant dans les ossements d’Iguanodon. Elle se présente sous plusieurs morphologies (cristaux, framboïdes, bâtonnets, structures fibroradiaires, enduits microcristallins…). Quatre types de pyrite ont été déterminés en fonction de la phase diagénétique pendant laquelle ils se sont formés et de l’origine du fer et du soufre qui les composent. La barytine est la seconde phase la plus abondante. Lorsque les deux minéraux sont présents ensemble, la pyrite s’est toujours formée la première. La distribution de ces minéraux au sein des ossements est plus contrôlée par des micromilieux que par une structure particulière de l’os.

Depuis leur découverte, les ossements d’Iguanodon ont reçu des traitements de différentes natures pour assurer leur conservation. Cela n’a pourtant pas empêché l’altération de la pyrite et la formation de 16 minéraux secondaires différents. Les sulfates ferreux hydratés (szomolnokite et rozénite) sont de loin les plus abondants et sont présents dans presque tous les échantillons sulfatés. La dégradation de l’argile wealdienne infiltrée ou adhérant aux ossements par l’acide libéré lors des réactions d’oxydation de la pyrite a induit la cristallisation d’autres sulfates comme la tschermigite, la natrojarosite et l’halotrichite. Le gypse, l’anhydrite, le(s) phosphate(s) de fer et la diadochite sont le résultat de la dissolution de l’apatite osseuse.

Les variations d’humidité relative dans les collections et dans les salles d’exposition sont responsables de la poursuite de la dégradation des ossements (sulfatation des sulfures résiduels ; fracturation par dilatation/contraction). L’humidité relative, conjuguée aux variations de température sont les paramètres à contrôler pour une meilleure conservation de ces précieux fossiles. Les techniques mettant en œuvre certains produits chimiques proposés dans la littérature ne sont applicables qu’à certains objets de taille limitée.

Abstract:

About thirty complete articulated skeletons of iguanodons have been excavated from Bernissart. This unique collection is conserved at the RBINS. The bones excavated were the object of diverse physical and chemical treatments to protect them from their degradation. These bones were not the object of detailed mineralogical analyses allowing to understand either diagenetic mechanisms involved or to understand the specific mechanisms of their change. This work thus aims at filling this lack. It integrates petrographic (POM, SEM), mineralogical (DRX, Raman Spectroscopy) and chemical (EDS, X-ray fluorescence, microprobe) techniques. By these methods, 30 different minerals were identified.

The diagenesis of Iguanodon bones is the result of cumulative physical, chemical and biological processes that will modify the original chemical and/or structural properties of this organic object. Bone diagenesis is a complex process that includes the degradation of organic matter, the dissolution and recrystallization of bone apatite, the enrichment in trace elements, the precipitation of new minerals in the bone cavities (permineralisation), the fracturation process. A plan is proposed positioning in a relative timescale minerals formed during 3 diagenetic stages and the degradation processes engaged following the bones exhumation.

During burial variable recrystallisation took place: the slightly crystallized carbonated hydroxylapatite (the mineral phase of fresh bone tissue) was replaced by well crystallized carbonated fluorapatite currently present in the Iguanodon bones. Whereas some minerals infiltrated in the bone during cavity filling by the sediment (“mainly” quartz, “argillaceous” phyllosilicates), others are authigenic and precipitated in the cavities during burial (pyrite, barite, sphalerite, celestine, iron oxi-hydroxides, authigenic apatite, calcium sulfate and to a lesser extent vivianite). Pyrite is the most abundant authigenic mineral in the Iguanodon fossil bones. It occurs in different morphologies (crystals, framboids, sticks, fibroradial structure, thin coating…). Four kind of pyrite were determined according to the diagenesis phase during which they were formed and the source of iron and sulfur. Besides pyrite barite is the second most abundant phase. When both minerals are present pyrite has been formed first. The distribution of these minerals within bones is more controlled by micro-environments than by particular structure of the bone.

Since their discovery the Iguanodon fossil bones were treated for conservation in several ways. This however did not prevent the alteration of pyrite into an assemblage of 16 different secondary minerals. The ferrous sulfates (szomolnokite and rozenite) are the most abundant of these minerals and can be found in nearly all samples sulfatized. Other sulfates were formed as the result of alteration of the wealdian shale by acid produced by pyrite oxidation: e.g. tschermigite, natrojarosite and halotrichite. Gypsum, anhydrite, iron phosphate and diadochite are the result of dissolution of bone apatite.

The variations of relative humidity in collections and in showrooms are responsible for the pursuit of the bones degradation (sulfatation of the residual sulfides ; fracturing by dilation / contraction). The relative humidity, conjugated to the temperature variations are the parameters to be controlled for a better preservation of these invaluable fossils. Techniques implementing some chemicals products proposed in the literature are applicable only to certain objects of limited size.

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