Tchad, berceau de l'humanité ?

Avec Australopithecus bahrelghazali (Abel) et Sahelanthropus tchadensis (Toumaï), deux fossiles d'hominidés, le Tchad est le berceau potentiel de l'humanité.

Contexte géologique des découvertes

South African Journal of Science

Vol 104, n° 5/6 pp. 165-168.

Lors de leur découverte, les fossiles d'Australopithecus bahrelghazali (Abel) et de Sahelanthropus tchadensis (Toumaï) étaient-ils enchâssés dans le grès, ont-ils été déterrés ou ramassés en surface ?

Alain Beauvilain

Article de presse :
AFP du 1er septembre 2008

Le contexte stratigraphique de deux importants fossiles d'hominidés trouvés au Tchad a été régulièrement décrit comme étant précisément connu sur la base de leur découverte supposée in situ. Il est ici démontré qu'aucun de ces fossiles, les holotypes d'Australopithecus bahrelghazali et de Sahelanthropus tchadensis, n'était in situ au moment de leur découverte.

Dès juillet 2002, la Mission paléontologique franco-tchadienne (MPFT) déclarait que le crâne de Toumaï, Sahelanthropus tchadensis, avait été trouvé pris dans la couche sédimentaire 'The middle part of the section (about 2 m thick) is informally named the anthracotheriid unit (AU). This unit yielded the hominid cranium and all the terrestrial vertebrate remains. The hominid was embedded in a poorly cemented sandstone in the lowest metre of the unit.' (Nature 418, 2002, p. 153). Cette affirmation a ensuite été reprise et déclinée dans nombre d'articles et par nombre d'auteurs au point de faire figure de vérité.
Un article récemment publié, qui déclare fixer de manière définitive par radiodatation l'âge de Toumaï, exprime avec encore plus de force la même idée. Toumaï aurait été déterré : 'The focus of this study was the Toros-Menalla (TM) fossiliferous area, where Sahelanthropus tchadensis (Toumaï) was unearthed' (PNAS, 2008). Dans l'ensemble de l'article, le mot est appliqué trois fois à Toumaï. Le sens en est repris dans le dossier de presse de l'article, 'les auteurs ont concentré leurs efforts sur la zone fossilifère dont a été extrait le crâne sub-complet de Toumaï'.
Le même terme est également appliqué à la mandibule d'Abel, holotype d'Australopithecus bahrelghazali : 'at Koro Toro, the level sampled for this study is within the level from which the fauna and the Australopithecus bahrelghazali holotype were unearthed' PNAS, 2008, p. 3229. L'expression vient qualifier ce fossile à deux reprises. Un second article (J. Hum. Evol., 2008) reprend la même expression (en attribuant par erreur, dès le deuxième mot, sa mise au jour à 1994 au lieu de 1995).

De janvier 1994 à juillet 2002, l'auteur de cette note a assumé la responsabilité de chacune des missions paléontologiques organisées dans le désert tchadien. Par respect de la vérité scientifique, il doit aujourd'hui dire que ni l'un ni l'autre de ces fossiles n'a été trouvé en place, in situ. Le mot le plus approprié à employer pour ces deux fossiles serait qu'ils ont été 'collectés' sur leurs sites d'origine, ceux de TM 266 dans la zone de Toros-Ménalla, pour S. tchadensis, et de KT 12, dans la zone de Koro Toro, pour A. bahrelghazali. Les coupes géologiques publiées de ces deux sites de découverte sont reproduites dans la Figure 1.

SAJS.08.coupes

Figure 1 : Coupes géologiques des sites de découverte telles que reproduites de Nature 2002 et de PNAS 2008. Le crâne de Toumaï est localisé 'avec précision' dans la coupe de TM 266 et l'holotype d'Australopithecus bahrelghazali est localisé 'avec précision' dans la coupe de KT 12. Dans le but de rendre la comparaison plus claire, les couleurs et les échelles employées par les deux revues ont été uniformisées et la coupe de 2002 a été mise en image miroir. L'échelle verticale est exprimée en mètres et les chiffres en rouge correspondent à la localisation des échantillons datés.
Noter que :
- l'épaisseur de l'Anthracotheriid Unit a doublé entre les publications de 2002 et de 2008. Par conséquent, en 2002, le crâne de Toumaï a été extrait du dernier mètre de cette unité, en 2008 le crâne est positionné à environ 2,5 mètres de cette base ;
- en dépit de la position attribuée 'avec précision' à Toumaï, aucune datation n'a été faite sur une épaisseur de 1,1 mètre tandis que la distance moyenne entre prélèvements sur le reste de la coupe de part et d'autre de Toumaï est de 25 cm ;
- le prélèvement daté le plus haut sur la coupe (n° 19 sur la coupe du milieu) donne un âge de 7,14 ± 1,42 Ma, celui de la base (n° 32) un âge de 7,18 ± 0,69 Ma, les deux datations extrêmes étant 8,24 ± 1,81 (n° 24) et 5,92 ± 1,14 Ma (n° 25).

Toumaï a été ramassé sur une surface constituée de sable meuble sans cesse remanié par le vent. Jour après jour, poussés par le vent, les grains de sable ponçaient la face droite du crâne de Toumaï, particulièrement son maxillaire, dégradant fortement sa mandibule. À cet emplacement, la surface du sol est constituée de quatre à cinq centimètres de terrains détritiques sur lesquels le vent crée une surface de déflation, surface fréquente en milieu désertique et qui protège les terrains sous-jacents de l'érosion jusqu'à ce qu'elle soit perturbée. Si cette couche superficielle est modifiée par balayage ou une autre activité, en quelques heures, par érosion différentielle, le vent crée une surface rugueuse, surcreusant les parties tendres, mettant en relief les éléments durs, y compris les fossiles.
La photographie faite par l'auteur au moment de la découverte a été largement publiée mais jamais légendée. Il pensait que l'image était suffisamment évocatrice pour indiquer l'absence de contexte stratigraphique du fossile (Figure 2). Il est donc temps de le faire. L'empreinte en creux apparaissant dans le sable en haut et à droite du crâne est celle de l'emplacement exact où Toumaï a été trouvé. Dans leur quasi totalité, les fossiles de TM 266 ont été trouvés dans cette même configuration par rapport au substrat. Par un curieux choix, les photographies du crâne de Toumaï publiées par la MPFT comme le représentant dans le contexte du terrain sont en réalité celles d'une copie en résine de couleur sombre, posée dans le désert sur une ride de sable que le vent du nord-est a formée en février 2004.

TM 266 8 h Toumai? face francais

SAJS.08.TM266

Figures 2 : Toumaï au moment de sa découverte le 19 juillet 2001 à 8 h 30 et le site de découverte en octobre 2001 (Fanoné Gongdibé à droite, Ahounta Djimdoumalbaye à gauche, photographies Alain Beauvilain).

Quant à Abel, le fragment de mandibule a été trouvé en bordure d'une légère ravine dans un mélange de sable grossier, de gravillons et de petits débris de cuirasse ferrugineuse comme le montrent les photographies prises à l'instant de la découverte (Figures 3). À KT 12, la pente et l'existence certaines années de violentes pluies d'orages créent une érosion importante (Figure 4). Abel n'a donc pas été extrait d'un grès argileux comme il est écrit dans le PNAS. Le grès blanc, qui est sous les dépôts détritiques non consolidés de surface, est très dur par temps sec mais devient mou lorsqu'il est humide après une pluie, comme l'auteur l'a constaté en juillet 2000, différence due vraisemblablement à la présence d'un sel dans les dépôts.

1995 03 24 KT 12 abel site

Figures 3 : Le site de KT 12 et Abel au moment de sa découverte le 23 janvier 1995, 8 h 45 (Alain Beauvilain).

1995 03 36 KT12 Abel marteau site

KT 12 IGN 96 pts site

Ci dessus, Figure 4 : KT 12, 8 mai 1965, 8 heures (Institut Géographique National, agrandissement d'une partie de la photographie aérienne NE 34 I, n° 024). C'est une zone soumise à la fois au ravinement et à l'érosion éolienne.

Ci-dessous, KT 12 en janvier 1996, tamisage du lieu de découverte d'Abel vu d'hélicoptère. Cette vue de KT 12 montre les dépôts pluviaux et éoliens dans lesquels Abel a été trouvé.

KT 12 janvier 1996

KT 12 GE 96 pts site

Figure 4. KT 12 le 3 octobre 2013 (Google Earth).

Aucun autre fossile n'a été trouvé in situ à proximité et au même niveau topographique qu'Abel. Quelques fossiles ont été trouvés porteurs de fragments de croûte ferrugineuse, témoins de l'ancienne présence d'une telle croûte dans la série sédimentaire. En contre bas et à quelques dizaines de mètres à l'ouest du lieu précis où Abel a été découvert, s'observent encore les affleurements d'une cuirasse ferrugineuse similaire.

Dans ces conditions, localiser avec précision Toumaï et Abel sur les coupes stratigraphiques de TM 266 et de KT 12 est impossible. Au cours de la période actuelle, la pente existant sur chacun des deux sites favorise l'érosion pluviale lors des pluies qui se présentent ici sous la forme d'orages rares mais violents. Abel a été collecté au pied du cordon littoral du dernier épisode de méga lac Tchad, qui est âgé de seulement quelques milliers d'années. Antérieurement, il se trouvait sur le bord de la cuvette lacustre, peut-être même près de l'embouchure d'une rivière intermittente comme le suggère à cet endroit précis une courbe dans les anciens dépôts littoraux ; plus antérieurement, il se trouvait sur une surface d'érosion qui s'étendait à l'est de ce littoral. Le contexte récent est différent pour Toumaï. Ainsi qu'il est bien connu en zones désertiques, des mouvements latéraux d'objets durs reposant sur du sable non fixé peuvent se produire quand le vent enlève le sable sur un côté de l'objet, créant un creux dans lequel l'objet roule. Répété maintes fois, un tel processus peut déplacer les objets sur nombre de mètres en peu d'années. En effet, par déflation, l'érosion éolienne peut aboutir à des déplacements latéraux. Les militaires connaissent bien ce phénomène car il peut entraîner le déplacement latéral et vertical des mines. Considérant la durée au cours de laquelle les fossiles peuvent avoir été laissés à découvert, la probabilité que ces deux fossiles aient été déplacés latéralement et verticalement par la combinaison de l'érosion et de la déflation éolienne souvent répétées et, moins couramment mais par un déplacement plus dynamique, par le ruissellement, est bien plus forte que celle qu'ils n'aient connu aucun déplacement vertical ou latéral.
Il conviendrait aussi de noter que l'essentiel du Djourab est concerné par le pastoralisme, ainsi que l'atteste la présence de grands troupeaux de dromadaires qui peuvent enfoncer les fossiles dans un sol mou, les érafler en surface, embrouillant davantage le contexte de leur histoire (Figure 5).

SAJS.08.KT12.1998

SAJS.08.KT12.98

Figures 5 : Vues générales du site de KT 12 en octobre 1998
(noter les nombreux dromadaires) (photographies Alain Beauvilain).

Toumaï a été trouvé non fixé à la surface du sol mais recouvert en grande partie d'une croûte ferrugineuse sur laquelle un beau vernis désertique formait une patine qui se trouvait aussi sur le fossile sous la croûte ferrugineuse. Combien de fois ce fossile a-t-il été mis au jour et réenfoui avant d'être collecté par la mission que l'auteur a initiée et dirigée en juillet 2001 ? Quant à Abel, la coupe stratigraphique du site de sa découverte, publiée par la MPFT dans le PNAS, indique deux surfaces d'érosion. Qu'est-il arrivé aux fossiles lors de ces deux cycles d'érosion ?
À plus large échelle, les déplacements verticaux d'objets durs reposant sur un terrain formé d'un sol meuble se produisent lorsque les conditions aérodynamiques créent un tourbillon à la retombée des dunes. Celui-ci met à nu les surfaces gréseuses de pied de dunes. C'est la raison pour laquelle l'auteur repassait systématiquement au pied de chaque dune à chaque nouvelle mission dans le Djourab. C'est ainsi qu'il trouva le premier fragment de la mandibule d'hominidé de TM 292 ce qui permit à ses collaborateurs de trouver les suivants. De plus, l'action du vent à proximité de certaines formes dunaires peut creuser à leur pied de véritables tranchées (Figure 6). Des exemples de creusement de plus de 5 mètres de profondeur sont visibles à moins de vingt kilomètres de TM 266. À partir d'eux, l'érosion éolienne peut très rapidement créer un nouveau niveau de base pour un large secteur. Nous avons pu voir la vitesse d'un tel phénomène dans le Djourab avec l'avancée rapide d'une dune sur le site de TM 267, qui jouxte à l'est celui de TM 266. Un peu plus loin, un bloc de plus de trente m3 de grès a totalement disparu en quelques semaines.

Figure 6 : TM 266, 20 novembre 1956, 11 heures 30 (Institut Géographique National, agrandissement d'une partie de la photographie aérienne NE 3VI, n° 316) ; au cœur d'un erg.

TM 266 IGN 96 pts site

TM 266 GE 96 pts site

Figure 6 : TM 266 le 31 mars 2012 (Google Earth).

Par ailleurs, notons que depuis les découvertes des deux hominidés exposées ici, les surfaces gréseuses des sites de KT 12 et de TM 266 ont été chacune balayées et rebalayées, et même grattées, pour trouver, avec succès, des microfossiles.
Par contre, de nombreux fossiles ont été mis au jour in situ à TM 254 et dans les zones fossilifères de KB (Kossom Bougoudi) et de KL (Kollé).
L'article publié dans le PNAS mérite d'autres observations. La première est que la fameuse unité sédimentaire baptisée Anthracotheriid Unit (AU) qui avait une épaisseur d'environ deux mètres dans l'article de Nature en 2002, atteint une épaisseur de 4,2 mètres dans celui du PNAS. De plus, le crâne de Toumaï, déclaré en 2002 avoir été extrait du mètre le plus bas de cette unité, apparaît en 2008 positionné près du milieu de cette unité, à 2,5 mètres de la base. Comment est-il possible de justifier une telle différence si ce n'est en reconnaissant que le crâne a été ramassé sur une surface d'abrasion éolienne et que la base de l'AU n'est pas nettement discernable sur le terrain, tout comme son sommet, inexistant car emporté par l'érosion.
La seconde observation porte sur la répartition des datations isotopiques du site de TM 266. L'importance de ce site lui vaut 14 déterminations pour 3,6 mètres de coupe, soit une datation tous les 25 centimètres en moyenne. Curieusement le 'niveau précis' où a été collecté Toumaï n'a pas donné de résultats ('not applicable' est-il précisé dans l'article). Plus surprenant, aucun résultat n'est fourni sur une tranche de terrain de 1,1 mètre englobant cet 'emplacement précis' du fossile ! Il est vrai que cette remarque est peut-être de peu d'importance puisqu'à la cote 5,4 mètres l'âge donné est de 7,18 ± 0,69 Ma (datation n°32 de la figure 1) et qu'à la cote 9 mètres il est de 7,14 ± 1,42 Ma (datation n°19 de la figure 1), les deux dates extrêmes étant 8,2 ± 1,81 Ma ((datation n°24 de la figure 1) et de 5 ,92 ± 1,14 Ma ((datation n°25 de la figure 1).
Par ailleurs, la légende du tableau 2 de l'article du PNAS indique que l'altitude de la ligne de base des coupes stratigraphiques de TM 254, TM 266, KT 12, KL et KB1 (le 0 de base) est celui de la coupe de TM 266 tandis que sur la figure n° 1 de l'article du PNAS un épais trait noir relie à l'horizontale le niveau 5 mètres de la coupe de TM 254 au niveau 5 mètres de la coupe de TM 266, confirmant l'impression qu'il s'agit de la même altitude. Il y a là une ambiguïté qu'il faut lever puisque le site de KT 12 (16° 00' 21'' Nord ; 18° 52' 34'' Est) est à 322 mètres, ceux de KL (16° 20' Nord ; 18° 58' Est) entre 318 et 323 mètres, celui de KB 1 (16° 22' Nord ; 18° 42' 26'' Est) à 288 mètres et les deux sites de TM 254 (16° 17' 18'' Nord ; 17° 19' 48'' Est) et TM 266 (16° 15' 12'' Nord ; 17° 29' 29'') sont respectivement aux altitudes de 216 et 261 mètres (altitude selon Google Earth, les données SRTM3 et SRTM30 de la NASA indiquent respectivement 215 et 257 mètres). Bien que la différence d'altitude porte sur une quarantaine de mètres, pour une distance horizontale de 18 kilomètres, il est expliqué que les sédiments ont été déposés de manière synchrone et instantanée sur la base d'une analyse 'bien documentée par vingt coupes intermédiaires'. La topographie confirmerait donc l'existence de petits mouvements tectoniques dans cette zone que l'auteur avait signalés dans un précédent article du South African Journal of Science4, mouvements qui avaient alors été récusés par la MPFT. Tout ceci rend, dans l'article du PNAS, la légende de cette figure pour le moins confuse.
Concernant les datations des dépôts, il est étonnant que pour les sites de KT 12, KB 1 et KL elles n'ont été effectuées que dans les pélites, siltites et diatomites à l'exclusion des grès argileux dans lesquels les figures 1 et 2 du PNAS localisent tous les niveaux ayant livré des fossiles de vertébrés terrestres. Enfin, à l'exception de la datation concernant à KT 12, la supposée 'position précise' d'Abel dans la coupe, ces datations ne portent que sur la partie supérieure des couches sédimentaires, le dernier mètre et demi. À KL, tous les niveaux fossilifères sont topographiquement inférieurs à ces niveaux datés et donc plus âgés, âge qu'indiquait déjà l'analyse biochronologique dès la collecte des fossiles sur le terrain. À KB 1, les datations sont comprises entre un niveau fossilifère supérieur et tous les autres niveaux topographiquement plus bas. La coupe publiée de ce site, qui est de faible extension et forme une petite cuvette, ne permet pas de comprendre si elle inclut le sommet du rebord de la cuvette. Ce cas semblant le plus probable, sous les pélites et les diatomites, le site fossilifère de KB 1 est aussi topographiquement inférieur à ces datations et donc plus âgé, âge qu'indiquait aussi déjà l'analyse biochronologique.
Quoi de plus normal d'ailleurs puisque la note de présentation de ces datations précise la méthode employée : 'Après avoir validé leur démarche et calibré leur nouvelle méthode en comparant les âges obtenus par cette dernière avec ceux estimés pour tous les niveaux fossilifères biochronologiquement contraints découverts dans l'erg du Djourab, les auteurs ont concentré leurs efforts sur la zone fossilifère dont a été extrait le crâne sub-complet de Toumaï.' Il faut se réjouir qu'ayant calibré la démarche avec les âges biochronologiques des fossiles, ce sont ces mêmes âges qui apparaissent en résultats de l'étude.
Notons enfin que ce site de KB 1, qui n'a livré que quelques fossiles, se situe à plus de 4 kilomètres au nord d'une zone fossilifère où plus de mille fossiles, sans compter ceux de micromammifères, ont été inventoriés sur vingt-cinq sites contigus et situés en contrebas d'un important talus. Topographiquement KB 1 est aussi 7 mètres plus bas. Cette importante zone fossilifère de KB méritait en son cœur une datation, comme celle de KL, et non sur un site périphérique de peu d'intérêt. À moins qu'il n'y ait là une erreur de numérotation des sites de KB.
Concernant les positions géographiques précises des sites fossilifères, tandis que l'article du PNAS prétend indiquer la localisation précise des fossiles à l'intérieur des coupes, il n'indique pas les coordonnées des sites de KB, KL, pas plus que de TM 254 et les auteurs n'indiquent que des coordonnées arrondies pour TM 266 et KT 12. Pour ces deux derniers sites, l'arrondi conduit à identifier une zone presque à 1 km du site de la découverte de Toumaï et de plus de 1 km à KT 12, localisant ainsi le site de découverte d'Abel dans les dépôts littoraux holocènes du méga lac Tchad. Un coup d'œil à Google Earth laisse voir combien cette différence dans la localisation est significative.
En réponse à la question posée dans le titre, les hominidés fossiles du Tchad ont été ramassés sur une surface détritique et n'ont pas, comme il a été souvent écrit, été trouvés enchâssés dans le sédiment avec une position stratigraphique précise d'où ils ont été déterrés. Comme les paléontologues expérimentés le savent bien, il peut y avoir une différence considérable entre l'âge du substrat et celui d'un fossile trouvé traînant à sa surface.
En conclusion, il y a deux possibilités pour considérer le contexte stratigraphique d'un fossile, il est in situ ou il n'est pas in situ. Quand ils ont été trouvés, ni Abel, ni Toumaï n'était in situ.

1. Vignaud et al. (2002). Geology and palaeontology of the Upper Miocene Toros-Menalla hominid locality, Chad. Nature, 418, 152-155.
2. Lebatard A.-E. et al (2008). Cosmogenic nuclide dating of Sahelanthropus tchadensis and Australopithecus bahrelghazali: Mio-Pliocene hominids from Chad. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105 (9), 3226-3231.
3. Guy F. et al. (2008). Symphyseal shape variation in extant and fossil hominoids, and the symphysis of Australopithecus bahrelghazali. J. Hum. Evol. 55, 37-47.
4. Beauvilain A. et Le Guellec Y. (2005). Further details concerning fossils attributed to Sahelanthropus tchadensis. S. Afr. J. Sci. 100, 142-144.


Recherche pour dater le crâne

Le problème de la datation de ce crâne par des méthodes autres que la biochronologie pose problème. Pour la datation par le béryllium 10 il faudrait disposer d’un gramme de matériau non perturbé. Le crâne ayant été préparé apparemment sans conserver soigneusement les dépôts qui le couvraient partiellement, il semblerait que ce soit les sédiments du lieu d’où il a été extrait qui ont été analysés. Chacun peut voir sur les figures 1 et 2 que le crâne n’a pas été déterré mais qu’il reposait lors de sa découverte sur des sables éoliens actuels.

De plus, s’agissant d’utiliser une nouvelle méthode, le calibrage des appareils n’a pu être effectué qu’en se fondant sur l’âge biochronologique des fossiles. Aussi il aurait été surprenant que le résultat de la datation soit différent des âges biochronologiques donnés au départ.

- Le Monde, Morin Hervé : 'Datation relative et absolue'. 5 septembre 2008.

- Le Monde, Morin Hervé : 'Toumaï, tempête autour d'un très vieux crânel'. 5 septembre 2008.