Par André Piuz et Philippe Wagneur
Comme vous le savez, le Muséum d’histoire naturelle est actuellement fermé au public. Sa réouverture risque d’être repoussée, à cause d’un minuscule insecte. Pour visiter les nouvelles galeries des sciences de la Terre, il faudra donc patienter encore un peu.
Toutefois, dans les coulisses, à l’abri des regards, nous préparons de nouvelles expositions.
Aujourd’hui, nous vous présentons, en avant-première, une partie «microscopique» de ce passionnant travail: la construction d’un modèle en 3 dimensions d’un nannofossile (encore plus petit qu’un microfossile) nommé Rhabdosphaera clavigera.
Invisible à l’œil nu, son observation nécessite l’utilisation d’un microscope très puissant tel que le microscope électronique à balayage (MEB). Vous vous souvenez peut-être d’un précédent billet de blog dans lequel vous pouviez découvrir différents micro et nannofossiles photographiés au MEB, provenant des grands fonds de l’océan Pacifique.
Mais revenons à notre sujet du jour. Pour la reconstitution présentée dans ce blog, nous avons choisi Rhabdosphaera clavigera car il présente des structures complexes et tout simplement extraordinaires! Il crée son squelette à partir de plaquettes de calcite avec des détails nanométriques (1nm = 1mm divisé par 1 million). La forme, la taille et l’orientation des cristaux sont maîtrisées avec un degré de précision absolument remarquable.
Difficile de ne pas s’émerveiller devant la géométrie incroyable de cette coquille minuscule!
Mais avant de continuer, un peu de vocabulaire: lorsque l’on ne l’appelle pas par son nom scientifique, cette magnifique coquille sphérique est nommée coccosphère. Elle est formée de nombreuses plaques ovales, les coccolithes, qui sont elles-mêmes constituées d’un minutieux arrangement de plaquettes de calcite transparentes sécrétée… par une algue… qui vit à l’intérieur de la coccosphère! Cette algue marine unicellulaire, est appelée coccolithophore.
C’est donc une cellule végétale unique qui est à la fois l’architecte et la réalisatrice de cette coquille d’une complexité exceptionnelle!
Et elle ne fait pas cela pour nous impressionner! Cette coccosphère semble avoir un but bien précis. D’abord elle sert d’armure, afin de se protéger contre les prédateurs (animaux du zooplancton, virus), mais également afin d’optimiser sa photosynthèse en régulant sa flottabilité (pour rester à une profondeur optimale) et se protéger contre les excès de lumière.
Car comme tous les végétaux, elle est capable de photosynthèse. C’est-à-dire qu’elle transforme l’énergie lumineuse en matière organique à partir du CO2 dissous dans l’eau.
Les coccolithophores font partie de ce que l’on appelle le phytoplancton (qui vit en suspension dans l’eau, du grec planktos «errant»). Ils sont à la base de la chaîne alimentaire marine et jouent un rôle primordial dans le cycle du carbone et l’absorption océanique du CO2 atmosphérique. Ils sont les principaux acteurs de la production de calcite (CaCO3) océanique dans les environnements pélagique (du grec pelagikos «haute mer»).
Les plus anciennes coccolithes proviennent de roches datées du Trias supérieur (environ 210 millions d’années). Par la suite, leur diversité a progressivement augmenté durant les périodes du Jurassique et du Crétacé avant de chuter drastiquement à la limite Crétacé – Paléogène. Plus de 90% des espèces ont disparu lors de cette grande extinction qui verra également disparaître les ammonites et les dinosaures. Les coccolithes reprennent ensuite leur diversification, avant un lent déclin, qui dure depuis 30 millions d’années, en lien avec une baisse généralisée des températures.
Extrêmement abondants dans certains océans du passé, les coccolithes sont les composants principaux de la craie. Cette formation rocheuse date du Crétacé supérieur (100 à 66 millions d’années) et affleure de manière spectaculaire, par exemple dans le sud de l’Angleterre (falaises blanches de Douvres), le nord de la France (falaises d’Etretat), et aussi en de nombreux autres points de la planète.
On ne peut résister à l’envie de vous présenter ces spectaculaires falaises, constituées de milliards de milliards de coccolithes du Crétacé supérieur (entre 100 et 66 millions d’années).
Les Rhabdosphaera clavigera qui nous intéressent ici n’ont pas participé à la formation de ces falaises car elles sont beaucoup plus jeunes. En effet elles sont apparues il y a seulement 18 millions d’années, et vivent encore dans les océans aujourd’hui.
En bref, les coccolithophores sont passionnants… et magnifiques. C’est la raison pour laquelle nous souhaitons vous les montrer dans les futures galeries des sciences de la Terre!
Mais bien qu’ils aient formé des montagnes, ils sont minuscules! Seulement quelques microns (µm). Avez-vous prêté attention aux échelles sur les photos montrées plus haut? Lorsque l’on sait que 1µm fait un millième de millimètre (1mm divisé par mille), on peut comprendre la difficulté de vous les présenter dans les galeries du Muséum.
Nous avons alors choisi de créer une coccosphère grossie 10’000 fois; c’est-à-dire de faire en sorte que 1µm = 1cm.
Sur la base de photographies prises au Microscope électronique à balayage par des collègues spécialistes de ces nanofossiles, il nous fallait reconstruire, en 3 dimensions, cette Rhabdosphaera clavigera.
Au siècle dernier, Leopold Blaschka (1822-1895) et son fils Rudolf (1857-1939) auraient produit ces modèles en verre, comme ils l’ont fait par exemple pour d’autres microfossiles comme les radiolaires, mais aujourd’hui qui aurait encore le temps et surtout le savoir-faire pour un tel travail!?
En 2026, pas de souffleur de verre chevronné au Muséum, mais un ordinateur, une imprimante 3D… et une bonne dose de savoir-faire!
Pour commencer il a fallu créer notre coccosphère dans un logiciel de graphisme 3D appelé Blender. C’est vite dit, mais à réaliser c’est une autre histoire!
En effet, en plus de la structure complexe, les contraintes sont nombreuses; il a fallu souvent simplifier et épaissir certaines structures, les «exagérer», afin qu’elles soient visibles lors de l’impression 3D!
Ci-dessous différentes étapes du formidable travail de reconstruction et d’impression effectué par Philippe Wagneur!
Et d’abord, en accéléré, quelques étapes de la modélisation du Coccolithophore dans Blender.
Quelques étapes clés:
Pour commencer, il fallait modéliser une coccolithe, composée d’un assemblage d’une multitude de minuscules plaques de calcite.
Chaque épine a également été modélisée plaque par plaque.
Puis assemblée sur une coccolithe.
Les coccolithes sont ensuite placées sur une sphère, formant ainsi la coccosphère.
Une fois le modèle créé en 3 dimensions dans Blender, il faut envisager son impression 3D.
Quelques étapes clés:
La coccosphère est importée dans le logiciel d’impression.
Des piliers sont créés afin de soutenir la coccosphère dans son impression en 3 dimensions.
En orange la coccosphère et en vert la structure de soutènement d’impression.
L’impression prendra plus de 8 heures.
L’impression terminée, il reste plusieurs heures de travail. Il faut encore séparer la coccosphère de son support d’impression et supprimer les bavures; un travail de finition extrêmement minutieux et délicat.
Incroyable non?
Ainsi, dans nos futures galeries des sciences de la Terre, nous avons prévu de vous présenter toute une série de reconstitutions de microfossiles, végétaux et animaux, caractéristiques de différentes périodes de l’histoire de la Vie.
Même si cela va prendre encore quelques années… on se réjouit déjà de vous les présenter!
Pour terminer, voici une vidéo intitulée « Rendre l’invisible visible » par P. Wagneur.