Des empreintes fossiles datées de 23 000 ans en Amérique

C’est sur le site de White Sands, au Nouveau-Mexique, que des empreintes de pieds fossiles ont été retrouvées. En 2021, une équipe de scientifiques les ont datées de 23 000 à 21 000 ans et ont publié leur découverte dans la revue Science. Cette étude a fait l’objet de débats, mais de nouvelles datations ont confirmé l’âge de ces traces.

Généralement, pour mieux connaître nos ancêtres, les paléoanthropologues étudient des restes osseux. Les empreintes fossiles sont rares mais elles existent. Comment une empreinte peut-elle fossiliser ?

La « fossilisation » d’une empreinte, ou sa conservation à travers le temps, est effectivement un phénomène rare. Qu’une trace soit celle laissée par un pied ou par les doigts d’une main, qu’elle soit laissée en grotte ou en plein air, sa conservation requière toujours plusieurs conditions.

Tout d’abord, il faut qu’une empreinte se forme après le passage d’un individu, ce qui n’est pas toujours le cas. Suivant le type de sol, un pied, une main ou des doigts peuvent ne laisser aucune trace. Pour qu’une trace se forme et soit clairement visible, il est nécessaire que le sol soit suffisamment meuble et qu’il soit dans un bon intervalle d’humidité, de minéralogie et de granulométrie (la taille des grains qui le composent). Par exemple, si le sol n’est pas assez humide, aucune empreinte ne sera laissée. S’il est trop humide, l’eau qui le compose effacera très rapidement l’empreinte.

Une fois qu’une empreinte est formée, il faut qu’elle soit conservée au cours du temps, phénomène rare et complexe du fait de la grande fragilité des empreintes. En effet, de nombreux facteurs météorologiques (le vent, la marée, les pluies…) mais aussi biologiques (actions d’autres individus humains et non humains) peuvent endommager ou détruire l’empreinte très rapidement. La conservation d’une empreinte est permise grâce à sa cimentation, processus au cours duquel le sol (et l’empreinte) va s’indurer, mais également par un recouvrement sédimentaire. En recouvrant l’empreinte, le sédiment va venir la protéger naturellement et permettre aux paléoanthropologues de pouvoir étudier des empreintes « fossiles » parfois vieilles de plusieurs millions d’années et pas seulement de quelques milliers d’années comme c’est le cas au Nouveau-Mexique. Toutefois, ce terme de « fossile » est un peu impropre car les processus de conservation des empreintes diffèrent de la fossilisation d’os. En effet, contrairement à la conservation des empreintes, la fossilisation des os implique de nombreuses modifications chimiques et minéralogiques de leur composition.

Certains environnements seront plus propices que d’autres à la conservation des empreintes. C’est par exemple le cas des sites en grottes représentant des milieux fermés peu ou pas exposés aux phénomènes météorologiques. Un recouvrement sédimentaire rapide n’est donc pas toujours obligatoire dans ce type de contexte. Les empreintes y sont bien conservées et peuvent refléter de nombreux détails anatomiques. Depuis le début du XX^e siècle de nombreuses empreintes de pieds ont été découvertes dans des grottes du sud de la France comme Lascaux, Cussac ou encore Niaux. Des empreintes de doigts ont également été découvertes, comme dans la grotte de la Roche-Cotard en Touraine occupée par des Néandertaliens il y a 57 000 ans.

Les sites de plein air sont quant à eux plus exposés aux phénomènes météorologiques pouvant endommager rapidement les empreintes et nécessitant une couverture sédimentaire rapide pour qu’elles soient conservées. En particulier les sites côtiers, comme ceux de Matalascañas en Espagne ou d’Happisburgh en Angleterre, sont soumis à l’action des marées mais aussi du vent finissant toujours par détruire les empreintes une fois qu’elles sont à nouveau exposées par l’action éolienne. L’étude des empreintes est donc bien souvent une course contre la montre avant leur destruction inéluctable.

Il faut donc des conditions très particulières pour qu’une empreinte soit conservée. Parfois ces conditions sont très ponctuelles. C’est le cas par exemple à Laetoli, site mondialement connu pour avoir conservé de nombreuses empreintes d’australopithèques et d’autres vertébrés datant de plus de 3,6 millions d’années. Les empreintes ont pu être conservées en étant recouvertes très rapidement après leur formation par de la cendre issue d’une éruption volcanique.

Les empreintes représentent donc un matériel précieux pour les paléoanthropologues mais leur fragilité et les conditions requises à leur conservation en font également un matériel très rare.

Quelles sont les méthodes employées pour dater des empreintes de pas ? Pourquoi les premières analyses des empreintes fossiles découvertes en Amérique étaient-elles controversées ?

Une datation précise des empreintes est essentielle pour mener à bien leur étude, elle est même à la base des interprétations réalisées. C’est notamment grâce aux datations qu’une espèce est attribuée à des empreintes. Bien que cette attribution puisse s’appuyer sur des artéfacts archéologiques ou des restes squelettiques trouvés dans les mêmes niveaux que les empreintes, une telle association est très rare. Par conséquent, dans la grande majorité des cas seul le contexte chronologique est utilisé. Par exemple, si des empreintes découvertes en Europe de l’Ouest sont datées à 100 000 ans, elles ont très probablement été laissées par des Néandertaliens, seul taxon humain connu dans cette région à cette période. Si des empreintes humaines découvertes en Amérique du Nord sont datées à 22 000 ans, comme c’est le cas au Nouveau-Mexique, elles ont certainement été laissées par des Homo sapiens, notre espèce. Outre l’attribution à une espèce, les informations que les empreintes apportent sur la locomotion ou la biologie des individus auront une importance variable suivant l’époque au cours de laquelle elles ont été laissées.

Du point de vue méthodologique, ce n’est jamais l’empreinte elle-même qui va être datée mais la surface dans laquelle elle a été laissée ou le matériel qui lui est associé. La méthode utilisée va alors dépendre de la nature du matériel qui va être daté mais aussi paradoxalement de son âge (certaines méthodes ne peuvent dater au-delà d’une certaine limite temporelle). Les datations par luminescence stimulée optiquement (ou OSL) vont par exemple permettre de dater la dernière fois que des minéraux ont été exposés au soleil. Cette datation permet ainsi de savoir quand une surface à empreintes a été recouverte de sédiments et donc de s’approcher de la période de réalisation des empreintes. Pour ce type de datation, il est courant de dater des échantillons de sédiments issus de plusieurs niveaux stratigraphiques, et pas uniquement de celui où se trouvent les empreintes, afin d’obtenir un intervalle temporel aussi précis que possible. Si des objets, tel que du charbon, des os ou même du pollen sont découverts dans le même niveau que les empreintes, d’autres types de méthodes peuvent-être utilisées. Du charbon ou des os peuvent par exemple être datés au carbone 14 s’ils sont relativement récents.

Chaque méthode va avoir des avantages et des inconvénients. Le mieux est alors d’utiliser différentes méthodes indépendantes afin d’obtenir une datation aussi robuste que possible. Toutefois, l’utilisation de ces différentes méthodes n’est pas toujours possible. D’une part, les méthodes de datations pouvant être employées dépendent du contexte de la découverte (de l’environnement, de la géologie, du matériel associé…). D’autre part et plus trivialement, les datations représentent un certain coût.

Les datations réalisées lors de l’étude des empreintes de pieds de White Sands au Nouveau-Mexique sont représentatives de l’importance du contexte chronologique dans l’étude des empreintes de pieds mais aussi de certaines problématiques. En 2021, le professeur Matthew Bennett et ses collaborateurs publient dans la très prestigieuse revue Science un article sur ces empreintes. Les datations au carbone 14 réalisées sur des graines aquatiques découvertes au sein des niveaux à empreintes donnaient des âges compris entre 23 000 et 21 000 ans, faisant de ce site l’une des premières occurrences humaines en Amérique. Suite à cette publication, différentes équipes de chercheurs ont remis en cause cette datation qui pourrait être surestimée. Selon eux, les datations sur les graines aquatiques pouvaient être biaisées par un « effet réservoir », les graines aquatiques auraient incorporé du carbone ancien issu des eaux souterraines. Les empreintes seraient donc plus récentes qu’annoncées. Afin de résoudre ce problème, l’équipe ayant découvert et étudié les empreintes a effectué de nouvelles datations en utilisant différentes méthodes : la datation de pollens par carbone 14 et la datation de sédiments par OSL. Les résultats, parus il y a quelques semaines à nouveau dans la revue Science, confirment que ces empreintes ont été réalisées il y a 23 000 à 21 000 ans.

Ces empreintes fossiles prouvent que des humains ont peuplé l’Amérique il y a 23 000 ans. Comment ont-ils fait pour arriver jusque-là ? Qu’est-ce que ces traces nous apprennent sur cette population ?

Les empreintes de pieds apportent de nombreuses informations sur les individus qui les ont laissées. L’une des informations les plus importantes est tout simplement la distribution spatiale des groupes humains au cours du temps. Dans ce contexte, les empreintes découvertes à White Sands au Nouveau-Mexique indiquent que des humains étaient présents en Amérique du Nord il y a 23 000 ans. Cette découverte vient alimenter les nombreuses questions sur l’arrivée (ou les arrivées) des populations humaines en Amérique et sur leur distribution spatio-temporelle. Avant la découverte de ces empreintes, il était admis que les premières occurrences humaines avaient au moins 13 000 ans, date de la culture Clovis - du nom du village du Nouveau-Mexique où de nombreux outils ont été découverts dès les années 30. Des occupations plus anciennes que 13 000 ans, remontant parfois jusqu’à 40 000 ans, ont été proposées mais sont controversées. L’absence de consensus s’explique soit par l’absence de contexte chronologique précis pour certains sites, soit par la difficulté d’associer une origine humaine à certains artéfacts pour d’autres. Ces difficultés d’association n’ont pas lieu d’être avec les traces de White Sands dont la morphologie montre clairement qu’elles ont été laissées par des pieds humains.

Les voies de migration pour arriver en Amérique et se déplacer au sein de ce continent sont également débattues du fait du faible nombre de sites et de certaines incertitudes chronologiques. Les premiers groupes humains ayant occupé l’Amérique seraient arrivés d’Asie à partir de l’actuel détroit de Béring. La baisse du niveau marin au cours de la dernière période glaciaire aurait facilité une migration d’Asie en Amérique du Nord à partir de ponts continentaux. Une fois arrivés en Amérique, des groupes humains ont pu suivre la côte Pacifique avant de se diriger vers l’intérieur des terres comme au Nouveau-Mexique. Toutefois, il ne faut pas considérer une seule arrivée et une seule migration mais bien plusieurs à des périodes différentes et par des groupes eux-mêmes potentiellement différents.

Outre les informations qu’elles apportent sur les occurrences et migrations humaines, les empreintes apportent de nombreuses informations sur la biologie (l’âge, la stature, la masse corporelle, l’anatomie) mais aussi les caractéristiques locomotrices des individus qui les ont laissées. Des inférences sur la locomotion ou l’anatomie sont par exemple souvent réalisées pour les empreintes de pieds les plus anciennes. D’un point de vue paléoanthropologique, les empreintes de White Sands sont relativement récentes, l’anatomie et la locomotion des individus qui les ont réalisées étaient similaires à celles des populations actuelles.

Lors de la première étude sur ces empreintes publiée en 2021, les auteurs ont estimé la taille et l’âge des individus qui les ont laissées. Selon eux, les empreintes auraient été réalisées par des enfants et des adolescents et non pas par des adultes. Une telle distribution des âges représenterait une distribution des tâches : les adultes étant absents pour réaliser d’autres tâches ailleurs. Toutefois, cette distribution est loin d’être certaine. En effet, plusieurs empreintes de grandes dimensions correspondent à des tailles très importantes : entre 1 m 70 et 1 m 91. Il est par conséquent peu probable que ces empreintes aient été réalisées uniquement par des enfants et des adolescents et par aucun adulte étant donné l’importance des tailles estimées. Toutefois, cette controverse autour des estimations d’âge ne réduit pas l’importance de la découverte des empreintes de White Sands qui est essentielle pour comprendre les toutes premières occupations humaines en Amérique du Nord.

Entretien réalisé en novembre 2023. Remerciements à Jérémy Duveau, paléoanthropologue à l'Université de Tübingen et chercheur associé au Muséum national d’Histoire naturelle (UMR 7194 – Histoire naturelle de l’Homme préhistorique).