Évolution de la circulation océanique profonde durant le Crétacé – Apport des isotopes du néodyme

Soutenue le 2 juillet 2014

Financement : cofinancement entre la région Bourgogne et le CEA Saclay

Directeur : Jean-François Deconinck ; coencadrants : Emmanuelle Pucéat et Yannick Donnadieu (laboratoire des sciences du climat et de l’environnement, CEA Saclay)

Début de thèse : 15 novembre 2010

Résumé

Le Crétacé est décrit comme la période la plus chaude des derniers 300 millions d’années. Le Crétacé supérieur est marqué par un refroidissement progressif du climat, la fin des épisodes d’anoxie des eaux et de dépôts riches en matière organique, ainsi que d’importantes modifications dans la configuration des continents. Bien que la détermination des modes de circulation océanique soit cruciale pour comprendre le rôle de l’océan dans l’évolution du climat, la circulation océanique et l’origine des eaux profondes alimentant les différents bassins restent encore mal connues pour le Crétacé.

Les isotopes du néodyme (Nd) permettent de tracer la circulation océanique et les échanges entre les masses d’eau, et ont été utilisés pour explorer la circulation océanique globale à la fois dans les océans actuels et dans le passé. La composition isotopique en Nd (eNd) des océans dérive de manière plus ou moins directe de celle des continents. Pour les eaux profondes, la signature dépend des continents érodés autour des zones de plongement des eaux et de la circulation océanique, et chaque bassin océanique est caractérisé par une signature qui lui est propre. L’interprétation du signal du Nd des eaux océaniques au Crétacé est rendue difficiles du fait de la couverture spatiale et temporelle insuffisante des données d’eNd existantes. En particulier, les données disponibles sur les marges continentales sont encore très peu nombreuses, bien qu’elle soient indispensables pour pouvoir identifier les zones de production d’eaux profondes par comparaison directe de leur eNd avec les eaux des bassins océaniques.

L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’acquérir la signature en Nd sur les marges continentales et dans les régions dépourvues de données pour le Crétacé, avec une attention particulière pour les zones potentielles de production d’eau profonde. L’eNd est analysé à partir d’échantillons de dents de poissons, d’oxydes encroûtant les tests de foraminifères, et de fraction détritique extrait des sédiments. En parallèle, une compilation des données d’eNd disponibles dans la littérature pour le Crétacé et le Paléogène a été réalisée, afin de les comparer aux données de ce travail et d’élaborer des hypothèses concernant les zones de production des eaux profondes et la circulation des masses océaniques au cours du Crétacé.

Ces hypothèses sont ensuite confrontées avec un modèle climatique. Les résultats révèlent que les valeurs d’eNd des bassins océaniques semblent suivre les variations de températures sur le long terme durant le Crétacé supérieur et le Paléocène. Les simulations numériques montrent toutefois que le climat global n’aurait pas d’effets significatifs sur la circulation océanique profonde. La co-variation entre eNd et températures serait plutôt liée à l’évolution de paléogéographie. En modifiant la géométrie des bassins océaniques et les terrains à l’érosion, les changements tectoniques influenceraient la signature isotopique continentale exportée dans les océans et la circulation océanique profonde, et parallèlement le climat.

Mots-clés

Crétacé, isotopes du néodyme, terres rares, circulation océanique, modélisation climatique

Membres du comité de thèse

Emmanuelle Vennin (HDR), laboratoire Biogéosciences, université de Bourgogne
Frédéric Fluteau (HDR), Institut de physique du globe de Paris, Laboratoire de paléomagnétisme, UMR 7154

Jury

Jean-François Deconinck, université de Bourgogne – directeur de thèse
Guillaume Dera, université Paul Sabatier, Toulouse 3 – examinateur
Yannick Donnadieu, LSCE – directeur de thèse
Frédéric Fluteau, IPGP – examinateur
Fabrice Monna, université de Bourgogne – examinateur
Emmanuelle Pucéat, université de Bourgogne – coencadrant de thèse
Kazuyo Tachikawa, CEREGE – rapporteur
Nicolas Tribovillard, université de Lille 1 – rapporteur

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15 novembre 2010

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2 juillet 2014

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Évolution de la circulation océanique profonde durant le Crétacé - Apport des isotopes du néodyme

Soutenue le 2 juillet 2014

Financement : cofinancement entre la région Bourgogne et le CEA Saclay

Directeur : Jean-François Deconinck ; coencadrants : Emmanuelle Pucéat et Yannick Donnadieu (laboratoire des sciences du climat et de l'environnement, CEA Saclay)

Début de thèse : 15 novembre 2010

 

Résumé

Le Crétacé est décrit comme la période la plus chaude des derniers 300 millions d’années. Le Crétacé supérieur est marqué par un refroidissement progressif du climat, la fin des épisodes d’anoxie des eaux et de dépôts riches en matière organique, ainsi que d’importantes modifications dans la configuration des continents. Bien que la détermination des modes de circulation océanique soit cruciale pour comprendre le rôle de l’océan dans l’évolution du climat, la circulation océanique et l’origine des eaux profondes alimentant les différents bassins restent encore mal connues pour le Crétacé.

Les isotopes du néodyme (Nd) permettent de tracer la circulation océanique et les échanges entre les masses d’eau, et ont été utilisés pour explorer la circulation océanique globale à la fois dans les océans actuels et dans le passé. La composition isotopique en Nd (eNd) des océans dérive de manière plus ou moins directe de celle des continents. Pour les eaux profondes, la signature dépend des continents érodés autour des zones de plongement des eaux et de la circulation océanique, et chaque bassin océanique est caractérisé par une signature qui lui est propre. L’interprétation du signal du Nd des eaux océaniques au Crétacé est rendue difficiles du fait de la couverture spatiale et temporelle insuffisante des données d’eNd existantes. En particulier, les données disponibles sur les marges continentales sont encore très peu nombreuses, bien qu’elle soient indispensables pour pouvoir identifier les zones de production d’eaux profondes par comparaison directe de leur eNd avec les eaux des bassins océaniques.

L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’acquérir la signature en Nd sur les marges continentales et dans les régions dépourvues de données pour le Crétacé, avec une attention particulière pour les zones potentielles de production d’eau profonde. L’eNd est analysé à partir d’échantillons de dents de poissons, d’oxydes encroûtant les tests de foraminifères, et de fraction détritique extrait des sédiments. En parallèle, une compilation des données d’eNd disponibles dans la littérature pour le Crétacé et le Paléogène a été réalisée, afin de les comparer aux données de ce travail et d’élaborer des hypothèses concernant les zones de production des eaux profondes et la circulation des masses océaniques au cours du Crétacé.

Ces hypothèses sont ensuite confrontées avec un modèle climatique. Les résultats révèlent que les valeurs d’eNd des bassins océaniques semblent suivre les variations de températures sur le long terme durant le Crétacé supérieur et le Paléocène. Les simulations numériques montrent toutefois que le climat global n’aurait pas d’effets significatifs sur la circulation océanique profonde. La co-variation entre eNd et températures serait plutôt liée à l’évolution de paléogéographie. En modifiant la géométrie des bassins océaniques et les terrains à l’érosion, les changements tectoniques influenceraient la signature isotopique continentale exportée dans les océans et la circulation océanique profonde, et parallèlement le climat.

 

Mots-clés

Crétacé, isotopes du néodyme, terres rares, circulation océanique, modélisation climatique

 

Membres du comité de thèse

Emmanuelle Vennin (HDR), laboratoire Biogéosciences, université de Bourgogne
Frédéric Fluteau (HDR), Institut de physique du globe de Paris, Laboratoire de paléomagnétisme, UMR 7154

Jury

Jean-François Deconinck, université de Bourgogne – directeur de thèse
Guillaume Dera, université Paul Sabatier, Toulouse 3 – examinateur
Yannick Donnadieu, LSCE – directeur de thèse
Frédéric Fluteau, IPGP – examinateur
Fabrice Monna, université de Bourgogne – examinateur
Emmanuelle Pucéat, université de Bourgogne – coencadrant de thèse
Kazuyo Tachikawa, CEREGE – rapporteur
Nicolas Tribovillard, université de Lille 1 – rapporteur

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Évolution de la circulation océanique profonde durant le Crétacé - Apport des isotopes du néodyme

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1er juillet 2014

extrait:

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date_de_fin_these_numerique:

20140701

nom:

Moiroud

titre:

Évolution de la circulation océanique profonde durant le Crétacé - Apport des isotopes du néodyme