Rôle de l’Océan Austral dans les Evènements Climatiques Rapides de la Dernière Transition Glaciaire/Holocène : Approche Géochimique et Micropaléontologique

• Directeur : Giuseppe SIANI (IDES).
• Financement : Alloc. MESR Thèse soutenue le lundi 12 Décembre 2016 au Bâtiment 13, Gif-sur-Yvette

devant le jury composé de :
 Giuseppe SIANI, Professeur, Université Paris-Sud, Directeur de thèse
 Philippe MARTINEZ, Professeur, UMR CNRS 5805 EPOC - OASU Université de Bordeaux , Rapporteur
 Annachiara BARTOLINI, Professeur, Centre de recherche sur la paléobiodiversité et les paléoenvironnements UMR7207, Rapporteur
 Christophe COLIN, Professeur, Université Paris-Sud, Examinateur
 Elisabeth MICHEL, Chargé de recherche, Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement, CoDirecteur de thèse
 Mary ELLIOT, Professeur, Université de Nantes, Examinateur
 Lamy FRANK, Chargé de recherche, Alfred Wegener Institute, Examinateur

Résumé de la thèse en français :

Rôle de l’océan austral dans les événements climatiques de la transition glaciaire-Holocène : approche géochimique et micropaléontologique
Les derniers 22 kans sont marqués par des événements climatiques abrupts et de forte amplitude. De nombreux enregistrements parmi lesquels les températures des calottes glaciaires antarctiques et Groenlandaises indiquent une asynchronicité de ces variations entre l’hémisphère Sud et le Nord. Un mécanisme de bascule des températures polaires, le bipolar see-saw, a été proposé pour expliquer ces observations. Il serait amplifié par la capacité de l’océan profond à stocker et à restituer une partie du CO2 atmosphérique en fonction de l’intensité de la circulation thermo-haline et des upwellings le long de la divergence Australe, soulignant l’importance de cette région dans le contrôle des variations climatiques d’échelle millénaire. Pour juger de cette importance, la marge chilienne est apparue comme un choix naturel, grâce à sa position géographique sous l’influence des fronts océaniques et des vents d’Ouest, interceptés par la chaîne andine. Les objectifs de cette thèse ont été : i) reconstruire les variations faunistiques de foraminifères planctoniques et benthiques afin de rendre compte des variations écologiques dans l’océan de surface et de fond, ii) effectuer des analyses géochimiques (δ13C, ∆14C, et δ18O) sur les coquilles de ces organismes afin d’en retirer les variations physico-chimiques dans l’eau de surface et de fond, et les placer dans un cadre chronologique précis, et iii) comparer les enregistrements obtenus avec ceux déjà disponibles dans la littérature. Pour cette étude 3 carottes marines, à fort taux de sédimentation et positionnées sur un transept latitudinal (de 41°S à 49°S) le long de la marge chilienne, ont été étudiées. La reconstitution des températures océaniques de surface à partir des comptages de foraminifères planctoniques ont permis de retracer l’évolution de leur gradient latitudinal au cours des derniers 22 kans mettant en évidence des migrations vers le sud du front Subtropical durant des événements chauds notamment à 15 kans, et entre 11 et 8 kans. Parallèlement, ces périodes chaudes sont marquées par de grands bouleversements faunistiques, à la foi en surface et dans l’eau de fond, pouvant être interprétés comme un apport accru de nutriments en surface. La biomasse générée suite à cette fertilisation est exportée en profondeur, et ce transfert est paradoxalement accompagné par en enrichissement en [O2] dans l’eau de fond. Ceci pourrait être lié à un renforcement des upwellings au niveau de la divergence australe et de la ventilation des eaux intermédiaires antarctiques, pendant la déglaciation, avant et après l’ ‘Antarctic Cold Reversal’ (12.8 – 14.2 kans). Ces variations hydrologiques se produisent durant la hausse de CO2 atmosphérique enregistrée dans les carottes de glace antarctiques durant la déglaciation, suggérant un lien intime entre les upwellings, l’intensité de la ventilation des eaux intermédiaires et le transfert de CO2 depuis l’océan profond vers l’atmosphère.

Résumé de la thèse en anglais :

Role of the southern ocean in the millennial scale climatic events of the glacial - Holocene transition : geochemical and micropaleontological approach
The last 22 kyr are marked by abrupt climatic events of high amplitudes. Numerous records, including the temperatures of Greenland and Antarctica, indicate a non-synchronicity of these variations between the southern and northern hemispheres. A see-saw mechanism of the polar temperatures has been proposed to explain these observations. This would be amplified by the ability of the deep ocean to store and release a portion of atmospheric CO2, depending on the intensity of the thermohaline circulation and the large upwellings along the southern divergence, stressing the importance of this region in controlling the fast climate variations. To judge of this importance, the Chilean margin has emerged as a natural choice, thanks to its geographical position under the influence of oceanic fronts and westerly winds, intercepted by the Andean chain. The objectives of this thesis were : i) investigate the faunal changes in planktonic and benthic foraminifera to reflect environmental changes in the surface and the deep ocean, ii) conduct geochemical analyzes (δ13C, ∆14C, and δ18O) on the calcareous shells of these organisms, in order to reconstruct the physical and chemical changes in the surface and bottom waters, and place them in a precise time frame, and iii) compare the records obtained with those already available in the literature. For this study, three marine cores, with high sedimentation rates and positioned on a latitudinal transect (from 41° S to 49° S) along the Chilean margin, have been istudied. The reconstruction of the sea surface temperatures (SST) from the planktonic foraminifera counts was possible to trace the evolution of the SST latitudinal gradient during the last 22 kyr, highlighting southward migrations of the Subtropical Front during warm events, especially at 15 kyr, and between 11 and 8 kyr. Meanwhile, these warm periods are marked by major faunal changes, in both surface and bottom waters, which can be interpreted as an increase of surface nutrients inputs. This biomass generated after this fertilization is exported in the bottom waters. This transfer is paradoxically accompanied by an enrichment of the bottom water [O2]. This could be related to stronger upwellings at the southern divergence leading to an increase of the Antarctic intermediate waters ventilation during the deglaciation, before and after ’Antarctic Cold Reversal’ (12.8 - 14.2 kyr). These hydrological changes occur during atmospheric CO2 increases recorded in Antarctic ice cores, marking the deglaciation, and suggesting an intimate link between upwellings, the intensity of the intermediate waters ventilation and the CO2 transfer from the deep ocean to the atmosphere.
Mots clés en français : Pacifique Sud-Est,déglaciation,foraminifères,SST,fronts océaniques,eaux intermédiaires antarctiques
Mots clés en anglais : Southeast Pacific,deglaciation,Antarctic intermediate waters,SST,oceanic fronts,foraminifera