CNRS/RGE - Dynamique climatique continentale dans les sols et paléosols : que nous apprennent les carbonates ?

école doctorale

équipe

Cycles, Atmosphère, & Climats

contexte

La dernière période glaciaire (-110 à -12 ka) est marquée par une forte instabilité climatique, qui se traduit par l'occurrence d'évènements rapides de quelques centaines d'années au cours desquels le climat oscille entre le niveau de base, froid (ou stadiaires), et un climat plus tempéré (interstadiaires), connus sous le nom d'événements de Dansgaard–Oeschger. Comprendre l'impact local de ces variations est essentiel pour comprendre la variabilité court-terme du climat afin de mieux anticiper l'impact de la crise climatique anthropique actuelle. Or, ces variations sont principalement documentées dans les archives glaciaires et marines. Sur les continents, les enregistrements se trouve principalement en dessous de 40°N, de vastes surfaces continentales sont donc encore peu étudiées. Les séquences lœss–paléosols largement répandus aux latitudes moyennes (30 à 60°N) constituent dès lors des archives essentielles pour reconstituer les variations climatiques en domaine continental. Ces dépôts sont constitués de successions pédo-sédimentaires sensibles aux changements climatiques : accumulation rapide de lœss lors des phases froides, formation de sols lors des phases plus chaudes. Toutefois, les reconstructions quantitatives de températures et précipitations, ainsi que les corrélations chronologiques robustes avec les archives marines et glaciaires, demeurent limitées. Des études récentes ont mis en évidence le potentiel de nouveaux bio-indicateurs carbonatés pour dépasser ces limitations (Prud'homme et al., 2022). En particulier, les granules de calcite produits par les vers de terre, grâce à leurs concentrations dans le sol, leurs signatures géochimiques (δ¹⁸O, δ¹³C) et à la possibilité de les dater au radiocarbone, ont déjà fourni des informations précieuses sur les environnements et climats passés. Le δ¹⁸O permet de reconstituer les températures si le rapport isotopique des précipitations est connu, le δ¹³C renseigne le cycle local du carbone et la nature de la végétation. L'abondance de granules, leur préservation dans ces dépots et leur stabilité géochimique au cours du temps en font des traceurs adaptés à l'étude des variations climatiques rapides. Ce projet de thèse vise à contraindre et exploiter ces carbonates biominéralisés afin d'améliorer notre compréhension des réponses des environnements terrestres aux fluctuations climatiques au cours du dernier cycle glaciaire. Le travail sera structuré en deux volets complémentaires : 1. Processus modernes et calibrations : Pour quantifier l'influence directe des conditions climatiques sur les rapports isotopiques de ces biomineraux et établir les relations empiriques nécessaires à leur utilisation comme archives paléoenvironnementales, nous mettrons en place une approche couplant caractérisation des sols (analyses pédologiques et sédimentaires) et géochimie isotopique sur trois sols modernes le long d'un transect Ouest–Est (Bretagne - Alsace). L'analyse du δ¹³Corg de la matière organique des sols et du δ¹⁸O et δ¹³C des granules de vers de terre modernes, en lien avec la nature des sols, les données climatiques et le δ¹⁸O des précipitations permettront d'identifier les facteurs contrôlant l'activité des vers de terre, la formation et la concentration des granules et leurs signatures isotopiques. Les données seront complétées par l'analyse des clumped isotopes (Δ₄₇) des granules de vers de terre au LSCE pour reconstituer les températures des sols et ainsi calibrer la méthode pour des applications sur des traceurs fossiles. 2. Application aux archives lœssiques et reconstructions paléoclimatiques : Pour comprendre les changements locaux, l'étude portera ensuite sur deux séquences de lœss dans le Nord de la France, associées à des niveaux archéologiques (Sourdon, Haynecourt) et une séquence en Alsace (Schaffhouse). Déjà été décrites stratigraphiquement, ces séquences sont disponibles dans la lœssothèque du LGP (Laboratoire de Géographie Physique). Le travail de thèse se concentrera sur les paléosols (3 à 5 par séquence). Le ou la doctorant.e extraira les granules de vers de terre dans ces paléosols et réalisera les mesures isotopiques standards (δ¹⁸O, δ¹³C) et des mesures de clumped isotopes pour comparaison intra- et inter-site. Les analyses de clumped isotopes (Δ₄₇) des granules de vers de terre permettront de reconstituer les paléotempératures et de contraindre la composition isotopique des précipitations au cours de la dernière période glaciaire. En parallèle, des mesures de δ¹³Corg des paléosols seront réalisés afin d'apporter des données sur le cycle du carbone dans les sols. En combinant ces approches, ce travail permettra de reconstituer de manière fine l'évolution des sols et paléosols, des conditions hydroclimatiques et des environnements continentaux au cours du dernier cycle glaciaire dans la zone étudiée. Les résultats offriront des informations sur les dynamiques de la biosphère face aux variations climatiques rapides, dans un contexte marqué par des événements majeurs de l'évolution humaine, tels que la disparition des Néandertaliens et l'expansion des populations d'Homo sapiens en Europe.

spécialité

Géosciences

laboratoire

CRPG - Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques