Relations entre les variations climatiques, les perturbations du cycle du carbone et les crises de la production carbonatée : application au Crétacé inférieur

par Aurélie Bonin

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Soutenue le 14-06-2011

à Dijon , dans le cadre de École doctorale E2S Environnements, Santé, STIC (Dijon) , en partenariat avec Biogéosciences (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-François Deconinck.

Le jury était composé de Thierry Adatte, Bernard Pittet.

Les rapporteurs étaient François Baudin, Cécile Robin.


  • Résumé

    Le Crétacé inférieur est ponctué de perturbations du cycle du carbone associées à des épisodes de préservation de matière organique et à des crises de la production carbonatée néritique et pélagique. Ces évènements coïncident également avec des refroidissements à très court terme (<1Ma) dont l’origine et les conséquences sont encore imprécises en raison de la faible résolution des courbes de températures dans les eaux de surface. Les études récentes réalisées à partir de modèles climatiques couplés à des modèles géochimiques laissent penser qu’une crise de la production carbonatée pourrait engendrer un refroidissement climatique sur une échelle de temps inférieure à 1 Ma (Donnadieu et al., accepté). Basées sur les dépôts d’âge Valanginien des coupes de La Charce–Vergol et d’Ollioules (Sud-est de la France) et sur les sédiments de l’Aptien du sous-Bassin de Galvé (Nord-est de l’Espagne), des études stratigraphiques, paléoécologiques et géochimiques ont été menées pour établir les relations entre la production carbonatée et le climat au cours du Valanginien et de l’Aptien. Pour cela, des courbes de température à haute résolution pour les eaux de surface ont été établies et mises en regard des évolutions des producteurs néritiques et pélagiques de carbonate. Le Valanginien et l’Aptien présentent tous deux des arrêts polyphasés de la production carbonatée néritique. Certains arrêts précèdent des refroidissements à court terme, dont ceux datés du Valanginien supérieur, du début et de la fin de l’Aptien inférieur. Cette succession suggérerait un lien de cause à effet entre les crises de la production et les fluctuations climatiques. Toutefois, les refroidissements du Valanginien supérieur et de la fin de l’Aptien inférieur sont respectivement précédés par un enfouissement de matière organique continentale et océanique, qui est un processus pouvant également générer une diminution de CO2 et un refroidissement. Ce travail a permis de mettre en évidence les répercutions des changements climatiques sur la production carbonatée par l’intermédiaire de changements de producteurs dans les domaines néritiques et pélagiques. Dans un premier temps, la mise en place de conditions froides au Valanginien supérieur et à la fin de l’Aptien inférieur est suivie de remplacements floro-fauniques caractérisés par l’évolution de communautés hétérozoaires à photozoaires. Les bouleversements observés suggèrent un changement drastique des conditions trophiques sous le développement de conditions arides relatives au refroidissement. Dans un second temps, l’évolution des communautés pélagiques au Valanginien répondraient également aux changements climatiques : ces communautés marquées d’un déclin depuis la fin du Valanginien inférieur présentent une courte reprise du début au milieu du Valanginien supérieur. Cette reprise coïncide avec le développement de conditions froides et plus arides occasionnant des conditions trophiques plus faibles

  • Titre traduit

    Relations between climatic fluctuations, carbon cycle perturbations and carbonate production crises : focus on the early cretaceous


  • Résumé

    The Early Cretaceous is punctuated by carbon cycle perturbations, associated with organic matter burial episodes and carbonate production crises. These events coincide with short-term cooling (<1Ma), yet the mechanisms are still unclear, because of low resolution in sea surface temperature reconstructions. Recent climatic models suggest that carbonate-platform-collapse events may trigger a short-term ocean cooling episode (Donnadieu et al., accepted). In order to establish relations between climates and carbonate productions, we performed stratigraphic, palaeoecologic and geochemical analyses on Valanginian sediments from the La Charce-Vergol and the Ollioules sections (South-East France) and Aptian sedimentary record of the Galvé subasin (North East Spain). Therefore, high-resolution sea surface temperature curves were reconstructed with regard to the pelagic and neritic carbonate producer evolution. Both Valanginian and Aptian stages are marked by polyphased neritic production drawdown. Moreover, the Late Valanginian, basal and latest Early Aptian carbonate-platform demises predate a short-term cooling occurrence. The chronology of these events may imply that carbonate production decrease may have affected the atmospheric CO2 pool and the climate. Nevertheless, the decreases of water temperature that took place in the Late Valanginian and the latest Early Aptian are also prior to episodes of continental and oceanic organic matter burial, respectively. This process is also known as a CO2 drawdown and cooling generator. The present study allowed establishing climate feedbacks on the pelagic and neritic carbonate producers triggering fluctuations of the carbonate production fluxes. At first, cooler conditions during the Late Valanginien and latest Early Aptian are posterior to floro-faunal changes characterised by heterozoan to photozoan replacements. These suggest a trophic level decrease relative to cool and dryer climatic condition. Subsequently, nannoconid communities seem to record a response to the Late Valanginian climatic change: these producers are characterised by a decline from the latest Early Valanginian onward, interrupted by a recovery from the earliest Late Valanginian up to the mid-Late Valanginian. This recovery coincides with the development of cooling and dryer conditions, triggering low trophic level and thus promoting a subsequent pelagic production recovery.

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