Flux de 10Be en Antarctique durant les 800 000 dernières années et interprétation

par Alexandre Cauquoin

Thèse de doctorat en Science des Climats

Sous la direction de Jean Jouzel.

Soutenue le 07-10-2013

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015) , en partenariat avec Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....) (laboratoire) et de Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (laboratoire) .

Le président du jury était Xavier Quidelleur.

Le jury était composé de Jean Jouzel, Xavier Quidelleur, Slimane Bekki, Raimund Muscheler, Nicolas Thouveny.

Les rapporteurs étaient Slimane Bekki, Raimund Muscheler.


  • Résumé

    Les glaces polaires, en plus d'améliorer notre compréhension du climat, donnent accès aux retombées de béryllium-10 (10Be), isotope d'origine cosmogénique formé par l'interaction du rayonnement cosmique et des hautes couches de l'atmosphère. Son taux de production dépend de l'intensité du rayonnement cosmique primaire, qui est modulé par l'activité solaire et le champ magnétique terrestre. Le 10Be contient donc des informations sur ces deux paramètres. Il a permis, entre autres, l'amélioration des chronologies des carottes de glace grâce à des marqueurs stratigraphiques absolus liés à des évènements remarquables du champ géomagnétique comme l'excursion de Laschamp ou l'inversion de Brunhes-Matuyama.EPICA Dome C (75° 06' S, 123° 21' E) est une carotte de glace de 3270 m de long forée en Antarctique Est. Elle offre un enregistrement climatique complet durant les 800 000 dernières années (kyr BP). Dans le cadre de cette thèse, 2200 échantillons de 10Be ont été mesurés entre 2384 m (269 kyr BP) et 2627 m (355 kyr BP) de profondeur. Cette séquence continue offre, d'une part, la possibilité d'étudier l'activité solaire durant la période interglaciaire du Stade Isotopique Marin (MIS) 9.3, où la résolution atteint ~20 ans. Nos résultats contrastent avec ceux durant l'Holocène, avec l'absence remarquée du cycle de de Vries (210 ans) dans notre profil de 10Be. D'autre part, cette séquence nous a permis de vérifier que l'estimation classique de l'accumulation de neige obtenue par les modèles de datation de carottes de glace est correcte à 20% près lors de la succession des cycles glaciaires – interglaciaires.Ces mesures ont été combinées avec celles précédemment effectuées sous la responsabilité de Grant Raisbeck (publication en préparation). Ceci permet de disposer d'un profil continu et détaillé (résolution de 20 à 250 ans) entre 200 et 800 kyr BP sur la carotte de glace EPICA Dome C. Les variations de flux de 10Be observées se comparent bien aux changements d'intensité du champ géomagnétique enregistrés dans les sédiments marins. À partir de cette observation, il est possible de proposer une synchronisation de ces profils afin de les placer sur une échelle d'âge commune. Les déphasages observés entre l'augmentation de température en Antarctique (augmentation du D à EDC) et la hausse du niveau marin global (baisse du 18O marin des archives sédimentaires) n'excèdent pas 3200 ans excepté à la Terminaison VII. La faible résolution des enregistrements de 18O dans les sédiments marins rend l'analyse des déphasages délicate. Les résultats obtenus encouragent à analyser des périodes plus récentes autour de la Terminaison II, incluant les excursions géomagnétiques de Blake et d'Iceland Basin. Ceci permettrait en effet de contraindre plus fortement la synchronisation entre le signal paléomagnétique dans les sédiments marins et le flux de 10Be à EDC.

  • Titre traduit

    10Be flux in Antarctica during the last 800 000 years and interpretation


  • Résumé

    The polar ice cores, in addition to improving our understanding of the climate, give access to beryllium-10 (10Be) fallout, an isotope of cosmogenic origin created by the interaction of Galactic Cosmic Rays with the upper atmosphere. Its production rate depends on the intensity of the primary cosmic rays, which are modulated by solar activity and the Earth's magnetic field. 10Be therefore provides information on these two parameters. It has allowed, among others, the improvement of ice cores chronologies thanks to absolute stratigraphic markers linked to remarkable events of the geomagnetic field as the Laschamp excursion or the Brunhes-Matuyama reversal.EPICA Dome C (75° 06' S, 123° 21' E) is a 3270~m ice core drilled in East Antarctica. It offers a complete climate record over the last 800 000 years (kyr BP). In the framework of the PhD, 2200 10Be samples were measured between 2384 m (269 kyr BP) and 2627 m (355 kyr BP) deep. This continuous sequence provides, on the one hand, the opportunity to study the solar activity during the interglacial period of the Marine Isotope Stage (MIS) 9.3, where the resolution reaches ~20 years. Our results contrast with those during the Holocene, with the noted absence of the de Vries cycle (210 years) in our 10Be profile. On the other hand, this sequence allowed us to verify that the classical estimate of snow accumulation obtained by the dating models of ice cores is correct to within 20% during the succession of glacial – interglacial cycles.These measurements were combined with those previously performed under the responsibility of Grant Raisbeck (publication in preparation). This allows to dispose of a continuous and detailed profile (resolution: 20 to 250 years) between 200 and 800 kyr BP on the EPICA Dome C ice core. The observed 10Be flux variations compare well with changes in the intensity of the geomagnetic field recorded in marine sediments. From this observation, it is possible to propose a synchronization of these profiles in order to place them on a common age scale. The observed phase shifts between the rise of temperature in Antarctica (increase of D at EDC) and the rise of global sea level (decrease of marine 18O from marine sediments) do not exceed 3200, except at the Termination VII. The low resolution of the 18O records from marine sediments makes it difficult to analyze the phase shifts. The obtained results encourage to analyze more recent periods around Termination II, including the Blake and Iceland Basin geomagnetic excursions. Indeed, this would allow to constrain more strongly the synchronization between the paleomagnetic signal in marine sediments and the 10Be flux at EDC.


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