Traceurs organiques dans les spéléothèmes : approche expérimentale et application au paléoenvironnement holocène du Massif des Bauges.

par Marine Quiers

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers, et de l'environnement

Sous la direction de Jean-Jacques Delannoy et de Yves Perrette.

Le président du jury était Dominique Schwartz.

Le jury était composé de Emmanuel Naffrechoux.

Les rapporteurs étaient Dominique Genty, Stéphane Mounier.


  • Résumé

    Cette thèse a pour objectif de tester l’intérêt des spéléothèmes en tant qu’archive pédologique dans le but de reconstruire l’histoire des sols à haute-résolution durant la période Holocène. Il s’appuie sur une partie expérimentale visant à tester la robustesse des proxies organiques comme indicateurs des variations environnementales au cours du temps, et sur l'utilisation des indicateurs robustes pour reconstruire l'évolution de l'environnement dans les Bauges durant les 6000 dernières années.Le d13C de la matière organique (MO, indicateur de la dynamique de la MO dans les sols) et les lipides (indicateurs des contributions des différentes sources) ont été analysés en complément du d13C de la calcite. Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) ont également été utilisés comme molécule sonde pour comprendre le transfert des différentes molécules organiques, et comme indicateur des combustions passées, naturelles ou anthropiques. Une attention particulière a été portée à l’optimisation de la méthode analytique, afin que la résolution temporelle des analyses soit compatible avec les questions environnementales. Les résultats obtenus pour ces proxies ne sont pas exploitables et montrent un manque de robustesse attribué à des problèmes analytiques (d13CMO, lipides), au type d’alimentation des spéléothèmes (HAP) ou a des effets de site (d13C calcite).L’analyse de fluorescence UV en phase solide a été utilisée pour obtenir un enregistrement haute-résolution des variations semi-quantitatives et qualitatives de la MO. Un protocole a été développé pour quantifier l’intensité de fluorescence en phase solide (FPS). L'intensité de fluorescence en phase liquide d'extraits de MO des sols et des spéléothèmes ont été couplées par un modèle non linéaire à la FPS à haute résolution. Cette méthode a permis d’obtenir une chronique des flux de MO exportée depuis les sols sur une stalagmite test, provenant du Vercors (Grotte de Choranche) et couvrant les 400 dernières années.Un enregistrement composite de l’intensité de fluorescence et du d18O a été créé à partir de trois spéléothèmes du massif des Bauges (salle du Précieux, réseau Garde-Cavale) se recoupant sur les derniers 6000 ans, et a permis l’interprétation des variations du paléoenvironnement. Celles-ci montrent une réponse de l’environnement aux forçages climatiques, basculant vers un forçage anthropique au cours du temps.Cette étude démontre qu’il est possible d’obtenir un enregistrement haute-résolution de l’histoire des sols à l’échelle de la période Holocène par l’utilisation de la FPS. Le couplage avec des proxies organiques plus informatifs a cependant montré la limite de l’utilisation de ces derniers, due à leur manque de robustesse. La combinaison du signal de FPS avec le d18O des spéléothèmes a tout de même permis de réaliser une interprétation des variations environnementales durant l’Holocène. Celle-ci pourrait être améliorée en intégrant d’autres traceurs inorganiques (terres rares, éléments traces) qui n’ont pu être analysés durant cette thèse.

  • Titre traduit

    Organic proxies in speleothems : experimental study and application on the Holocene Bauges paleoenvironment.


  • Résumé

    This thesis aims to demonstrate the interest of speleothems as pedologic archives to reconstruct high resolution soil history during the Holocene. Experimental study was applied to test proxies robustness as environmental tracers. These robust tracers are used to reconstruct environmental evolution in the Bauges Massif during the last 6000 years.Organic matter (OM) d13C (tracer of OM dynamic in soils) and lipids (tracers of source contributors) were analyzed complementary to the d13C of calcite. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) were used as a “probe” to understand organic molecular transport from soils, and to record past natural and anthropogenic combustions. Attention was paid on the optimization of extraction method in order to obtain a temporal resolution suitable for environmental issues. Results obtained are not workable because of their lack of robustness attributed to analytical issues (d13COM, lipids), to speleothem water feeding type (PAH), or to site-specific effect (d13C).OM semi-quantitative and qualitative variations were recorded at high resolution using the solid-phase fluorescence (SPF) analysis. A protocol was developed to quantify the fluorescence intensity obtained with SPF. Liquid-phase fluorescence intensity of soil and stalagmite OM extracts was coupled with high resolution SPF using a non linear model. OM fluxes record was obtained for a stalagmite-test from the Vercors Massif (last 400 years).A composite record of SPF intensity and d18O was created from 3 stalagmites from the Bauges Massif (Précieux room, Garde-Cavale system), spanning the last 6000 years. It enabled the interpretation of paleoenvironmental variations which shows a change from a climatic to anthropogenic control.This study shows that SPF is a reliable tool to record soil history during Holocene with high resolution. However, organic proxies coupling highlights the limit of their use, induced by a weak robustness. Combination of SPF and d18O enabled to reconstruct environmental variations during the Holocene. This interpretation could be improved by integrating other proxies such as rare earths or trace elements, which could not have been tested during this work due to experimental issues.


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  • Détails : 1 vol. (269 p.)

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