Quantification des changements de la circulation océanique profonde de l'Atlantique au cours des changements climatiques rapides des derniers 40 ka

par Lise Missiaen

Thèse de doctorat en Météorologie, océanographie, physique de l'environnement

Sous la direction de Claire Waelbroeck et de Sylvain Pichat.

Soutenue le 18-01-2019

à l'Université Paris-Saclay (ComUE) , dans le cadre de École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1991-....) , en partenariat avec Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....) (laboratoire) , Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement [Gif-sur-Yvette] (laboratoire) .

Le président du jury était Christophe Colin.

Le jury était composé de Claire Waelbroeck, Sylvain Pichat, Christophe Colin, Roger François, Kerim Hestnes Nisancioglu, Samuel Jaccard, Andrea Burke.

Les rapporteurs étaient Roger François, Kerim Hestnes Nisancioglu.


  • Résumé

    Au cours des derniers 40 ka, le Groenland et l'Atlantique Nord ont enregistré des oscillations de température rapides et de grande amplitude (8 à 15°C en à peine 300 ans) associées à de profondes modifications de la circulation océanique et atmosphérique. Les mécanismes à l’origine de ces changements climatiques rapides ne sont encore que partiellement élucidés. L’objectif de cette thèse est de quantifier les changements de circulation océanique qui ont accompagné ces changements climatiques abrupts. La première partie de cette thèse a consisté à combiner les informations paleocéanographiques de trois traceurs géochimiques, de manière à s'affranchir des limitations de chaque traceur pris séparément. Les rapports isotopiques du carbone des foraminifères benthiques (δ13C et Δ14C) et le Pa/Th sédimentaire ont été mesurés sur la carotte sédimentaire de l'Atlantique Nord SU90-08 (43°N, 30°W, 3080m). Les proxies semblent dépeindre une situation contradictoire au cours du dernier maximum glaciaire: les isotopes du carbone indiquent une faible ventilation des masses d'eau profondes alors que le Pa/Th sédimentaire atteste d'une circulation active. Ce résultat interroge sur la nature exacte du signal enregistré par chaque proxy. Par ailleurs, le recours à la modélisation est nécessaire afin de quantifier les variations de la circulation océanique passée. La seconde partie de cette thèse a donc consisté à ajouter le calcul du Pa/Th sédimentaire dans le modèle de climat de complexité intermédiaire iLOVECLIM. Ce modèle, capable de simuler l'évolution simultanée des trois proxies, a été utilisé pour analyser la réponse de chaque proxy à des changements abrupts de circulation. Les résultats montrent que la réponse des proxies est différente dans les trois principales masses d'eau de l'Atlantique. Dans l'Atlantique Nord-Ouest profond (> 2000 m), la réponse du Pa/Th précède celle des isotopes du carbone de quelques centaines d'années, constituant un exemple de découplage entre les différents proxies.

  • Titre traduit

    Quantification of the Atlantic deep ocean-circulation variations during the rapid climate changes of the last 40 ky


  • Résumé

    The last 40 ky, have been characterized by abrupt and high amplitude temperature changes (8 to 15 °C in less than 300 years) in Greenland and in the North Atlantic region, associated with drastic ocean and atmospheric circulation changes. The mechanisms behind these abrupt climate changes are still debated. The objective of this thesis is to quantify the ocean circulation changes associated with these abrupt climate changes. In the first part of this thesis, I combined the information of three geochemical proxies in order to overcome the limitations of each proxy taken separately. The carbon isotopic ratios of the benthic foraminifers (δ13C and Δ14C), as well as the sedimentary Pa/Th ratio, have been measured in the North Atlantic sediment core SU90-08 (43°N, 30°W, 3080m). The proxies depict an apparently inconsistent situation over the last glacial maximum: the carbon isotopes indicate that the deep water mass was poorly ventilated while the Pa/Th evidence an active overturning cell. These observations question the type of signal recorded by each proxy. Besides, in order to quantify the circulation changes, a modeling approach is required. In the second part of this thesis, I have implemented the calculation of the Pa/Th in the climate model of intermediate complexity iLOVECLIM. The model is able to simulate the simultaneous evolution of the three proxies and has been used to decipher the multi-proxy response to abrupt circulation changes. The results show that the proxy response varies in the three main Atlantic water masses. In the deep (>2000m) western North Atlantic, the carbon isotopes response lags the Pa/Th response by a few hundreds of years, exemplifying/illustrating a possible decoupling between the different proxies.


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