Restitution des changements de l'hydrologie des masses d'eaux intermédiaires de la Méditerranée et de leurs impacts sur la circulation Atlantique Nord au cours des derniers 30 ka à partir de la mesure de la composition isotopique du Nd de foraminifères.

par Maxence Duhamel

Projet de thèse en Terre solide : géodynamique des enveloppes supérieures, paléobiosphère

Sous la direction de Christophe Colin et de Giuseppe Siani.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences , en partenariat avec GEOPS - Géosciences de Paris Sud (laboratoire) , Paléoclimats et Dynamique Sédimentaire (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La Méditerranée est un bassin semi-fermé caractérisé par une évaporation excédant les apports par les précipitations et les fleuves, où les apports d'eau de surface de l'Atlantique Nord sont transformés en masses d'eaux salées intermédiaires et profondes (circulation thermohaline de la Méditerranée). Plusieurs études ont montré que cette circulation thermohaline a été extrêmement sensible aux changements climatiques rapides des hautes latitudes de l'Hémisphère Nord (événements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger) et des basses latitudes via des changements de l'intensité des précipitations de la mousson africaine et l'existence de paléo-fleuves éphémères apportant de grandes quantités d'eau douce en Méditerranée orientale (Cacho et al., 1999, 2000, 2001; Rohling et al., 2004 ; Sierro et al., 2005; Frigola et al., 2007, 2008). Cette circulation thermohaline contrôle l'intensité de l'écoulement des eaux méditerranéennes en Atlantique Nord au niveau du détroit de Gibraltar (MOW : Mediterranean Overflow Water) et a un impact sur la circulation méridienne de l'Atlantique Nord (AMOC : Atlantic Meridional Overturning Circulation) en injectant des eaux salées en Atlantique à des moments où l'AMOC était faible (événements de Heinrich) permettant ainsi de réactiver la formation d'eau profonde aux hautes latitudes de l'hémisphère Nord (Cacho et al., 1999, 2001; Sierro et al., 2005; Voelker et al., 2006 ; Rogerson et al., 2006; Voelker et al., 2006). Compte tenu du rôle important que peut jouer la circulation méditerranéenne sur la circulation globale, il s'avère important de contraindre les changements de l'hydrologie de masses d'eaux intermédiaires méditerranéennes (LIW : Leventine Intermediate Water) qui influencent fortement les eaux sortant de la Méditerranée au niveau du détroit de Gibraltar. La composition isotopique du néodyme (εNd) analysée dans les encroutements de foraminifères planctoniques permet de retracer l'hydrologie des masses d'eaux profondes et intermédiaires de l'océan (Wu et al., 2015). Les valeurs de l'εNd des eaux de la Méditerranée présentent une large gamme de -11 à -5 avec des valeurs plus radiogéniques (-5) pour sa partie orientale permettant ainsi de tracer les échanges des masses d'eaux intermédiaires entre la mer Méditerranée orientale et occidentale d'une part et entre la Méditerranée occidentale et l'Atlantique Nord d'autre part (Spivack and Wasserburg, 1988; Tachikawa et al., 2004; Vance et al., 2004). Par conséquent, la composition isotopique du Nd mesurée dans les foraminifères peut être utilisée pour restituer les changements hydrologiques des masses d'eaux intermédiaires de la Méditerranée pendant des événements majeurs tels que le dépôt du Sapropel S1 et le dépôt de la couche riche en matière organique (ORL 1) (Kuhnt et al., 2008; Schmiedl et al., 2010; Toucanne et al., 2012; Grimm et al., 2015) où les traceurs classiques de la paléocéanographie ne peuvent pas être utilisés en raison de la rareté ou de l'absence de foraminifères benthiques vivants au fond des océans durant les événements sub-anoxiques et anoxiques. Cette thèse se propose donc d'analyser la composition isotopique du Nd de foraminifères planctoniques de carottes sédimentaires localisées dans des régions clés de la circulation méditerranéenne afin d'apporter de nouvelles contraintes sur l'hydrologie des masses d'eaux intermédiaires de la Méditerranée (LIW) depuis la dernière période glaciaire et d'établir son impact sur la circulation de l'Atlantique NE. Des comparaisons entre données et modèles de circulations océaniques sont également fortement envisagées.

  • Titre traduit

    Reconstruction of past changes of the intermediate waters hydrology in the Mediterranean Sea and its impacts to the North Atlantic circulation during the last 30 ka from the Nd isotopic composition analyse on foraminiferas.


  • Résumé

    The Mediterranean Sea is characterized by evaporation exceeding precipitation and river discharge of freshwater, where the inflow of surface Atlantic water is transformed into saline, dense intermediate- and deep-waters (Mediterranean thermohaline circulation). Several studies have demonstrated that this Mediterranean thermohaline circulation is highly sensitive to rapid climatic changes from high latitudes of the Northern Hemisphere (Heinrich and Dansgaard-Oeschger events) and low latitude through modification of the intensity of the African monsoon rainfall and the re-routing of freshwater to the Eastern Mediterranean Sea by paleo rivers (Cacho et al., 1999, 2000, 2001; Rohling et al., 2004 ; Sierro et al., 2005; Frigola et al., 2007, 2008). This Mediterranean thermohaline circulation drives the intensity of the Mediterranean outflow water to the North Atlantic at Gibraltar Strait (MOW : Mediterranean Overflow Water) and plays an important role in the intensity of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC). It has been suggested that the intensity of the MOW and then the general circulation of the Mediterranean Sea could play a significant role in triggering a switch from a weakened to an enhanced state of the AMOC through the MOW, injecting saline waters in the northern Atlantic at times of weak AMOC (Heinrich events) (Cacho et al., 1999, 2000, 2001; Sierro et al., 2005; Voelker et al., 2006; Rogerson et al., 2006). It is thus necessary to constrain hydrological changes of the intermediate Mediterranean water masses (LIW : Leventine Intermediate Water) that constitute a dominant water masse of the MOW. It has recently been shown that the neodymium (Nd) isotopic composition, expressed as εNd, of planktonic foraminifera faithfully trace deep-water mass provenance and mixing of the ocean (e.g. Wu et al., 2015). Intermediate water masses of the Mediterranean Sea display a large range of εNd values from -11 to -5 with more radiogenic values for its Eastern part (-5) that permit us to track intermediate water masses exchange between the eastern and western Mediterranean Sea as well as between the western Mediterranean Sea and the North Atlantic (Spivack and Wasserburg 1988; Tachikawa et al., 2004; Vance et al., 2004). Consequently, the Nd isotopic composition analyzed on planktonic foraminifera can be used to reconstruct past variations of the hydrology of intermediate waters masses of the Mediterranean Sea during the deposit of the Sapropel S1 and of the Organic Rich Layer (ORL 1) (Kuhnt et al., 2008; Schmiedl et al., 2010; Toucanne et al., 2012; Grimm et al., 2015) where classical tools of paleo-hydrology cannot be used due to scarce or lack of benthic foraminiferas during sub-anoxic and anoxic events. This PhD program propose to analyse the Nd isotopic composition of planktonic foraminifera from marine cores located in key areas of the Mediterranean Sea circulation to establish past hydrological variations of the intermediate water masses (LIW : Leventine Intermediate Water) since the last glacial period and its impacts on the circulation of the North Atlantic. Comparisons between data and ocean general circulation models are also envisaged.