Les perturbations environnementales au cours du Toarcien inférieur : apport de l'étude sédimentologique et géochimique de séries boréales et Ouest-Téthysiennes

par Michaël Hermoso

Thèse de doctorat en Sédimentologie et géochimie sédimentaire

Sous la direction de Maurice Renard.

Soutenue en 2007

à Paris 6 .

mots clés

• Toarcien inférieur
• Domaine ouest-européen
• Nanofossiles calcaires
• Matière organique
• Géochimie sédimentaire
• Evénement hydrates de gaz

Résumé

Le Jurassique inférieur est une période marquée par la dislocation du continent unique à laquelle est associée une période de volcanisme intense. L'élévation du niveau marin (transgression liasique) et les fortes pressions partielles en CO2 dans l'atmosphère induisent un contexte de forte productivité primaire et des conditions environnementales favorables à la préservation de la matière organique. Le Toarcien inférieur est ainsi associé à un événement anoxique océanique (OAE) qui se traduit par un point haut sur la courbe à long terme du rapport isotopique du carbone (13C). Toutefois, durant cette période, la dérive positive du 13C est brutalement interrompue par une excursion négative généralisée et de forte amplitude. Actuellement, deux théories s'opposent pour tenter d'expliquer cet accident géochimique. La première fait intervenir des mécanismes locaux de dégradation de la matière organique dans la colonne d'eau qui libérerait une masse importante de CO2 à très faible 13C, CO2 qui est ensuite recyclé dans les carbonates et la matière organique phytoplanctonique marine. La seconde hypothèse fait intervenir un phénomène généralisé (enregistrement mondial) dont l'origine serait la libération massive de carbone isotopiquement allégé au cours d'un épisode de déstabilisation d'hydrates de gaz. L'objectif de ce travail est de trancher sur l'interprétation de cette perturbation isotopique du cycle du carbone et des événements associés à l'échelle du Bassin de Paris et de bassins Ouest-téthysiens. Pour cela, nous avons étudié des sites de contextes sédimentologiques et environnementaux différents depuis des coupes septentrionales où l'anoxie se marque nettement dans la sédimentation jusqu'à des coupes d'Europe méridionale, plus ouvertes vers l'Océan téthysien où l'impact de l'OAE paraît plus discret sur la sédimentation. Nous mettons en évidence un événement unique, synchrone. Malgré des difficultés liées à la corrélation des cadres biostratigraphiques, ces événements s'enregistrent bien au sommet de la biozone à Tenuicostatum – base Falciferum correspondant à la nannozone à C. Superbus. L'amplitude de l'accident du 13C est bien plus forte au Nord (-6‰) qu'au Sud (-3,5‰) de l'Europe. Cette différence semble parallèle à celle de la répartition des teneurs en matière organique. Le lien de cet événement isotopique avec la mise en place des conditions anoxiques semble également dépendre d'une logique paléolatitudinale puisque dans les sites boréaux, l'anoxie définie par des critères sédimentologiques (lamination du sédiment, teneurs en pyrite et en matière organique) et géochimiques (évolution des teneurs en manganèse) précède l'accident isotopique alors que l'inverse s'observe plus au Sud. Nos données indiquent que les séries épicontinentales du Bassin de Paris ont enregistré un flux primaire de carbone isotopiquement négatif qui a affecté de façon homogène toute la colonne d'eau, excluant une origine diagénétique à cet événement. L'enregistrement à haute-résolution permet de mettre en évidence quatre paliers successifs de décroissance du rapport isotopique du carbone comme cela avait été montré pour l'enregistrement isotopique de la matière organique. Nous excluons la co-occurrence de phénomènes liés au recyclage de la matière organique tels qu'expliqués par les modèle de Broecker et de Küspert, puisqu'aucun argument de géochimie organique et moléculaire ne plaide pour des processus de recyclage plus important de la matière organique au cours de cet intervalle. Au contraire, une stratification haline de la colonne d'eau semble se mettre en place à ce niveau. Elle serait due à l'augmentation des apports d'eau douce sur la surface épicontinentale NW européenne. Nos données intégrées à celles de la bibliographie nous conduisent à soutenir un processus de libération de méthane dans l'atmosphère lié à une déstabilisation d'hydrates de gaz, éventuellement renforcée par la méthanogenèse de charbon par intrusion doléritique dans les gisements du Sud du Gondwana. Ces perturbations du cycle du carbone et du rapport isotopique de cet élément dans les différents réservoirs (OAE et accident du 13C) interviennent dans un cadre de grands bouleversements environnementaux qui semblent liés à un à-coup généralisé de l'activité géodynamique (ouverture océanique, volcanisme du Karoo - Ferrar, structuration de la Téthys occidentale, …). Il est difficile d'établir des liens de causalité entre ces événements, faute d'une chronologie suffisamment précise, mais on peut toutefois envisager une déstabilisation d'origine sismo-tectonique des hydrates de gaz dont la localisation du stockage reste inconnue. Les mécanismes de stockage des hydrates de gaz dans le contexte océanique particulier du Toarcien restent à comprendre.

Titre traduit

Environmental changes during the early Toarcien : contribution of a sedimentological and geochemical study of boreal and western Tethyan realms

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