Contraindre la transition greenhouse-icehouse du Paléogène par la géochimie des coccolithes

Constraining the greenhouse-icehouse transition during the Paleogene using the geochemistry of the coccoliths

• Auteur / Autrice : Maxime Tremblin
• Direction : Fabrice Minoletti, Michaël Hermoso, Delphine Desmares
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 07/12/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre de Paris (2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Loïc Villier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emanuela Mattioli, Emmanuelle Pucéat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rosalind Rickaby, Yannick Donnadieu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléogène

Géochimie

Coccolithes

Paléoclimatologie

Mots clés libres

Paléoclimats

Coccolithes

Géochimie

Paléogène

Températures

PCO2

Paleoclimates

Coccoliths

Geochemistry

Paleogene

Temperatures

PCO2

Résumé

Un obstacle majeur à la caractérisation des paléoclimats en période de type « greenhouse » tient à la mauvaise préservation des archives sédimentaires et à des limites dans les calibrations des marqueurs géochimiques utilisés. Ces limitations entrainent de grandes incertitudes sur les valeurs et la répartition des températures des eaux de surface (SSTs) et des concentrations en CO2 atmosphérique. Les mécanismes qui ont fait basculer le système Terre d’un régime de type greenhouse à icehouse au cours du Paléogène restent donc encore mal contraints. Dans cette thèse, l’évolution thermique de l'océan superficiel et les pCO2 atmosphériques au cours du Paléogène ont étés estimées à partir du signal isotopique (δ18O et ∆13C) des exosquelettes carbonatés des coccolithophoridés : les coccolithes. Les données montrent un refroidissement global des SSTs de l’Eocène inférieur à moyen. A l’Eocène supérieur et au travers de la transition Eocène-Oligocène, les pCO2 diminuent et le refroidissement des hautes latitudes se poursuit, induisant la mise en glace de l’Antarctique, tandis que la ceinture tropicale se réchauffe. Ce bouleversement dans la répartition des flux de chaleur à la surface de la Terre est synchrone de la mise en place d’un courant circumpolaire antarctique plus vigoureux. Ces résultats mettent donc en évidence le rôle moteur des changements de circulations océaniques dans la dynamique climatique de cette transition. De plus, cette thèse prouve également l’existence de gradients thermiques latitudinaux importants tout au long du Paléogène. L'hypothèse d'une répartition homogène des SSTs entre l’équateur et les pôles, si difficile à modéliser peut être écartée.

Among the major obstacles in constraining paleoclimates for periods of “greenhouse” type is the poor preservation state of the sedimentary archive, and the existence of limits for each of the different applied geochemical markers. These obstacles lead to great uncertainties on the values and distribution of sea surface temperatures (SSTs) and atmospheric CO2 concentrations. Therefore, the mechanisms that brought the Earth’s system from a “greenhouse” to an “icehouse” regime throughout the Paleogene are not well constrained. In this thesis, we reconstructed the thermal evolution of the superficial ocean and the evolution of atmospheric pCO2 during the Paleogene from the isotopic signal (δ18O and ∆13C) of the fossilized carbonate exoskeleton of coccolithophores: coccoliths. Our data reveal a global cooling of surface waters from the Early to the Middle Eocene. During the Late Eocene and across the Eocene-Oligocene transition, values for pCO2 decrease, and cooling at high latitudes continues, allowing for the set up of an ice sheet in Antarctic, while the tropical belt warms. This change in the distribution of heat fluxes at the Earth’s surface during this period is synchronous to the deepening of the Drake Passage and to the set up of a vigorous Antarctic Circumpolar Current. These results thus highlight the driving role of changing oceanic circulations for climate dynamics during this transition. This thesis also proves the existence of important latitudinal thermal gradients throughout the Paleogene. The hypothesis of a homogeneous distribution of SSTs between the Equator and the poles, which prevails in the literature but remains hard to modelise, can thus be rejected.