Utilisation du chlore-36 dans les glaces d'Antarctique : applications aux essais nucléaires marins et reconstructions de l'activité solaire et du champ géomagnétique passés

Use of chlorine-36 in Antarctic ice : applications to marine nuclear tests and reconstructions of past solar activity and geomagnetic field

• Auteur / Autrice : Sébastien Pivot
• Direction : Édouard Bard, Mélanie Baroni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 29/04/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Européen de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement (Aix-en-Provence ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Thouveny
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elise Folz, Xavier Giraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patricia Martinerie, Jean-Robert Petit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antarctique

Teneur en chlore

Carottes de glace

Effets de l'activité solaire

Géomagnétisme

Datation cosmogénique

Mots clés libres

Antarctique

Isotopes cosmogéniques

36Cl

Activité solaire

Activité géomagnétique

Essais nucléaires

Antarctica

Cosmogenic isotopes

36Cl

Solar activity

Geomagnetic activity

Nuclear bomb tests

Résumé

La production des isotopes cosmogéniques tels que le 10Be et le 36Cl dans l’atmosphère est modulée par la variabilité des champs magnétiques du Soleil et de la Terre. Après leur production, ils sont déposés dans différents réservoirs, comme les calottes polaires. La mesure de leurs concentrations dans la glace permet de donner des informations sur l’activité solaire et géomagnétique passée. Durant cette thèse, 445 échantillons de 36Cl ont été préparés pour 3 sites en Antarctique, à savoir Vostok, Dôme C et Talos Dôme, couvrant des périodes de temps différentes, et comparés avec les mesures de 10Be sur les mêmes échantillons. Les mesures de Vostok couvrent la période récente des essais nucléaires marins et met en évidence la mobilité post-dépôt du 36Cl sous forme gazeuse, qui contraste avec une phase immobile conservée dans le manteau neigeux. Cela est également observé à Dôme C avec la perte de plus de 75% du signal de 36Cl pour le dernier millénaire. Cette mobilité n’est pas observée à Talos Dôme car l’accumulation de neige est plus élevée, permettant de conserver le signal de 36Cl. Les mesures de 36Cl réalisées à Talos Dôme ont permis de détecter les trois derniers grands minima d’activité du Soleil de ces 700 dernières années, mais également de détecter l’excursion géomagnétique du Laschamp il y a 41 000 ans, période pendant laquelle l’intensité du champ magnétique terrestre était très faible, favorisant la production des isotopes cosmogéniques. Ces mesures réalisées pour la première fois en Antarctique permettent de montrer l’importance d’utiliser le 36Cl pour des reconstructions de l’activité solaire passée et géomagnétique en complément des mesures de 10Be

The production of cosmogenic isotopes such as 10Be and 36Cl in the atmosphere is modulated by the variability of the magnetic fields of the Sun and the Earth. After their production, both are transported and deposited into polar caps. The measurement of their concentrations in the ice makes it possible to provide information on past solar and geomagnetic activity. In this study, 445 samples of 36Cl were prepared from 3 Antarctic sites, i.e. Vostok, Dome C and Talos Dome, over different time periods and compared to 10Be data on the same samples. The measurements from Vostok cover the recent period of marine nuclear tests and highlight the post-deposition mobility of 36Cl in its gaseous form, as well as the presence of an immobile phase preserved in the snowpack. This is also observed at Dome C with the loss of more than 75% of the 36Cl signal for the last millennium. This mobility is not observed at Talos Dome because the snow accumulation is higher, allowing to keep the 36Cl signal. Measurements of 36Cl at Talos Dome allowed to detect the last three minima of Sun activity for the last 700 years, i.e. the Dalton, Maunder, and Spörer minima, but also to detect the Laschamp geomagnetic excursion 41 000 years ago, a period during which the intensity of the Earth's magnetic field was very low, favouring the production of cosmogenic isotopes. These measurements, carried out for the first time in Antarctica, confirm the importance of using 36Cl for reconstructions of past solar and geomagnetic activity in addition to the 10Be measurements