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Soutenance de thèse de François Beny

par Valérie PLOUVIN - publié le

François Beny doctorant du LOG ULILLE (Co-tutelle avec l’université "Vrije Universteit" (PAYS-BAS)) soutiendra sa thèse intitulée :

Etude à haute résolution de la circulation océanique profonde dans l’Océan Austral pendant le dernier cycle climatique à l’aide de traceurs géochimiques et minéralogiques dans les sédiments marins : implications pour le cycle du CO2

High resolution study of the deep-wtare Southern Ocean circulation during the last climatic cycle using geochemical and mineralogical proxies in marine sediments : implication for the CO2 cycle

Date : mercredi 7 octobre 2020
Lieu : en visioconférence depuis l’Université d’Amsterdam et SN5

Jury :
Directrice de thèse :
Viviane BOUT-ROUMAZEILLES Université de Lille

Co-directeur de thèse :
Gareth DAVIES Université Libre d’Amsterdam

Examinateurs :
Tina VAN DE FLIERDT Imperial College Londres
Charlotte SKONIECZNY Université Paris Sud
Martin FRANK GEOMAR
Nicolas TRIBOVILLARD Université de Lille

Rapporteurs :
Ronald VAN BALEN Université Libre d’Amsterdam
Nadine MATTIELLI Université Libre de Bruxelles

Invités :
Sylvie Philippe Université du littoral Cote d’opale

Résumé :
Cette thèse apporte de nouvelles perspectives sur la circulation profonde de l’Océan Austral et sur le cycle du CO2. Elle se base sur la signature géochimique et minéralogique de la fraction terrigène des sédiments récupérés dans le secteur Atlantique Sud (carotte MD07- 3076Q) et Indien Sud (MD12-3396Q) de l’Océan Austral. Grâce à une étude préliminaire rigoureuse des processus de transfert Continent- Océan permettant l’étude de la provenance des sédiments dans l’Océan Autral, il a été possible de démontrer la nécessité de travailler sur plusieurs fractions granulométriques dans l’Atlantique Sud pour pouvoir retracer efficacement les différentes masses d’eau. Une telle approche a permis : (1) l’identification de la provenance de différentes fractions granulométriques ; (2) l’assignation de chaque fraction granulométrique à une masse d’eau spécifique ; (3) la reconstruction de l’évolution passée des principales masses d’eau profondes ; (4) de reconstruire les changements paléoenvironnementaux en Amérique du Sud pendant l’Holocène. Cette thèse a permis de faire la distinction entre les AABW et l’ACC (Courant Circumpolaire Antarctique, qui comprend la CDW) dans les deux secteurs étudiés de l’Océan Austral. Cela a rendu possible la quantification de la contribution relative à la sédimentation des principales masses d’eau dans chaque secteur (i.e. AABW, CDW, et NADW dans le secteur Atlantique Sud ; ACC et AABW dans le secteur Indien Sud). Grâce à cette distinction, il a été possible de fournir des évidences d’activités encore inconnues de l’AABW au court du temps, et d’étudier les interactions dynamiques entre les AABW et la CDW dans le secteur Atlantique Sud de l’Océan Austral. De plus, cette thèse démontre que les évènements d’Heinrich (HE) 1, 2, et 3 sont précédés par une modification de la circulation profonde de l’Océan Austral. Les données indiquent également que, même si aucun changement dans le CO2 atmosphérique n’est observé pendant l’HE 2, la turbulence était plus forte pendant l’HE 2 que pendant l’HE 1. Cela suggère que les échanges entre l’océan profond et l’atmosphère pourraient avoir été coupés en raison de la présence d’une barrière dynamique/physique pendant la dernière période glaciaire. A la toute fin de cette dernière période glaciaire, nos données indiquent un « pulse » de la vitesse et de l’extension vers le Nord de la AABW dans le secteur Atlantique de l’Océan Austral. Ce « pulse » est concomitant de la première augmentation de la ventilation enregistrée dans la même carotte de sédiment et se termine avec le début du stadial d’Heinrich (HS) 1, une période d’augmentation du CO2 atmosphérique. Ces observations suggèrent que cette rapide incursion de la AABW dans l’Océan Atlantique Sud serait responsable de la rupture de la barrière physique/dynamique séparant l’océan profond, riche en CO2, et la surface, permettant ainsi l’échange entre ces eaux riches en CO2 et l’atmosphère pendant l’HS 1, et donc l’augmentation du CO2 atmosphérique pendant la dernière déglaciation.

Abstract :
This PhD thesis provides new insights into both the deep Southern Ocean circulation and CO2 cycle based on geochemical, radiogenic isotopes and clay mineralogical signatures of the terrigenous fractions transported by the main deep-water masses using sediment cores recovered in the South Atlantic sector (core MD07-3076Q, central South Atlantic) and in the South Indian sector (core MD12-3396Q) of the Southern Ocean. Thanks to a careful study of continent-ocean transfer processes enabling the study of the provenance of particles in the Southern Ocean, it was possible to demonstrate that working on distinct grain-size fractions in the South Atlantic Ocean is necessary to efficiently track different water masses. Such an approach successfully permits : (1) provenance identification of the various grain-size fractions (clay, cohesive silt and sortable silt) ; (2) an assignment of each grain-size fraction to a specific water-mass ; (3) the reconstruction of the main deep water-mass pathways past changes, (4) to reconstruct paleoenvironmental changes over South America during the Holocene. In addition, this study successfully permits the distinction between the AABW and the ACC (that includes CDW) in both sectors of the Southern Ocean. This enabled the quantification of the relative contribution to sedimentation of all the main deep-water masses in each sector (i.e. AABW, CDW and NADW in the South Atlantic sector ; ACC and AABW in the South Indian sector). Thanks to this distinction, it was possible to provide evidences of previously unknown AABW activities through time, and to study the dynamical interactions between the AABW and the LCDW in the South Atlantic sector of the Southern Ocean. Moreover, we show that Heinrich Events (HE) 1, 2 and 3 are preceded by a modification of the Southern Ocean overturning circulation. Our data also indicate that the turbulent mixing was stronger during HE 2 than during HE 1, even though HE 2 is muted in atmospheric CO2 records. This suggests that the exchanges between the deep ocean and the atmosphere might have been disabled due to dynamical/physical barrier resulting from background conditions involved by low obliquity during the last glacial period. At the very end of this glacial period, our data indicate a substantial “pulse” of AABW speed and northern extent in the South Atlantic sector of the Southern Ocean. This “pulse” is concomitant with the first increase of the ventilation recorded in the same sediment core and ends with the beginning of the HS 1, a period of rising atmospheric CO2. These observations suggest that this rapid incursion of AABW into the South Atlantic Ocean may be responsible of the breakdown of the physical/dynamical barrier between the deep CO2-rich ocean and the surface, enabling the exchange between these CO2-rich waters and the atmosphere during the HS 1, and thus, the rise of atmospheric CO2 during the last deglaciation.