Activités scientifiques Paléo2D

  1. Thèmes de recherche
  2. 1 - Optimisation de la démarche source to sink et lois de transfert sédimentaire
  3. 2- Surfaces continentales et déformations intraplaques Interaction Climat - Geodynamique - topographie en Asie centrale
  4. 3- Paléoclimat et variations eustatiques
  5. 4 –Variation séculaire du champ magnétique de la Terre
  6. 5 – Dater par archéomagnetisme
  7. 6 - Modélisation chronologique
  8. Soutien technique

Thèmes de recherche

Principaux thème de recherche :

  • 1 - Optimisation de la démarche source to sink et lois de transfert sédimentaire
  • 2 - Surfaces continentales et déformations intraplaques
  • 3 - Variations paléoclimatiques et eustatiques
  • 4 - Variation séculaire du champ magnétique terrestre
  • 5 - Datation par archéomagnétisme
  • 6 - Modélisation chronologique

1 - Optimisation de la démarche source to sink et lois de transfert sédimentaire

La dynamique du système sédimentaire est gouvernée par les couplages entre l’érosion dans du domaine amont, le transfert et la sédimentation dans les bassins avals. Sa compréhension est primordiale pour une meilleure connaissance des lois d'érosion et de sédimentation à l'échelle des temps géologiques (10 Ka à 1 Ma), (2) l'importance relative de la déformation, du climat et de l'eustasie et (3) la prédiction de la préservation des systèmes sédimentaires.
Ces approches ont été appliquées avec succès à la marge atlantique de l'Afrique australe (Afrique du Sud et Namibie, Guillocheau et al., 2012, Braun et al., 2014) et se poursuivent à l'échelle de l'Afrique australe, y compris pour les systèmes sédimentaires de l’Orange, du Limpopo et du Zambèze (projet PAMELA - IFrEMer-Total). L'objectif principal est de comprendre, dans un cadre paléoclimatique (paléo-précipitation) connu, l'effet de la dynamique du manteau à travers le soulèvement du plateau sud-africain sur (1) les processus d’applanissement (érosion chimique vs érosion physique), (2) l'architecture stratigraphique de la marge et (3) le bilan sédimentaire entre l'érosion des plateaux et la sédimentation des marges (jusqu'aux cône alluviaux marin distaux, distal deep-sea fan).

Sedimentary fluxes along the South African Plateau since the Cretaceous - Flux sédimentaires le long du Plateau Sud-Africain depuis le Crétacé. (a) Localisation des principales sources de sédiments (deltas and deep-sea fans) et quantité de sédiments déposés (103 km3) du Crétcé supérieur au Cénozoïque (Chiffre entre parenthèses). (b) Evolution du volume de sédiments déposés le long de la marge de l’Orange depuis le Crétacé inférieur (Braun et al., 2014) - © Sylvie Bourquin

Une autre approche concerne les bassins en contexte de rift et notamment la compréhension de la sédimentation précoce syn-rift et de leurs facteurs de contrôle, à partir de l'exemple du rift de Corinthe (PhD R. Rubi, projet ENGIE-CNRS).
Le delta de type Gilbert bien développé avec un profil de sédimentation depuis la source de sédiments jusqu'au bassin profond, permet de caractériser le transfert de sédiments de l’amont du système vers le bassin aval.
Dans sa partie proximale, les dépôts sont bien contraints en termes de modèle sédimentaire et d'architecture stratigraphique en relation avec le contexte géodynamique (travail initié par le PhD de S. Rohais, 2007, Rohais et al., 2007, 2008).
L'objectif principal est de discuter les variations latérales et verticales de l'érosion et de la sédimentation le long du profil de sédimentation afin de mieux contraindre la nature et l'architecture des sédiments, notamment dans la partie distale des dépôts gravitaires (travail en cours dans le cadre de la thèse de R. Rubi)

Distal depositional environment of early syn-rift phase (Corinth) - © Sylvie Bourquin

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2- Surfaces continentales et déformations intraplaques Interaction Climat - Geodynamique - topographie en Asie centrale

La déformation tectonique du Tertiaire et l’évolution topographique de l’Asie ont été largement explorées car elles représentent un exemple clé de la tectonique continentale et des interactions tectoniques - érosion - sédimentation - climat. Une idée largement acceptée est que l’héritage crustal et lithosphérique joue un rôle prépondérant sur la localisation de la déformation tertiaire dans l'ensemble de l'orogène asiatique. Dans ce contexte orogénique, les études récentes sur la topographie mésozoïque de l'Asie centrale révèlent la présence de surface d’aplanissement conservées au sein même de ces chaines. Ces témoins de surfaces d’aplanissement largement distribuées sont issues probablement d’une immense surface unique, allant du Tibet du Nord jusqu'en Sibérie, au cours du Jurassique supérieur – Crétacé. Nos recherches récentes ont montré que le développement de cette surface est contemporain d'une forte aridification de l'Asie centrale, passant d'un climat humide favorable à la végétation à un climat aride à semi-aride qui perdure encore aujourd'hui. Cependant, l'impact exact du climat sur cette surface reste à explorer. De même, le contexte géodynamique qui a prévalu lors de la formation de cette surface d’aplanissement majeure comme celui qui a permis sa conservation pendant environ 150 Ma au cours de plusieurs collisions continentales majeures reste à évaluer en détail. Ces questions sont abordées en utilisant une approche intégrée reposant sur la géomorphologie et l'histoire thermique à basse température du socle, sur la géochronologie détritique et l'analyse de paléoenvironnement à partir de l’étude des bassins sédimentaires et sur l'analyse isotopique des marqueurs climatiques tels que les paléosols.

Planation surfaces in the Kyrgyz Tien Shan  - © Sylvie Bourquin

Surfaces d’aplanissement Méso-Cenozoïque et soulèvement du Massif Armoricain – vers une caractérisation de la déformation grande longueur d’onde de l’Europe de l’Ouest

La nature et l'âge du relief du Massif armoricain sont très discutés depuis les œuvres classiques de Martonne (1905). Une analyse des surfaces d’aplanissement (Bessin et al., 2015) et des sédiments associés fournit (1) une cartographie des surfaces planes emboitées des types d'etchplain et de pédiment du Jurassique basal à l'Éocène et (2) un modèle quantifié du soulèvement basé grâce à une nouvelle compilation des changements de niveau de la mer au cours du temps (Bessin et al., 2017).

Dans le cadre du projet Orogen-s2s (BRGM_Total), cette approche sera étendue aux massifs d'Europe occidentale (Massif central français, Massif des Ardennes-Rhin, Cornouailles ...) et aux bassins en surrection (Bassin Paris-Wessex, Bassin de Franconie ...) le long de transects régionaux afin de restaurer les paléo-topographies, pour une meilleure caractérisation et compréhension des déformations lithosphériques à grande longueur d'onde (x100 km).
 

Synthetic map of planantion surfaces of Massif Armoricain (Bessin et al., 2015) - © Paul Bessin

 

3- Paléoclimat et variations eustatiques

a - Monsoons of Asia caused Greenhouse to Icehouse Cooling (ERC MAGIC).

Découvrir la cause du refroidissement climatique global du Cénozoïque est l'une des questions les plus importantes qui se pose aujourd'hui à la communauté des sciences de la Terre et de l'Environnement (Raymo et Ruddiman, 1992). L'érosion et l'altération du plateau tibétain et de l'Himalaya sont considérées comme les principales causes de l'abaissement énigmatique de la pCO2, qui a conduit à un refroidissement global de 50 à 34 Ma depuis un climat chaud sans glace aux pôles (warm icefree Greenhouse world) aux conditions glacières bipolaires (bipolar Icehouse) prédominant aujourd'hui (de Conto et Pollard, 2003). Les moussons asiatiques sont génétiquement liées à une orographie élevée associée à la collision entre l'Inde et l'Asie à partir 50 Ma (Molnar et al., 2010). Cependant, la relation entre la transition Grennhouse - Icehouse et les moussons asiatiques reste à explorer car on pensait qu'elles ne s'intensifient que beaucoup plus tard, il y a 25 000 ans (Guo et al., 2003). Nos découvertes récentes sur l'activité de la mousson en Asie depuis au moins 45 000 ans (Licht et al., 2014) soulèvent la fascinante possibilité que les moussons asiatiques aient déclenché un refroidissement global de l'état Grennhouse à Icehouse. Tester cette nouvelle hypothèse et explorer ses implications sur les mécanismes de rétroaction entre les environnements régionaux, les moussons asiatiques et le climat global, constitue les objectifs principaux de MAGIC.
Projet en cours : http://www.paleoenvironment.eu/Research/projects/Magic/

Monsoons of Asia caused Greenhouse to Icehouse Cooling - © Sylvie Bourquin

b – Evolution tectonique, topographique climatique et des changements paléobiologiques fini-Permien — Jurassique en Asie du Sud-Est

Les interactions entre les changements climatiques régionaux et mondiaux et l'évolution topographique des principales chaînes de montagnes ne sont pas limitées au système alpin ou au Cénozoïque. L'évolution du Permien au Jurassique, en Asie, a également été caractérisée par un important développement de la montagnes (l'orogenèse Indosinienne fini Permien —Trias, en Asie du Sud-Est) et de profonds changements dans la paléogéographie (Jolivet, 2015). Pendant cette phase d'activité orogénique intense, les changements climatiques, environnementaux et biologiques, comprenant une des principales extinctions massives du Phanérozoïque, ont ponctué l'histoire de cette période de la Terre. L'objectif principal est de comprendre l'évolution des bassins sédimentaires depuis la fin du Permien jusqu'au Jurassique, les résultats offriront de nouvelles perspectives sur les changements topographiques, climatiques et écologiques durant cette période critique dans cette région. Les premiers résultats obtenus en Asie du Sud-Est, provennant du bassin du Laos (Bercovici et al., 21012, Blanchard et al., 2015, Rossignol et al., 2016) et des bassins du Vietnam (Roger et al., 2014, Rossignol et al., en cours), permettent de contraindre l'évolution géodynamique des blocs de l'Indochine et de la Chine du Sud.

Modèle géodynamique de l’Asie du Sud-Est à partir de l’étude de bassins - © Sylvie Bourquin

c – Changement du niveau marin : Marge passive du New Jersey (IODP-ICDP 313)
 

Comprendre l'histoire, les causes et l'impact des changements du niveau de la mer est un défi pour nos sociétés confrontées à l'élévation du niveau de la mer à l'échelle mondiale. Dans un tel contexte, l'amélioration de notre connaissance des changements du niveau de la mer et de la divagation des rives à l'échelle du temps géologique est essentielle. L’analyse des sédiments non déformés, latéralement corrélables le long des marges passives, est utilisée depuis longtemps pour reconstituer le niveau de la mer passé. Cependant, la nature détaillée du schéma de base des clinoformes progradants est encore mal connue. Ce projet vise à décrire les faciès sédimentaires et à interpréter les environnements de dépôt et l'architecture des corps sédimentaires du plateau du New Jersey afin de décrire leur origine et les contrôles de la distribution des réservoirs géologiques.

Transition Miocène moyen de la Marge passive du New Jersey - © Sylvie Bourquin

4 –Variation séculaire du champ magnétique de la Terre

Nous étudions les directions passées et l'intensité du champ géomagnétique enregistré par des matériaux volcaniques et archéo-magnétiques. Nos zones d'étude sont l'Europe occidentale et l'Amérique latine. Le but de ce travail est de fournir de nouvelles contraintes pour les modèles géodynamiques et des outils de datation efficaces pour les matériaux archéologiques et l'activité volcanique récente.
Nous avons récemment confirmé la variation séculaire géomagnétique exceptionnelle au Chili au cours des trois derniers siècles, caractérisée par une décroissance presque linéaire de 20 ° et une intensité de 25 mT, ce qui fait du paléomagnétisme le meilleur outil de datation dans cet intervalle de temps pour lequel les incertitudes dans les âges étalonnés du 14C sont souvent trop importantes.

Paleomagnetic results aboit lavas in Chile - © Pierrick Roperch

 

En Europe de l'Ouest, au cours du premier millénaire avant notre ère, nos données suggèrent une augmentation de l'intensité du champ géomagnétique du IXe siècle à 700 av. J.-C. lorsqu'une valeur maximale de ~90 μT est atteinte (Hervé et al., J. Archaelogical Sc., 7, 2016). Au cours de la même période, la déclinaison du champ géomagnétique a diminué d'environ 30 ° (Hervé et coll., Phys. Earth Planet Int., 218, 1-13, 2013). En conséquence, l'archéomagnétisme promet d'être un outil de datation puissant pour définir les processus historiques à la transition entre les âges Bronze et Iron.
Au cours des deux derniers millénaires, l'intensité de champ géomagnétique la plus significative est observée vers 800 AD. Nous avons fourni récemment une description améliorée de la forte décroissance abrupte de l'intensité qui a eu lieu au cours de périodes plus récentes. Nos résultats confirment que plusieurs changements d'intensité rapides (avec des taux supérieurs à 10 μT / siècle) ont eu lieu en Europe occidentale au cours de l'histoire récente de la Terre (Gomez-Paccard et al., Earth Planetary Science Letters, 454, 55-64, 2016)

Variations of Declination in Western Europe during the first millennium BC (Hervé et al., 2013) - © Gwenael Hervé

 

Past intensity of the field at latitude of Paris New data in red (Gomez-Paccard et al., 2016) - © Miriam Gomez-Paccard

Nous poursuivons actuellement notre travail d'étude sur des sites en Argentine et au Chili
 

5 – Dater par archéomagnetisme

L’objectif est le développement et l’application de l'archéomagnétisme à la datation de l'argile cuite archéologique (poteries et fours à carrelage, cheminées et argile cuite architecturale : tuiles et briques) dans le cadre de problèmes archéologiques couvrant les périodes de la protohistoire aux temps modernes en Europe occidentale.

Cette activité est soutenue par l'UMR 5060 IRAMAT-CRPAA (INSHS) dans le cadre d'un partenariat avec Géosciences-Rennes. Le travail porte sur la datation des grands ateliers de poterie antiques ou médiévaux en France, dans le cadre du sauvetage et de l'archéologie programmée. Ce travail est effectué à des fins de datation et également dans le but d'améliorer la précision des courbes de variation séculaire du champ géomagnétique. A titre d'exemple, en 2016, nous avons étudié 62 structures in situ (fours et foyers) des périodes gallo-romaine et médiévale en France.

Archéomagnetism : Research and dating

6 - Modélisation chronologique

ChronoModel (CM) est un logiciel de modélisation chronologique reposant sur la statistique bayésienne. Il est dédié à l'interprétation des données chronologiques issues de différentes méthodes de datation (14C, archéomagnétisme, luminescence, etc.) combinées avec des informations a priori sur les relations stratigraphiques, les durées et les hiatus. Les applications s’étendent à l’archéologie, aux sciences de la Terre et à l’étude des paléo-environnements.
Le logiciel est libre, open-source et multiplateforme (Mac, Windows, Linux). Il présente une interface conviviale où les données sont manipulées à l'aide d'éléments graphiques intuitifs. Ces éléments montrent explicitement les données et toutes les informations a priori introduites dans le modèle.
Le logiciel est téléchargeable à l’adresse : http://www.chronomodel.fr/
Les binaires pré-compilés de la dernière version de l'application sont:
Chronomodel 1.5 pour Mac OS X (Mars 2016): Supported: 10.7 (Lion), 10.8 (Lion de Montagne), 10.9 (Mavericks), 10.10 (Yosemite), 10.11 (El Capitan).

Chronomodel 1.5 pour Windows 32 bits (mars 2016): prise en charge: Windows 7, Windows 8, Windows 10
Chronomodel 1.5 pour Linux (Mars 2016): pris en charge: Unbuntu v14 (Linux).
Le code source peut être téléchargé et compilé librement. Il est construit avec Qt5 et utilise la bibliothèque FFTW (http://www.fftw.org/). Le seul pré-requis est d'avoir Qt5 installé sur votre système. Le projet est hébergé sur GitHub.com. Vous pouvez cloner le répertoire en tapant: git clone https://github.com/Chronomodel/chronomodel.git.
 

Chronological modeling - © Philippe Lanos

 

Soutien technique

L’équipe s’appuie sur les services spécialisés de Géosciences-Rennes :