Géosciences Rennes, lauréat d’un MOPGA

AAP "Make Our Planet Great Again"
AAP "Make Our Planet Great Again"

Make Our Planet Great Again est une initiative du Président de la République, Emmanuel Macron, lancée le 1er juin 2017 suite à la décision des Etats-Unis de sortir de l'Accord de Paris sur le climat. C'est un appel aux chercheurs et aux enseignants, aux entrepreneurs, aux associations et aux ONG, aux étudiants et à toute la société civile à se mobiliser et à rejoindre la France pour mener la lutte contre le réchauffement climatique. L'initiative Make Our Planet Great Again propose 5 programmes pour favoriser l'accueil d'étudiants et de chercheurs internationaux en France, dont 1 AAP spécifique pour l'accueil d'un post-doctorant.

Le projet proposé par Mathieu Martinez (Maître de conférences, Géosciences Rennes) et retenu par CampusFrance vise à comprendre l'impact des cycles d'insolation, dus au mouvement de l'orbite de la Terre dans les événements océaniques anoxiques du Crétacé. Il porte sur la calibration astronomique de la limite entre l'Aptien et l'Albien (environ 113 millions d'années). Cet intervalle de temps est caractérisé par une série d'événements où les fonds marins se sont révélés appauvris en oxygène (événements océaniques anoxiques). Mathieu Martinez et Fatima-Zahra Ait-Itto, une post-doct recrutée dans le cadre de cet appel à projet national et qui a soutenu sa thèse en 2018 à l’Université Cadi Ayyad de Marrakech, souhaitent tester la récurrence de ces événements anoxiques. Le duo rennais postule en effet que la récurrence de ces événements serait liée à des périodes marquées par de faibles contrastes saisonniers d'insolation favorisant la stagnation des masses d'eaux marines, ce qui empêcherait leur ventilation. Mais pour cela, ils ont besoin d'améliorer la précision de l'échelle des temps géologiques existante grâce à l'enregistrement sédimentaire de ces cycles d'insolation. Leurs cibles sont des affleurements du Sud-Est de la France (Bassin Vocontien) où ces événements anoxiques et ces cycles sédimentaires sont bien enregistrés.

Impact du forçage astronomique sur les épisodes anoxiques du Crétacé inférieur

Le Crétacé "moyen" (121 - 95 Ma) a été une période de réchauffement climatique et d'augmentation du niveau de la mer, marquée par plusieurs phénomènes de désoxygénation des fonds marins. Ces événements climatiques, appelés événements anoxiques, sont à l'origine d'événements d'extinction massive de 2e ordre : ils sont de courte durée et se produisent régulièrement (cf. les 5 extinctions massives de 1ere ordre en bas de page *).

Classiquement, ces événements sont interprétés comme le résultat d'un rejet massif de CO2 dans l'atmosphère lors de l'apparition de grandes provinces volcaniques (par exemple : les trapps du Deccan qui se sont formés entre la fin du Mésozoïque et le début du Cénozoïque, il y a 60 à 68 millions d'années ; l’Inde aujourd’hui). L'augmentation des températures, du niveau de la mer et l'érosion des sols suivent ces rejets de gaz à effet de serre et déclenchent la fertilisation du plancton qui consomme l'oxygène (O2) de la couche supérieure de l'océan. Les masses d'eau profondes ne sont donc plus oxygénées, ce qui entraîne des phénomènes anoxiques.

Cependant, la période qui nous intéresse dans cette étude est atypique car les événements anoxiques autour de la frontière apto-albienne (113 Ma) se produisent à un moment où aucune grande province volcanique n'est active : elle se situe même pendant un intervalle de refroidissement du climat ! Ces événements nécessitent donc une explication alternative pour expliquer leur apparition. La piste explorée par Mathieu Martinez et Fatima-Zahra Ait-Itto se situe à l’interface entre la cyclostratigraphie et l’astrochronologie. Quèsaco ? Quels sont donc les liens entre l’astronomie et la géologie ?

Les mécanismes de préservation de l'excentricité terrestre sont conservés dans les roches sédimentaires

Le forçage astronomique correspond aux changements cycliques de l'orientation de l'axe de rotation de la Terre et de la forme de l'orbite terrestre. Trois mouvements sont impliqués : la précession (période : 20 000 ans), l'obliquité (période : 40 000 ans) et l'excentricité (100 000, 405 000 ans et 2,4 millions d'années, Ma). Ces mouvements modifient la différence saisonnière d'insolation et déclenchent des changements cycliques de la circulation océanique, des précipitations sur les continents ou de la productivité planctonique. Toutes ces conditions modifient le type de sédiments et de minéraux déposés dans l'océan et peuvent également entraîner des conditions anoxiques. L'intervalle limite Aptien-Albien contient 3 événements anoxiques dans un intervalle de ~4 Ma. Cependant, l'échelle de temps géologique contient de grandes incertitudes (> 1 Ma) dans cet intervalle. En outre, le moment réel – i.e. la conjonction - entre ces événements est inconnu.

L’objectif des géologues rennais est donc de calibrer l'intervalle de temps couvrant les événements anoxiques de l'intervalle limite apto-albien, à tester si le forçage orbital à long terme a eu un impact sur la récurrence des événements anoxiques et à déterminer les mécanismes de forçage. Cet intervalle couvre les événements de Jacob, Kilian et Paquier.

Pour ce faire, les géologues rennais vont arpenter une région du sud-est de la France. Ces événements anoxiques sont bien documentés dans le bassin du Vocontien, dans la Drôme et les Alpes-de-Haute-Provence. Le principal affleurement étudié est celui du Col de Pré-Guittard (Drôme, stratotype de la frontière apto-alpine). Tarendol (Drôme) et Les Briers (près de Saint-André-les-Alpes, Alpes-de-Haute-Provence) sont deux autres affleurements qui seront étudiés pour vérifier la reproductibilité des résultats. Ensemble, ces affleurements constituent donc une série complète de l'intervalle étudié. La série sédimentaire est composée de dépôts monotones de décantation argileux-carbonatés à grains fins, formés dans un environnement marin profond. Ces dépôts sont riches en matière organique, ce qui reflète le manque d'oxygénation des fonds marins lors de leur dépôt.

Tout d'abord, les chercheurs vont identifier l'enregistrement du forçage orbital dans les sédiments, en générant des séries sédimentaires de longue durée et de haute résolution. Le séquençage orbital des séries sédimentaires permettra de calculer les durées entre les événements anoxiques, puis de tester le lien entre le cycle d'excentricité de 2,4 millions d'années et les événements anoxiques. Ensuite, ils mesureront les assemblages de minéraux argileux afin de comprendre l'impact des cycles orbitaux sur le climat et l'altération du continent.

Un travail de terrain minutieux

L’objectif est de prélever des échantillons sur les séries sédimentaires de telle sorte que la distance entre deux échantillons successifs corresponde à un laps de temps d’environ 3 000 ans, afin d'assurer la recherche du cycle orbital le plus court (c'est-à-dire la précession : 20 000 ans). En tenant compte des taux de sédimentation estimés dans les séries étudiées, les chercheurs estiment que cela devrait représenter un échantillon tous les 5 cm ! Au total, 1 400 échantillons seront donc collectés sur le terrain au Pré Guittard et 900 échantillons à Tarendol et aux Briers. En tout, ce sont trois semaines d’exploration sur le terrain qui sont prévues pour échantillonner ces sections. Le projet débutera dès que l’arrêt de l’épidémie du coronavirus permettra aux chercheurs de se rendre sur le terrain : les sections du Pré Guittard et de Tarendol seront échantillonnées vers la fin du printemps ou pendant l’été.

Ensuite, une fois collectés, les géologues vont mesurer la susceptibilité magnétique de ces échantillons. La susceptibilité magnétique représente la capacité d'un échantillon à être magnétisé lorsqu'il est placé dans un champ magnétique externe. C'est une mesure rapide (30 s), peu coûteuse et précise. Dans les alternances marno-calcaires, les marnes présentent des valeurs de susceptibilité magnétique plus élevées en raison de leur teneur en fer plus élevée. Ces valeurs de susceptibilité magnétique seront mesurées à l'Université de Rennes 1, au labo Géosciences Rennes de l’OSUR, dans le Service d’Analyse, Mesure de l’Aimantation des Roches.

Ensuite, des analyses spectrales seront réalisées pour détecter les cycles sédimentaires et les interpréter en termes de forçage orbital. Une deuxième sortie sur le terrain est prévue pour collecter les échantillons de la section Les Briers. Les résultats de ces mesures et analyses spectrales concerneront l'étalonnage des sections par rapport aux cycles orbitaux et la production de l'échelle de temps.

A partir de l'échelle de temps produite, 400 échantillons (environ un échantillon par cycle de précession) seront sélectionnés. Ces échantillons permettront aux géologues de déterminer les assemblages de minéraux argileux à partir d'analyses de diffractométrie à rayons X, analyses réalisées à l'Université de Bourgogne-Franche-Comté avec la collaboration de Jean-François Deconinck. Ces échantillons seront d'abord préparés à Géosciences Rennes. Puis la diffractométrie des rayons X sera effectuée à l'Université de Bourgogne-Franche-Comté. Jusqu’en été 2021, des analyses complémentaires et la rédaction de nouvelles publications sont d’ores et déjà programmées !

Photographie de la coupe du Col de Pré-Guittard (Drôme). Les niveaux indiqués par des flèches noires constituent des repères communément utilisés dans le Bassin du Sud-Est de la France. Le Niveau Kilian correspond à l’un des événements anoxiques de l’intervalle Aptien-Albien. D’après Kennedy et al. (2017).

Sur le même sujet, lire aussi :

>>> La fossilisation des cycles astronomiques : un outil de datation des roches sédimentaires >>>

* Extinctions de 1ere ordre

Rappelons pour mémoire la chronologie des extinctions massives de 1er ordre :

  1. L'extinction de l'Ordovicien qui s'est produite il y a de cela 445 millions d'années :
  2. L'extinction du Dévonien qui s'est produite il y a de cela à peu près 385 millions d'années.
  3. L'extinction du Permien qui s'est produite il y a de cela 252 millions d'années.
  4. L'extinction du Trias-Jurassique qui s'est produite il y a de cela 200 millions d'années.
  5. L'extinction du Crétacé-tertiaire qui s'est produite il y a de cela 65 millions d'années.
  6. L’extinction de masse humaine : vers une sixième extinction de masse ?

Isabelle Dubigeon
lun 20/04/2020 - 23:07