Mathieu Martinez

Maître de Conférences

Mathieu Martinez

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  1. Adresse
  2. Activités de recherche

Adresse

Equipe Paléo2D
Géosciences Rennes
BAT15, P210, Campus Beaulieu
Université de Rennes 1.
35042 RENNES cedex
 

Activités de recherche

Je suis paléoclimatologue et je m’intéresse plus particulièrement à l’impact du forçage astronomique sur l’évolution des climats, du cycle du carbone et des bassins sédimentaires. La compréhension des mécanismes par lesquels est enregistré le forçage astronomique me permet ensuite de dater les séries sédimentaires avec une résolution de l’ordre de la dizaine de milliers d’années.
 

Le forcage astronomique

Les interactions gravitationnelles entre la Terre et les autres corps du Système Solaire engendrent des changements périodiques de la forme de l’orbite de la Terre et de l’orientation de son axe de rotation, à l'origine de changements périodiques de l'insolation. Ces cycles d'insolation sont aussi appelés cycles de Milankovitch. Ils entraînent des changements périodiques du climat puis de la sédimentation dont les périodes suivent celles des cycles astronomiques. Les trois cycles de Milankovitch sont la précession (période : environ 20.000 ans), l'obliquité (période : environ 40.000 ans) et l'excentricité (périodes : environ 100.000 ans, 405.000 ans et 2,4 millions d'années) (Fig. 1). Si, sur une coupe géologique, les sédiments s'accumulent avec un taux constant, il est alors possible de comparer la hiérarchisation des périodes sédimentaires avec celle des périodes astronomiques et de retrouver l'enregistrement sédimentaire du forçage orbital (Fig. 2). Une fois identifiés, le comptage de ces cycles dans une série sédimentaire permet de calculer la durée des périodes géologiques.

Fig. 1. Illustration des cycles de Milankovitch

 

Fig. 2. Exemples de cycles sédimentaires liés à l'enregistrement des cycles de Milankovitch (Martinez, 2018) - A) Expression des cycles d'excentricité de 100.000 ans délimitables par des bancs calcaires plus prononcés. Coupe de Río Argos, SE de l'Espagne. B) Regroupement des alternances marnes-calcaires liées à la précession (20.000 ans) par faisceau de 20 alternances. Chaque faisceau de 20 alternances correspond à une période d'excentricité de 405.000ans (≈ 20 x 20.000 ans). - © 2018 Elsevier Inc.

Thèmes de recherche

     1 - Mécanismes de transfert des cycles d'insolation aux cycles sédimentaires

Les cycles d'insolation passent par toute une série de filtres naturels (circulation atmosphérique, océanique, pédogénèse, production carbonatée, bioturbation, diagenèse...) susceptibles de distordre l'enregistrement sédimentaire du signal orbital. La datation des séries sédimentaires par les cycles de Milankovitch nécessite de comprendre les étapes par lesquelles les cycles d'insolation sont finalement préservés dans la sédimentation. A l'aide d'une approche intégrant plusieurs indicateurs climatiques, je m'attache à comprendre notamment comment les cycles d'excentricité peuvent s'enregistrer dans la sédimentation alors que dans les modèles astronomiques, leur puissance est contenue dans celle de la précession. La comparaison des signaux des cortèges argileux (indicateurs des niveaux d'érosion des continents) avec les signaux d'alternances marnes-calcaires montrent que les phénomène de pédogénèse et d'érosion ont un effet de mémoire de plusieurs centaines de milliers d'années susceptibles de transférer la puissance contenue dans les cycles de précession vers les cycles d'excentricité (Martinez, 2018; Fig. 3).
 

Fig. 3. Simulation des effets de la mémoire des phénomènes de pédogénèse et d'érosion sur la distortion des signaux astronomiques (d'après Martinez, 2018). - © 2018 Elsevier Inc.

La production carbonatée, ayant des sources et des réponses diverses aux variations climatiques, peut à l'échelle d'un bassin sédimentaire renverser la réponse aux cycles d'insolation, ce qui constitue un puisant mécanisme destructeur des basses fréquences dans l'enregistrement sédimentaire. A l'échelle régionale ou globale, il semblerait que les isotopes du carbone reflète l'équilibre global de la production de carbonates vs. l'enfouissement de carbone organique (Fig. 4).
 

Fig. 4. Modèle de réponse des isotopes de carbone mesurés sur rostres de bélemnites au forçage astronomique dans le Jurassique-Crétacé inférieur (d'après Martinez et Dera, 2015) - © 2015 National Academy of Sciences

    

     2 - Calibration de l'échelle des temps géologiques

Les cycles de Milankovitch étant des phénomènes quasi-périodiques, leur identification permet de calculer la durée des périodes géologiques. L'intervalle Jurassique-Crétacé constitue l'un des intervalles dont l'âge des périodes géologiques a le plus d'incertitude, avec des marges d'erreur pouvant atteindre 5 millions d'années. Je travaille sur plusieurs projets visant à calibrer les étages du Jurassique et du Crétacé inférieur, dont les âges sont les plus incertains de ces 540 derniers millions d'années. Parmi ces projets, j'ai pu notamment calibrer la durée du Valanginien à 5,08 millions d'années contre une durée de 6,4 millions d'années précédemment évoquée dans les chartes des temps géologiques (Martinez et al., 2013). J'attache une importance toute particulière à travailler sur plusieurs sites, voire plusieurs bassins, afin de m'affranchir de biais liés à l'histoire locale du site d'étude telles que la diagenèse, la présence éventuelle de hiatus ou des distortions locales de l'enregistrement sédimentaire du signal astronomique. Une étude récente menée sur l'Hauterivien nous a permis de réévaluer sa durée à 5,22 millions d'années contre 3,4 millions d'années dans la dernière échelle des temps géologique (Aguirre-Urreta et al., accepté). A l'aide de ces cadres temporels mieux contraints, je peux alors vérifier la synchronicité entre les événements de perturbation de cycle du carbone et les événements liés à la dynamique interne du globe (Fig. 5).
 

Fig. 5. Calibration astronomique du Valanginien et de l'Hauterivien avec relations chronologiques entre la province magmatique Parana-Etendeka et l'évenement Weissert (d'après Martinez et al., 2015) - © 2015 Elsevier B.V.