L’holocène : une période clé pour étudier la variabilité naturelle du climat

Changement climatique : un constat inquiétant 

Le forçage anthropique sur le système climatique est maintenant un fait : les émissions de gaz à effet de serre, comme le dioxyde de carbone ou le méthane, liées aux activités humaines des 150 dernières années, contribuent au réchauffement climatique global. Le dernier rapport du groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, le GIEC (IPCC , en anglais), révèle que l’élévation du niveau moyen des mers, ainsi que la fonte des glaciers et des calottes glaciaires, sont étroitement liées au réchauffement du climat . D’autre part, le réchauffement climatique modifie les systèmes physiques – par ex., recul du permafrost (Marchenko et al. 2007) – et biologiques – par ex., modification de la phénologie d’espèces animales et végétales (Walther et al. 2002). Bien que les contributions respectives des actions anthropiques et de la variabilité climatique naturelle aux changements climatiques observés restent encore à établir, il est très probable que les activités humaines au cours des trois derniers siècles soient la cause principale de ces changements.

La compréhension du contexte climatique actuel nécessite donc d’étudier la variabilité naturelle du climat (i.e., exempte de forçage anthropique). La paléoclimatologie, c’est-à-dire l’étude des climats du passé, est un outil privilégié pour comprendre la variabilité climatique naturelle. Cet outil, qui permet de documenter le climat et les changements climatiques survenus dans le passé, améliore notre compréhension des paléoclimats et génère des bases de données qui sont utilisables par les climatologues et les modélisateurs. Ces bases de données sont des bancs d’essai pour les modèles climatiques et permettent de s’assurer que ceux ci reproduisent fidèlement les variations climatiques passées avant de simuler l’évolution future du climat (Kohfeld and Harrison 2000).

Dissocier les forçages naturels des forçages anthropiques est primordial pour mieux appréhender les changements climatiques en cours, ainsi que leurs conséquences.

L’Holocène : une période clé pour étudier la variabilité naturelle du climat

La période Holocène, qui correspond au stade interglaciaire en cours et couvre les derniers 10 000 années BP , est une période clé pour comprendre la variabilité climatique naturelle. En effet, à l’exception de l’insolation, les forçages climatiques naturels agissant durant l’Holocène étaient similaires à ceux opérants aujourd’hui (Wanner et al. 2011). La période Holocène présente des variations climatiques de faible amplitude, opérant à l’échelle millénaire, séculaire et interannuelle (par ex., Koutavas et al. 2006a; Tudhope et al. 2001; Wanner et al. 2011).

L’amplitude des variations du climat à l’Holocène est similaire aux changements climatiques en cours, bien que les variations climatiques ne soient pas influencées par un forçage anthropique. L’Holocène est donc une période privilégiée pour la compréhension des mécanismes régissant la variabilité climatique naturelle.

L’Holocène est une période clé pour la compréhension de la variabilité climatique naturelle. La variabilité climatique opérant durant cette période est similaire aux changements climatiques observés actuellement et le forçage anthropique y est absent.

L’océan Pacifique : une zone stratégique pour la compréhension du climat 

Le système climatique global est régi par les fluctuations de taille et de localisation des structures climatiques tropicales de grande échelle. Parmi ces structures se trouvent les corps d’eau de mer chauds tropicaux (warm pools en anglais) et les zones de convergences intertropicales (convergence zones en anglais). L’océan Pacifique est le plus vaste du globe (166 241 700 km²) et les structures climatiques qui y sont associées – la West Pacific Warm Pool (WPWP ), la zone de convergence intertropicale (ITCZ ) et la zone de convergence du Pacifique Sud (SPCZ ) jouent un rôle central tant dans la circulation atmosphérique globale que dans celle des eaux de surface.

La WPWP s’étend sur plus de 15 millions de kilomètres carrés (27 fois la France) et sur une centaine de mètres de profondeur (Wyrtki 1989). La WPWP est située à l’est de la ligne s’étendant des Philippines à la Papouasie Nouvelle-Guinée, excluant l’archipel Indonésien . Cette immense étendue d’eau, dont la température moyenne des eaux de surface (SST ) dépasse les 28°C, génère le flux convectif le plus intense au monde qui transfère de grandes quantités de chaleur et d’humidité dans l’atmosphère (Graham and Barnett 1995). La convection permanente qui a lieu au dessus de la WPWP transfère l’énergie issue du rayonnement solaire au niveau de l’équateur vers les pôles, contribuant ainsi à réguler la température globale (Cane and Clement 1999). Les fortes pluies résultant de cette convection, associées à un régime de vent faible, contribuent à maintenir une salinité inférieure à 35 dans la WPWP, ce qui entraîne une forte stratification des eaux de surface, qui est à l’origine de la stabilité de cette structure.

Table des matières

CHAPITRE I – INTRODUCTION GÉNÉRALE
I. CHANGEMENT CLIMATIQUE : UN CONSTAT INQUIÉTANT
II. L’HOLOCÈNE : UNE PÉRIODE CLÉ POUR ÉTUDIER LA VARIABILITÉ NATURELLE DU CLIMAT
III. L’OCÉAN PACIFIQUE : UNE ZONE STRATÉGIQUE POUR LA COMPRÉHENSION DU CLIMAT
IV. LE CONTEXTE CLIMATIQUE DU PACIFIQUE SUD-OUEST
V. VARIABILITÉ CLIMATIQUE AU COURS DE L’HOLOCÈNE
VI. ARCHIVES PALÉOCLIMATIQUES
VII. PROXIES
a. Utilisation du δ18O chez les coraux et les bénitiers
b. Utilisation du δ13C et de la sclérochronologie chez les Bénitiers
c. Utilisation du rapport Strontium/calcium chez les coraux
VIII. PROBLÉMATIQUES, OBJECTIFS ET ORGANISATION DE LA THÈSE
CHAPITRE II – CALIBRATION OF GIANT CLAM TRIDACNA MAXIMA GROWTH INCREMENTS THICKNESS AND SHELL δ 18O AS PROXIES OF SEA SURFACE TEMPERATURE: IMPLICATIONS FOR PALEOCLIMATOLOGY
I. INTRODUCTION
II. MATERIALS AND METHODS
a. Tridacna maxima specimens
b. Weekly monitoring
c. Age determination
d. Thick and thin section preparation
e. Sclerochronological profiles
f. Oxygen stable isotopes analyses
III. RESULTS
a. Age determination
b. Shell and growth pattern description
c. Temporal resolution of the growth increments
d. Description of the modern sclerochronological profiles
e. Relation between growth increment thickness and SST
f. Fossil sclerochronological record
g. Reconstruction of SST mean seasonal cycle from daily growth increments
h. Oxygen stable isotope data
IV. DISCUSSION
a. Shell deposition cycles in Tridacna maxima
b. SST reconstruction from daily growth increments thickness
c. Oxygen stable isotope as a proxy for SST
CHAPITRE III – EARLY MID-HOLOCENE SST VARIABILITY AND SURFACE-OCEAN WATER BALANCE IN THE SOUTHWEST PACIFIC
I. INTRODUCTION
II. CLIMATIC SETTING
III. MATERIALS AND METHODS
a. Fossil Material
b. Modern Material and SST/SSS Data Sets
c. Dating and Preservation of the Fossil Samples
d. Geochemical Sampling
e. Geochemical Analysis and Data Processing
IV. RESULTS
a. Samples Dating and Preservation
b. Coral Growth Stop
c. Coral Records
d. Giant Clam Records
e. Seasonal variability from the coral records
f. ENSO Variability
V. DISCUSSION
a. Post-Glacial SST Rise in the Southwest Pacific
b. Short-Lived Contraction of the WPWP Southern Edge at 6.2–6.0 ka BP
c. Early Mid-Holocene Surface-Ocean Water Balance
d. ENSO Variability
VI. CONCLUSION
CHAPITRE IV – LAPITA MIGRATION AND CLIMATIC VARIABILITY: NEW INSIGHTS FROM GIANT CLAM AND CORAL GEOCHEMICAL RECORDS
I. INTRODUCTION
II. SOUTHWEST PACIFIC CLIMATE
a. Main Climatic features
b. Seasonal patterns
c. Inter-annual variability
d. Modern material and reef environments
e. New Caledonia
f. Vanuatu
III. ARCHAEOLOGICAL SITES AND MATERIAL
a. Archaeological material
b. Dating and fossil samples preservation
c. Geochemical sampling
d. Geochemical analyses
e. ENSO variability
IV. RESULTS
a. Samples dating and preservation
b. Giant clams
c. Corals
d. δ 18O versus δ13C scatter plot
e. Modern giant clam baseline
f. Fossil giant clams
g. ENSO variability in New Caledonia
V. DISCUSSION
a. Interpreting the bulk geochemical records
b. Giant clam isotopic signature : genus, environment or climate ?
c. La Niña-like mean state ca. 3,600-3,400 years BP
d. Strong ENSO amplitude ca. 3,200-2,700 years BP
e. Relation between climate and Lapita migration
CHAPITRE V – CONCLUSION GÉNÉRALE

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