Soutenance mémoire
Le changement climatique est aujourd’hui un thème d’actualité majeur à la fois dans les débats scientifiques mais aussi politiques et économiques. Le réchauffement global soulève des questions quant à la dynamique des variations climatiques et aux impacts qu’elles pourraient avoir sur notre monde. Une meilleure compréhension des variations climatiques rapides dans le passé est donc nécessaire. Par ailleurs, la durée des interglaciaires précédents est de l’ordre de 10 à 15 ka (à l’exception du MIS11). Depuis le début de l’Holocène, l’interglaciaire dans lequel nous vivons, plus d’une dizaine de millénaires se sont déjà écoulés : ceci génère un intérêt croissant des chercheurs pour mieux connaître les interglaciaires précédents. Il s’agit d’améliorer la connaissance de ces périodes particulières afin d’estimer les conditions climatiques des millénaires à venir.
Ainsi, il reste beaucoup à apprendre sur les variations climatiques: leur dynamique de déroulement et leurs impacts en domaine continental sont encore mal contraints. Ceci est principalement lié à la rareté des archives climatiques sur le continent qui de plus, sont souvent dotées de chronologies relativement peu précises et rarement absolues pour les périodes de temps reculées. Il est par conséquent peu évident d’identifier les mécanismes de refroidissement et de réchauffement, et les modalités de leur propagation sur les étendues émergées.
Une connaissance accrue des indicateurs ou proxies utilisés pour les reconstructions à la fois qualitatives et quantitatives du climat dans le passé, est primordiale, de sorte à pouvoir interpréter les signaux enregistrés de façon optimale, en terme de température, pluviométrie et variation de ces paramètres selon les saisons. Ceci passe d’une part par une bonne compréhension de la signification de leurs variations à l’actuel, et d’autre part par la modélisation de leur comportement dans le passé, basée sur des comparaisons entre les différentes archives de sites variés. Il s’agit également de garder à l’esprit le caractère qui peut être local ou régional des signaux obtenus. Ceci est d’autant plus important que le climat sur le continent est bien plus hétérogène que ce qui est observé dans l’océan.
Les variations climatiques des derniers 200 ka
Nous nous focaliserons au cours de cette thèse sur trois périodes climatiques majeures :
– le stade isotopique marin (Marine Isotopique Stage, MIS) 3, période relativement chaude de la dernière glaciation au cours de laquelle ont eu lieu des événements millénaires ;
– le MIS 5 et en en particulier le dernier interglaciaire et la dynamique des changements climatiques de ce stade. En effet, les archives sur lesquelles nous avons travaillé apportent leur pierre à la compréhension de ces variations en apportant des informations sur les conditions climatiques d’une part et mais également et surtout par l’apport d’une chronologie absolue. Par ailleurs, nous nous sommes intéressés au MIS 6, la glaciation précédente, sur laquelle peu d’archives paléoclimatiques continentales sont disponibles.
Le MIS 3 et les événements millénaires
Découverte, définitions et mécanismes des événements millénaires du MIS 3
Le MIS 3 est défini comme étant une période un peu plus chaude au cours de la dernière glaciation entre ~60 et ~25 ka. Il y a maintenant une quinzaine d’années, l’instabilité climatique de la dernière période glaciaire était mise en évidence via des périodes d’enrichissement (~ +5 ‰) courtes et abruptes (quelques milliers d’années) du δ18Og de la glace du Groenland. D’abord repérés dans le forage de GRIP (Dansgaard et al., 1982; 1993; Johnsen et al., 1992), puis confirmés dans celui de GISP2 (Grootes et al., 1993) entre 110 et 15 ka, ces 25 événements sont associés à des variations de la température de l’air. On appelle cycle de « Dansgaard-Oeschger» (DO), la combinaison d’un épisode chaud (« interstade ou interstadiaire, comme définit au Groenland : « GI » pour Greenland interstadial ») et d’un épisode froid (« stades ou stadiaires », pour Greenland Stadial « GS ») pendant la dernière période glaciaire. Leur structure est bien particulière : chaque cycle débute par une augmentation abrupte de température (de 9 à 15°C pour les DO17 à 9, à la vitesse de 1°C/10 ans (Huber et al., 2006)), suivi d’un refroidissement d’abord progressif puis abrupt à la fin, jusqu’à atteindre les valeurs caractéristiques d’un stadiaire. L’envergure de ces événements climatiques est rapidement reconnue comme n’étant pas uniquement locale, mais au moins hémisphérique, grâce à l’étude du méthane piégé dans la glace (Chappellaz et al., 1993).
Quelques enregistrements notables du MIS 3
Sur le continent, les enregistrements de ces événements rapides sont rares. En Chine les grottes de Hulu/Sanbao (32,30°N, 119,10°E ; 100 m alt) et Dongge (25,17°N, 108,05°E ; 680 m alt) ont particulièrement bien enregistrés ces événements sur l’intégralité du MIS 3. Cela est principalement lié à leur localisation en Chine tropicale fortement soumise à l’influence des moussons. Le déplacement des fronts climatiques (ici, l’ITCZ) causés par les oscillations de température perturbe ce phénomène en faisant varier la pluviométrie et sa saisonnalité, ainsi que la source d’évaporation dominante (Wang et al., 2001; Yuan et al., 2004). Ces paramètres influant sur la composition de l’oxygène de la l’eau d’infiltration, les fluctuations associées sont enregistrées dans la composition isotopique des concrétions. La température est considérée comme constante. Par ailleurs, étant donné leur situation à basse latitude dans des zones humides, les enregistrements sont continus (T>0°C, eau liquide disponible).
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I
ETAT DES CONNAISSANCES
I-1 Les variations climatiques des derniers 200 ka
I-1-1 Le MIS 3 et les événements millénaires
I-1-1-1 Découverte, définitions et mécanismes des événements millénaires du MIS 3
I-1-1-2 Quelques enregistrements notables du MIS 3
I-1-2 Le Dernier Interglaciaire
I-1-2-1 Définition du Dernier Interglaciaire
I-1-2-2 Conditions climatiques en Europe de l’ouest à l’optimum du Dernier Interglaciaire
I-1-2-3 Terminaison II : dynamique de déroulement et caractéristiques d’une déglaciation en deux étapes
I-1-3 La fin du MIS 5 et l’entrée en glaciation
I-1-4 Le pénultime glaciaire, le MIS 6
I-2 Les spéléothèmes en tant qu’archive climatique
I-2-1 Définitions et généralités
I-2-2 Intérêt de leur étude
I-2-3 Rappels sur la formation des spéléothèmes
I-2-4 Pétrographie des spéléothèmes
I-2-4-1 Structure
I-2-4-2 Minéralogie
I-2-4-3 Couleur
I-2-4-4 Fabrique cristalline et faciès
I-2-4-5 Discontinuités
I-2-4-6 Laminations
I-2-5 Composition isotopique des spéléothèmes
I-2-5-1 Fractionnement isotopique
I-2-5-2 Le carbone et ses isotopes dans les spéléothèmes
I-2-5-3 Interprétation du signal isotopique du carbone
I-2-5-4 L’oxygène et ses isotopes dans spéléothèmes
I-2-5-5 Interprétation du signal isotopique de l’oxygène
I-2-6 Une chronologie absolue
I-2-6-1 Principe de la méthode de datation 234U-230Th
I-2-6-2 Conditions de validité
I-2-7 Les autres proxies
I-2-7-1 La composition chimique de la calcite
I-2-7-2 La luminescence organique de la calcite
I-2-7-3 La composition isotopique des inclusions fluides
I-2-7-4 Le Δ47 de la calcite
CHAPITRE II
DESCRIPTION DES SITES D’ECHANTILLONNAGE
II-1 Site et échantillons de la grotte de Villars
II-1-1 Présentation du site de la grotte de Villars
II-1-1-1 Contexte géologique
II-1-1-2 Contextes climatique, météorologique et environnemental
II-1-1-3 Conditions internes et de précipitation de la calcite
II-1-2 Echantillons de la grotte de Villars (Dordogne)
II-1-2-1 Le carottage de plancher stalagmitique : Vil-car-1
II-1-2-2 Une stalagmite des galeries inférieures : Vil14
II-2 Site et échantillon de la grotte de Maxange
II-2-1 Présentation du site de la grotte de Maxange
II-2-1-1 Contexte géologique
II-2-1-2 Contextes climatique, météorologique et environnemental
II-2-1-3 Conditions internes et de précipitation de la calcite
II-2-2 La stalagmite Max2 de la grotte de Maxange (Dordogne)
II-3 Site et échantillon de la grotte Chauvet
II-3-1 Présentation du site de la grotte Chauvet
II-3-1-1 Contexte géologique
II-3-1-2 Contextes climatique, météorologique, environnemental
II-3-1-3 Conditions internes et de précipitation de la calcite
II-3-2 Le plancher stalagmitique Chau-pl3
Conclusion-Synthèse
CONCLUSION
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