Variabilité climatique holocène dans la zone marginale des glaces en Antarctique de l’Est

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Sous la direction de Xavier Crosta, Jacques Giraudeau
Thèse soutenue le 05 décembre 2008: Bordeaux 1
L’Holocène a été marqué par une variabilité plurimillénaire, ponctuée par une variabilité millénaire rapide. L’étude d’enregistrements à forts taux de sédimentation couplée à une approche multi-proxy s’avère indispensable pour comprendre la dynamique de la machine climatique au cours de l’Holocène à travers tous ses compartiments climatiques: cryosphère, océan, banquise, atmosphère et biosphère. Nous avons appliqué ce type d’approche multi-échelle et multi-proxy à deux enregistrements marins de la marge continentale Est Antarctique afin d’appréhender les variations climatiques d’une échelle plurimillénaire à séculaire au cours de l’Holocène dans l’environnent singulier de la zone marginale des glaces. Cette étude a permis de caractériser la réponse des différents compartiments climatiques en Antarctique aux variations d’ordre plurimillénaire à millénaire et de documenter la cohérence spatiale de ces changements à l’échelle de l’Antarctique grâce à une comparaison modèle-donnée. Cette approche a permis de souligner les forçages climatiques intervenant à l’échelle du forçage orbital et de documenter les connections inter sous-systèmes climatiques, mettant en lumière le rôle clé de la banquise. A l’échelle sub-Milankovitch, les compartiments climatiques affichent aussi des réponses synchrones mais les facteurs forçant restent à éclaircir.
-Paléoclimatologie
-Marqueurs sédimentologiques paléontologiques radio-isotopiques et biogéochimiques
-Océan Austral
-Holocène
-Antarctique
The present Holocene interglacial period was affected by long-term and rapid millennial short-term climatic changes. Multi-proxy high-resolution studies are crucial to better understand the climatic system via all the sub-systems involved: crysophere, ocean, sea ice, atmosphere, and biosphere. A multi-scale and multi-proxy approach on two high resolution marine sediment cores off East Antarctica allowed us to provide accurate reconstructions of Milankovitch and sub-Milankovitch climatic variability of the sea ice zone. We characterized the response of climatic sub-systems to long- and short-term climatic changes and documented the spatial coherence of these changes over Antarctic thanks to coupled model-data comparison. This study highlights the forcing factors involved at Milankovitch timescales, the relationships linking the different climatic components and particularly the key role played by sea ice in the Earth climate. Forcing factors acting at the sub-Milankovitch timescales are less clear although sub-systems components display synchronous response.
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13700/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
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N° d’ordre : 3700
THESE
Présentée à
L’UNIVERSITE BORDEAUX I
Ecole Doctorale de Sciences et Environnements

elle Par M Delphine DENIS

POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
Spécialité : SEDIMENTOLOGIE MARINE et PALEOCLIMATS

Variabilité climatique Holocène dans la zone marginale des
glaces en Antarctique de l’Est

Dirigée par : Xavier CROSTA et Jacques GIRAUDEAU

Soutenue le : 5 décembre 2008

Après avis de :
MASSON-DELMOTTE Valérie, DR CEA, LSCE Rapporteur
BARCENA PERNIA Angeles, Maitre de Conférence, Université de Salamanque Rapporteur

Devant la commission d’examen formée de :
MASSON-DELMOTTE Valérie, DR CEA, LSCE Rapporteur
BARCENA PERNIA Angeles, Maitre de Conférence, Université de Salamanque Rapporteur
ESCUTIA DOTTI Carlota, Professeur, Université de Grenade Examinateur
CORREGE Thierry, Professeur, Université Bordeaux 1 Examinateur
GIRAUDEAU Jacques, DR CNRS, Université Bordeaux 1 Directeur de thèse
CROSTA Xavier, CR CNRS, Université Bordeaux 1 Directeur de thèse

~2008~


Remerciements









Remerciements


Bon ben, c’est presque la partie la plus dure à écrire quant on n’est pas très doué pour
faire des jolies phrases. On ne peut pas tout dire en quelques mots mais j’espère avoir
déjà exprimé à l’orale ma gratitude envers tout les gens que j’ai côtoyé à EPOC mais aussi
pendant les congrès dans un anglais approximatif.

Tout d’abord mon grand chef : Xavier. Merci de m’avoir pris en M2 puis en thèse, en me
faisant confiance malgré mes notes désastreuses. Merci d’avoir laissé mon côté «
nonrigoureux» s’exprimer tout en redressant la barre quand il le fallait. Merci d’avoir toujours
considéré le côté humain avant la Science. Merci de m’avoir envoyé et accompagner aux
quatre coins du monde où j’ai pu essayer d’améliorer mon anglais et rencontrer plein de
personnalité. Enfin, merci de m’avoir apporté tant au niveau scientifique que humain.

Ma deuxième chef « non-officielle » et collègue de salle blanche : Sabine. Merci à toi
Sabine pour la cuisine des radio-isotopes qui m’a réconcilié avec la chimie. Merci pour les
discussions animées en terrain « stérile » sur les modes de sédimentation qui régissent le
bassin de Dumont D’Urville, sur la recherche, les plantes, la vie….prend bien soin de ton
avocat !

Mon troisième chef et directeur de thèse officiel : Jacques. Je sais n’avoir pas trop
« minaudé » dans ton bureau au cours de ces trois années mais à chaque fois cela a été
efficace entre deux bougonnements. Merci de m’avoir éclairé sur le versant Nord de la
planète Terre, de m’avoir dépanné en cigarette, et de m’avoir supporté et « drivé » à la
fin quand je commençais à péter les boulons.
D. Denis, 2008 Remerciements

Merci à tous les tous les trois d’avoir su composé avec mon sens anarchique de
l’organisation et avec mon perpétuel mais néanmoins utopique optimisme en matière de
faisabilité temporelle des abstracts, articles, échantillonnage, comptage…..!!

Merci à Hans, Jenny, Anna, Amber, Raja, Damien et Amy, que j’ai connu grâce à Xavier
dans les congrès et avec qui j’ai gardé contact au long de ces trois années. Vous avez eu la
patience de parler avec moi ou lire mes emails dans mon « bad english » surtout au début,
n’est-ce pas Jenny et Anna. Vous m’avez tous apporté : conseils/commentaires
scientifiques, corrections d’anglais, encouragements et même des données participant
ainsi aux articles de cette thèse. Merci.

Merci au membre du Jury d’être venu et d’avoir eu le courage de lire cette thèse, vous
serez peut être les seuls à avoir tout lu! Merci pour les compliments ! Ca fait toujours
plaisir surtout dans ce milieu où on ne sait pas trop ce qu’on vaut et ce que l’on peut
apporter. Merci pour les remarques constructives dont j’ai essayé de tenir compte au
maximum dans ce manuscrit corrigé.

Merci à l’équipe Paléo dans son ensemble, notamment à la sous-partie des compteurs pour
les délires musicaux et les goûters gourmands, souvent colorés par les dernières
destinations des congrès (Will, Maria, Cons, Jean-Louis, Aurélie, Filipa, Steph, Anne-Laure
et Imen), à Isa et Karine pour leur aide et patience au Spectro avec mes échantillons
cotonneux pas très réglementaires, à Olivier pour m’avoir appris à monter des lames, à
Muriel et Marie Hélène pour leur bonne humeur, à Philippe, Jérôme, et Bruno pour leur
gentillesse et leur disponibilité.

Merci à l’équipe Sédimento pour sa convivialité et ses fameux repas de Noël et d’été,
notamment à Joël, Bernard, Gérard, Baxou, Seb, Pierrot, Eliane, Messieurs Castaing,
Cremer et Jouanneau. Merci à Thierry de m’avoir accepté sur les camps de terrain
Sédimento dans les Alpes, ca a été une vraie bouffée d’oxygène et une super
expérience…..malgré les aoutas. J’ai presque approché ce que c’est de visualiser les
« choses » en 3D.

Merci à l’équipe ECOBIOC, de m’avoir accueillie pendant quelques mois pour mes
expérimentations foireuses sur la silice biogène…Merci à Jonathan et Aurélia de m’avoir
sortie de ce mauvais pas !! Merci à Domi pour sa bonne humeur et son Pineau ….qui ont
égaillé nos soirée thésards.

Un merci aussi à Jean-Michel et plus récemment à Hubert pour l’assistanat sur ordinateur
qui est vraiment ma bête noire et pour les intéressantes conversations des pots.

D. Denis, 2008 Remerciements
Un grand Merci à tous les thésards, post-docs et autre plus ou moins récents recrutés que
j’ai croisé pendant ma thèse et à ceux qui y sont encore. Car sans cet esprit soudé cette
expérience ne serait pas aussi belle, alors dans le désordre : Elodie, Samuel, Hanna,
Julien, Caro, Aurélia, Aurélie, Loïc, Marion, Emilie, Raphaël, Nico, Jonathan, Pierre,
Filipa, Johan, Yannick, Anne-laure, Stéphanie, Elsa, Cédric, Manu, Vincent & Vincent, Tim,
Bruno, Sylvain, Gwen, Patrice, Cons, Will et puis les jolie rencontres sur bordeaux : Maud,
Aurélie, Hélène, Marine, Fred, Antoine, JC, Guillaume, Christina, Greg & Caro, …..

Enfin, merci à mes parents, de m’avoir permis de faire cette « incursion » dans le monde
de la recherche grâce à laquelle j’ai appris des tas de choses dans des tas de domaines et
notamment sur l’Antarctique dont je ne savais jamais s’il était au nord ou au sud avant de
travailler avec Xavier …

delphine




































D. Denis, 2008 Remerciements













D. Denis, 2008 Table des matières





Table des matières




INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE 1: Motivations & Mise en œuvre 7

Partie 1 : Motivations 9

1. Le climat Holocène : Etat de l’art 9

1.1. Variabilité climatique plurimillénaire 10
1.1.1. Variations observées 10
Début de l’Holocène (~12 à 8-6 cal ka BP) 10
Milieu de l’Holocène (~ 8-6 à 4-2 cal ka BP) 11
Tardi-Holocène (depuis ~4-2 cal ka BP) 11
1.1.2. Facteurs forçants 12
1.1.2.1. Facteur externe : le soleil 12
1.1.2.2. Facteurs internes 14

1.2. Variabilité climatique millénaire à décennale 15
1.2.1. Variations observées 15
1.2.2. Facteurs forçants 18
1.2.2.1. Facteur externe : l’activité solaire 19
1.2.2.2. Facteurs internes : océan et atmosphère 21
Océan 21
Atmosphère 23

1.3. Conclusion 25

2. Continent et Océan Antarctique : Intérêt et contexte? 26

2.1. Interconnexion de tous les sous-systèmes climatiques 27
D. Denis, 2008 Table des matières
2.1.1. Cryosphère: de la calotte de glace à la banquise 27
2.1.1.1. Glace 27
2.1.1.2. Glace de mer 28
Cycle saisonnier 29
Polynies 30
2.1.2. Océan 31
2.1.2.1. Circulation océanique de l’Océan Austral 32
2.1.2.2. Zoom sur la circulation océanique périantarctique 34
Courants et masses d’eau de surface 34
Upwelling 35
Courants de fond 35
2.1.3. Atmosphère 38
2.1.3.1. Westerlies 38
2.1.3.2. Easterlies 38
2.1.3.3. Vents catabatiques 38
2.1.3.4. Influence des régimes de vents 39
2.1.4. Biosphère marine 39
2.1.4.1. Provinces écologiques 40
2.1.4.2. Pompe biologique 43

2.2. Histoire climatique du Continent et de l’Océan Antarctique 44
2.2.1. Actuelle : la période instrumentale 44
2.2.1.1. Tendances climatiques générales 44
2.2.1.2. Mode de variabilité climatique 46
2.2.2. Holocène : les archives paléoclimatiques 48


Partie 2 : Mise en œuvre 53

1. Séquences marines étudiées 53

1.1. Localisation géographique des carottes MD03-2601 et JPC24 et cadre
environnemental 53
1.1.1. Carotte MD03-2601 53
1.1.2. Carotte JPC24 56

1.2. Description et chronologie des carottes MD03-2601 et JPC24 59
1.2.1. Carotte MD03-2601 59
1.2.2. Carotte JPC24 61

2. Outils utilisés et stratégies d’échantillonnage 64

2.1. Outils communs à la MD03-2601 et à la JPC24 66
2.1.1. Diatomées 66
2.1.2. Highly Branched isoprenoids 68
D. Denis, 2008 Table des matières
2.1.3. Le modèle ECBilt-CLIO-VECODE version 3 70

2.2. Proxies analysés uniquement sur la carotte MD03-2601 71
2.2.1. Radionucléides 71
“Focusing” 72
Normalisation des flux 73
2.2.2. Analyse d’image des grains détritiques 74
2.2.3. Isotopes stables de l’azote 77
2.2.4. Géochimie élémentaire 78
2.2.5. Métaux 79


CHAPITRE 2 : Interactions et rétroactions
GlacierBanquise-Océan 81

Holocene Glacier and Deep water dynamics, Adélie Land region, East
Antarctica.

Denis D., Crosta X., Schmidt S., Carson D., Ganeshram R., Renssen H., Bout-Roumazeilles
V., Zaragosi S., Martin B., Cremer M., Giraudeau J.

Sous-presse à Quaternary Science Reviews

CHAPITRE 3 : Interactions et rétroactions
ClimatBiosphère marine 99

Holocene productivity changes off Adélie Land (East Antarctica)

Denis D., Crosta X., Schmidt S., Carson D. S., Ganeshram R. S., Renssen H., Crespin J.,
Ther O., Billy I., Giraudeau J.

En révision à Paleoceanography

CHAPITRE 4 : Connections Haute-Basse latitudes via le
couplage Océan-Banquise-Atmosphère 119

Antarctic sea ice and wind variability during the Holocene: Insight on low-high
latitude coupling.

D. Denis, X. Crosta, Loic Barbara, Guillaume Massé, Hans Renssen, Olivier Ther, Amy
Leventer and Jacques Giraudeau.

En préparation pour Earth and Planetary Sciences Letters
D. Denis, 2008 Table des matières
CONCLUSION et PERSEPCTIVES 145

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 149

ANNEXES 183

ARTICLES COMPLEMENTAIRES 193

D. Denis, 2008

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