Sur certains aspects de la théorie astronomique des paléoclimats terrestres et martiens

par Benjamin Levrard

Thèse de doctorat en Dynamique des systèmes gravitationnels

Sous la direction de Jacques Laskar.

Le président du jury était Bruno Sicardy.

Le jury était composé de Jacques Laskar, Bruce G. Bills, Christophe Sotin, Jean Besse, François Forget, Marianne Greff.

Les rapporteurs étaient Bruce G. Bills, Christophe Sotin.


  • Résumé

    Cette thèse consacrée à l’étude de certains aspects du lien entre la dynamique planétaire terrestre et martienne et leurs paléoclimats respectifs. Dans une première partie, nous étudions en détail l’influence d’un phénomène dissipatif appelé « friction climatique » sur l’obliquité moyenne terrestre, engendré par la rétroaction entre les oscillations de l’obliquité et les variations retardées de l’aplatissement terrestre (transport de masse glaciaire, ajustement visco-élastique). Son impact a été estimé durant les dernières grandes glaciations terrestres : le Plio-Pléistocène (les derniers 3 millions d’années), le Permo-Carbonifère (∼260-340 Ma) et le Néoprotérozoïque (750 ± 200 Ma), en tenant compte des contraintes disponibles sur les paléo-glaciations (durée, paléogéographie, variabilité). Nous montrons que cet effet n’a pas pu engendrer une dérive de l’obliquité terrestre supérieure à ∼ 3-4˚ durant les derniers 800 Ma, tendant ainsi à exclure le scénario de haute obliquité proposé par G. E. Williams (1993) pour expliquer les glaciations paradoxales à basses latitudes du Néoprotérozoïque. La seconde partie est dédiée à l’évolution de la calotte polaire nord martienne. Les dépôts sédimentaires en couches exposés dans les crevasses de la calotte ont été d’abord analysées grâce aux données de la sonde Mars Global Surveyor. Des corrélations temporelles et fréquentielles entre les profils stratigraphiques et de nouvelles solutions orbitales martiennes ont été cherchées pour contraindre leur âge et leur vitesse de formation. Nous proposons que les 250 premiers mètres de la calotte nord se sont déposés avec un taux moyen d’environ 0. 05 cm/an et que celle-ci aurait pu se former principalement durant les cinq derniers millions d’années après la transition entre un régime de haute obliquité moyenne et un régime de plus basse obliquité moyenne (Laskar, J. , Levrard, B. , et Mustard, J. F. , Naure, 419). Indépendamment, la stabilité de la calotte nord a été étudiée grâce aux Modèles de Circulation Générale martiens du LMD stabilité de la calotte nord a été étudiée grâce aux Modèles de Circulation Générale martien du LMD (Paris VI) pour des obliquités supérieures à la valeur actuelle. La calotte apparait instable pour des obliquités supérieures à 40˚ conduisant à l’accumulation de glace dans certaines régions équatoriales qui coïncident avec des zones d’observations de paléo-glaciers. Les vitesses importantes de perte de la calotte impliqueraient sa disparition rapide durant le régime de haute obliquité moyenne et tendrait à soutenir la possibilité de sa formation.


  • Résumé

    This thesis is devoted to the study of some aspects of the relationship between the astronomical forcing of the Earth and Mars and their respective paleoclimates. In a first part, we study in detail the influence of a dissipative phenomenon called “climate friction” on the Earth’s mean obliquity, caused by a resonant feedback between the obliquity oscillations and the lagged variations of the Earth’s oblateness (ice-mass transport, glacial isotatic adjustment). Its impact has been estimated during the last major Earth’s glaciations : the Plio-Pleistocene (the last 3 million years), the Permo-Carboniferous (∼260-340 Ma) and the Neoproterozoic (750± 200 Ma), taking available constraints on glacial data (duration, paleogeography, variability) into account. We show that climate friction has not changed the Earth’s obliquity by more than 3-4˚ over the last 800 Ma, which tends to exclude the past high obliquity scenario proposed by G. E. Williams (1993) to explain the paradoxical Neoproterozoic law-latitude glaciations. The second part is devoted to the evolution of the northen Martian polar cap. The layered deposits exposed in the throughs of the cap have been analyzed with the recent mars Global Surveyor data. A comparison between stratigraphic profiles and new orbital martian solutions has been made in the temporal and frequency domains to constrain their age and their average formation rate. We propose that the first 250 meters of the northern cap have been formed with a rate close to 0. 05 cm/yr and that the polar cap could have mainly been formed during the last five millions years after the transition between a high mean obliquity regime and a lower mean obliquity regime (Laskar, J. , Levrard, B. , and Mustard, J. F. , Naure, 419). Independently, the stability of the northern cap as been studied with the LMD General Circulation Model (GCM) for higher obliquities than the present one. The cap could be unstable for obliquities higher than 40˚ leading to an accumulation of water ice in equatorial areas which coincide with some observational zones of paleo-glaciers. The important speed would imply its quick disappearance during the high mean obliquity regime and would tend to support its possible youthfulness.

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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2019 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Sur certains aspects de la théorie astronomique des paléoclimats terrestres et martiens

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  • Détails : 1 vol. (262 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 249-261

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