Changements climatiques et océanographiques au cours du Campanien – approche couplée minéralogie et géochimie

Palaeoclimatic and palaeoceanographic changes during the Campanian - mineralogical and geochemical approach

• Auteur / Autrice : Elise Chenot
• Direction : Jean-François Deconinck, Emmanuelle Pucéat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géodynamique des enveloppes supérieures
• Date : Soutenance le 28/05/2018
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biogéosciences (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Francois Baudin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Thibault, Thierry Adatte
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc De Rafelis, Johan Yans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Minéralogie

Géochimie

Paléo-océanographie

Paléoclimatologie

Mots clés libres

Campanien

Paléoclimatologie

Paléocéanographie

Géochimie

Minéralogie

Campanian

Palaeoclimatology

Palaeoceanography

Geochemistry

Mineralogy

Résumé

Les causes du refroidissement climatique global qui caractérisent le Crétacé supérieur (~100 – 65 Ma) ne sont pas encore bien établies. L’évolution de la courbe des températures des eaux de fond et de surface des océans montre une accélération de ce refroidissement au cours du Campanien (~84 Ma), aussi l’objectif de ce travail était-il d’explorer les causes possibles de ce refroidissement en se focalisant sur l’étude des sédiments d’âge Campanien de divers bassins sédimentaires téthysiens, boréaux et atlantiques.Le premier objectif fut de déterminer l’extension spatiale des changements de cortèges argileux dans la Téthys et le domaine boréal. La minéralogie des argiles de plusieurs sites (hémi)pélagiques, sélectionnés selon un transect N-S de 5 à 45° N, a révélé une intensification de l’altération continentale au Campanien, marquée notamment par des apports accrus de kaolinite. Au cours du temps, ces apports liés au soulèvement de nouveaux domaines continentaux semblent se propager du Sud au Nord. Cette propagation est très certainement gouvernée par le mouvement antihoraire de la plaque africaine et de son rapprochement progressif de la plaque européenne. L’intensification de l’altération continentale semble aussi s’accompagner de la mise en place d’une ceinture climatique plus humide à l’origine du développement des bauxites.Le Campanien est également marqué par d’importantes modifications paléogéographiques, telles que l’élargissement de l’Atlantique Sud et Nord ainsi que la restriction du domaine téthysien. Le déplacement des masses continentales est probablement à l’origine d’une réorganisation majeure des courants océaniques. Dans le domaine téthysien, au Crétacé supérieur la courantologie est dominée par le « Tethyan Circumglobal Current » (TCC), courant latitudinal traversant l’océan téthysien et le passage des Caraïbes, d’est en ouest, qui semblerait s’intensifier au Campanien. Nous avons donc tenté de reconstituer l’évolution de la circulation profonde du TCC au cours du Crétacé supérieur, grâce une approche fondée sur les isotopes du néodyme (Nd). L’évolution de l’ɛNd des eaux de fond locales de trois sites (hémi)pélagiques situés sur le trajet potentiel de ce courant a été analysé à partir de la fraction carbonatée des sédiments : la coupe de Shahneshin à l’entrée du corridor téthysien (bassin du Zagros, Iran), la coupe de Gubbio – la Bottaccione dans la Téthys centrale (bassin des Marches – Ombrie, Italie) et le forage DSDP Site 146 dans le passage des Caraïbes (bassin du Venezuela, mer des Caraïbes). L’ɛNd de la fraction résiduelle des sédiments a également été déterminée, afin de discuter l’impact potentiel des échanges locaux eau-sédiments. L’évolution de l’ɛNd des eaux de fond locales, couplée à la minéralogie des argiles et à celle de l’ɛNd des résidus a révélé que les signatures minéralogiques et géochimiques des sites de Shahneshin et 146 semblent être affectées de façon significative par des processus locaux (tectonique, volcanisme). Une augmentation de l’écart entre l’ɛNd de l’eau de fond locale et des résidus est cependant compatible avec des apports accrus d’eaux du Pacifique dans l’est de la Téthys au cours du Campanien. Le site de Gubbio semble quant à lui recevoir des apports d’eaux atlantiques en profondeur, suggérant que si le TCC est présent dans cette région, il n’atteint pas la base de la colonne d’eau au niveau de ce site.

The origin of the Late Cretaceous (~100 – 65 Ma) global cooling is not yet well understood. The evolution of sea surface and bottom temperatures shows an acceleration of the cooling during the Campanian stage (~84 Ma). The main goal of this study was to explore the processes driving this cooling, focusing on Campanian sediments from the Tethyan, Boreal and Atlantic realms.The clay mineralogical assemblages of several (hemi)pelagic sites, selected along a S-N transect, from 5° to 45°N, reveal an increase in continental weathering during the Campanian, expressed by enhanced kaolinite inputs. The detrital input related to the uplift of new continental areas seems to evolve from south to north. This propagation is likely linked to the anticlockwise rotation of the African plate and the progressive closure to the Tethys Ocean. Enhanced continental weathering seems also linked to more hydrolysing conditions in the studied regions, resulting in bauxite development.The Campanian stage was characterised by major palaeogeographic changes, such as the widening of south and north Atlantic oceans and the closure of the Tethyan realm. The motion of continental plates is likely responsible for a major reorganization of the oceanic currents. During the Late Cretaceous, the so called “Tethyan Circumglobal Current” (TCC) current flows latitudinally through the Tethyan Ocean to the Caribbean gateway, from east to west, and seems to intensify during the Campanian stage. Thus, we tried to reconstruct the evolution of the deep oceanic circulation within the TCC pathway during the Late Cretaceous, based on a geochemical approach using the neodymium (Nd) isotopes. The evolution of ɛNd of local bottom water of three (hemi)pelagic sites located on the possible pathway of this current has been analysed on the carbonate fraction of the sediments : the Shahneshin section located at the main entrance of the Tethyan passage (Zagros basin, Iran), the Gubbio – la Bottaccione section located at the centre of the Tethys (Umbria – Marche basin, Italy) ocean and the DSDP site 146 located in the Caribbean gateway (Venezuela basin, Caribbean sea). The ɛNd of the insoluble fraction of the sediments was analysed, in order to discuss of the role of local exchanges between water and sediments. The evolution of the deep water ɛNd along with that of residue ɛNd and clay mineralogical assemblages shows that geochemical and mineralogical signatures of Shahneshin and 146 sites are largely controlled by local processes (tectonic and volcanism), although an increased input of radiogenic Pacific waters may be detected at Shahneshin during the Campanian. The Gubbio site seems to be influenced by atlantic waters entering western Tethys, suggesting that the TCC did not reach the base of the water column at this site.