Variabilité de la mousson indienne d’été pendant les périodes interglaciaires des derniers 800 000 ans : étude des changements de végétation à partir des sédiments du Golfe du Bengale

Variability of the Indian summer monsoon during the interglacial periods of the last 800,000 years : Study of vegetation changes from the sediments of the Bay of Bengal

• Auteur / Autrice : Charlotte Clement
• Direction : Philippe Martinez, Stéphanie Desprat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie sédimentaire, paléocéanographie, climatologie
• Date : Soutenance le 20/06/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Luc Beaufort
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne-Laure Daniau, Vincent Montade, Valier Galy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Combourieu-Nebout, Pascale Braconnot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollen fossile

Climat interglaciaire

Inde

Moussons

Mots clés libres

Mousson d'été indienne

Périodes interglaciaires

Pollen

Végétation

Simulations

Indian summer monsoon

Interglacial periods

Pollen

Vegetation

Simulations

Résumé

Bien qu’elle affecte la vie quotidienne d’un sixième de la population mondiale ainsi que les écosystèmes continentaux, la compréhension du phénomène de la mousson d’été indienne (ISM pour Indian Summer Monsoon) n’est pas aboutie. Puisque les expériences de modélisation actuelles ne s’accordent pas sur l’évolution future de l’ISM en relation avec le réchauffement climatique, l’étude des interglaciaires passés fournit un moyen stratégique d’examiner la réponse et le forçage de la mousson pendant les grandes périodes chaudes du passé. L’objectif principal de cette thèse est de contribuer au débat qui existe depuis plus d’une décennie sur les forçages et les processus qui contrôlent en particulier le timing et l’intensité de l’ISM lors des périodes interglaciaires. Dans ce travail, l’étude des grains de pollen contenus dans la carotte sédimentaire du Site IODP U1446 localisé au large du fleuve Mahanadi dans le nord-est de la péninsule indienne a permis la constitution des changements de la végétation au cours des trois périodes interglaciaires : les MIS 1, MIS 5e, et MIS 19c. Le choix de ces intervalles a été réalisé en mettant à profit leur diversité de forçage afin d’examiner comment était l’intensité de la mousson dans un monde plus chaud (le MIS 5e) que notre interglaciaire actuel (MIS 1), et dans un monde plus frais (MIS 19c). Des changements de végétation de très grande amplitude ont été observés pour chacun des intervalles étudiés, marqués par le passage d’une steppe semi-aride lors de la fin de périodes glaciaires au développement d’une forêt tropicale -plus ou moins dense- lors des périodes interglaciaires. Si l’évolution à long terme de la forêt totale est en accord avec les autres traceurs du Site U1446 et les enregistrements régionaux de l’ISM, le développement d’un marqueur d’humidité basé sur la composition de cette forêt tropicale a permis la discrimination de différentes phases d’évolution de l’ISM au cours du temps que ni la forêt tropicale totale, ni les autres traceurs du Site U1446 ne discriminaient. Associés à une révision du modèle d’âge par rapport à ceux précédemment publiés, les données polliniques ont permis de définir les périodes humides indiennes pour chacun de ces trois intervalles, contraints de 11,8 à 5,1 ka cal BP pour le MIS 1, de 127 à 120 ka BP pour le MIS 5e et de 787,5 à 782,5 ka BP pour le MIS 19c. En comparaison relative, nous montrons que l’intensité des pluies de mousson étaient la plus forte lors des périodes humides du MIS 5e et MIS 19c par rapport à celle du MIS 1, elle-même plus humide que les conditions actuelles. La confrontation des données polliniques avec les résultats d’expériences de simulations transitoires et instantanées (LOVECLIM1.3 et HadCM3) a conduit à la conclusion que le forçage orbital, en particulier la précession, constituait le principal forçage de contrôle sur le timing de l’ISM lors des trois périodes étudiées. Bien que largement minoritaire par rapport au forçage orbital, une influence non négligeable du volume de glace sur le renforcement de la mousson a été identifié en particulier lors des terminaisons, pouvant induire un retardement du début des périodes humides de 2 à 3 ka par rapport à l’insolation. L’effet des gaz à effet de serre sur les changements à long terme de l’ISM en période interglaciaire est négligeable comparé au forçage orbital et au volume de glace. Le forçage orbital a également été identifié que le principal forçage à l’origine des différences d’intensité de l’ISM lors des périodes humides des MIS 1 et MIS 5e. En revanche, si le forçage orbital ne peut expliquer l’intensité étonnamment forte de l’ISM au MIS 19c, nous proposons que la localisation plus proximale des calottes en Eurasie ait généré des conditions inattendues sur l’ISM en amplifiant le contraste thermique continent-océan.

Although it affects the daily lives of one-sixth of the world's population as well as continental ecosystems, the understanding of the Indian Summer Monsoon (ISM) phenomenon is not complete. Since current modelling experiments do not agree on the future evolution of the ISM in relation to global warming, the study of past interglacials provides a strategic means of examining the response and forcing of the monsoon during major warm periods in the past. The main objective of this PhD is to contribute to the debate that has existed for more than a decade on the forcings and processes that control in particular the timing and intensity of the ISM during interglacial periods. Here, the study of pollen grains contained in the sediment core of IODP Site U1446 located off the Mahanadi River in the northeastern Peninsular India has allowed the reconstruction of vegetation changes during three interglacial periods: MIS 1, MIS 5e, and MIS 19c. The choice of these intervals was made by taking advantage of their diversity of forcing to examine what the monsoon intensity was like in a warmer world (MIS 5e) than our current interglacial (MIS 1), and in a cooler world (MIS 19c). Large-scale vegetation changes were observed for each of the intervals studied, marked by the transition from semi-arid steppe at the end of glacial periods to the development of tropical forest -more or less dense- during interglacial periods. While the long-term evolution of the total forest is in agreement with the other Site U1446 proxies and the regional ISM records, the development of a moisture marker based on the composition of this tropical forest has allowed the discrimination of different phases of the ISM evolution over time that neither the total tropical forest nor the other Site U1446 proxies discriminated. Combined with a revision of the age model from those previously published, the pollen data allowed us to define Indian humid periods for each of these three intervals, constrained from 11.8 to 5.1 ka cal BP for MIS 1, from 127 to 120 ka BP for MIS 5e and from 787.5 to 782.5 ka BP for MIS 19c. In relative comparison, we show that monsoon rainfall intensity was highest during the humid periods of MIS 5e and MIS 19c compared to MIS 1, which is itself wetter than present conditions. Comparison of the pollen data with the results of transient and instantaneous simulation experiments (LOVECLIM1.3 and HadCM3) led to the conclusion that orbital forcing, in particular precession, was the main controlling forcing on the timing of the ISM during the three periods studied. Although largely in the minority compared to the orbital forcing, a non-negligible influence of ice volume on the monsoon strengthening was identified, particularly at the terminations, which could induce a delay in the onset of humid periods by 2 to 3 ka with respect to insolation. The effect of greenhouse gases on long-term changes in the ISM during interglacial periods is negligible compared to orbital forcing and ice volume. Orbital forcing has also been identified as the main forcing behind the differences in ISM intensity during the MIS 1 and MIS 5e wet periods. In contrast, if orbital forcing cannot explain the surprisingly strong ISM intensity at MIS 19c, we propose that the more proximal location of the Eurasian ice caps generated unexpected conditions on the ISM by amplifying the continent-ocean thermal contrast.