Changements passés de la circulation océanique à profondeur d'eau intermédiaire dans l'Océan Atlantique à partir de l'étude micropaléontologique et géochimique de carottes de sédiments marins depuis le Dernier Maximum Glaciaire

Past changes in ocean circulation at intermediate water depth in the Atlantic Ocean from micropaleontological and geochemical study of marine sediment cores since the Last Glacial Maximum

• Auteur / Autrice : Solène Pourtout
• Direction : Christophe Colin, Sophie Sepulcre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 06/07/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Giuseppe Siani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mary Elliot, Jérôme Bonnin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mary Elliot, Marie Revel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Masses d'eau

Circulation océanique

Courants marins -- Atlantique (océan)

Glaciations

Géochimie

Foraminifères benthiques

Mots clés libres

Masses d'eau intermédiaires Atlantique Nord-Est

Foraminifères benthiques

Dernière déglaciation

Isotopes stables

Rapports élémentaires

Isotopes du néodyme

North-East Atlantic intermediate water masses

Last deglaciation

Stable isotopes

Benthic foraminifera

Elementary ratios

Neodymium isotopes

Résumé

La circulation des eaux intermédiaires est un acteur clé de la circulation océanique globale et contribue à la variabilité de la Circulation Méridionale de Renversement Atlantique (AMOC) qui joue un rôle fondamental sur la régulation du climat. Cependant, la dynamique océanique aux profondeurs intermédiaires depuis le dernier maximum glaciaire (LGM) reste controversée et doit encore être contrainte, notamment pour mieux comprendre les relations entre l'océan Atlantique et l'océan Austral à l'échelle glaciaire-interglaciaire ainsi que lors d'événements climatiques plus courts ayant notamment ponctué la Dernière Déglaciation (évènements froids de Heinrich 1, HS1 et du Younger Dryas, YD). L'objectif de cette thèse est de reconstituer l'évolution de la circulation à profondeur d'eau intermédiaire depuis le LGM à partir de carottes de sédiments marins prélevés sur la marge Ibérique (SU92-28, 997m) et au Nord du banc de Porcupine (MD01-2461, 1153m). Ces sites sont idéalement situés pour reconstituer les variations de contribution des masses d'eau intermédiaires provenant du Nord et du Sud de l'Atlantique et de la Mer Méditerranée. La combinaison de différents traceurs micropaléontologiques et géochimiques (assemblages de foraminifères benthiques, δ¹⁸O, δ¹³C, différence d'âges Δ¹⁴C, εNd et les rapports élémentaires) ont permis de reconstituer les changements hydrologiques à profondeur d'eau intermédiaire à haute résolution temporelle au cours des derniers 25ka. Nos résultats montrent une contribution exclusivement des eaux de l'Atlantique Nord Glaciaire (GNAIW) bien ventilée, sans contribution de la mer méditerranée (MSW) pendant le LGM aux deux sites. Au cours du HS1 et du YD, à la marge Ibérique, une incursion de l'eau antarctique intermédiaire (AAIW), en association avec des MSW sont enregistrées. Cependant, les assemblages faunistiques de la carotte MD01-2461, montrent la seule présence de MSW à 1153m à la fin du HS1 et pendant le YD. Au Bølling Allerød (BA) et à l'Holocène, un mélange entre les composantes Nord, Sud et MSW est enregistré sur la marge Ibérique tandis que seules les composantes Nord et MSW sont enregistrées au banc de Porcupine, traduisant la remise en route progressive de l'AMOC et la reconnexion entre les eaux de l'hémisphère Nord et Sud. À la marge Ibérique, les enregistrements de Cdw, Ba/Ca et U/Ca benthiques de l'espèce C. pachyderma dans l'Atlantique Nord-Est soutiennent qu'il y a eu de grandes variations dans la composition en nutriments et en Δ[CO₃²⁻] des eaux intermédiaires au cours des dernières 25 cal kyr BP. Les minimas de concentrations en nutriments associés aux maximas de Δ[CO₃²⁻] ont lieu pendant le LGM, soulignant une contribution GNAIW. Les concentrations en nutriments les plus importante ont lieu pendant le HS1 et le YD suggérant la présence des AAIW, caractérisé par les augmentations des concentrations en nutriments labiles (Cdw) et réfractaires (Ba/Ca) et par la diminution du Δ[CO₃²⁻]. Le BA et l'Holocène sont caractérisés par des eaux de concentrations en nutriments plus pauvres que lors des maximas du HS1 et du YD mais plus élevées que pendant le LGM, associées au système de circulation de l'AMOC plus actif à l'échelle globale. Les reconstructions des températures des eaux intermédiaires (IWT) d'après le rapport Mg/Li de l'espèce C. pachyderma et de salinité des foraminifères benthiques (par combinaison des IWT avec le δ¹⁸O) à haute résolution de la marge Ibérique indiquent également des variations prononcées et de grande amplitude au cours des deux événements froids. De telles amplitudes dans les changements intermédiaires de température témoignent de la contribution accrue des MOW de plus, les salinités mettent en évidence un événement HS1 se divisant en deux phases, une première avec une incursion d'AAIW puis une seconde caractérisée par l'invasion des MOW.

Intermediate water circulation is a key player in global ocean circulation and contributes to the variability of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) which plays a fundamental role in climate regulation. However, the ocean dynamics at intermediate depths since the Last Glacial Maximum (LGM) remains controversial and still needs to be constrained, in particular to better understand the relationships between the Atlantic Ocean and the Southern Ocean at the glacial-interglacial scale as well as during shorter climatic events that notably punctuated the Last Deglaciation (cold events of Heinrich Stadial 1, HS1 and Younger Dryas, YD). The objective of this thesis is to reconstruct the evolution of the circulation at intermediate water depth from the LGM from marine sediment cores taken from the Iberian margin (SU92-28, 997m) and north of the Porcupine bank (MD01-2461, 1153m). These sites are ideally located to reconstruct the variations in the contribution of intermediate water masses from the North and South of the Atlantic and the Mediterranean Sea. The combination of different micropaleontological and geochemical tracers (assemblages of benthic foraminifera, δ¹⁸O, δ¹³C, age difference Δ¹⁴C, εNd and elementary ratios) made it possible to reconstruct hydrological changes at intermediate water depth at high resolution temporal over the last 25ka. Our results show an exclusively well-ventilated Glacial North Atlantic (GNAIW) contribution, with no contribution from the Mediterranean Sea Water (MSW) during the LGM at both sites. During HS1 and YD, at the Iberian margin, an incursion of Antarctic Intermediate Water (AAIW), in association with MSW is recorded. However, the faunal assemblages from core MD01-2461 show the only presence of MSW at 1153m during HS1 and YD. In Bølling Allerød (BA) and in the Holocene, a mixing between the North, South and MSW components is recorded on the Iberian margin while only the North and MSW components are recorded on the Porcupine bank, reflecting the gradual restart of the AMOC and the reconnection between the waters of the northern and southern hemisphere. At the Iberian margin, benthic Cdw, Ba/Ca and U/Ca records from C. pachyderma in the northeast Atlantic support that there have been large variations in nutrient composition and Δ[CO₃²⁻] of intermediate waters during the last 25 cal kyr BP. Nutrient concentration minima associated with Δ[CO₃²⁻] maxima occur during the LGM, highlighting a GNAIW contribution. The highest nutrient concentrations occur during HS1 and YD suggesting the presence of AAIW, characterized by increases in labile (Cdw) and refractory (Ba/Ca) nutrient concentrations and decreases in Δ[CO₃²⁻]. The BA and Holocene are characterized by waters with lower nutrient concentrations than during the HS1 and YD maxima but higher than during the LGM, associated with the more active AMOC circulation system on a global scale. Intermediate water temperature (IWT) reconstructions based on the Mg/Li ratio of C. pachyderma species and benthic foraminifera salinity (by combining IWTs with δ¹⁸O) at high resolution of the Iberian margin also indicate pronounced and large amplitude variations during the two cold events. Such amplitudes in the intermediate temperature changes testify to the increased contribution of MOWs moreover the salinities highlight an HS1 event dividing into two phases, a first with an incursion of AAIW then a second characterized by the invasion of MOWs.