Ecole Doctorale 534 MIPEGE Projet doctoral 2014 (3 pages

Ecole Doctorale 534 MIPEGE
Modélisation et Instrumentation en Physique, Energies,
Géosciences et Environnement
Université Paris-Sud 11
Bâtiment 100 / 504, 91405 ORSAY Cedex (France)
Projet doctoral 2014 (3 pages maximum)
Titre: Production primaire en Océan Austral et changements climatiques globaux depuis
le DMG : existe-t-il un lien ?
Laboratoire : IDES
Equipe d’accueil : Paléoclimats et Dynamique Sédimentaire
Directeur de thèse (doit être titulaire de l'HDR): Giuseppe Siani
Nombre de thèses encadrées en 2014/2015: 1
E-mail : [email protected]
Co-encadrant de thèse (préciser si titulaire de l’HDR): Stéphanie Duchamp-Alphonse
(non titulaire de l’HDR)
Nombre de thèses encadrées en 2014/2015: 0
E-mail : [email protected]
Description du projet (1 figure maximum) :
Depuis quelques années, les modèles numériques et les archives sédimentaires
terrestres et marines montrent que l’Océan Austral (OA) joue un rôle central dans le
système climatique global au cours des transitions Glaciaire/Interglaciaire (G/IG)
(Toggweiler et al., 2006; Rojas et al., 2009; Sigman and Boyle, 2001; Tschumi et al.,
2011). Des interactions complexes entre la couverture de glace, la stratification des eaux
de surface, la productivité primaire et la position des vents d’ouest dans la region
antarctique pourraient expliquer la totalité des variations de pCO2 enregistrées lors de ces
transitions (80 – 100 ppmv) (François et al., 1997; Kohler et al., 2005; Sigman et al., 2004;
Stephens and Keeling, 2000; Toggweiler et al., 2006; Siani et al., 2013). Plus
particulièrement, la productivité primaire pourrait expliquer à elle seule, jusqu’à 40 à 50
ppmv des variations de pCO2 enregistrées aux maximum glaciaires ( Martinez- Garcia et
al., 2009). Cependant, les études mettant en évidence les changements de productivité
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primaire passées dans l’OA restent limitées (Verleye et Louwye , 2010; . Saavedra Pellitero et al , 2011) et leur évolution reste peu connue.
L’objectif de ce projet est d’étudier l’impact de la productivité primaire de l’OA sur les
concentrations de CO2 atmosphériques
et les changements climatiques globaux. Ce
projet repose sur i) des analyses micropaleontologiques (étude qualitatives et
quantitatives de coccolithophoridés) et géochimiques (XRF, δ15N…) effectuées à hauterésolution temporelle sur des séries sédimentaires marines et ii) de la modélisation
numérique. Trois carottes sédimentaires ont été sélectionnées sur un transect longitudinal,
parcourant les trois principaux secteurs de l’OA : l’Océan Atlantique Sud, l’Océan
Pacifique Sud et l’Océan Indien Sud. Les carottes bénéficieront d’un canevas temporel
robuste, basé sur des datations SMA 14C et une stratigraphie isotopique (δ18O) effectuée à
haut-résolution temporelle. Un effort particulier sera consacré à l'utilisation du logiciel
SYRACO ( Beaufort et Dollfus , 2004; Dollfus et Beaufort , 1999) qui permet : i ) une
l’identification des coccolithes et ii ) l'estimation de leur poids.
Beaufort, L. and Dollfus, D., 2004. Automatic recognition of coccoliths by dynamical neural networks.
Marine Micropaleontology, 51: 57-73.
Beaufort, L., 2005. Weight estimates of coccoliths using the optical properties (birefringence) of calcite.
Micropaleontology, 51(4): 289-298.
Francois, R., Altabet MA., Yu EF., Sigman, DM., Bacon, MP., Frank, M., Bohrmann, G., Bareille, G.,
Labeyrie, LD. 1997. Contribution of Southern Ocean surface-water stratification to low atmospheric CO2
concentrations during the last glacial period, Nature, 389, 929-935.
Kohler, P., Fischer, H., Munhoven, G., Zeebe, R.E. (2005). Quantitative interpretation of tmospheric
carbon records over the last glacial termination. Global Biogeochemicak Cycles 19 (4), GB4020, doi :
10.1029/2004GB002345.
Martinez-Garcia, A., Rosell-Melé, A., Geibert, W., Gersonde, R., Masqué, P., Gaspari, V., Barbante, C.,
2009. Links between iron supply, marine productivity, sea surface temperature, and CO2 over the last 1.1.
Ma, Paleoceanography 24, PA1207, doi : 10.1029/2008PA001657.
Rojas, M., Moreno, P., Kageyama, M., Crucifix, M., Hewitt, C., Abe-Ouchi, A., Ohgaito, R., Brady, E.C.,
Hope, P., 2009. The southern westerlies during the last glacial maximum in PMIP2 simulations. Climate
Dynamics 32, 525-548.
Saavedra-Pellitero, M., Flores, J.A., Lamy, F., Sierro, F.J., Cortina, A., 2011. Coccolithophores estimates
of paleotemperature and paleoproductivity changes in the southeast Pacific over the past ~ 27 kyr.
Paleoceanography 26, PA1201.
Siani, G., Michel, E. De-Pol Holz, R., DeVries T., Lamy, F., Carel, M., Isguder, G., Dewilde F., Lourantou
A. (2013) – Carbon isotope records reveal precise timing of enhanced Southern Ocean upwelling during the
last deglaciation. Nature Communication 4, 2758. DOI: 10.1038/ncomms3758.
Sigman, D. M., and E. A. Boyle, 2001. Palaeoceanography: Antarctic stratification and glacial C02,
Nature, 412, 606.
Sigman, D., M., Jaccard, S.L., Haug, G.H., 2004. Polar ocean stratification in a cold climate. Nature 428
(6978), 59-63, doi : 10.1038/nature02357.
Stephens, B. B., and R. F. Keeling, The influence of Antarctic sea ice on glacial-interglacial C02
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variations, Nature, 404, 171-174, 2000.
Toggweiler, J.R., Russell, J.L., Carson, S.R., 2006. Midlatitude westerlies, atmospheric CO2, and climate
change during the ice ages. Paleoceanography 21, PA2005.
Tschumi, T., Joos, F., Gehlen, M., Heinze, C. 2011. Deep ocean ventilation, carbon isotopes, marine
sedimentation and the deglacial CO2 rise, Clim. Past 7, 771-800.
Verleye, T.J., Louwye, S., 2010. Late Quaternary environmental changes and latitudinal shifts of the
Antarctic Circumpolar Current as recorded by dinoflagellate cysts from offshore Chile (41°S). Quaternay
Science Reviews 29, 1025-1039.
Contexte national et international :
Ce projet fait partie intégrante d’un projet Franco-Sudéois (2013-2015, Deciphering the
role of the Southern Ocean in the global climate system), et d’un projet INSU (AO
LEFE/IMAGO, 2013-2015, CHIli – COccolithes: Régime des Westerlies et des Fronts
Océaniques de l’Océan Pacifique Sud depuis le Dernier Maximum Glaciaire).
Eventuelles collaborations nationales ou internationales :
Collaborations nationales: LSCE (E. Michel) - CEREGE (Luc Beaufort)
Collaborations internationales: Alfred Wegener Institute, Bremenhaven, Germany (Frank
Lamy) - PROFC, University of Conception, Chile (Ricardo De Pol-Holz)
Déroulement du travail et approche envisagée :
1ere année (Sept. 2014- Août 2015): Les analyses de d18O et les datations 14C seront
realisées sur les 3 carottes sédimentaires selectionnées pour ce sujet de thèse. Les
analyses micropaléontologiques (abondances, taille, poids, assemblages des coccolithes)
seront effectuées sur la carotte prélevée dans l’Océan Pacifique Sud.
2ème année (Sept. 2015-Août 2016): Les analyses micropaléontologiques seront
effectuées sur les carottes de l’Océan Atlantique Sud et de l’Océan Indien Sud. Elles
seront completées par les analyses géochimiques (XRF, d15N…). L’étudiant participera
aux expériences de modélisation numérique. Il travaillera sur la redaction d’articles
scientifiques qui seront soumises à des revues internationales.
3ème année (Sept. 2016- Août. 2017): La dernière année se focalisera sur les
interpretations finales des données et des modèles numériques. ainsi que sur la rédaction
et la soumission d’articles scientifiques. L’étudiant préparera son manuscript et sa
soutenance de thèse.
Profil du candidat recherché :
L’étudiant devra montrer un intérêt profond pour la micropaléontologie, la géochimie et
les modelisations numériques. Des prérequis en paléocéanographie ne sont pas
obligatoires mais recommandés.
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