Ecole Doctorale

Sciences de l'Environnement

Spécialité

Géosciences

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Paléoclimat,Géochimie organique,Europe,Dernier cycle climatique,Lac,Température continentale

Keywords

Paleoclimate,Organic geochemistry,Europe,Last climatic cycle,Lake,Continental temperautre

Titre de thèse

Reconstruction des températures continentales en Europe de l’Ouest à partir de l’étude des tétraéthers ramifiés dans les sédiments du lac de Saint Front (Massif Central, France)
Reconstruction of continental temperatures in Western Europe from the study of branched tetraethers in St Front lake sediments (Massif Central, France)

Date

Vendredi 21 Septembre 2018 à 14:00

Adresse

CEREGE Europôle Méditerranéen de l'Arbois Avenue Louis Philibert BP 80 13545 Aix-en-Provence cedex 04, FRANCE Amphithéâtre du Cerege

Jury

Directeur de these M. Nicolas THOUVENY CEREGE
Rapporteur Mme Maria SANCHEZ GONI EPOC
Rapporteur Mme Christine HATTé L.S.C.E.
CoDirecteur de these Mme Guillemette MéNOT ENS de Lyon
Examinateur M. Jeremy JACOB ISTO
Examinateur Mme Odile PEYRON Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier
Examinateur M. Edouard BARD Cerege

Résumé de la thèse

L’objectif de mon travail de thèse est de reconstituer l’évolution des températures continentales au cours du dernier cycle climatique, les 100 000 dernières années, en Europe de l’Ouest en utilisant un paléothermomètre organique développé récemment reposant sur la distribution des tétraéthers ramifiés. Le lac de Saint Front a été choisi pour mener cette étude car il a livré une longue séquence sédimentaire quasi-continue sur le dernier cycle climatique. Les assemblages de tétraéthers ramifiés (brGDGTs), des lipides membranaires bactériens utilisés pour reconstruire les températures dans le passé, ont ainsi été analysés sur ces carottes prélevées en 1991 et sur de nouvelles carottes collectées en 2016. Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à comprendre le fonctionnement du système actuel et à identifier l’origine terrestre ou aquatique des brGDGTs présents dans les sédiments du lac. La comparaison d’échantillons provenant du bassin versant et des sédiments de surface a permis de déterminer la prépondérance de la production lacustre des brGDGTs dans l’actuel. Parmi les outils de détermination de la source des brGDGTs, développés uniquement en domaine marin, seul le ratio IIIa/IIa parvient à discriminer les deux origines pour le lac St Front. Ce ratio a donc été utilisé pour retracer l’évolution des sources de brGDGTs le long de la séquence sédimentaire du lac. Il a révélé un changement progressif au cours de l’Holocène d’une production exclusivement aquatique à une production très majoritairement terrestre avec des évènements d’augmentation abrupte de la proportion de la source terrestre. Ces évènements ont pu être mis en lien, grâce à une étude multiproxies, aux changements de végétation du bassin versant via les variations des flux sédimentaires du bassin versant vers le lac qui en découlent. Ces changements d’origine climatique et/ou anthropique s’intègrent parfaitement à l’histoire climatique régionale et au schéma de peuplement humain établi dans la région. Dans un deuxième temps, une calibration lacustre a été utilisée pour reconstituer les températures de l’Holocène en corrigeant le biais induit par les brGDGTs d’origine terrestre. Ces résultats ont été comparés avec les températures reconstruites à partir de l’enregistrement des pollens. Les deux méthodes montrent une évolution similaire du climat de l’Holocène caractérisée par une augmentation des températures moyennes annuelles au début de l’Holocène jusqu’à atteindre un maximum thermique entre 10 000 et 7000 ans avant le présent, le maximum thermique de l’Holocène (HTM), qui est suivi d’une baisse des températures qui oscillent ensuite autour d’une valeur proche de la température actuelle. Ces signaux ne semblent pas être biaisés vers les températures d’été et montrent donc que le HTM n’est pas simplement le résultat d’un biais saisonnier. La variabilité rapide du climat est également enregistrée. Les reconstructions de température issues du lac St Front sont en accord avec les registres régionaux et globaux et permettent de caractériser l’histoire thermique en Europe de l’Ouest pendant l’Holocène. Pour finir, nous avons considéré la totalité de l’enregistrement sédimentaire qui couvre l’ensemble du cycle glaciaire pour lequel il existe très peu d’enregistrements en milieu continental. Du stade 2 au stade 5, le signal issu des GDGTs est cependant plus complexe à interpréter, mais le lac St Front a enregistré des réponses environnementales aux évènements climatiques abrupts qui ont caractérisé la dernière période glaciaire. Cette étude met ainsi en évidence l’importance de considérer l’ensemble du système lac et bassin versant, de comprendre le fonctionnement de ce système dans l’actuel et dans le passé en intégrant le signal issu des brGDGTs dans une étude multiproxies et en prêtant une attention particulière à l’évolution des sources des brGDGTs afin de limiter les biais dans la reconstruction du signal climatique.

Thesis resume

The aim of my PhD work is to reconstruct the evolution of continental temperatures during the last climatic cycle, which corresponds to the last 100 000 years, in Western Europe by using a recently developed organic paleothermometer based on the distribution of branched tetraethers. Lake Saint Front was chosen to conduct this study because it provided a long, almost continuous sedimentary sequence covering the last climatic cycle. The distribution of branched tetraethers (brGDGTs), bacterial membrane lipids used to reconstruct temperatures in the past, were analyzed on these cores collected in 1991 and on new cores collected in 2016. First, we focused on understanding how the current system works and identifying the terrestrial or aquatic origin of brGDGTs present in lake sediments. The comparison of samples from the catchment and surface sediments allowed to determine the current preponderance of lacustrine production of brGDGTs. Among the different tools used to determine the source of brGDGTs, developed in the marine domain, only the IIIa/IIa ratio succeeds in discriminating between the two origins for Lake St Front. This ratio was therefore used to trace the evolution of brGDGT sources along the sedimentary sequence of the lake. It revealed a gradual change during the Holocene from an exclusively aquatic production to a predominant terrestrial production with events of abrupt increase in the proportion of the terrestrial source. Thanks to a multiproxy study, these events have been linked to changes in catchment vegetation through resultant variations in sediment fluxes from the catchment to the lake. These changes of climatic and/or anthropogenic origin are perfectly integrated with the regional climatic history and human settlement pattern established in the region. In a second step, a lacustrine calibration was used to reconstruct the Holocene temperatures by correcting the bias induced by terrestrial brGDGTs. These results were compared with reconstructed temperatures from the palynological record. Both methods show a similar evolution of the Holocene climate characterized by an increase of the mean annual temperatures at the beginning of the Holocene until reaching a thermal maximum between 10 000 and 7000 years before present. This Holocene thermal maximum (HTM) is followed by a drop in temperatures which then oscillate around a value close to the current temperature. These signals do not seem to be biased towards summer temperatures and thus show that HTM is not simply the result of a seasonal bias. The rapid variability of the climate is also recorded. Temperature reconstructions from Lake St Front are consistent with regional and global records and allow to characterize thermal history in Western Europe during the Holocene. Finally, we considered the complete sedimentary record that covers the entire ice cycle for which there are sparse records in continental realm. From Stage 2 to Stage 5, the GDGT signal is more complex to interpret, but St Front Lake has recorded environmental responses to the abrupt climatic events that characterized the last glacial period. This study highlights the importance of considering the entire lake and catchment system, to understand how this system works in the present and in the past by integrating the signal from brGDGTs into a multiproxy study and by watching out for the evolution of the sources of the brGDGTs in order to limit the biases in the reconstruction of the climatic signal.