Soutenance de thèse de Agathe TOUMOULIN

Ecole Doctorale
Sciences de l'Environnement
Spécialité
Sciences de l'environnement: Géosciences
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Transition Éocène-Oligocène,modélisation climatique,paléoclimat,paléoceanographie,
Keywords
Eocene Oligocene Tansition,climate modelling,paleoclimate,Paleoceanography,
Titre de thèse
Impacts de l'ouverture du Passage de Drake, des changements de pCO2 et de l'englacement de l'Antarctique sur l'évolution du climat et de l'océan global de l'Éocène à l'Oligocène
Impacts of the Drake Passage opening, pCO2 changes and Antarctic ice sheet formation on the evolution of global climate and oceans from the Eocene to the Oligocene
Date
Tuesday 15 December 2020 à 14:30
Adresse
CEREGE, Technopôle de l'Arbois-Méditerranée BP80, 13545 Aix-en-Provence
amphithéâtre
Jury
Directeur de these M. Yannick DONNADIEU CEREGE
Rapporteur M. Gilles RAMSTEIN Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
Rapporteur Mme Emmanuelle PUCéAT Université de Bourgogne
Examinateur Mme Clara BOLTON CEREGE
Examinateur M. Guillaume LE HIR Université Paris VII
Examinateur M. Jean BORGOMANO Aix-Marseille Université

Résumé de la thèse

L'Éocène (56 – 33,9 Ma) est une période charnière dans l’évolution du climat au cours du Phanérozoïque. Elle est caractérisée par des changements de géographie importants, des évènements de réchauffements climatiques extrêmes, mais aussi, après près de 260 Ma de températures globalement plus élevées par un long refroidissement, initiant l’englacement à l'échelle continentale de l'Antarctique à la limite Éocène-Oligocène (~ 33.5 Ma). Cette thèse s'intéresse à la fois aux causes et aux conséquences de cette détérioration du climat. Une première partie analyse tout d’abord, les répercussions de l’ouverture du Passage de Drake sur le système océanique (circulation globale et températures). Nos résultats, en accord avec de précédentes études de géochimie (notamment isotopes de l’oxygène, du carbone et du néodyme) indiquent la mise en place d’un proto-Courant Circumpolaire Antarctique et d’une réorganisation de la circulation profonde dès les premiers stades d’ouverture du passage (100 m de profondeur), et la mise en place d’une différenciation thermique au sein de l’Atlantique avec des eaux plus froides dans l’hémisphère Sud. Nous montrons par ailleurs que, bien qu’il ne soit pas directement responsable de la progression de la calotte de glace Antarctique, cet évènement pourrait avoir participé à la mise en place de conditions climatiques y étant favorables. Une deuxième partie étudie ensuite l’impact de ces changements de dynamique océanique sur la productivité primaire. Nous montrons qu’à travers son effet sur la distribution des nutriments, l’ouverture du Passage de Drake favorise le développement de phytoplancton, lequel pourrait avoir joué un rôle dans la chute de la pCO2 au cours de l’Éocène. Enfin, une dernière partie s'intéresse plus particulièrement à la Transition Éocène-Oligocène (EOT, ~ 34 Ma) aux répercussions de la baisse de la pCO2, de l'englacement de l'Antarctique et, de la chute du niveau marin qui lui est associée, sur les systèmes océanique et continental. Une place importante est dédiée à la modélisation de l’évolution de la saisonnalité annuelle des températures. Cette analyse permet de reconstruire la présence de zones de fort renforcement des saisons, lesquelles pourraient avoir contribué à expliquer une partie des renouvellements de la biodiversité au cours de l’EOT.

Thesis resume

The Eocene (56 - 33.9 Ma) is a key period in the evolution of the climate during the Phanerozoic. It is characterized by significant changes in geography, extreme climate warming events, but also, after nearly 260 Ma of globally higher temperatures by a long cooling, initiating the formation of continental-scale ice sheet on Antarctica at the Eocene-Oligocene boundary (~ 33.5 Ma). This thesis focuses both on the causes and consequences of this climate deterioration. A first part analyzes, the repercussions of the opening of the Drake Passage on the ocean system (global circulation and temperatures). Our results, in agreement with previous geochemical studies (notably isotopes of oxygen, carbon and neodymium) indicate the establishment of a proto- Antarctic Circumpolar Current and a reorganization of the deep circulation from the first stages of the passage’s opening (100 m deep), and the establishment of thermal differentiation within the Atlantic with colder waters in the Southern Hemisphere. We also show that, although it is not directly responsible for the progression of the Antarctic ice cap, this event may have contributed to the establishment of favorable climatic conditions. A second part then studies the impact of these changes in ocean dynamics on marine primary production. We show that through its effect on the distribution of nutrients, the opening of the Drake Passage favors the development of phytoplankton, which may have played a role in the drop in pCO2 during the Eocene. A final section focuses on the Eocene-Oligocene Transition (EOT, ~ 34 Ma), the impact of declining pCO2, Antarctic Ice-sheet formation, and the associated sea level drop on ocean and continental systems. An important place is dedicated to the modelling of the evolution of the annual temperature seasonality. This analysis makes it possible to reconstruct the presence of zones of strong seasonality strengthening, which could have contributed to explain part of the renewal of biodiversity during EOT.