1Selon le sixième rapport d'évaluation du Groupe d'experts Intergouvernemental sur l'Évolution du Climat, le réchauffement climatique des dernières décennies a été plus rapide en Afrique que dans toutes les autres régions du monde. Les projections indiquent que pour un monde réchauffé de 4°C, 2°C ou même 1,5°C, ces changements seront accrus et supplémentés par une augmentation de la fréquence et de l’intensité des évènements de fortes précipitations pour une grande partie du continent africain. Ainsi, le Sahara et le Sahel, régions respectivement aride et semi-aride à l’actuel, subiront de plus en plus de périodes d’intenses précipitations, engendrant des modifications importantes du cycle hydrologique dans ces régions. L’ensemble des changements hydrologiques prédits aura sans nul doute de fortes répercussions sur les conditions de vie et économiques des populations locales. Afin d’améliorer les capacités d’adaptation de ces régions parmi les plus sensibles au changement climatique, de nombreuses études multidisciplinaires tel que le programme de recherche international d’Analyses Multidisciplinaires de la Mousson Africaine (AMMA) s’intéressent aux réponses de l’environnement et des écosystèmes au changement climatique rapide dans ces régions. Une approche complémentaire à ces études menées dans le contexte climatique actuel permettant d’améliorer notre compréhension des mécanismes et réponses environnementales associées à ces périodes de changements rapides du cycle hydrologique consiste à aller étudier des analogues dans le passé. En effet, au cours du Quaternaire, les variations d’insolation reçues au niveau du continent africain ont régi la dynamique de la mousson dans cette région engendrant la récurrence de périodes d’intenses précipitations appelées périodes humides Africaines (AHP). Sur le continent, ces AHP se caractérisent par une profonde transformation du cycle hydrologique saharien, favorisant l’essor de vastes réseaux fluviatiles, la hausse du niveau des lacs ainsi que le développement d’une faune et d’une flore tropicale au sein d’une région actuellement hyperaride. Dans le contexte de réchauffement climatique, ces périodes de basculement brutal entre deux états climatiques extrêmes (aridité versus humidité) du continent Nord-Africain représentent ainsi de précieux analogues passés qui demeurent cruciaux à étudier pour améliorer les projections climatiques de ces régions vulnérables.
2Dans ce contexte climatique et sociétal, ce travail de thèse a pour objectif d’améliorer notre compréhension des mécanismes et forçages associés à la mise en place, durée, terminaison et récurrence des AHP que renseignent les deux derniers cycles climatiques correspondant aux derniers 240 ka et ce, à partir de l’étude du signal détritique terrigène éolien enregistré en Méditerranée Occidentale et en Atlantique Tropical Nord-Est.
3De nombreuses études se sont intéressées aux mécanismes associés à l’initiation et à la terminaison de l’AHP la plus récente qui s’est produite au début de l’Holocène entre environ 15 et 5 ka. Bien que fortement renseignée, cette période reste encore très discutée dans la littérature. Un facteur compliquant sa compréhension réside possiblement dans le fait qu’elle corresponde à une période où les paramètres orbitaux (excentricité, obliquité et précession ; fig. 1) qui régissent la quantité d’insolation reçue sur Terre et donc la dynamique de la mousson atteignent leur maxima de façon relativement synchrone, ne permettant pas de clairement définir leurs rôles respectifs. Ainsi, l’étude de plus anciennes AHP, correspondant à des configurations orbitales différentes de l’AHP Holocène pourraient apporter des éléments de réponse à ce débat. Au cours des deux derniers cycles climatiques, huit AHP ont été identifiées dans la littérature (fig. 1). Toutefois, peu d’études leurs ont été consacrées jusqu’à présent, de par la difficulté à trouver des archives et des traceurs climatiques les renseignant de façon continue sur cette période de temps. Ce travail de thèse propose de contourner cette difficulté en étudiant le matériel détritique terrigène éolien (communément appelé « poussières Sahariennes ») émis depuis le Sahara et le Sahel et enregistré de façon continue dans des archives sédimentaires de la Méditerranée Occidentale et de l’océan Atlantique Tropical Nord-Est (ATNE) ; régions vers lesquelles ces aérosols désertiques sont majoritairement transportés. En effet, l’étude de la variabilité au cours du temps de la distribution granulométrique ou encore de la composition minéralogique et géochimique de ces poussières minérales contribue à documenter les changements climatiques et environnementaux. Notamment, ces caractérisations fournissent de précieuses informations sur la provenance des poussières et sur les changements des conditions environnementales régnant au niveau des sources (e.g., état d’aridité, végétation). Ainsi, en plus de renseigner la circulation atmosphérique passée (direction et intensité des vents), la caractérisation de la signature détritique terrigène des poussières Sahariennes déposées au cours des AHP offre, de façon indirecte, une opportunité inédite de proposer des reconstructions continues du cycle hydrologique saharien au cours de ces transitions climatiques clés.
4Ce travail de thèse repose en grande partie sur la reconstruction du signal éolien enregistré dans deux archives sédimentaires stratégiquement sélectionnées sous l’influence des panaches de poussières Sahariennes (fig. 2). Tout d’abord la carotte BAS15-MC (42°03’N, 09°08’E ; 2092 m d’altitude) prélevée dans le lac de haute altitude de Bastani en Corse (Méditerranée Occidentale) et qui couvre les derniers 12 ka. Cette archive étudiée à très haute résolution (1 échantillon/100 ans) a pour objectif de contribuer à alimenter les discussions autour de l’AHP Holocène. Ensuite, la carotte MD03-2705 (18°05’N, 21°09’W ; 3085 m de profondeur) prélevée au large de la Mauritanie dans l’océan Atlantique Tropical Nord-Est. Les deux derniers cycles climatiques de cette archive sont étudiés avec une résolution moyenne d’un échantillon tous les 200 ans afin de documenter les sept AHP antérieures à celle de l’AHP Holocène. L’approche méthodologique développée pour reconstruire le signal éolien enregistré dans ces deux archives repose sur la détermination de la distribution en taille par granulométrie laser et du cortège argileux par diffraction des rayons X des particules éoliennes, combinées à des observations microscopiques par microscopie électronique à balayage et des analyses géochimiques élémentaires par fluorescence X des sédiments.
5Le travail de thèse se décline en cinq chapitres. Les deux premiers chapitres rassemblent l’ensemble des prérequis nécessaires à la compréhension du mémoire et présentent les archives sédimentaires et méthodes utilisées. Le troisième chapitre constitue une partie d’approfondissement analytique incluant des calibrations inter-laboratoires et méthodologiques de mesures granulométriques et minéralogiques, ainsi que la description d’un logiciel de déconvolution automatisé permettant d’améliorer la semi-quantification des minéraux argileux développé dans le cadre de cette thèse. Le quatrième chapitre se consacre à l’AHP Holocène. Ce chapitre est divisé en deux parties. La première partie présente une synthèse bibliographique inédite pour cette période temporelle. En effet, multi-archives et multi-traceurs, cette synthèse prend en compte plus de 140 références publiées au cours des 50 dernières années et couvre pour la première fois l’ensemble du continent Nord-Africain, son pourtour et le Bassin méditerranéen (50°N-10°S ; 20°W-60°E). Après avoir introduit la méthodologie employée pour sa construction, les dates d’entrée et de sortie de l’AHP Holocène publiées dans la littérature ainsi que sa durée sont discutées en fonction de trois paramètres : la latitude, la longitude et le traceur utilisé (e.g., poussières Sahariennes, niveau des lacs, assemblages polliniques, sapropèles, composition isotopique de cires de feuilles). Ce travail permet de poursuivre des discussions initiées dans de précédentes études concernant les variations spatio-temporelles de la sortie de l’AHP Holocène mais avec pour la première fois, une vision intégrant le Bassin méditerranéen et une analyse de l’entrée et de la durée de cette AHP. La deuxième partie de ce quatrième chapitre porte sur la reconstruction du signal éolien enregistré dans l’archive BAS15-MC en Méditerranée Occidentale. Une comparaison du signal éolien obtenu avec les autres signaux éoliens existants pour le Bassin méditerranéen et l’ATNE permet de discuter (1) de la temporalité de l’expression de l’AHP au travers du signal éolien au niveau du Bassin méditerranéen et (2) de la prise en considération de la fraction granulométrique étudiée (argiles versus silts) dans les reconstructions paléoclimatiques du signal éolien saharien au niveau du continent Nord-Africain et de son pourtour. Finalement, le dernier chapitre s’intéresse aux AHP antérieures à l’AHP Holocène que renseignent les deux derniers cycles climatiques à partir de l’étude du signal éolien enregistré dans l’archive MD03-2705 localisée en ATNE. Après avoir reconstruit et proposé des interprétations du signal éolien en termes de circulation atmosphérique (intensité des vents) et cycle hydrologique (aridité/disponibilité des sources), la récurrence des huit dernières AHP est explorée à partir d’analyses spectrales. Ce travail statistique permet de dissocier le rôle des différents paramètres orbitaux sur les temporalités et mécanismes de mise en place, terminaison et durée des différentes AHP.
6Dans son ensemble, le travail de synthèse bibliographique et le jeu de données produit dans le cadre de ce travail de thèse contribuent à documenter de façon inédite les temporalités, forçages, mécanismes et réponses environnementales associés aux huit dernières AHP.
Fig. 1 : Cadre temporel de l’étude couvrant les derniers 240 ka.
(A-D) Paramètres orbitaux et insolation d’été à 65°N (Laskar et al., 2004). (E) Flux de poussières Sahariennes obtenu pour la carotte MD03-2705 (Skonieczny et al., 2019). Les derniers 240 ka correspondent aux deux derniers cycles climatiques. Cette période inclue deux terminaisons climatiques (TI et TII), sept stades isotopiques marins (MIS) et comprend huit périodes humides Africaines (AHP) nommées 1 à 8 et symbolisées sur la figure par les bandes vertes.
Maxime Leblanc
Fig. 2 : Cartographie des poussières Sahariennes détectées pour l’ensemble de la colonne atmosphérique au niveau du continent Nord-Africain le 17 juin 2021 entre 18h00 et 18h59 (Source : Giovanni, NASA EarthData, modèle MERRA-2).
La localisation des deux archives sédimentaires étudiées dans le cadre de ce travail de thèse (BAS15-MC et MD03-2705) sont identifiées par des étoiles noires.
Black stars identify the location of the two sedimentary archives studied in this thesis (BAS15-MC and MD03-2705).
Maxime Leblanc
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