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Candidature MCF section 35/36 Emmanuelle PucéatConcours 2005 profil n°1474

Notice des Titres et Travaux

- Emmanuelle PUCEAT-

Position actuelle : post-doc CNRS (laboratoire d’accueil : Géosciences Rennes UMR CNRS 6118, Université de Rennes1; laboratoire associé : LSCE, UMR CEA-CNRS 1572, CEA Saclay)

Coordonnées professionnelles : Laboratoire des Sciences du Climat et de l’EnvironnementUMR CEA-CNRS 1572 DSM/Ormes des Merisiers/Bât. 709CEA Saclay91191 Gif Sur YvetteTel : 01-69-08-65-81e-mail : [email protected]

Coordonnées personnelles: 166 rue Raymond Losserand75014 ParisTel: 01-45-40-32-12

Candidature Maître de Conférence Section 35/36

Université de Bourgogne – UMR 5561 Biogéosciences

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SOMMAIRE

I. Curriculum Vitae

FormationCompétencesExpérience d’enseignementExpérience de recherchePublications

- Publications dans des revues avec comité de lecture- Communications dans des colloques nationaux et internationaux

Divers

II. Activités d’enseignement

Bilan des activités d’enseignementProjet d’enseignement

III. Activités de recherche

ProfilTravaux réalisésProjets de recherche

IV. Responsabilités administratives

V. Bibliographie

VI. Annexes

Rapport de soutenance de thèseFiches de service d’enseignementExemplaire des publications suivantes :

-Pucéat, E., Lécuyer, C., et Reisberg L. Neodymium isotope evolution of NW Tethyan shelf water throughout the Cretaceous. Soumis à Earth and Planetary Science Letters.

-Pucéat, E., Lécuyer, C., Sheppard, S.M.F., Dromart, G., Reboulet, S., et Grandjean, P., 2003. Thermal evolution of Cretaceous Tethyan marine waters inferred from oxygen isotope composition of fish tooth enamels. Paleoceanography, v.18, n°2, p.7-1/7-12 (doi:10.1029/2002PA000823).Exemplaire de la thèse

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I. Curriculum Vitae

Emmanuelle Pucéat

Nationalité FrançaiseSituation familiale célibataireDate de naissance 30 Mars 1976 Lieu de naissance Saint Etienne, France

Formation

2000-2004 : Doctorat (spécialité Sciences de la Terre, obtenu le 21 juin 2004 avec la mention très honorable). Thèse intitulée “Evolution du climat et circulation océanique au Crétacé – utilisation de la composition isotopique (δ 18O, ε Nd) de dents de poissons”, Laboratoire CNRS UMR 5125 PaléoEnvironnement et PaléobioSphère – Université Claude Bernard, Lyon1. Directeur de thèse : Christophe Lécuyer.

1997-2000 : Magistère Sciences de la Terre, mention bien, Ecole Normale Supérieure, Lyon :

• Juin 2000 : DEA Paléontologie et Environnements Sédimentaires, mention bien, Université Claude Bernard, Lyon1.

• Juin 1999 : Maîtrise Sciences de la Terre, mention bien, Université Joseph Fourier (Grenoble), et deuxième année du Magistère Sciences de la Terre, mention bien, Ecole Normale Supérieure (Lyon).

• Juin 1998 : Licence Sciences de la Terre, mention assez bien, Université Joseph Fourier (Grenoble), et première année du Magistère Sciences de la Terre, mention assez bien, Ecole Normale Supérieure (Lyon).

1994-1997 : DEUG Sciences de la Matière, mention assez bien, Université Jean Monnet, St Etienne.

1994 : Baccalauréat C, mention assez bien.

Compétences

Utilisation autonome de techniques d’analyse isotopique (spectromètre de masse à source gazeuse, TIMS).

Utilisation autonome de techniques de caractérisation des propriétés optiques de minéraux (spectromètre Raman, spectromètre Infra-Rouge).

Manipulation autonome en salle blanche (chimie des phosphates ; chimie des terres rares).

Utilisation autonome d’un appareil de cathodoluminescence.

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Expérience d’enseignement

2003-2004 : poste d’ATER à temps complet (199h d’enseignement effectuées) à l’Ecole Normale Supérieure de Lyon :• Terrain (préparation à l’agrégation et Magistère, première et deuxième

année) : 136 h équivalent TD.• Télédétection (cours, Magistère deuxième année) : 15h équivalent TD.• Cycles Géochimiques (cours, préparation à l’agrégation) : 6h équivalent TD.• Environnements océaniques (cours et TD, Magistère première année) : 19h

équivalent TD.• Module d’anglais : exposés scientifiques (encadrement et évaluation) : 10h

équivalent TD.• Leçons (préparation à l’agrégation) : 6h équivalent TD.• TP blanc (préparation à l’agrégation) : 2h équivalent TD.• Cours de géochimie (DEA Paléontologie et Environnements Sédimentaires) :

3h équivalent TD.• Paléontologie et évolution (Magistère première et deuxième année) : 2,5h

équivalent TD.

2000-2003 : monitorat, 190h d’enseignement sur trois ans à l’Université Claude Bernard, Lyon1:

• TD de géologie générale et TP de cartographie, DEUG SVT première année : 21h équivalent TD.

• Cours de géochimie (DEA Paléontologie et Environnements Sédimentaires) : 2h équivalent TD.

• TP de chimie de l’eau, Maîtrise Sciences de l’Environnement : 92h équivalent TD.

• Projet pilote d’Introduction aux Sciences de la Terre, DEUG SVT première année :

-Travaux tutorés de géologie générale, 30h équivalent TD.-Encadrement de sortie sur le terrain (initiation à l’observation d’objets géologiques) :

25h équivalent TD.-Participation à la mise en place du site internet (http://nte-serveur.univ-

lyon1.fr/geosciences), partie “géodynamique externe” : 20h équivalent TD.

Expérience de recherche

2004-présent : Post-doc “Les climats Crétacés : des données aux modèles”, sous la direction de F. Guillocheau (Géosciences Rennes) et de G. Ramstein (LSCE, CEA Saclay).

2000-2004 : Thèse de diplôme de Doctorat intitulée “Evolution du climat et de la circulation océanique au Crétacé – utilisation de la composition isotopique (δ 18O, ε Nd) de dents de poissons”, réalisée sous la direction de C. Lécuyer, au sein du Laboratoire CNRS UMR 5125 PaléoEnvironnement et PaléobioSphère – Université Claude Bernard, Lyon1.

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http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/geosciences

http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/geosciences


Thèse soutenue le 21 juin 2004 devant le jury composé de :M. Christian France-Lanord RapporteurM. Gilles Ramstein RapporteurM. Christophe Lécuyer Directeur de thèseM. Gregory Price ExaminateurM. Bruno Reynard ExaminateurM. Torsten Vennemann Examinateur

Mots-clefs : Crétacé, apatite, isotopes, oxygène, néodyme, climat, température, océan.

2000 : Stage de DEA “Evolution thermique des eaux marines de surface de la Téthys occidentale au cours du Crétacé, relations avec les migrations de faune et la biodiversité”, sous la direction de C. Lécuyer, G. Dromart, B. Reynard, et S. Sheppard. Laboratoire CNRS UMR 5125 PaléoEnvironnement et PaléobioSphère – Université Claude Bernard, Lyon1. (6 mois)

1999 : Stage de 2ième année de Magistère “Cadmium incorporation in reef-building corals from tropical Atlantic”, sous la direction de E. Boyle. Massachusetts Institute of Technology (MIT), Boston. (3 mois)

1998 : Stage de 1ière année de Magistère “Modélisation de la croissance des calottes polaires”, sous la direction de C. Ritz, Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement (LGGE), Université Joseph Fourier, Grenoble. (1 mois)

Publications

Publications dans des revues avec comité de lecture

Pucéat, E., Lécuyer, C., Sheppard, S.M.F., Dromart, G., Reboulet, S., et Grandjean, P., 2003. Thermal evolution of Cretaceous Tethyan marine waters inferred from oxygen isotope composition of fish tooth enamels. Paleoceanography, v.18, n°2, p.7-1/7-12 (doi:10.1029/2002PA000823).

Pucéat, E., Reynard, B., et Lécuyer, C., 2004. Can crystallinity be used to determine the degree of chemical alteration of biogenic apatites? Chemical Geology, v.205, p. 83-97.

Pucéat, E., Lécuyer, C., et Reisberg L., 2005. Neodymium isotope evolution of NW Tethyan upper ocean water throughout the Cretaceous. Earth and Planetary Science Letters, in press.

Pucéat, E., Donnadieu, Y., Fluteau, F., et Ramstein, G. Thermohaline circulation changes during the Maastrichtian : Tectonic and hydrographic forcings. Soumis à G3.

Kriwet, J., Lirio, J. M., Nuñez, H. J., Puceat, E., et Lécuyer, C. Late Cretaceous Antarctic fish diversity. Soumis à “Cretaceous Tertiary high-latitude palaeoenvironments, James Ross Basin, Antarctica.” Special Publication of the Geological Society of London. Eds. D. PIRRIE, J.E. FRANCIS AND J.A. CRAME.

Pucéat, E., Lécuyer, L., Donnadieu, Y., Cappetta, H., et Ramstein, G. Fish tooth δ 18O revising Late Cretaceous meridional SST gradients. In prep.

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Colloques nationaux et internationaux

Contribution orale :

Pucéat, E., Lécuyer, C., Sheppard, S.M.F., et Dromart, G., 2001. Long-term (>1Myr) thermal evolution of surface marine waters inferred from oxygen isotope compositions of fish tooth enamel. Séance Spécialisée de la Société Géologique de France (SGF) "Paléobiodiversité Crise Paléoenvironnement", Paris, 6-7 Décembre, p. 49.

Pucéat, E., Lécuyer, C., Sheppard, S.M.F., et Dromart, G., 2002. Long-term (>1Myr) thermal evolution of Cretaceous Tethyan surface marine waters inferred from oxygen isotope compositions of fish tooth enamel. Symposium "Stable Isotope Signature for Establishing Palaeoenvironmental Change", American Chemical Geology, National meeting, Orlando, USA, 7-11 Avril.

Lécuyer, C., Picard, S., Pucéat, E., et Sheppard, S.M.F., 2002. Mesozoic sea surface temperatures of the western Tethys inferred from δ 18O of fish teeth. 12th Annual V.M. Goldschmidt Conference, Davos, Suisse, 18-23 Août, Geochemica et Cosmochemica Acta v.66, A439.

Fluteau, F., Ramstein, G., Besse, J., Pucéat, E., et Lécuyer, C., 2004. Is Mid Cretaceous climate equable ? Simulations of Aptian and Cenomanian show major climatic differences. European Geosciences Union, Nice, 25-30 avril, Geophysical Research Abstracts, v.6, 05263.

Poster :

Riquier, L., Mattioli, E., Pittet, B., Excoffier, F., et Pucéat, E., 2002. Calcareous nannoplankton and palaeoenvironmental changes in the Valanginian (Lower Cretaceous) of the Vocontian through, SE France. STRATI 2002 -3ième congrès français de stratigraphie, Lyon, 8-10 juillet, Documents STU Lyon, Gaillard et Hantzpergue Coordinateurs, p. 196.

Pucéat, E., Lécuyer, C., Sheppard, S.M.F., Dromart, G., Reboulet, S., et Grandjean, P., 2002. Long-term (>1Myr) thermal evolution of Cretaceous Tethyan surface marine waters inferred from oxygen isotope compositions of fish tooth enamel. Colloque Eclipse CNRS "Environnement et climat du passé : histoire et évolution", Paris, 21-22 Octobre.

Ramstein, G., Donnadieu, Y., Fluteau, F., Pucéat, E., Lécuyer, C., et Pierrehumbert, R., 2004. The Cretaceous climate : is it so different that the present-day one ? ICP VIII – 8th

International Conference on Paleoceanography, Biarritz 5-10 septembre, p. 49.

Pucéat, E., Donnadieu, Y., Fluteau, F., et G. Ramstein, 2005. EGU 2005, Vienne, Autriche,

Roche, D., Donnadieu, Y., et Pucéat, E. EGU 2005, Vienne, Autriche.

Divers

Escalade, équitation, plongée, danse bretonne.

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II. Activités d’enseignement

J’ai durant mes trois années de thèse assumé une charge partielle d’enseignement sous la forme d’un monitorat. J’ai trouvé cette expérience très enrichissante et l’ai renouvelée l’année suivante dans le cadre d’un ATER complet à l’Ecole Normale Supérieure de Lyon. La totalité de l’enseignement que j’ai dispensé jusqu’à présent s’élève à 389h équivalent TD.

Mon expérience d’enseignement se situe dans le domaine des Sciences de la Terre. Durant le monitorat, j’ai enseigné en DEUG Sciences de la Vie et de la Terre première année (travaux pratiques de cartographie et travaux dirigés de géologie générale –Biosphère, Chronologie relative et absolue, sismologie, tectonique des plaques, vents et courants, sédimentologie, planétologie comparée) et deuxième année (travaux pratiques de radioactivité), ainsi qu’en Maîtrise Sciences de l’Environnement (travaux pratiques de chimie de l’eau). Je me suis d’autre part impliquée dès ma deuxième année de monitorat dans l’application d’un projet pilote d’Introduction aux Sciences de la Terre concernant une section du DEUG Sciences de la Vie et de la Terre première année et comprenant l’utilisation des nouveaux outils de communication (TICE). Ce projet pilote comportait une diminution des cours magistraux dans la formation, compensée par une augmentation de l’enseignement sous la forme de cours-TP-TD intégrés (appelés les “travaux tutorés”) et par du temps dégagé pour les étudiants pour de l’“auto-formation” en utilisant les cours mis à disposition sur un site internet associé développé par notre équipe pédagogique (http://nte-serveur.univ-lyon1.fr/nte/geosciences). Dans le cadre de ces travaux tutorés, j’ai encadré durant deux ans plusieurs groupes d’une quinzaine d’étudiants. J’ai d’autre part participé à la réalisation d’une partie du site internet associé (partie “Geodynamique externe”). Enfin, toujours dans le cadre de ce projet pilote, j’ai encadré à plusieurs reprises une sortie sur le terrain d’une durée d’une journée (initiation à l’observation d’objets géologiques).

Dans le cadre de l’ATER qui a succédé au monitorat, j’ai enseigné exclusivement en Magistère Sciences de la Terre première et deuxième année et dans le cadre de la préparation à l’Agrégation Sciences de la Vie et de la Terre à l’Ecole Normale Supérieure de Lyon. Je suis également intervenue ponctuellement dans le DEA Paléontologie et Environnements Sédimentaires de l’Université Claude Bernard (3h de cours: “géochimie des apatites biogènes, application à la reconstitution des paléoenvironnements”). Durant mon ATER, j’ai enseigné aussi bien dans ma spécialité (cours d’océanographie, cours de géochimie, leçons dans le cadre de la préparation à l’agrégation, intitulées “Conséquences climatiques des grandes éruptions volcaniques”, “Climat et paysage”, et “Les courants océaniques : impacts sur les climats et la sédimentation”) qu’en dehors (ex. cours de télédétection). L’enseignement que j’ai effectué comprend d’autre part plus de deux semaines d’encadrement de sorties terrain en géologie. Ces sorties terrain ont porté des thèmes variés :

• 2 jours sur le thème “volcanisme du massif central” (Magistère première année)

• 2 jours sur le thème “sédimentologie” (Magistère première année)• 9 jours sur la formation des Alpes (Magistère deuxième année)• 4 jours d’initiation au terrain (préparation à l’agrégation ; magmatisme,

cartographie, sédimentologie, géologie structurale)• 6 jours sur la formation des Alpes (préparation à l’agrégation)

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III. Activités de recherche

III.1. Profil :

Etude de l’évolution à long terme du climat (échelle supérieure au million d’année), et plus spécifiquement celui du Crétacé. Utilisation de proxies de la température des eaux marines de surface et de traceurs de la circulation océanique (δ 18O et ε Nd, respectivement). Utilisation de CLIMBER-2 (CLIMate-BiosphERe model), un modèle couplé océan-atmosphère de complexité intermédiaire, pour comprendre les mécanismes à l’origine des changements climatiques.

III.2. Outils et compétences développés au cours de mes travaux antérieurs:

L’ensemble des outils et des compétences acquis au cours de mes travaux antérieurs est brièvement détaillé dans cette partie. J’ai réalisé mon DEA et ma thèse au Laboratoire PaléoEnvironnements et PaléobioSphère (PEPS) de Lyon, sous la direction de C. Lécuyer. L’objectif principal de ma thèse était d’étudier l’évolution du climat et de la circulation océanique au cours de l’ensemble du Crétacé, en se focalisant plus particulièrement sur l’enregistrement des températures et des variations dans les échanges entre les masses d’eau pour les basses et moyennes latitudes. J’ai ensuite poursuivi l’étude des climats Crétacés durant un post-doc, qui a débuté en septembre 2004 et s’effectue au Laboratoire Géosciences Rennes (avec F. Guillocheau), en collaboration avec le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement. L’objectif de ce post-doc est de s’intéresser plus précisément aux mécanismes qui gouvernent l’évolution du climat durant le Crétacé en utilisant un modèle climatique de complexité intermédiaire (CLIMBER-2) qui permet de multiplier les expériences de sensibilité. Enfin j’inclurai ici un stage « pré-doctoral », effectué au Massachussetts Institute of Technology (MIT, Boston, USA) sous la direction de E. Boyle et portant sur l’intégration du cadmium dans les coraux.

III.2.1. Travaux réalisés au MIT (3 mois, 1999) :

Ce stage de deuxième année de Magistère m’a permis de me familiariser avec la reconstitution de paléoenvironnements à l’aide d’outils géochimiques, et avec le travail en laboratoire. Sous la direction de E. Boyle, j’ai analysé, en collaboration avec M. Reuer, le rapport Cd/Ca de la calcite de coraux provenant du bassin de Cariaco (Venezuela), afin de reconstituer les variations d’upwelling dans ce bassin depuis 1920. Ces mesures ont permis de montrer l’existence d’une diminution du rapport Cd/Ca entre 1946 et 1952, qui est cohérente avec une variation d’intensité des upwellings dans cette région et durant cet intervalle de temps (Reuer et al., 2003). Le cadmium est un élément trace dans les coraux et son analyse nécessite une grande rigueur et précision dans la chimie par voie humide, pour éviter toute contamination par du cadmium d’origine externe.

III.2.2. Travaux réalisés au Laboratoire PEPS (2000-2004) :

L’originalité de mon étude a été d’utiliser en parallèle pour la reconstitution des températures et l’identification de changements de circulation océanique la composition isotopique de l’oxygène (δ 18O) et du néodyme (ε Nd) de dents de poissons. Ce matériel présente en effet de nombreux avantages pour la reconstitution des environnements passés. D’une part la faible porosité, la cristallinité initiale très élevée et la forte concentration initiale en fluor de l’apatite formant l’émail de dents de poissons rendent ce biominéral

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particulièrement résistant aux processus de dissolution-reprécipitation (Miake et al., 1991 ; Aoba, 1997). D’autre part la résistance de la liaison P-O du groupement phosphate à l’hydrolyse inorganique permet au groupement phosphate de conserver sa signature isotopique même après plusieurs phases de dissolution-reprécipitation (Tudge, 1960 ; Lécuyer et al., 1999). L’émail de dents de poissons présente ainsi un très fort potentiel de préservation du signal isotopique originel (Kolodny et al., 1983). D’autre part, la précipitation biogène de l’apatite des dents de poissons est réalisée à l’équilibre isotopique (pour l’oxygène) avec l’eau environnante. Il n’y a donc pas d’effets vitaux lors de l’intégration de l’oxygène dans l’apatite durant la formation des dents. Une unique équation de fractionnement peut être appliquée pour toutes les espèces de poissons, et peut donc être utilisée pour les espèces éteintes (Vennemann et al., 2001 ; Lécuyer et al., 2003). Enfin, l’analyse conjointe du δ 18O et de l’ε Nd d’un même échantillon présente l’avantage de pouvoir mettre directement en relation l’évolution de la température et d’un traceur de la circulation océanique pour une même masse d’eau.

III.2.2.1. Préservation du signal géochimique originel des apatites biogènes au cours des temps géologiques:

Malgré le fort potentiel de préservation du signal isotopique originel de l’apatite biogène au cours des temps géologiques, il a été montré qu’une modification du signal géochimique originel des apatites biogènes restait possible (Shemesh, 1990 ; Kolodny et Luz, 1991 ; Reynard et al., 1999).

J’ai choisi d’explorer la pertinence de l’utilisation de la cristallinité des apatites comme critère pour juger de la préservation du signal isotopique, et ai étendu l’étude amorcée par Shemesh (1990) sur la cristallinité des apatites sédimentaires à différents types d’apatites biogènes, actuelles et fossiles (os, émail, dentine de poissons; conodontes; lingules). J’ai choisi pour cela d’utiliser la spectrométrie Raman, qui permet d’avoir accès aux propriétés optiques des matériaux examinés, car les analyses sont rapides et non destructives. Plus de 350 spectres Raman ont ainsi été obtenus. Le contexte géologique ainsi que la géochimie ont permis de déterminer l’état (sain ou altéré) des échantillons. Un indice de cristallinité (C.I.) a été défini par comparaison entre la largeur à mi-hauteur du pic intense caractérisant la vibration d’étirement symétrique du groupement PO4

3- de l’apatite des échantillons avec celle d’une apatite magmatique de référence. Quatre conclusions principales ressortent de cette étude : 1) des différences importantes de cristallinité initiale des apatites se distinguent qui sont principalement dues à leur origine biologique (conodontes, lingules, poissons) ; 2) indépendamment de l’indice de cristallinité d’origine de chaque groupe d’apatite biogénique, la signature isotopique originelle de ces apatites peut être préservée sur une longue période ; 3) des perturbations importantes du signal géochimique (abaissant les rapports La/Sm et les valeurs de δ 18O) peuvent apparaître sans recristallisation significative ; et 4) l’altération par la chaleur, marquée par la transformation de la matière organique restante dans les échantillons fossiles en graphite, se traduit par un fractionnements des terres rares et par des échanges de composition isotopique de l’oxygène entre l’apatite et le milieu extérieur. Mon étude a ainsi permis de montrer que, contrairement à ce qui avait été supposé par certains auteurs (ex. Shemesh, 1990), le comportement complexe des apatites biogènes par rapport aux processus d’altération ne permet pas d’utiliser un critère structural simple tel que l’indice de cristallinité pour identifier et quantifier les modifications géochimiques possibles de l’apatite fossile. La meilleure méthode disponible pour l’instant pour caractériser l’état de préservation du signal isotopique originel dans les apatites biogènes marines reste l’analyse du rapport La/Sm (Reynard et al., 1999).

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Pucéat, E., Reynard, B., et Lécuyer, C., 2004. Can crystallinity be used to determine the degree of chemical alteration of biogenic apatites? Chemical Geology 205, 83-97.

III.2.2.2. Evolution des températures marines de surface de la Téthys occidentale au cours du Crétacé:

Dans le cadre de ma thèse, je me suis focalisée sur l’un des paramètres permettant de décrire et de quantifier l’évolution du climat : les températures marines de surface. Les reconstitutions de l’évolution à long terme de la température sont encore très peu nombreuses et restaient essentiellement basées sur la composition isotopique de l’oxygène de carbonates (Huber et al., 1995 ; Clarke et Jenkyns, 1999). Une courbe de température avait toutefois été proposée sur la base de l’analyse de dents de poissons par Kolodny et Raab (1988), mais ne s’appuyait que sur un nombre de données très restreint et mal contraintes stratigraphiquement.

J’ai analysé une soixantaine de dents de poissons (espèces vivant dans la couche superficielle de la colonne d’eau) pour leur δ 18O, et j’ai ainsi établi une courbe de température des eaux marines de surface pour les basses latitudes (Europe de l’ouest, dont la latitude est restée relativement constante au cours du Crétacé). La forme de l’évolution du δ 18O des dents de poissons est similaire à celle du δ 18O de roche totale carbonatée (Clarke et Jenkyns, 1999) et à celle du δ 18O de foraminifères planctoniques (Huber et al., 1995), déposés ou formés à d’autres paléolatitudes et en milieu pélagique (Fig.1). Ceci confirme que le signal enregistré est un signal climatique global. Ce travail a permis en outre de détailler le Crétacé inférieur, ce qui n’avait pas été possible dans les précédentes études à long terme, et met en évidence plusieurs refroidissements à l’échelle du million d’année au début du Crétacé. La courbe montre ensuite un réchauffement progressif de l'Aptien jusqu'à l’intervalle Albien terminal-Turonien qui présente les températures maximales pour le Crétacé. La température des eaux marines de surface diminue ensuite progressivement jusqu'au Maastrichtien qui présente des températures aussi basses qu'au Crétacé inférieur (Fig.1).

Pucéat, E., Lécuyer, C., Sheppard, S.M.F., Dromart, G., Reboulet, S., et Grandjean, P., 2003. Thermal evolution of Cretaceous Tethyan marine waters inferred from oxygen isotope composition of fish tooth enamels. Paleoceanography 18 (2), 7-1/7-12 (doi:10.1029/2002PA000823).

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Fig.1. Courbe d’évolution de la température des eaux marines de surface de la Téthys occidentale durant le Crétacé reconstruite à partir du δ 18O de dents de poissons (Pucéat et al., 2003) et comparaison avec les courbes précédentes d’évolution à long terme du δ 18O de carbonates (roche totale et foraminifères planctoniques) et de phosphates (dents de poissons). L’échelle des températures s’applique ici aux mesures des dents de poissons et non aux mesures de carbonates, et la correspondance avec les mesures isotopiques est réalisée avec l’équation de Kolodny et al. (1983) et un δ 18O de l’eau de mer de -1‰ qui correspond au δ 18O de l’océan en l’absence de calottes polaires. Echelle de temps de Gradstein et al. (1994).

III.2.2.3. Reconstruction du gradient latitudinal de température pour les basses et moyennes latitudes au milieu et à la fin du Crétacé:

Une compilation de données de la littérature (δ 18O de foraminifères planctoniques) montre une forte diminution du gradient latitudinal de température durant le refroidissement du Crétacé supérieur, et suggère l’existence de températures en basse latitude anormalement faibles au Maastrichtien (D’Hont et Arthur, 1996 ; Bice et Norris, 2002 ; Pucéat et al., 2003). Cette évolution du gradient impliquerait une augmentation conséquente du transfert méridional de chaleur entre le milieu et la fin du Crétacé, difficilement explicable dans l’état actuel de nos connaissances sur la dynamique océanique et atmosphérique (Sloan et al., 1995 ; Huber et Sloan, 2001).

Afin de confirmer ou d’infirmer cette évolution problématique suggérée par le δ 18O des foraminifères planctoniques, j’ai réalisé des analyses supplémentaires de δ 18O de dents de poissons provenant d’environnements de plate-forme dans une gamme de latitude comprise entre 10 et 50°. Si les températures obtenues à partir du δ 18O des foraminifères et du δ 18O des dents de poissons sont similaires pour le Cénomanien-Turonien, il n’en est pas de même pour l’intervalle Campanien-Maastrichtien. Pour la fin du Crétacé (Campanien-Maastrichtien), le gradient obtenu entre 10 et 50 degrés de latitude est significativement plus prononcé que celui obtenu à partir des foraminifères. En effet, si les dents de poissons fournissent des températures comparables à celles obtenues à partir des foraminifères pour les moyennes latitudes, elles sont en revanche nettement plus élevées pour les basses latitudes (jusqu’à 8°C en moyenne ; Fig.2). Ces différences marquantes au Maastrichtien peuvent provenir d’une altération diagénétique des foraminifères planctoniques pour les sites en basse latitude. En effet, la recristallisation de leurs tests sur le fond de l’océan dans des eaux profondes plus froides que les eaux de surface résulterait en une modification de leur signal isotopique original vers des δ 18O plus élevés, sous-estimant ainsi les températures de surface.

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Fig.2. A) Comparaison pour le Maastrichtien de la distribution latitudinale de température obtenue à partir de dents de poissons et de foraminifères planctoniques provenant de forages ODP/DSDP. Les deux lignes noires verticales représentent la gamme de température donnée par des carbonates exceptionnellement bien préservés du Mastrichtien (Wilson et Opdyke, 1996 ; Pearson et al., 2001). B) Gradient latitudinal de température reconstruit pour le Crétacé moyen (orange, Cénomanien-Turonien) et la fin du Crétacé (bleu, Campanien-Maastrichtien) à partir des nouvelles données de dents de poissons. Les courbes en pointillés représentent les gradients reconstitués en utilisant l’équation de fractionnement de Kolodny et al. (1983) et un δ 18O de l’eau de mer de -1‰. Les courbes en traits pleins représentent les gradients reconstitués en utilisant la même équation mais en appliquant une correction du δ 18O de l’eau de mer avec la latitude basée sur l’évolution actuelle (Zachos et al., 1994).

Les températures obtenues par le δ 18O des dents de poissons pour le Cénomanien-Turonien sont significativement plus élevées (de 8°C environ) que celles obtenues pour l’intervalle Campanien-Maastrichtien, mais la différence est homogène avec la latitude et les deux nouveaux gradients reconstruits sont comparables. Les deux gradients reconstruits pour les basses et moyennes latitudes à partir des dents de poisson sont plus en accord avec les estimations des GCMs (Modèles de Circulation Globale) disponibles pour le Crétacé (ex. Otto-Bliesner et al., 2002). La diminution homogène des températures avec la latitude suggère une diminution de la pCO2 comme facteur prépondérant du refroidissement observé. L’existence d’une augmentation conséquente du transfert méridional de chaleur au cours du Crétacé supérieur ne s’avère plus nécessaire.

J’ai ainsi pu grâce aux nouveaux gradients reconstruits à partir d’un matériel fiable et résistant à la diagenèse (dents de poissons) remettre en question les températures anormalement faibles en basse latitude suggérées par le δ 18O des foraminifères au Maastrichtien.

Pucéat, E., Lécuyer, L., Donnadieu, Y., Cappetta, H., et Ramstein, G. Fish tooth δ 18O revising Late Cretaceous meridional SST gradients. In prep.

III.2.2.4. Evolution de la circulation océanique dans la Téthys occidentale au cours du Crétacé:

Les mouvements tectoniques majeurs qui caractérisent le Crétacé (tels que l’ouverture de l’Atlantique ou l’ouverture des communications entre l’Atlantique Nord et l’Atlantique Sud) ainsi que les variations du climat ont pu être à l’origine de modifications de la circulation océanique, qu’il importe d’identifier pour mieux comprendre la dynamique du système climatique. Pour identifier des variations dans les échanges entre les grands

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bassins océanique, la Téthys occidentale constitue une région privilégiée puisque cet océan offrait une voie de communication majeure entre les océans Atlantique et Pacifique.

Afin d’identifier des changements de circulation océanique dans la Tethys au cours du Crétacé, j’ai analysé pour leur composition isotopique du néodyme une partie des échantillons précédemment analysés pour leur δ 18O. Ceci a permis d’obtenir l’évolution concomitante pour une même masse d’eau (les eaux de surface de la Téthys occidentale) d’un traceur de la température (δ 18O) et d’un traceur de la circulation océanique et de l’altération continentale (ε Nd) (Fig.3). La composition isotopique du néodyme de l’eau de mer est en effet utilisée à l’heure actuelle comme traceur de la circulation océanique. Cette propriété dérive 1) de la différence dans la quantité et composition isotopique des apports de Nd d’origine continentale entre les grands bassins océaniques, qui est à l’origine d’une hétérogénéité de la composition isotopique du néodyme dans l’océan (Shaw et Wasserburg, 1985 ; Goldstein et Jacobsen, 1987), et 2) du court temps de résidence du néodyme dans l’océan, inférieur au temps de mélange océanique, qui permet de conserver cette hétérogénéité (Piepgras et Wasserburg, 1980 ; Tachikawa et al., 1999). La composition isotopique du Nd s’exprime sous la notation ε Nd, qui représente l’écart en partie par 10 000 du rapport 143Nd/144Nd d’un échantillon par rapport à celui de la terre globale, représenté par celui des chondrites. Chaque océan possède une gamme d’ε Nd qui lui est propre. Cette propriété permet donc d’utiliser l’évolution de la composition isotopique d’une masse d’eau donnée pour reconstituer l’évolution des échanges avec les masses d’eaux adjacentes. Parmi les minéraux biogènes, les dents de poissons présentent des avantages certains, du fait de leur concentration très élevée en néodyme (104 à 107 fois la concentration du Nd dans les eaux marines ; Shaw et Wasserburg, 1985) et de leur résistance à la diagenèse. L’incorporation du néodyme dans

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Fig.3. A) Evolution des valeurs d’ε Nd

au cours du Crétacé mesurées dans des phosphates, des carbonates, et des glauconites déposées dans les eaux de surface téthysiennes. B) Evolution de la température des eaux de surface de la Téthys occidentale au cours du Crétacé. Les ronds noirs représentent les échantillons, analysés pour leur ε Nd dans cette étude, qui avaient été précédemment analysés pour leur δ 18O (Pucéat et al., 2003). Echelle de temps de Gradstein et al. (1994). Abréviations : Berr = Berriasien; Val = Valanginien; Haut = Hauterivien; Barr = Barremien; Cen = Cénomanien; Tur = Turonien; C = Coniacien; S = Santonien; Camp = Campanien; Maa = Maastrichtien.

l’apatite est un phénomène post-mortem qui se produit à l’interface eau-sédiment, et les dents de poissons enregistrent la signature isotopique de l’eau de mer à la base de la colonne d’eau, sans fractionnement isotopique (Bernat, 1975 ; Grandjean et al., 1987 ; Martin et Halley, 2000). Ainsi, l’analyse de dents récoltées en milieu peu profond de plate-forme permet de reconstituer l’ε Nd des eaux marines de surface.

Les analyses réalisées m’ont permis de proposer une courbe d'évolution de la composition isotopique du néodyme des eaux marines de surface de la Téthys occidentale au cours du Crétacé. Les valeurs élevées (jusqu’à -7,6 unités-ε ) et relativement constantes d’ε Nd enregistrées entre le le Berriasien supérieur et l’Aptien inférieur sont cohérentes avec l’existence d’un courant téthysien circumglobal (TCC) circulant d’est en ouest. L’absence d’excursions négatives d’ε Nd durant cette période permet d’éliminer d’éventuels courants froids venant du nord comme origine possible des variations rapides de température observées durant cette période de temps (Fig.3) et confirme leur origine climatique globale. Deux périodes présentant des valeurs faibles d’ε Nd ont été identifiées, durant l’intervalle Aptien supérieur-Albien moyen (jusqu’à -10 unités-ε ) et durant l’intervalle Coniacien-Campanien inférieur (jusqu’à -11,4 unités-ε ), qui alternent avec deux périodes présentant des valeurs plus élevées d’ε Nd (jusqu’à -9 unités-ε ), durant l’intervalle Albien terminal-Turonien et durant le Maastrichtien. Ces variations importantes de l’ε Nd des

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eaux de surface téthysiennes ont été interprétées en terme de variations dans les apports continentaux de néodyme d'une part, et en terme de changements de circulation océanique d'autre part, dans le cadre de l'ouverture de l'Atlantique Sud et de l'établissement des connections marines entre les océans Atlantiques Nord et Sud. Plus particulièrement, l’évolution couplée de la température et de l’ε Nd des eaux de surface téthysiennes durant le Crétacé supérieur suggère des changements de circulation océanique globale, et notamment des changements dans la localisation des sites de formation d’eaux profondes.

Pucéat, E., Lécuyer, C., et Reisberg, L., 2005. Neodymium isotope evolution of NW Tethyan shelf water throughout the Cretaceous. Earth and Planetary Science Letters, in press.

III.2.3. Travaux réalisés au LSCE (2004):

Mon travail post-doctoral a pour objectif l’étude des mécanismes qui gouvernent l’évolution du climat au cours du Crétacé, en utilisant un modèle climatique de complexité intermédiaire, CLIMBER-2. Ce travail s’inscrit donc tout a fait dans la continuité de mon travail de thèse, et lui est complémentaire puisqu’il intègre l’utilisation d’un nouvel outil qui est la modélisation du climat. CLIMBER-2 est un modèle climatique où l’atmosphère, l’océan, la végétation, et la glace de mer sont représentés de manière plus simples que dans les modèles de circulation générale ou les modèles complexes de végétation, ce qui permet des intégrations longues couplant ces composantes du système climatique (un millier d’années en une heure sur une station de travail DEC). Ce sont les simplifications de l’atmosphère et de l’océan qui permettent cette efficacité du modèle. CLIMBER-2 présente donc l’avantage de permettre de réaliser de nombreuses simulations dans un temps réduit, et de tester ainsi différents forçages et leur impact sur le système climatique.

Dans un premier temps, je me suis focalisée sur le climat et la circulation océanique de la fin du Crétacé (Maastrichtien). Durant cet intervalle, les données isotopiques (δ 13C) de foraminifères benthiques et planctoniques suggèrent l’existence d’un changement majeur de circulation thermohaline au cours d’un épisode froid du Maastrichtien inférieur (Barrera et al., 1997 ; Barrera et Savin, 1999). Durant cet épisode, des eaux profondes ou intermédiaires seraient formées dans le nord du Pacifique, qui circuleraient vers le sud et alimenteraient les eaux profondes ou intermédiaires du sud du Pacifique de l’océan Indien ainsi que celles de l’Atlantique Sud. Après cet épisode et au cours du Maastrichtien supérieur, les eaux profondes seraient ensuite majoritairement formées dans le sud du Pacifique et dans le sud de l’Atlantique.

Les simulations réalisées avec CLIMBER-2 pour 6 taux différents de CO2

atmosphérique dans une gamme de 280-1400ppm ainsi que pour deux configurations géographiques du Maastrichtien montrent que la fermeture ou l’ouverture des communications marines entre le Pacifique Nord et l’océan Arctique, ainsi que dans une moindre mesure le taux de CO2 atmosphérique, ont une influence déterminante sur la production d’eau profonde dans le nord du Pacifique. Ainsi, à faible taux de CO2

atmosphérique (inférieur à 420ppm) et avec les communications marines fermées, les eaux profondes sont formées en totalité dans le nord du Pacifique et alimentent le Pacifique sud. Cette situation est en accord avec la circulation suggérée par les données isotopiques durant l’épisode froid du Maastrichtien inférieur. Inversement, à plus fort taux de CO2 atmosphérique (à partir de 560ppm) et dans le cadre de communications marine autorisées entre le nord du Pacifique et l’océan Arctique, la plongée des eaux dans le nord du Pacifique s’arrête et est remplacée par une production d’eaux profondes dans le sud du Pacifique et dans le sud de

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l’Atlantique. Ce second mode de circulation thermohaline est en accord avec les

Fig4. Circulation thermohaline simulée par le modèle CLIMBER-2 pour a) communications marines entre Pacific Nord et océan Arctique fermées, simulation réalisée à pCO2 de 350ppm, et b) communications ouvertes, pCO2 de 560ppm.

données du Maastrichtien supérieur. La régression marine qui a été précédemment corrélée à l’épisode froid du Maastrichtien inférieur (Barrera et al., 1997 ; Miller et al., 1999) fournit un mécanisme permettant de fermer ou d’ouvrir les communications marines entre le Pacifique nord et l’océan Arctique. En effet, du fait de la présence au Crétacé supérieur du seuil tectonique formé par la subduction de la plaque …, dans la région de l’actuel détroit de Bering (REFS FRED), des variations du niveaux de la mer sont susceptibles de faire émerger ou d’immerger à faible profondeur ce seuil tectonique, ouvrant ou fermant ainsi les communications marines entre le nord du Pacifique et l’océan Arctique.

Pucéat, E., Donnadieu, Y., Fluteau, F., et Ramstein, G. Thermohaline circulation changes during the Maastrichtian : Tectonic and hydrographic forcings. Soumis à G3, 2005.

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En résumé mon activité de recherche s’est principalement centrée sur le climat du Crétacé et repose sur l’utilisation de nouveaux outils (analyse couplée de la composition isotopique de l’oxygène et du néodyme de dents de poissons) pour identifier les changements de température et de circulation océanique pour le passé lointain. Ces outils m’ont permis notamment :

1) de proposer une courbe fiable des températures marines de surface pour le Crétacé en basse latitude,

2) de remettre en question les gradients latitudinaux de température anormalement plats du Maastrichtien et d’établir de nouveaux gradients pour les basses et moyennes latitudes sur la base d’un matériel fiable et résistant à la diagenèse,

3) de simuler des changements de localisation des sites de formation des eaux profondes durant le Maastrichtien par un modèle climatique, et de proposer un mécanisme permettant d’induire ces changements de circulation thermohaline.

J’ai ainsi acquis une expertise sur le climat du Crétacé ainsi que sur des outils géochimiques adaptés à la reconstitution de paléoenvironnements anciens, et tissé au cours de es travaux de recherche des interactions et collaborations avec différentes communautés des sciences de la Terre (géochimie, paléontologie, sédimentologie, modélisation du climat), aussi bien en France que dans la communauté internationale. En particulier, j’ai développé durant ma thèse un réseau de collaborations avec des paléontologues travaillant sur les poissons du Crétacé, grâce auquel j’ai pu réunir les échantillons nécessaires aux analyses géochimiques. Enfin les modélisations climatiques que j’ai réalisées durant mon post-doc m’ont également permis d’acquérir la maîtrise d’outils numériques adaptés à la modélisation des climats anciens.


IV. Projet d’enseignement

Mes diverses expériences de moniteur à l’université Claude Bernard et d’ATER et à l’ENS Lyon ont renforcé mon intérêt pour l’enseignement. Ma candidature au poste de Maître de Conférence au sein de l’UFR Sciences de la Terre de l’Université de Bourgogne représente donc un réel aboutissement à ces dernières années.

J’ai effectué dans le cadre de mon monitorat et de mon ATER des enseignements variés, tant au niveau des disciplines enseignées (ex. géochimie, océanographie, sédimentologie, géodynamique, télédétection) que du niveau des cours dispensés (de L1 au DEA et à la préparation à l’agrégation). Cette expérience doit me permettre de m’intégrer rapidement au sein des équipes pédagogiques et dans différents modules d’enseignements proposés par l’UFR Sciences de la Terre.

En particulier, je pourrais prendre en charge la responsabilité de certains modules ou une bien partie de l’enseignement en Licence, notamment au sein des modules géochimie en L1 et L2, océanographie physique en L1, climatologie en L2, mais aussi géodynamique et dans la partie sédimentologie du module paléontologie et sédimentologie en L1.

Je pourrais d’autre part intervenir dans la formation master, dans plusieurs modules de M1 tels que paléoenvironnements ou géochimie de l’environnement. De part ma spécialité de recherche, je pourrais également m’insérer dans le cadre du master M2 recherche Climatologie Environnement Paléontologie Sédimentologie. En effet, mes connaissances dans le domaine de la géochimie isotopique appliquée à la reconstitution de paléoenvironnements, ou encore l’expertise acquise dans le domaine de la modélisation du climat au cours de mon post-doc peuvent me permettre d’intervenir dans les modules optionnels de spécialité MOS 8 (système climatique global), MOS 15 (interface océan-atmosphère), et MOS 18 (marqueurs géochimiques : application à la paléontologie et à la sédimentologie. En particulier, il pourrait être possible d’intégrer au sein du module MOS 8 un travail de simulations climatiques en utilisant CLIMBER-2.

J’ai encadré à de nombreuses reprises des stages de terrains, aussi bien en L1 qu’en préparation à l’agrégation ou en M2. Je pourrais ainsi participer à l’encadrement ou à la mise en place de stages de terrain au sein de la Licence Sciences de la Terre et Environnement, notamment en L3.

L’enseignement que j’ai dispensé dans le cadre de la préparation à l’agrégation au cours de mon année d’ATER à l’ENS Lyon, pourrais également me permettre d’intervenir dans la préparation à l’agrégation proposée par l’Université de Bourgogne, notamment sous forme de leçons dans ma spécialité, ou encore en prenant part à l’encadrement d’écoles de terrain.

Enfin, l’utilisation des nouveaux outils de communication (TICE) dans l’enseignement des géosciences m’est apparue comme très profitable lorsque je l’ai expérimentée durant deux années de mon monitorat, et j’aimerais poursuivre cette expérience dans le futur. Le développement d’un site internet interactif utilisable pour l’enseignement des géosciences est un travail conséquent, mais qui peut être très utile pour assurer un meilleur suivi et soutien aux étudiants au cours de leur cursus, en mettant en commun le matériel pédagogique (cours en ligne, exercices, TD) et en leur permettant de suivre des conférences à distance.

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V. Projet de recherche

Dans le cadre de ma candidature, je souhaite étudier plusieurs aspects de l’évolution du système climatique, et plus particulièrement des climats anciens, en combinant l’approche utilisée dans ma thèse (δ 18O et ε Nd de dents de poissons) et les compétences en modélisation numérique acquises pendant mon post-doc au LSCE. Les processus sur lesquels j’aimerais me focaliser plus précisément sont d’une part le couplage entre la biosphère et le climat, et d’autre part les mécanismes de rétro-action de l’altération continentale sur le climat. Le laboratoire Biogéosciences de l’Université de Bourgogne est un endroit idéal pour un tel travail, regroupant des spécialistes en paléontologie et en sédimentologie. Ce laboratoire ne possède pourtant pas d’expertise en géochimie isotopique ou en modélisation du climat, et je pense que mon expérience en ces domaines pourrait profiter à plusieurs équipes de recherche.

V.1. Amélioration de la résolution temporelle de l’évolution des températures marines de surface durant le Crétacé inférieur

Le Crétacé inférieur a été marqué par des perturbations dans le cycle du carbone à l’échelle du globe, comme l’attestent la présence d’excursions positives de δ 13C de la matière organique et des carbonates marins (ex. Hochuli et al., 1999; Wortmann & Weissert, 2000) ainsi que la présence de nombreux niveaux sédimentaires particulièrement riches en matière organique (événements anoxiques océaniques ou OAE ; Jenkyns, 1980 ; Bréhéret, 1994 ; Wagner, 2002). D’autre part, des crises de la production carbonatée, à la fois dans les bassins (production pélagique) et sur les plates-formes (production néritique), des phases de migrations des faunes marines entre les domaines Téthysiens et Boréaux, ainsi que des phases d’extinction et/ou de renouvellement accrues des faunes marines ponctuent l’enregistrement sédimentaire de cette période (Elder, 1991 ; Masse, 1993 ; Erba, 1994 ; Johnson et al., 1996 ; Erbacher & Thurow, 1997 ; Weissert et al., 1998 ; REBOULET). Il a été suggéré que ces périodes de crises biologiques et de migrations auraient été reliées à des variations de température (Kemper, 1987; Walter, 1989; Walter, 1991; Melinte and Mutterlose, 2001; Erba and Duncan, 2002). Toutefois, les liens de ces perturbations de la biosphère et du cycle du carbone avec le climat restent encore incertains. Il importe donc de disposer d’un enregistrement le plus détaillé possible de l’évolution du climat durant le Crétacé inférieur, qui pourra ensuite servir de support pour mieux contraindre les origines et conséquences de ces perturbations et événements biotiques.

Les enregistrements disponibles de l’évolution du climat durant le Crétacé inférieur restent pourtant très restreints. Une partie du problème réside dans la difficulté à trouver du matériel préservé et des outils fiables pour reconstituer les paléoenvironnements pour cette période de temps. La température de l’eau de mer n’est que l’un des nombreux paramètres décrivant le climat de la Terre, mais présente l’avantage de pouvoir être quantifiée avec une relative confiance pour le passé lointain. Cependant, les foraminifères planctoniques, qui sont largement utilisés pour les reconstructions de température, sont rares dans les sédiments antérieurs à l’Albien et souvent mal préservés. L’analyse des isotopes stables (δ 18O et δ 13C) pour le Jurassique et le Crétacé inférieur a donc été jusqu’alors principalement réalisée sur des échantillons de roche totale carbonatée (ou parfois de fraction fine) ou de rostres de bélemnites qui sont souvent abondants dans les sédiments de cet âge (Weissert and Mohr, 1996 ; Podlaha et al., 1998). Cependant, la signification des signaux isotopiques des belemnites et de la roche totale est encore actuellement en cours de débat (ex. Saelen and

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Karstang, 1989 ; Podlaha et al., 1998). En effet, l’analyse isotopique de rostres de bélemnites bien préservés montre une importante dispersion (3 à 4 ‰) des valeurs de δ 13C et de δ 18O pour des spécimens contemporains et provenant de la même localité. La signification de cette dispersion – si elle reflète un signal environnemental ou est plutôt à relier à des effets vitaux de fractionnement inter- ou intra-spécifiques – reste encore à être déterminée. Cette large dispersion des données rend en tout cas difficile l’utilisation du signal isotopique des bélemnites pour la reconstitution de variations de température à haute résolution temporelle. D’autre part, l’utilisation de la composition isotopique du carbonate de la roche totale s’appuie sur l’hypothèse que le sédiment dans son ensemble est majoritairement composé de nannofossiles calcaires, qui sont considérés comme les principaux producteurs de carbonates durant le Jurassique et le Crétacé. Cependant la roche totale peut contenir une part non négligeable de fragments de calcite non identifiés, et dont l’origine reste incertaine. De plus, les assemblages de nannofossiles sont généralement pluri-spécifiques et varient au cours du temps, ce qui peut introduire un biais dans le signal isotopique à travers des effets vitaux différents. Ces effets vitaux sont en effet considérables chez les espèces actuelles de coccolithophoridés (Dudley et al., 1986 ; Stoll and Ziveri, 2002).

La composition isotopique de l’oxygène de l’apatite de dents de poissons fournit un moyen de reconstituer les températures des eaux marines de surface pour le passé ancien. En effet, l’oxygène du groupement phosphate de l’émail des dents est particulièrement résistant à l’altération diagenétique, et le système phosphate-eau présente l’avantage de fournir une unique équation de fractionnement qui est applicable à toutes les espèces de poissons (Tudge, 1960 ; Kolodny et al., 1983 ; Shemesh et al., 1983 ; Lécuyer et al., 1996). De plus, les dents de poissons fossiles peuvent être récoltées dans les sédiments antérieurs à l’Albien et fournissent donc un support pour reconstituer les paléotempératures au début du Crétacé inférieur. J’ai durant ma thèse établi une courbe d’évolution à long terme des températures marines de surface de la Téthys occidentale au cours du Crétacé en analysant la composition isotopique de l’oxygène de dents de poisson (Pucéat et al., 2003). Cette courbe a notamment permis de mettre en évidence l’existence de fluctuations rapides de température durant le Crétacé inférieur, et plus précisément durant le Valanginien et durant l’Aptien. Toutefois, le nombre d’échantillons analysés pour ces deux périodes de temps est trop limité pour identifier précisément la chronologie exacte de la succession de réchauffements et de refroidissements.

Je me propose ici de compléter et d’améliorer la résolution temporelle de cette courbe. Les dents analysées jusqu’alors étaient relativement grosses (centimétriques) et provenaient en grande partie de collections de Muséums ou d’Universités. Ce type d’échantillons n’est cependant pas toujours abondant dans les sédiments, et il peut s’avérer difficile de réunir les échantillons nécessaires par le biais de collections existantes. En revanche, les sédiments marins sont généralement riches en toutes petites dents de poissons (infra-millimétriques). Je me propose donc de réaliser des lavages et tamisages de marnes ou de carbonates marins, soit néritiques, soit pélagiques, et de récolter ainsi suffisamment de petites dents de poissons pour les analyses isotopiques. Une dizaine de petites dents de poissons rassemblées est suffisante pour permettre de réaliser une analyse isotopique. J’ai déjà testé cette méthode, puisque l’une des analyses isotopiques utilisées pour reconstruire la courbe à long terme de température (Pucéat et al., 2003) a été réalisée en analysant plusieurs dents de poissons de taille infra-millimétriques fournies par B. Clavel. Les échantillons de marnes ou de carbonates peuvent être récoltés à intervalles réguliers le long d’une coupe déjà établie, permettant ainsi d’obtenir des échantillons de dents de poissons avec une résolution temporelle suffisante pour identifier précisément des variations rapides de température à travers les analyses isotopiques. En outre, cette méthode présente l’avantage de moyenner le signal isotopique des dents individuelles et ainsi de s’affranchir d’une partie importante de la variabilité isotopique de ce matériel qui

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dérive de la rapidité à laquelle les dents de poissons se forment (quelques semaines à plusieurs mois selon les espèces).

Dans un deuxième temps, je projette d’analyser les mêmes échantillons de dents de poissons pour leur composition isotopique du néodyme. Le couplage de ces deux traceurs s’est révélé particulièrement utile pour déconvoluer/séparer le signal climatique de courants froids. Je me propose d’utiliser cette technique ici. Permet de séparer variations de température dûes à la circulation océanique et variations de températures dûes à variations climatiques plus globales. Ainsi l’utilisation couplée des isotopes de l’oxygène et du néodyme des dents de poissons ont permis d’établir que les refroidissements rapides observés durant le Valanginien dans le sud-est de la France n’étaient pas du à des courants superficiels froids venant du nord mais reflétaient des variations climatiques globales. Ces périodes de basse température des eaux du sud-est de la France avaient été mis en relation avec l’arrivée de faunes d’ammonites boréales dans la région téthysienne. L’utilisation couplée d18O-eNd permet donc d’exclure l’occurrence de courant boréaux comme étant à l’origine des migrations fauniques observées.

Ce projet s’intègre tout à fait dans les thématiques de l’équipe D « Stratigraphie quantitative et diagenèse », qui a pour objectif d’évaluer les rôles relatifs des processus climatiques et tectoniques sur les transferts sédimentaires. Un travail d’établissement d’un signal paléoclimatique à haute résolution temporelle est complémentaire Ce projet s’intègre particulièrement bien dans l’atelier concernant le bassin de Los Cameros (Espagne) et les bassins du Crétacé inférieur du rifting atlantique. L’évolution à court terme des températures marines de surface reconstituée par le biais du δ 18O de dents de poissons pourrait notamment être confrontée au signal paléoclimatique continental du Crétacé inférieur qui est en train d’être établi par J.P. Garcia et son équipe en utilisant les variations du niveau lacustre liés à des fluctuations de bilans hydriques.

Ce projet s’intègre d’autre part dans la thématique de l’équipe C « Macroévolution et dynamique de la biodiversité », qui vise à Fournir de meilleures contraintes sur l’évolution des facteurs externes environnementaux peut permettre d’identifier le facteurs de contrôle du signal évolutif biologique dans des contextes de radiations, de crises ou de phases de récupération post-crise. Ceci est donc tout à fait complémentaire à une approche paléontologique des crises qui vise à identifier et à comprendre la réponse de la biosphère à des perturbations environnementales. Un tel travail pourrait permettre d’aider à l’interprétation des fluctuations de la biodiversité en apportant des contraintes sur les facteurs environnementaux. Les variations climatiques, régionales ou globales, ainsi que les variations de circulation océanique, thermohaline ou plus régionalement courants de surface, sont autant de facteurs environnementaux qui sont susceptibles d’avoir un impact sur le vivant. Plus précisément, s’intéressent. ;; et notament au groupe des céphalopodes. Valanginien et Aptien : migrations d’ammonites. Donc pas mal pour savoir influence température sur biodiversité et évolution de ce groupe. D’autre part, je peux à plus long terme étendre la même méthode à d’autres périodes que le Crétacé inférieur, comme le Jurassique où plusieurs membres de l’équipe C travaillent déjà. Ce type d’étude peut être élargi à d’autres époques.

Les analyses géochimiques pourraient être réalisées à Lyon pour les isotopes de l’oxygène, où l’infrastructure nécessaire pour l’analyse isotopique des phosphates est déjà en place. La composition isotopique du néodyme des échantillons pourrait être déterminée à Nancy au CRPG où le laboratoire dispose de l’équipement nécessaire. Le financement nécessaire aux analyses peut être obtenu par le biais de soumissions de projets dans des programmes nationaux (tel le programme ECLIPSE « Les Climats Crétacés » coordonné par F. Guillocheau) ou européens (EN TROUVER UN).

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Modélisation

Une étude complémentaire à ces travaux serait d’utiliser une approche modélisatrice, pour comprendre les phénomènes à l’origine des variations climatiques observées. Dans ce sens, le modèle climatique que j’ai utilisé durant mon post-doc au LSCE est particulièrement adapté, car il permet de tester différents forçages, dont la pertinence peut être établie en confrontant les résultats du modèle aux données existantes. L’utilité de cette méthode a été démontrée notamment pour les variations de circulation durant le Maastrichtien (Pucéat et al., soumis). Je projette d’autre part de continuer à utiliser des modèles de climat qui sont utiles pour explorer les mécanismes à l’origine de changements climatiques ou océanographiques. En particulier, le modèle de climat que j’ai utilisé durant mon post-doc, CLIMBER-2, présente le double avantage de 1) pouvoir être couplé à un modèle géochimique (COMBINE) permettant d’obtenir la pCO2 en équilibre avec le climat simulé ; et 2) la composition isotopique de l’eau (18O/16O) a été intégrée récemment dans le modèle. CLIMBER-2 est un modèle de complexité intermédiaire qui peut être installé sur un ordinateur de bureau. Bien que plus lentes que sur une station de travail NOM, les simulations restent cependant relativement rapides (environ 5 heures). Cette partie pourrait donc être réalisée dans le laboratoire Biogéosciences à Dijon, et ne nécessite pas de financement particulier.

Enfin, j’aimerais compléter également étude variations de circulation océanique au Crétacé supérieur avec le Nd et modélisation. Lien avec équipe E dont l’objet est d’étudier…

Changements de circulation océanique suggéré par variations eNd dans Téthys. Or durant Crétacé supérieur, Atlantique sud continue de s’ouvrir. Mouvements d’ouverture peut avoir incidence sur circulation océanique.

Connaître le timing des mouvements tectoniques en Afrique peut s’avérer utile dans l’étude des mécanismes de changements de circulation océanique dans la Téthys. EQUIPE E : tectonique mouvements afrique : quel influence ont ces mouvements tectoniques sur la circulation océanique, notamment dans le cadre de l’amorce de la fermeture de la Téthys et de la mise en place de structures tectoniques sur le fond de l’océan pouvant favoriser des upwelling d’obstruction (dans thématique 2 : Chantier Marge passive Angola) + aussi circulation océanique dans l’Atlantique sud et lien avec démantèlement Walvis ridge ? l’impact d’une anomalie thermique d’origine mantellique sur la surrection de la croûte, le basculement et le transfert sédimentaire. Le soulèvement de la marge est supposé être reliéà l’activité de panaches mantelliques sous le domaine austral du continent africain (Gurnis et al. 2000). des phases brèves de mouvements verticaux et de basculement de la marge du Crétacé supérieur au Cénozoïque

V.2. BiominéralisationEnfin, l’outil géochimie ne se cantonne pas à la reconstitution de paléoenvironnement

mais peut également servir à explorer la réaction du vivant à des stress environnementaux. Croissance, cinétique des réactions,

En conclusion le projet principal que je développe ici s’intègre particulièrement bien au sein de l’équipe D. Cependant les méthodes et compétences acquises peuvent également servir à aire un lien avec équipe E et équipe C. Cette thématique s’intègre à la fois dans l’équipe C, et dans les équipes D et E.

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Brouillon :J’aimerais poursuivre en partie dans la thématique que j’ai développée au cours de mon

travail de thèse, puis de mon post-doc, qui concerne la compréhension de l’évolution du système climatique et plus particulièrement des climats anciens. Ceci passe en premier lieu par une meilleure contrainte, à la fois spatiale et temporelle, des paramètres climatiques et océanographiques.

VI. Bibiographie

Barron, E.J., 1983. A warm, equable Cretaceous : The nature of the problem. Earth Science Reviews, v. 19, p. 305-338.

Clarke, L.J. et H.C. Jenkyns, 1999. New oxygen isotope evidence for long-term Cretaceous climatic change in the southern hemisphere. Geology, v. 27, p. 699-702.

Crowley, T.J., 1991. Past CO2 changes and tropical sea surface temperatures. Paleoceanography, v. 6, p. 387-394.

Fisher, C.G., 1984. The two Phanerozoic supercycles. In W.A. Berggren et J.A. van Couvering (Eds.) Catastrophes and Earth History. Princeton University Press, Princeton, p. 129-150.

Frakes, L.A., 1979. Climates throughout Geologic Time. Elsevier, Amsterdam, 310pp.

Frakes, L.A., Francis J.E. et J.I. Syktus, 1992. Climate modes of the Phanerozoic, Cambridge University Press, Cambridge, 277pp.

Goddéris, Y. et M. Joachimski, 2004. Global change in the Late Devonian : modelling te Frasnian-Famennian short term isotopic excursions. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, v. 202, p. 309-329.

Hallam, A., 1985. A review of Mesozoic climates, Journal of the Geological Society of London, v. 142, p. 433-445.

Huber, B.T., Hodell D.A. et C.P. Hamilton, 1995. Middle-Late Cretaceous climate of the southern high latitudes: Stable isotopic evidence for minimal equator-to-pole thermal gradients, GSA Bulletin, v. 107, p. 1164-1191.

Kolodny, Y. et M. Raab, 1988. Oxygen isotopes in phosphatic fish remains from Israel: Paleothermometry of tropical Cretaceous and Tertiary shelf waters. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, v. 64, p. 59-67.

Minoletti F., Gardin, S., Nicot, E., Renard, M. et S. Spezzaferri, 2001. Mise au point d’un protocole experimental de séparation granulométrique d’assemblages de nannofossiles calcaires : applications paléoécologiques et géochimiques. Bulletin de la Société Géologique de France, v. 172, p. 437-446.

Price, G.D., 1999. The evidence and implications of polar ice during the Mesozoic. Earth-Science Reviews, v. 48, p. 183-210.

Reynard, B., Lécuyer, C et P. Grandjean, 1999. Crystal-chemical controls on rare-earth element concentrations in fossil biogenic apatites and implications for paleoenvironmental reconstructions. Chemical Geology, v. 155, p. 233-241.

Shemesh, A., 1990. Crystallinity and diagenesis of sedimentary apatites. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 155, p. 233-241.

Smith, A.G., Smith, D.G. et B.M. Funnell, 1994. Atlas of Mesozoic and Cenozoic coastlines. Cambridge University Press, Cambridge, 99pp.

22


Tudge, A.P., 1960. A method of analysis of oxygen isotopes in orthophosphate- Its use in the measurement of paleotemperatures. Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 18, p. 81-93.

Vakhrameev, V.A., 1991. Jurassic and Cretaceous Floras and Climates of the Earth. Cambridge University Press, Cambridge, 318pp.

23