La transition Mio-Pliocene : mise en place du cycle du carbone moderne – MioCarb

Le projet est divisé en 3 axes méthodologiques. Le premier est une approche micropaléontologique et sédimentologique avec une quantification de la production carbonatée des nannofossiles calcaires et du CaCO3. Le CaCO3 est quantifié par calcimètrie par dégazage de CO2 après réaction du CaCO3 avec l'HCl. La production carbonatée des nannofossiles calcaires est mesurée par microscopie optique. La quantité de CaCO3 est mesuré par biréfringence de la calcite sous l'effet de filtres de polarisation. Les taux d'accumulation sont calculés à partir des modèles d'âges provenant de la littérature. Le second axe est une compilation des données de taux d'accumulation à grande échelle géographique. Les données sont purement compilées et vérifiées en utilisant uniquement celles couvrant l'ensemble de la période d'étude. Le troisième axe est une modélisation climatique à l'aide du modèle de l'IPSL-CM5A2 couplé avec le module de biogéochimie PISCES. La modélisation climatique prévoit de proposer plusieurs conditions aux limites (CO2 et géographique principalement) et de voir s'il est possible de simuler les conditions observées dans la littérature.

L’axe 2 du projet est celui qui a le plus avancé. Cet axe doit se concentrer sur la quantification à grande échelle géographique des taux d’accumulation sédimentaire. La compilation produite par Quentin Pillot dans sa thèse montre que 1) une grande quantité de données ne sont pas adéquat pour faire partir de la base de données soit par manque de donnée (résolution) soit par fiabilité ; 2) les taux d’accumulation sont très variables entre les différentes régions du monde et ne suivent pas un patron unique. En effet, l’objectif est d’estimer l’impact de l’événement Biogenic Bloom sur la sédimentation océanique globale. Nous observons que cet événement – qui est marqué par une augmentation des taux d’accumulation – n’est pas enregistré dans l’ensemble des forages. Il est cependant enregistré dans la plupart des régions océaniques. Cet événement semble donc global mais hétérogène. Nous proposons donc une nouvelle hypothèse pour son origine, lié à des modifications courantologiques de surface et de fond. L’article fut soumis début octobre 2022.
Un sous-axe de l’axe 2 se focalise sur la variation de la profondeur de compensation de la calcite (CCD) à l’échelle global dans un référentiel spatialisé. Une compilation de données de reconstruction de la CCD a été effectué ainsi qu’une révision des concepts sous-jacent. Le premier point qui ressort est la pauvreté des reconstructions (environ 4 totalement inédite depuis 1975). De plus, il y a des divergences criantes de concepts et de définition derrière des mots similaires. L’étude est en cours avec la reconstruction future de la CCD actuelle et la paramétrisation d’une reconstruction pour le Néogène.
L'axe 3 a démarré depuis quelques semaines mais aucune sorties de simulation n'est encore disponible.

En l'état, pas de perspective n'est prévu. Il est nécessaire de couvrir bien plus l'ensemble des 3 axes pour proposer des perspectives cohérentes.

Quentin Pillot, Baptiste Suchéras-Marx, Anta-Clarisse Sarr, Clara T. Bolton, Jean-Baptiste Ladant, Yannick Donnadieu. Spatial heterogeneity of the Late Miocene Biogenic Bloom. EGU General Assembly, May 2022, Vienne, Austria. ?hal-03594217?
2. Quentin Pillot, Baptiste Suchéras-Marx, Anta-Clarisse Sarr, Clara T. Bolton, Jean-Baptiste Ladant, Yannick Donnadieu. Spatial heterogeneity of the Late Miocene Biogenic Bloom. ICP, August 2022, Bergen, Norway.

Le projet MioCarb a pour objectif de comprendre la mise en place du fonctionnement du cycle du carbone moderne entre la fin du Miocène et le début du Pliocène (10-4 Ma) ; période ayant enregistrée un changement climatique globale. En effet, dans cet intervalle de temps, une diminution globale de la température et une augmentation du gradient latitudinale de température des eaux marines de surface sont mises en relation avec une forte diminution de la concentration en CO2 atmosphérique. Entre 9 Ma et 4 Ma, une augmentation des flux sédimentaires carbonatés et siliceux océaniques appelée Floraison Biogène (Biogenic Bloom) est observée de manière synchrone à ce changement climatique. La production carbonatée pélagique – système important dans le cycle du carbone – résulte majoritairement de l’activité du nannoplancton calcaire ; algues photosynthétiques produisant des plaques calcaires micrométriques dont font partie les coccolithes. La Floraison Biogène, est donc caractérisée par une augmentation du taux d’accumulation des nannofossiles calcaires. Cependant, un changement dans la dynamique macroévolutive du nannoplancton calcaire marqué par la diminution de leur diversité et la diminution de la taille des nannofossiles est aussi observé dans cet intervalle de temps. Il s’opère donc en quelques millions d’années un ensemble de modifications macroévolutives et biogéochimiques importantes durant la transition du cycle du carbone au Miocène supérieur-Pliocène inférieur. Le projet MioCarb cherche à comprendre l’origine de la Floraison Biogène et son impact sur le cycle du carbone. Afin de répondre à ces questions, plusieurs approches complémentaires seront mises en œuvre sous forme de trois axes de recherche : 1) la quantification des taux d’accumulation en carbonate de calcium et matière organique ainsi que des nannofossiles calcaires en prenant en compte leur abondance et leur masse sur 10 forages océaniques. Cette partie du projet utilisera des méthodes de quantification du CaCO3 par calcimétrie automatisée et COT par analyseur élémentaire. La quantification de l’abondance absolue en nannofossiles calcaires et de leur masse s’appuie sur l’acquisition d’un microscope optique automatisé et l’utilisation du système de reconnaissance par intelligence artificielle des coccolithes (SYRACO) développé au CEREGE. Cette étude évaluera donc l’impact des changements macroévolutifs et paléocéanographique sur la production sédimentaire pélagique au cours de la Floraison Biogène. 2) la quantification à l’échelle globale sur un ensemble de forage océanique des taux d’accumulation en carbonate de calcium. Cette partie du projet se concentrera sur l’exploration des données abondantes des campagnes de forages océaniques et l’utilisation des reconstructions des bassins océaniques récentes par l’équipe australienne EarthByte. Cet axe quantifiera aussi l’évolution de la CCD et surtout les budgets sédimentaires pélagiques et la quantité de carbone enfoui au cours de la Floraison Biogène. 3) l’étude par modélisation climatique en prenant en compte les spécificités climatiques, biologiques, sédimentaires et géographiques de la fin du Miocène afin d’identifier l’origine de la Floraison Biogène et son impact sur le cycle du carbone. Ce projet sera mené par une équipe scientifique pluridisciplinaire composée de micropaléontologues, paléocéanographes, sédimentologues, modélisateur climatique, ingénieur en microscopie optique automatisée et technicien de laboratoire de micropaléontologie du CEREGE, AMU et de l’Université de Sydney.