D/H des biomarqueurs : nouvelles méthodes de reconstitutions du cycle hydrologique tropical – ISOBIOCLIM

Le projet repose sur la combinaison d'outils régulièrement appliqués en paléoceanographie conjointement avec des outils innovants basés sur l'isotopie moléculaire des biomarqueurs. Ces outils sont basés sur l'estimation de la composition isotopique de l'oxygène (d18O) et de l'hydrogène (dD) de l'océan de surface. Le d18O est mesuré sur les foraminifères planctoniques et sont habituellement utilisés en paléoceanographie. Ils sont linéairement liés à la salinité de la surface de la mer, fournissant des informations précieuses sur les changements dans le cycle hydrologique régional. Le dD est mesuré sur des alkénones, synthétisées par du phytoplancton marin, et contribue également à estimer les signatures isotopiques de la surface de l'océan. L'utilisation du dD mesuré sur les biomarqueurs a un grand potentiel pour caractériser les changements dans le cycle de l'eau, mais ils sont encore peu exploités et se limitent aux molécules simples en raison de limitations techniques. Le développement récent de la chromatographie liquide préparative permet maintenant d'explorer le cycle de l'eau grâce à l'utilisation de nouvelles molécules organiques.

Utilisés conjointement, le d18O et le dD ont récemment montré que les estimations de la salinité basées sur des méthodes isotopiques classiques étaient obscurcies par un biais inhérent aux proxys isotopiques. Dans ce projet, nous proposons de combiner le d18O et le dD de la surface de l'océan pour reconstituer quantitativement la salinité de la surface de la mer. Cette approche innovante permet en particulier d'identifier et de corriger les biais inhérents aux méthodes isotopiques traditionnelles qui obscurcissent les reconstructions de la paléoprécipitation. Cette approche aidera à affiner notre compréhension de la variabilité des précipitations tropicales pendant l'Holocène et à diagnostiquer la sensibilité du cycle hydrologique tropical pendant une période où les forçages climatiques sont identifiés et quantifiés.

Les résultats préliminaires d'une étude multiproxy effectuée sur un transect latitudinal de séquences sédimentaires marines indiquent que les séquences enregistrent les changements dans le ruissellement des rivières et les paramètres hydrologiques régionaux, déduits des recontructions de la température de la surface de la mer et des changements de salinité pendant l'Holocène.

Il est prévu de collecter et d'analyser le dD sur des alkenones en C37 afin de déterminer de manière quantitative les changements de salinité de l'océan de surface, en relation avec les changements du cycle hydrologique aux basses latitudes.

Leduc et al., « Holocene hydrological changes in the Eastern Equatorial Pacific », PAGES OSM meeting, Zaragoza, May 2017, poster presentation

Leduc et al., « ENSO activity during the last climate cycle using Individual Foraminifera Analysis », EGU meeting, Vienna, April 2017, oral presentation

Vidal et al., « ENSO activity during the last climate cycle using Individual Foraminifera Analysis », PAGES OSM meeting, Zaragoza, May 2017, poster presentation

Les tropiques sont moteurs du cycle de l’eau, et les projections des précipitations d’ici la fin du XXI ème siècle prédisent des changements extrêmes qui vont perturber les écosystèmes et les sociétés. Mais il existe encore une grande incertitude aux basses latitudes sur la façon dont la pluviométrie va changer en réponse au réchauffement climatique global, car les projections des précipitations simulées par les différents modèles divergent, posant des questions sur la vulnérabilité et l’adaptation des populations dans les pays de la zone intertropicale. La simulation des paléoclimats est devenu un outil incontournable pour évaluer la performance des modèles en dehors de la période instrumentale. Il est donc essentiel de documenter les paléo taux de précipitations tropicales afin de porter un diagnostic sur les projections des modèles.

Le projet de recherche « ISOBIOCLIM » vise à caractériser les changements temporels du cycle hydrologique tropical pendant l’Holocène récent en étudiant les changements des paléo-précipitations dans la zone du Pacifique équatorial. La variabilité climatique saisonnière, interannuelle et interdécennale du Pacifique tropical est notoirement connue pour affecter des zones tropicales très éloignées du Pacifique équatorial telles que les régions influencées par les systèmes de mousson. La meilleure compréhension des téléconnexions climatiques ayant pour origine une perturbation du cycle de l’eau au sein du Pacifique tropical est donc essentielle pour mieux appréhender la sensibilité du cycle hydrologique tropical à des perturbations climatiques naturelles et anthropiques.

Le projet s’articule autour de l’étude de séquences sédimentaires marines à très fort taux de sédimentation collectées dans le Pacifique équatorial. La localisation de ces sites ayant des sensibilités contrastées vis-à-vis du cycle annuel des précipitations et de leur variabilité interannuelle associée à l’ENSO permettra d’étudier les grandes structures climatiques qui sous-tendent le cycle hydrologique tropical, telles que les zones de convergences atmosphériques et la circulation de Walker.

Le projet se base sur l’utilisation couplée d’outils utilisés en routine en paléocéanographie et d’outils innovants basés sur l’isotopie des biomarqueurs. Ces outils sont basés sur l’estimation des isotopes stables de l’oxygène et de l’hydrogène de l’océan de surface. Les isotopes de l’oxygène sont mesurés sur les foraminifères planctoniques et sont utilisés en routine en paléocéanographie. Ils sont reliés linéairement aux salinités des eaux de surface, donnant des indications précieuses sur les changements du cycle hydrologique régional. Les isotopes de l’hydrogène mesurés sur des molécules organiques synthétisées par certaines espèces de phytoplancton marin permettent également de remonter aux signatures isotopiques de l’océan de surface. L’utilisation des isotopes de l’hydrogène mesurés sur des biomarqueurs ont un grand potentiel pour tracer le cycle de l’eau, mais ils sont encore peu exploités et se limitent à des molécules simples en raison de limitations techniques. L’essor récent des méthodes de chromatographie liquide préparative permet de collecter de nouvelles molécules exploitables en paléocéanographie. Utilisés conjointement, les deux systèmes isotopiques (O et H) ont récemment démontré que les estimations des salinités basées sur les méthodes isotopiques classiques étaient entachées de biais inhérents aux proxys isotopiques. Nous proposons dans ce projet de coupler l’estimation des rapports isotopiques de l’oxygène et de l’hydrogène de l’océan de surface afin de reconstruire de manière quantitative les salinités des eaux de surface. Cette approche multi-proxy innovante permet en particulier de corriger les biais inhérents aux proxys isotopiques classiques qui obscurcissent les reconstructions des paléoprécipitations, et d’affiner notre compréhension de la variabilité des précipitations tropicales.