Evaluating the biomineralization and chemical differentiation of modern brachiopod archives

Résumé Les coquilles de brachiopodes sont de potentielles archives des conditions environnementales passées. Cependant, les processus de biominéralisation peuvent altérer cet enregistrement. Pour utiliser ces coquilles comme traceurs géochimiques, il est essentiel de comprendre les effets des processus de biominéralisation lors de la précipitation. L'objectif de cette thèse est de déchiffrer les possibles processus de biominéralisation impliqués dans la géochimie des différentes microstructures de la coquille et d’évaluer les meilleures parties à utiliser comme archives. Les coquilles de brachiopodes sont composées d'une couche primaire, une couche secondaire et parfois une couche tertiaire. La composition isotopique du lithium (?7Li), bore (?11B) oxygène (?18O), et calcium (?44Ca), et la composition élémentaire (Li, B, Na, Mg, Sr) des coquilles de brachiopodes modernes ont été mesurées. La couche primaire est en déséquilibre avec l'eau de mer, probablement par l'implication de précurseurs de carbonate de calcium amorphe. Dans la couche secondaire, ?18O et les éléments trace suivent une tendance vers l'équilibre dans les régions les plus internes. Cette tendance s'explique par des effets cinétiques. La variabilité en ?11B est gouvernée par le pH interne. La couche tertiaire a des valeurs à l'équilibre pour ?18O, indiquant qu'elle n'est pas affectée par les effets cinétiques. Cependant, cette couche est appauvrie en éléments trace, probablement par un fractionnement différent au cours du transport ionique à travers des membranes cellulaires. La couche tertiaire et la secondaire plus interne, apparaissent les plus appropriées pour leur utilisation comme traceur environnemental. Abstract Brachiopod shells are potential archives of past environmental conditions. However, biomineralization processes can alter this record. To use brachiopod shells as geochemical proxies it is essential to understand the potential effects of the biomineralization processes during shell precipitation. The main aim of this PhD thesis is to decipher the possible biomineralization processes involved in stable isotope and trace element incorporation within different shell microstructures and to assess the best parts to use as archives. Brachiopod shells are typically composed of a primary layer, a secondary fibrous layer and sometimes, a tertiary columnar layer. Lithium (?7Li), boron (?11B), oxygen (?18O), and calcium (?44Ca) isotopic compositions, together with elemental compositions (Li, B, Na, Mg, Sr) of modern brachiopod shells were measured. The primary layer was found to be always in a stage of disequilibrium wit seawater, probably due to the presence of amorphous calcium carbonate precursors during precipitation. In the secondary layer, ?18O and trace elements follows a trend towards equilibrium in the innermost regions. The trend is explained by kinetic effects during growth. The variability of ?11B is governed by the variations of the internal pH. In the tertiary layer, ?18O values were within equilibrium values, indicating that fractionation is not affected by kinetic effects. However, it is depleted in trace elements, possibly as a result of different partitioning during ionic transport through the cell membranes. From our findings, we conclude that the tertiary layer and innermost secondary layer appear to be the most suitable for its use as environmental proxies.