Réponses du système Terre aux perturbations géologiques du cycle du carbone : isotopes du carbone, modélisation, apport des isotopes du bore.

Devant le jury composé de : Jérôme GAILLARDET .......... Directeur de thèse Yves GODDERIS .............. Rapporteur Christophe LECUYER ......... Rapporteur Marc CHAUSSIDON ............ Examinateur Eric DOUVILLE .............. Examinateur Fréderic FLUTEAU ........... Examinateur Valérie BEAUMONT ........... Promoteur IFP Résumé: L'étude de perturbations géologiques du cycle du carbone permet d'améliorer la compréhension du cycle moderne du carbone et de mieux appréhender les effets des perturbations de la teneur en CO2 atmosphérique. En particulier, les crises géologiques fournissent un objet d'étude permettant de mieux connaître les capacités de réactions de l'environnement en situation de stress. Nous avons étudié la crise de la limite Trias-Jurassique (TJ) selon une approche combinée entre modélisation et étude multi-traceur centrée sur les isotopes du carbone de la matière organique et des carbonates. Cette limite est caractérisée dans les coupes téthysiennes par la succession de deux excursion négatives de la composition isotopique du carbone organique. La première est associée à une extinction de masse et une crise de la production carbonatée. Nous montrons grâce au modèle GEOCLIM que la mise en place de la Province Magmatique de l'Atlantique Central (CAMP) a pu engendrer la crise de la production carbonatée en prenant en compte les observations selon lesquelles cette mise en place s'est faite sous forme de pulses intenses (<400 ans). L'émission de carbone mantellique léger (<- 20), si son existence est confirmée, permet d'expliquer cette première excursion isotopique. L'analyses des isotopes du carbone et de l'azote de coupes anglaises et autrichiennes a permis de caractériser les conséquences locales des perturbations globales de la transition du Trias vers le Jurassique (mise en place de la CAMP et variations du niveau marin) et les difficultés de récupération de la pompe biologique dans des bassins perturbés par une forte production primaire procaryote. La composition isotopique du bore (11B) des carbonates fournit un outil supplémentaire pour de telles études car elle permet de reconstituer le pH océanique. Cependant, les disparités analytiques entre laboratoire induisent une grande confusion dans l'utilisation de cet outil. Nous proposons ici une méthode d'injection facilitant l'analyse de ces isotopes sur MC-ICP-MS et l'appliquons à l'étude de carbonates du Jurassique moyen pour mieux comprendre les causes et conséquences de la crise de la sédimentation carbonatée qui a alors lieu. Nous restons cependant limités dans nos conclusions car le pH déduit des valeurs du 11B des carbonates dépend également des valeurs du 11B océanique. Nous avons initié la reconstruction de cette courbe en mesurant les valeurs du 11B de halites ayant enregistré les valeurs de l'eau de mer. Nous montrons que des variations notables existent, cohérentes avec les paramètres de la géodynamique. Les différentes approches que nous proposons dans ce travail mettent en évidence l'intérêt des approches multi-traceurs et multidisciplinaires et ouvrent la voie à de nouvelles considérations sur les conséquence des perturbations du cycle du carbone sur la pCO2 atmosphérique et la chimie océanique.