Jean Besse
Fonctions
actuelles:
Physicien
CE1(depuis Sept 2002)
Bénéficiaire
d'un contrat d'encadrement doctoral et de recherche depuis 1990
Adresse
administrative:
Institut
de Physique du Globe de Paris (UMR
7154)
1 Rue Jussieu
75238 Paris Cedex 05
Tel: +33 1 83 95 74 87
Fax: +33 1 83 95 77 18
besse@ipgp.fr
Date
et lieu de naissance:
11/5/1952
à Courbevoie (92)
Nationalité
:
Française
Fonctions:
Assistant,
puis Maitre de conférence Paris 7 :
1981-
1989
Physicien
IPGP depuis
Juin 89
Diplômes:
Jan.
1981
Thèse
de 3ème cycle Univ.
Paris 7
Dec.
1986
Thèse
d'état
Univ.
Paris 7
Séjours
à l'étranger
Année
de recherche post-doctorale au
Lamont Doherty Geological Observatory
Columbia University, New York, USA , 1980-1981
Distinctions et Prix
Prix Louis
Barrabé de la
Société Géologique de France
(1999)
Prix Léon Lutaud de l'Institut. (1999)
Fellow
American Geophysical Union (AGU)
(2008)
Initialement maitre de conférence à l’Université Paris7, j’ai été nommé Physicien à l'I.P.G de Paris dans le laboratoire de Paléomagnétisme et Géodynamique en 1989. J’ai travaillé à la fois sur la dynamique interne et externe de la planète, en utilisant les outils du paléomagnétisme. Tout d’abord, j’ai contribué à la première étude scientifique du plateau du Tibet pour déchiffrer les mouvements en latitude ainsi que les déformations des blocs tibétains et reconstitué les géographies successives de l'Asie depuis 250Ma ainsi que celles de la Téthys. Nous avons ensuite démontré avec V. Courtillot que les énormes étendues de "traps" à la limite KT (plateaux basaltiques) s'y sont formées en moins d'un million d'années, au moment de l'extinction en masse des espèces. Conscient de la mauvaise qualité des chemins de dérive des pôles, j’ai analysé les bases de données paléomagnétiques mesurées dans le monde et en ai tiré des reconstructions paléogéographiques ainsi que des courbes de dérive apparente du pôle aujourd'hui très utilisées. A partir de ces données, j’ai mis en évidence de grandes dérives du pôle de rotation de la Terre par rapport à la lithosphère et au manteau sur les 200 derniers millions d’années. Actuellement, l’un des principaux enjeux concernant la dynamique de la Planète consiste à fournir un cadre complet et cohérent pour ses différentes manifestations, et préfigure une révolution aussi importante que celle de la tectonique des plaques : même si chaque système a ses caractéristiques propres, les couplages entre les différentes enveloppes (atmosphère, océan, croûte, manteau, noyau) imposent une approche globale, pour laquelle j’ai toujours milité, que ce soit dans ma recherche personnelle, en enseignement, ou comme point de vue de politique scientifique. Le potentiel d’étude de processus couplés par le paléomagnétisme, que ce soit par l’étude du champ magnétique lui même, ou par sa capacité à appréhender le déplacement des plaques peut répondre quantitativement aux nombreuses questions concernant l'origine, le devenir, le mode de fonctionnement de systèmes internes ou externe, de la tomographie globale à l’évolution du climat sur les grandes échelles de temps. C’est la raison pour laquelle, tout en continuant mon travail de Paléomagnéticien de base, j’ai établi de nouvelles collaborations, d’abord avec les climatologues, puis avec des sismologues et des géodynamiciens. Ainsi, l’utilisation de modèles, si ceux ci prennent en compte une terre réaliste et sont validés par des données naturelles, ouvre un champ de recherche pluridisciplinaire passionnant, comme la simulation du comportement du manteau, ou de la dérive des pôles, les simulations climatiques, et bien d’autres dans lequel le paléomagnétisme occupe (et occupera) une place importante. Les travaux récents ou en cours sont sont brièvement résumés ci dessous : 1) Mes recherches les plus actuelles traitent de la géologie Précambrienne (Archéen et Néoprotérozoïque) au Canada, en Australie et en Inde, en étudiant d’une part les caractéristiques du Champ Magnétique Terrestre, d’autre part la tectonique des plaques. Nous montrons que l’intensité du Champ magnétique terrestre est significativement plus faible que l’intensité des périodes géologiques récentes. Nous avons mis en évidence une série d’inversions parmis les plus anciennes à partir d’un forage à Pilbara en Australie datés de 2.7 Ga. Nous essayons également d’établir des estimations réalistes de la « vitesse limite » des plaques (et même tenter des reconstructions) pour l’Archéen et le Paléo-Protérozoïque.Ces données seront comparées et intégrées aux grandes théories sur l’évolution de la géodynamo et de l’évolution des continents. 2) L’évolution du climat au cours des temps géologiques et ses conséquences sur les biomes par l’étude de l’impact de la tectonique des plaques (en utilisant en particulier les reconstructions paléogéographiques issues du paléomagnétisme). Ce travail, résolument pluridisciplinaire (collaboration G. Ramstein, F Fluteau), a été l’un des ferments du programme INSU/CNRS Eclipse, et a permis de montrer l’importance du forçage du climat par la tectonique des plaques ainsi que d’en étudier les mécanismes dynamique pour certaines périodes clés (évolution de la mousson depuis le Tertiaire, climats chauds du Crétacé, Climats Permo-Trias et évolution de la colonisation de la planète par les flores, etc…). Mes recherches récentes portent sur le Précambrien et le Paléozoïque, et plus précisément sur les apports paléomagnétiques de la caractérisation des grandes glaciations Néoprotérozoïques. La détermination de chemin de dérive des pôles globaux à haute résolution pour les périodes plus récentes du Crétacé Supérieur et du Paléocène (LPTM) nous permet d’expliquer des évènements climatiques ou paléo-environnementaux remarquables. 3) Dynamique du manteau et de la lithosphère. Nos recherches en collaboration, avec A. Davaille et E Stutzmann, portent sur l’interprétation de la convection à grande échelle, en confrontant modèle de tectonique des plaques et tomographie. Nos travaux vont des points chauds (volcanisme ancien, dislocation de la Pangée) aux zones de subduction, ou nous établissons les bilans de croute subductée et les comparons aux diverses estimations d’anomalies de vitesse sismiques. Ceci nous permet de retracer par exemple l’histoire 3D du manteau sous les Amériques en combinant sismologie et tectonique des plaques. Comme nous l’expliquerons ci dessous, cette approche nous permet de mieux modéliser la dérive des pôle. Nous continuons ce travail du côté Asiatique afin d’avoir une évaluation complète de l’activité de la plaque Pacifique et des collisions de l’Est de l’Asie. 4) Je continue évidemment à augmenter et améliorer la base de données paléomagnétique sur le terrain dans le but d’améliorer la résolution et la fiabilité des chemins de dérive des pôles, et d’affiner les reconstructions. J’ai entrepris notamment l’étude de séries en Italie à très haute résolution basées sur la magnétostratigraphie nous permettant de caractériser des épisodes « fins » de mouvements du pôle (et d’étudier par ailleurs la tectonique de la région). Les études de la convection mantellique et de son évolution au cours des temps géologiques nous permettent d’étudier le mécanisme des grandes dérives du pôle de rotation de la Terre connue également sous le nom de True Polar Wander (TPW) liées aux anomalies de masse du manteau et de leur évolution au cours des temps géologiques, que nous tentons de modéliser avec M. Greff : les anomalies de masse du manteau varient sur des échelles de temps géologiques: elles sont responsables du géoide observé actuellement et des topographies qui existent aux différentes discontinuités à l’intérieur de la Terre. Leurs variations dans le temps engendrent les grandes dérives du pôle de rotation. La méthodologie utilisée est toujours une approche directe modélisant, la source d’excitation, et en déduisant les perturbations associées du tenseur d’inertie de la Terre et celles du vecteur rotation. Il s’agit donc d’une approche théorique, suivie d’une modélisation numérique puis d’une validation des résultats avec les observations paléomagnétiques, qui nous a permis de resituer le TPW dans le cadre de la dynamique profonde de la Terre.
Enfin, ma carrière
comme physicien à
l'IPG de Paris depuis 1989 m'a conduit à y diriger une
unité CNRS (GDR de
magnétisme des roches), puis l'équipe de
Paléomagnétisme et Géodynamique.
Depuis mon passage de Maître de Conférences
à Physicien, j'ai toujours gardé un
contact étroit avec l'enseignement, en particulier
à Paris 7, ou je m'occupe au
sein du Mastère Step de la
spécialité Géologie et Risque
Naturel. J'ai été
membre de nombreux comités du MEN, du CNRS, de l'INSU, du
BRGM, et ai assuré
pendant 4 ans la Présidence de la section 11 du CNRS.
Activités
de Recherche.
Paléomagnétisme
et dérive des pôles.
Mouvements et
déformation des plaques au cours des
temps géologique constituent
l'un
des axes forts de ma recherche. J'ai porté un effort tout
particulier sur la
définition de chemins de dérive apparent des
pôles. Combiner les données
paléomagnétiques des grands blocs pour les 200
derniers millions d'années en
s'appuyant sur les derniers modèles cinématiques d'ouverture
des océans
Atlantique et Indien a permis de montrer l'excellente
qualité de
l'approximation fondamentale du "dipôle
géocentrique axial" sur
laquelle repose le paléomagnétisme (collaboration V.
Courtillot).
Nous avons mis en évidence un terme quadrupôle
persistant de l'ordre de 3% du dipôle sur les derniers
200 Ma en accord avec l'analyse des données du
Plio-Quaternaire, et pas de
contribution significative de termes octupolaires. Nous proposons de nouvelles
courbes affinées de
dérive apparente des pôles
géomagnétiques des grands cratons que nous
utilisons
pour améliorer les reconstructions
paléogéographiques.
Les chemins de dérive des pôles que
nous avons publiés constituent une
référence utilisée largement par la
communauté paléomagnétique mondiale et
trois des articles sur cette thématique
figurent dans la base des articles les plus cités
internationalement de l'ISI.
A partir de là, nous
avons abordé la caractérisation
de la dérive de l'axe de rotation de notre
planète par rapport au manteau en fonction du temps (appelée
dans la
littérature dérive vraie , True
Polar Wander
ou TPW). Nous nous
appuyons sur les points chauds et notre chemin de dérive des
pôles magnétiques
(lié à la dynamo). Nous
montrons que la nature du TPW est épisodique (Fig1) avec des
périodes sans
grands mouvements du pôle, et des épisodes très
rapides pendant le Crétacé et
les 5 derniers millions d'années ou curieusement vitesse et
direction sont
identique à la dérive séculaire
estimée par géodésie spatiale. Ces
dérives, de l'ordre de la dizaine de cm/an (voire
d'avantage) affectent le
manteau terrestre et la lithosph�re. Une
dérive des pôles de prèès de
30° est suggérée sur les derniers
200Ma et son existence au moins sur les derniers 130Ma,
prouvée par la
comparaison d'un jeu de données indépendantes
(Océans Indiens/Atlantiques et
Pacifique). Ces travaux ont été largement
utilisés par la communauté des
géodynamiciens du manteau.
Le
basculement du pôle de
rotation est un phénomène qui peut ètre expliqué
par des variations d'anomalies
de masse sur les échelles de temps géologiques,
qui perturbent l'inertie de la
planète Ces
anomalies de masse (ou
de densité) de grandes longueurs d'onde sont largement
induites à l'échelle du
million d'années par l'évolution de la convection
mantellique (plaques
subductées et superpanaches). Nous travaillons sur ces
problèmes en tentant une
modélisation du processus (M Greff-Leftz, Equipe de
Géomagnétisme de l'IPGP).
Fig1 :
Grandes
dérives du pôle de rotation de la Terre (True
Polar
Wander) depuis 130 Ma pour
le manteau. Les estimations pour le Pacifique et l'Indo-Atlantique sont
basées à partir de données
complètement
indépendantes et montrent
de grandes similarités interprétées
comme démontrant
du TPW. Elles montrent également des
désaccords : mouvements importants
entre points chauds (Besse and Courtillot, 2002)
Ainsi, nous
avons démontré l'influence
considérable du mode
de convection possible à une plume de la planète
Mars sur le comportement de
son pôle de rotation durant son histoire précoce
(Thèse H. Rouby). Nous tentons
maintenant de modéliser ce processus sur la
planète Terre en calculant les
perturbations du tenseur d'inertie induites par les zones de subduction
et les
remontées de matériel chaud à travers
le manteau (dont les effets sont de même
ordre de grandeur) et leurs actions sur l'axe de rotation. Nous faisons
en
particulier des expériences de sensibilité pour
essayer d'évaluer les rôles
respectifs des subductions, des deux super-panaches africain et
pacifique et
des rhéologies du manteau et de la lithosphère.
Une
tâche importante est d'améliorer et de
compléter la base
de donnée paléomagnétique. Les chemins
de dérive des pôles des grands
continents sont en effet connus dans leurs grandes lignes, au moins
pour les
périodes Mésozoiques et Paléozoiques.
Néanmoins, une analyse plus détaillée
montre des lacunes importantes.
Par exemple, le manque et la mauvaise qualité
des données pour certaines
périodes impliquent des lissages très importants
masquant des évènements dont
les durées caractéristiques sont de l'ordre de la
dizaine de millions d'années
et l'amplitude de 10¡ ou moins. Les chemins de
dérive des pôles sont-ils si
lisses qu'on l'imagine Y a t-il
au contraire fréquemment des petits mouvements correspondant à
des évènements de type True Polar Wander
avec une incidence forte sur le climat et la
biosphère
Figure
2 : Comparaison des Déclinaisons et Inclinaisons
(symboles ouverts) provenant
d'une magnétostratigraphie à haute
résolution en
Italie (Thèse de S. Satolli, 2007) avec celles (symboles
fermés) provenant du chemin de dérive
synthétique des
pôles de B&C (2002).
Noter l'excellente correspondance entre les deux sets de
données
et le saut
d'inclinaison aux alentours de 100Ma : Ce dernier correspond t-il à un événement de True
polar
wander
Les
périodes que nous considérons vont du Jurassique
au
Paléocène. En ce qui concerne le
Mésozoique de la
plaque Afrique, les données
sont incertaines ou insuffisantes en nombre ou qualité. Il
s'agit pourtant
d'une période-clé de l'évolution de la
terre
(niveau de la mer très haut,
dislocation majeure enfin une période ou de grandes
dérives du pôle de rotation
de la Terre alternent avec des périodes beaucoup plus
calmes,
attestant de
changements ou mouvements importants dans le manteau terrestre). C'est
la
raison pour laquelle nous avons effectué un chemin de
dérive des pôles à très
haute résolution en Italie. Nous avons mis au point une
méthode alternative (thèse
de doctorat de Sara Satolli (2007), collaboration F. Speranza, INGV
Rome) qui
utilise les données magnétostratigraphique
provenant de
la chaîne orogénique
des Apennins Septentrional. Une méthode pour corriger les
rotations tectoniques
a été mise en oeuvre et a permis la
reconstruction
d'un chemin de dérive
apparent des pôles à très haute
résolution de
l'Apulie entre 150 et 100 Ma
parfaitement daté (à l'échelle du
chron) car
corrélé à l'échelle
magnétique des
temps. Nous montrons que l'Apulie suit rigoureusement les mouvements de
l'Afrique à cette période (promontoire quasi
rigide), et
que le changement
global de direction des plaques est daté de
l'anomalie
M11 exactement. Il pourrait correspond à un
changement brusque de direction du TPW. Par ailleurs, un mouvement de
dérive
brutal situé vers 100Ma, semble correspondre à un
événement climatique global
reconnu dans divers types d'environnements. Avec M.G. Moreau, nous
avons mis en évidence un saut de dérive similaire
au
Paléocène dont je parlerais ensuite,
dans le chapitre sur le climat.
Evolution paléogéographique et déformation de la lithosphèère continentale.
J'étudie
également l'évolution
des grands assemblages
continentaux, lorsque l'on ne dispose plus d'anomalies
magnétiques marines pour
replacer les continents et blocs ou que la tectonique
déforme profondément
ceux-ci. La Téthys en particulier est le siègee
de processus d'une importance
géodynamique exceptionnelle : Tout au long de la
bordure Nord du Gondwana
se produisent des épisodes de rifting
répétés depuis le
Paléozoique ancien. Des
blocs ou même de véritables continents
s'individualisent d'ouest en est du
système, puis migrent vers le nord et rentrent en collision avec la
marge Sud
Eurasiatique. Les collisions successives se font à une telle
échelle qu'elles
fournissent les "tectotypes mondiaux" des différents modes
de
déformation de la croéte et de la lithosphère
continentale.
Les données
paléomagnétiques issues en particulier de nos
travaux ont apporté un éclairage
nouveau sur la géodynamique de l'Asie. Citons ainsi
l'age de collision à 50 Ma
proposé pour l' Inde et l'Asie, l'estimation des
quantités de raccourcissement
depuis cette période, les âges tardifs de
collision, Jurassique inférieur pour
la suturation finale Chine du Nord/ Chine du Sud et Jurassique terminal
pour la
suturation finale Mongolie/Sibérie qui ont radicalement
changé notre vue des
reconstructions du Mésozoique et de la fin du
paléozoique. Nos études
paléomagnétiques en Thaïlande (Thèse de
Z Yang, 1992) nous ont permis de démontrer
le rôle fondamental du modèle d'extrusion
proposé par P. Tapponnier, en
appuyant l'idée qu'une grosse partie de la
déformation de la lithosphère
continentale est localisée dans des grandes failles, en
montrant par nos
données un rejet de plus de 1200Km sur la faille du Fleuve
Rouge.
Figure3 :
Paléogéographie au Permien:
La Téthys n'apparaît plus comme une vaste mer
ouverte sur le Pacifique, mais
une mer barrée par les continents de Chine du Nord et du
Sud. Ce type de carte,
avec les mers épicontinentales et Paléoaltitudes
nous servent à forcer un modèle de circulation atmosphérique (GCM).
modè
- Nous nous sommes
intéressés à l'histoire
Permo-Triassique de la Pangée, afin de préciser
si ce
super-continent issu de la collision Hercynienne formait un ensemble
immuable
et rigide ou si sa géométrie avait
été affectée par de profondes
évolutions
entre le Carbonifère et l'ouverture de l'Océan Atlantique au
Jurassique.
- Des études sur le
Permo/Trias d'Arabie Saoudite et d'Argentine nous ont permis d'apporter
de
nouvelles contraintes en résolvant le problème de
l'‰ge des pôles magnétiques,
et la nature primaire de leur aimantation. L'excellente
cohérence entre les
diverses données disponibles sur le Gondwana de l'Ouest et
la comparaison entre
les chemins de dérive apparente du pôle (CDAP)
pour la Laurussie et le Gondwana
montre une différence significative entre les
pôles de mèmes âges pour les
périodes plus anciennes que 210 Ma, que nous
interprétions en terme de
mouvements relatifs entre la Laurussia et le Gondwana. Reste que les
quantités
de mouvement alors en jeu (décrochement de quelque 3000Km
entre les deux
méga-blocs) posent toujours problème, et justifient la
poursuite de ce
programme actuellement au Maroc afin de caractériser dans
l'espace et dans le
temps d'éventuelles anomalies de champ magnétique
ou des phénomènes de biais
d'acquisition d'aimantation suggérés par d'autres
auteurs.
- Nous
avons également étudié le transit de
blocs au
travers de la Téthys du Permien au
Crétacé (Thèse
de Saidi). Nous proposons pour le bloc d'Iran un âge de
collision Trias moyen à
supérieur, en bon accord avec l'analyse tectonique et
déterminons également la
vitesse d'expansion et l'azimut de la paléo-ride
Océanique NéoTéthysienne. La
vitesse de 13cm/an est
sensiblement comparable à celle de l'Inde au
Tertiaire. Ces données
permettent de préciser la cinématique des
Paléo-Océans pour ces périodes
reculées, bien que les anomalies magnétiques de
ceux-ci aient disparu depuis
longtemps sous les marges actives. Ces deux derniers
résultats (ainsi que les
nombreuses accrétions de la fin du Permien en Eurasie,
Sibérie, KhazakstanÉ)
permettent de nier l'existence d'un super-continent Pangéen
immuable pendant
100Ma: bien au contraire nous documentons quantitativement la
destruction d'un
continent (Gondwana) au profit de la création d'un autre
continent (l'Asie)
dans le domaine temporel d'existence de la Pangée
lui-même.
Paléomagnétisme,
Tomographie, Dynamique du Manteau.
L'augmentation
du nombre et de la qualité des données
sismologiques permet aujourd'hui
d'affiner les modèles tomographiques du manteau, qui peuvent
à leur tour ètre
comparés avec les observations en surface, volcanisme et
zones de subductions
dont la position au cours du temps est connue grâce
à la cinématique des
plaques et aux données
paléomagnétiques. Ce type d'étude,
couplé à une
interprétation en termes de mécanique des fluides
permet de mieux en mieux comprendre
les structures de la tomographie à grande échelle
et d'apporter des contraintes
fortes sur la convection mantellique. Nous avons établi une collaboration avec le
laboratoire
de Sismologie (Eléonore Stutzmann) et de dynamique des
fluides géologiques (Anne
Davaille). Partant d'une série de modèles
tomographiques à très haute
résolution (ondes S, données
Géoscope), nous avons effectué une reconstitution
de l'histoire des plaques en surface dans le Pacifique Est et
interprété dans
le manteau les anomalies positives
en montrant qu'elles résultaient de la subduction et de la
fragmentation de la
plaque Farallon depuis au moins 120Ma. Nous avons également
fait le bilan de la
quantité de plancher océanique
subducté, et montré que les anomalies positives
en base de manteau à 2900 Km correspondaient à de
la croéte injectée dans le
manteau aux alentours de 100Ma (Thèse de Y. Ren).
Nous continuons maintenant ce travail en
étudiant la
structure des subductions Pacifique Ouest .
Cette
reconstitution globale du Pacifique, en surface par nos reconstructions
et en
profondeur par la tomographie, devrait nous permettre de répondre
à de nombreuses questions
telles que : à quelle plongent effectivement les
slabs (observation
centrale dans le choix modèle d'une convection à
1 ou 2 couches)
Quelles
l'interactions entre les slabs du Pacifique et ceux de la
Téthys Peut
on réconcilier
les bilans de croûte subductée et les
observations tomographiques, qui sont actuellement contradictoires dans
la
littérature.
L'identification
des courants chauds
ascendants dans le
manteau profond à partir des anomalies de vitesse
négatives est plus délicate car la relation
avec leur manifestation en surface est moins bien comprise. Les
édifices de
type points chauds ou les
traps
sont la signature en surface des courants chauds ascendants. Nous avons
vérifié
par la reconstruction paléomagnétique de ceux ci
la Théorie d'Anne Davaille
montrant que les anomalies de vitesses négatives
observées dans la région
indo-atlantique peuvent être
interprétées comme la signature de la
déstabilisation périodique d'une couche limite
thermique chaude et chimiquement
hétérogène à la base du manteau. Leur
position reconstituée au cours du temps
(Figure 5) est essentiellement située sur les 2 grandes
zones d'anomalie
négatives, montrant ainsi une
pérennité de ces régions au cours des
temps
géologiques (au moins sur les derniers 250Ma), et une
convection organisée par
de grandes zones localisées de subduction (Pacifique et
Téthys), entre
lesquelles remontent les gros points chauds (sur les bordures comme
proposé par
V. Courtillot) et, de façon plus diffuse, les courants
chauds ascendants.
Figure
5. A) Reconstruction paléomagnétique à
250Ma et
image tomographique de Grand à 2900Km. B) Les principaux
traps anciens
reconstruits sont situés sur les zones d'anomalies chaudes
actuelles.
Enfin,
l'un
des problèmes importants pour comprendre la dynamique de la
convection
est
l'origine des variations de température dans le manteau.
Nous
avons réalisé une étude avec Eric
Humler, en
utilisant des analyses géochimiques sur les
éléments
majeurs (en particulier Na8) issus d'échantillons provenant
de
basaltes
Océaniques présents et passés. Ces
analyses,
convertibles en températures du
manteau supérieur, sont replacées dans leur
position
initiale (reconstructions
depuis 200Ma) et montrent que la température du manteau est
influencée dans
l'espace et dans le temps par la distance de celui-ci aux grandes
masses
continentales.
Etude
de l'impact de la tectonique des plaques sur les climats :
Bien
sûr, nos études
paléomagnétiques permettent
de proposer des reconstructions
dynamiques au cours de nombreuses périodes
géologiques.
Or, sur de longues échelles de temps, la tectonique des
plaques
constitue l'un des forèages
majeurs du climat. Nous avons lancé avec G. Ramstein (LSCE)
un
projet
pluridisciplinaire comprenant, outre les laboratoires de
Paléomagnétisme et de
Tectonique de l'IPGP et le laboratoire de Modélisation du
Climat
et de
l'Environnement du CFR/CEA, divers laboratoires de
sédimentologie, tectonique,
paléontologie et de Paléobotanique
(Thèse de F. Fluteau,
depuis recruté MCF,
puis Professeur depuis 2007). L'outil utilisé est
un Modèle de
Circulation Générale Atmosphérique
(AGCM).
Fig6)
Influence de la paléogéographie sur
le
champ de pression (du
bas vers le
haut reconstructions
à 30,10 et 0
Ma). On voit la dépression thermique continentale (en bleu)
se renforcer
(l'advection accrue
d'air humide
renforce alors la
mousson) alors
que les bras de mer ou les mers épicontinentales se ferment
progressivement.
(Fluteau et al, JGR,1999)
Les
climats
simulés représentent
la réponse de
l'atmosphère en équilibre avec un certain nombre de
conditions aux limites
imposées (distribution terre-mer, relief,
température de surface des océans,
banquise, végétation). Nous avons
choisi des situations géologiques très
contrastées, ou l'impact de la
tectonique des plaques devrait jouer un rôle
déterminant dans les changements
climatiques. Ce travail renouvelle la recherche en
paléoenvironnement
continentaux qui prend un essor récent important, en
particulier au travers du
programme interdépartemental Eclipse dont il a
été un des ferments.
Notre
première étude par exemple a porté sur
l'impact
climatique de la collision
Inde-Asie. Des expériences de sensibilité ont
permis de
montrer le rôle mineur
de la surrection du plateau Tibétain mis en avant par
beaucoup
de chercheurs.
Au contraire, nous montrons que le retrait des mers continentales et la
fermeture des bras séparant les blocs Afrique-Arabie et
Eurasie,
ainsi que le
mouvement vers le Nord des plaques jouent un rôle capital sur
le
déplacement et
les renforcements des moussons sur l'Inde, mais également
sur la
mousson
d'Afrique (Fig6). Nous étudions également les
climats de
nombreuses autres
périodes, profitant des nouvelles cartes
paléogéographiques
synthétisées en
particulier à partir des données
paléomagnétiques pour ces périodes.
Sans
rentrer dans le détail, ces études nous
permettent bien
sér d'appréhender
certains aspects de la modification du climat, au Permien et au
Crétacé. Nous
avons été plus loin en essayant
d'étudier les
routes ou modalités de
colonisation des végétaux pendant le Permien,
à
partir des intersections entre établissement ou destruction
de
ponts continentaux, établissement de reliefs ou
évolution
de la température et de la pluviométrie
déterminée à partir de l'AGCM
comment et quand des végétaux ou animaux au cours
du
temps colonisent ou
quittent un territoire terrestre donné. Cet apport est
fondamental car il permet
de vérifier en partie certaines approximations actualistes
en
biologie
végétale.
Depuis,
je poursuis ce type de travail dans d'autres directions. La
Thèse de M. Macouin
a porté sur l'étude
paléomagnétique des fameuses séries de
Doushantuo (Chine),
qui nous a permis de proposer un pôle pour la Chine du Sud au
Néoprotérozoique
vers 600Ma (Collaboration Z.H. Yang, Beijing). Nous montrons que la
Chine du
Sud était un bloc appartenant au Gondwana
déjà en formation à cette
période.
Nous avons proposé des reconstructions
paléogéographiques pour ces périodes
confortant l'existence d'épisodes de glaciations globales de
la Terre (snowball
earth) en montrant la présence de glaciations sur les
régions intertropicales
et équatoriales, mais mis en question le processus
d'entrée en glaciation de
Shraag ou de de Hoffman, dé à un
pompage de CO2 accru par la position
équatoriale de continents. Nous
avons clarifié
le nombre et la chronologie
des glaciations en Chine en utilisant une stratigraphie
basée sur la géochimie
des isotopes oxygène/carbone.
Actuellement,
je m'intéresse aux conséquences climatiques des
variations brutales de
changements de l'axe de rotation de la Terre expliquées plus
haut. Au Paléocène
(LPTH), des données paléo-environnementales
montrent des
caractéristiques étranges: des forêts
de Conifères ou
même de feuillus semblent s'étendre à
des
latitudes très hautes, pratiquement au Pôle Nord,
ainsi que des
faunes de
vertébrés, en particulier des crocodiliens. Si la
température n'est pas un
frein à leur développement (il s'agit des
périodes
parmi les plus chaudes de
l'histoire de la Terre), le manque de lumière en hiver
constitue un
problème.
En "stackant" des données de
magnétostratigraphie, nous mettons en évidence
un brusque mouvement de dérive du pôle exactement
à
cette période, et montrons
que les espèces susnommées se
développent
préférentiellement aux périodes ou
leur biotope est situé à l'extérieur
ou à
la limite du cercle polaire. Nous
discutons également la variation de taille des anneaux
d'accroissement des
arbres en fonction des changements de latitude. Nos travaux en cours
sur le
Crétacé en Italie semblent montrer des
phénomènes
similaires à l'Albien-Aptien.
Etude du Champ
Magnétique terrestre ancien:
Les
variations à long terme de la fréquence des
inversions du champ magnétique
terrestre constituent l'un des signaux anciens les plus remarquables
issus de
l'intérieur de la terre dont la physique reste
particulièrement incomprise. Ce
comportement non-stationnaire devra pourtant clairement ètre pris en
compte
pour toute modélisation de la dynamo terrestre ou des
conditions aux limites
manteau/noyau. Nous avons suggéré l'existence
d'une constante de temps (de
l'ordre de 1 à 2 108
ans) entre
périodes sans renversements du champ magnétique
terrestre qui pourrait refléter
des changements à long terme à l'interface
manteau/noyau. Nous construisons
actuellement avec Y.Gallet une échelle magnétique
de référence des inversions
pour le Permo-Trias, car les séries temporelles disponibles
restent encore trop
courtes (ou erronées). Nous étudions
l'évolution de la fréquence des inversions
entre les périodes longues sans renversement du champ
magnétique terrestre.
Notre but est en effet de dégager des constantes de temps
caractéristiques de
phénomènes géologiques. Nous avons
été les premiers à décrire
des inversions
fréquentes du champ au Trias, alors que les auteurs
précédents prévoyaient une
période normale longue de plusieurs dizaines de millions
d'années. Nous sommes
actuellement en mesure de proposer une échelle
magnétique des temps sur plus de
40 Ma.
L'origine du champ magnétique terrestre remonte au moins à 3.5 milliards d'années, en fait aussi loin que l'on puisse trouver des roches volcaniques aimantées. Il est tout à fait raisonnable de penser qu'à cette époque la dynamo fonctionnait dans des conditions fort différentes, sans graine solide, en se refroidissant lentement jusqu'à ce que la température en son centre atteigne le point de solidification du mélange. Pour étudier cette évolution, nous avons commencé avec J.P. Valet un projet de détermination des paléointensités et des directions paléomagnétiques de séries volcaniques d'‰ges compris entre 1.5 et 3.0 Ga.
Fig
7 Données d'intensité du champ
magnétique obtenues par méthode
de Thellier et Thellier (1959)
utilisant des pTRM checks (Macouin et al, 2006).
Les études conduites sur les roches du protérozo•que au Canada indiquent un champ plus faible que le champ actuel (Thèse M. Macouin). Mais la forte variabilité de l'intensité du champ, (telle qu'on l'observe par exemple pour les 800 derniers millénaires) nécessite un échantillonnage exhaustif de telle sorte que la moyenne soit statistiquement significative. Des problèmes liés à la fidélité d'enregistrement du signal ne sont également pas exclus. C'est pourquoi nous poursuivons ces études en Australie, dans deux carottes de forage à 2.7 et 3.3Ga et en Inde (Thèse Ch. Poitou) à 2Ga. Dans le premier cas, les résultats préliminaires nous permettent de plus de contester la vitesse des plaques de plus de 1m/an proposée dans la littérature pour la remplacer par une vitesse plus actuelle de 13 cm/an.
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