Etudes isotopique et microfaunique de la carotte MD95-2001 (Atlantique Nord, de -165 à –59 ka). Résumé étendu par Julie MORVAN Etude menée en 2001 par J. MORVAN et C. PUJOL (Université Bordeaux I)

Introduction Dans le domaine océanique, le Nord-Est de l'Océan Atlantique constitue une zone clé pour la compréhension de l'Océan dans le climat global. Elle est le siège de formation d'eaux profondes, là où s'initie la circulation thermohaline globale qui régit l'activité de la machine-océan (Broecker et al., 1990). Le Golfe de Gascogne et ses abords sont une zone privilégiée d'analyses qui ont été depuis plusieurs années le siège de travaux divers. Récemment, la première campagne IMAGES à bord du navire océanographique "Le Marion Dufresne" a permis de prélever dans le Golfe de Gascogne des colonnes sédimentaires de plus de 20 m de long dans des zones à taux de sédimentation important. Ainsi, l'analyse à haute résolution de la carotte MD95-2002 (Ifremer, 2000 ; Zaragosi et al., 2001) a permis une documentation très fine du Quaternaire terminal. L'absence, dans cette carotte, de la base du stade 5 (dernier interglaciaire "proche" de notre "postglaciaire") est cependant un élément négatif à une meilleure compréhension du passage glaciaire/interglaciaire. Afin de documenter au mieux l'ensemble des processus subis par l'environnement marin et d'en appréhender la portée régionale voire globale, cette étude rend compte de l'analyse des foraminifères planctoniques, à très haute résolution, principalement dans le stade isotopique 5 et également dans les stades adjacents, d'une carotte à fort taux de sédimentation (MD95-2001, mission IMAGES I). Elle a été prélevée dans une zone à faible perturbation sédimentaire (turbidites, contourites), sur un dôme, où les dépôts sont de type hémipélagique. Les analyses préliminaires ont permis de mettre en évidence le développement du stade 5 et des stades glaciaires 6 et 4 sous et sus-jacents. Les foraminifères sont appréhendés ici comme proxy principal. Leur grande représentativité dans les sédiments marins et leur affinité avec le milieu dans lequel ils se développent en font d'excellents traceurs de paléoenvironnements superficiels. Voici quel est le principal problème posé et quelques pistes de résolution : Quelle a été la variabilité climatique au cours du stade isotopique 5 dans l'Océan de surface Atlantique Nord ? approche physico-chimique de l'hydrologie : reconstitution des paléotempératures et paléosalinités approche et isotopique : d18O approche écologique: associations microfauniques

Matériel : La carotte MD95-2001 Golfe de Gascogne MD95-2001 Golfe de GascogneMD95-2001 La carotte MD95-2001 a été prélevée à bord du n.o. "Le Marion Dufresne". Elle est située sur la pente continentale au débouché de la Manche, dans la zone de replat de Trevelyan, à 3788 m de profondeur (Fig. 1). D'une longueur de 22.37 m, l’analyse préliminaire de cette carotte a permis de localiser assez précisément le dernier interglaciaire (stade isotopique 5 ou Marine Isotopic Stage : MIS 5) et les stades glaciaires sous et sus-jacents, entre 1500 et 2100 m. Figure 1 :Carte de localisation de la carotte MD95-2001

Coordonnées géographiques Profondeur Longueur Carottes Type Coordonnées géographiques Profondeur Longueur Latitude Longitude MD95-2001 Calypso Kullenberg 46°48'17 08°40'28 3788m 22,37m Tableau 1 : Caractéristiques de la carotte MD95-2001

Méthode : Les foraminifères planctoniques Les foraminifères sont des microbiotes unicellulaires appartenant au groupe des Protozoaires ; ce dernier peut-être replacé dans la systématique comme étant de la classe des Rhizopodes. Leur caractère fondamental est de posséder un test minéralisé, en équilibre avec le milieu environnant. La plupart du temps, ils vivent dans la zone photique mais peuvent descendre dans les eaux profondes jusqu'à plusieurs milliers de mètres. On les trouve dans divers régimes océaniques (masses d'eaux tropicales à polaires) ; ils ne constituent en fait qu'un faible pourcentage du zooplancton vivant mais le dépôt constant de coquilles vides sur le fond des océans dans les régions à forte productivité contribue substantiellement à la formation de boues carbonatées. Comptage L'observation de la microfaune planctonique a été effectuée à la loupe binoculaire sur la fraction grossière supérieure à 150 mm. Un minimum de 300 individus ont été comptés pour chaque niveau. Chacune des espèces a été identifiée ; leur disposition en associations permet d’obtenir des indications sur les paléoclimats (Pujol, 1980) :

Associations paléoclimatiques Association arctique : Neogloboquadrina pachyderma sénestre Association subarctique : Neogloboquadrina pachyderma dextre Globigerina bulloides Globigerina quinqueloba Association transitionnelle ou subtropicale d'hiver : Globorotalia scitula Globigerinata glutinata Globorotalia inflata Orbulina universa Hastigerina siphonifera Globorotalia truncatulinoides Globorotalia hirsuta Association subtropicale d'été : Globigerinoides ruber alba Globigerinoides ruber rosea Globorotalia crassaformis Globigerinoides conglobatus Association tropicale : Globigerinella digitata

Estimation des paléotempératures et paléosalinités Analyses isotopiques Les échantillons prélevés tous les 4 à 10 cm de carotte ont fait l'objet de mesures isotopiques de d18O. L'espèce G. bulloides a servi de support à ces mesures dans la plupart des échantillons. En l'absence de ce taxon, i.e. durant les épisodes à association faunique arctique, N. pachyderma sénestre (enroulé vers la gauche) est utilisé. Quelques niveaux ont de plus fait l'objet d'une analyse complémentaire avec les espèces N. pachyderma forme dextre (enroulé à droite) , G.  inflata et G. ruber. N. pachyderma sénestre a été trié dans la fraction de résidu supérieure à 200 mm et inférieure à 250 mm. Les autres espèces, et en particulier G. bulloides, proviennent de la fraction comprise entre 250 et 315 mm. Généralement 0,100 mg de tests de foraminifères planctoniques sont analysés (soit environ 20 N. pachyderma, 10 G.bulloides ou 7 à 8 G. inflata). Les mesures des échantillons ont été effectuées sur un spectromètre de masse Finnigan MAT 251. Les données sont référencées par rapport au standard PDB et calibrées au NBS 19. La précision analytique du d18O obtenue est de 0.05‰. Estimation des paléotempératures et paléosalinités La disposition des foraminifères en assemblages permet, d’une part, des reconstitutions de paléotempératures par fonction de transfert (Méthodes des Analogues Modernes (MAT) (Prell, 1985)). Elle consiste en une analogie directe entre les associations actuelles (données 558 points), mesurée par un coefficient de dissimilarité. Le calcul des paléotempératures est définie par la moyenne pondérée des températures des cinq analogues les plus proches. Les niveaux pour lesquels ce coefficient est faible possède un fort intervalle de confiance en ce qui concerne la température estimée. En revanche, pour un coefficient de dissimilarité >0.15, le nombre d'analogues sera inférieur à cinq ; dans ces niveaux, on pourra douter de la reconstruction climatique (ceux dont le coefficient était trop élevé ont été supprimés). Sur chaque point de température estimée, la barre d'erreur est inférieure à 3.6°C en hiver et 5.4 en été. D'autre part, Duplessy et al. (1991) ont développé une méthode relativement complexe qui vise à reconstituer les paléosalinités.

Tableau 2 : Notice de calcul des anomalies de salinité (d'après Duplessy et al., 1991)

Résultats Figure 2 : Variation des valeurs isotopiques du rapport 18O/16O au cours du temps d’après deux foraminifères planctoniques : G. bulloides (courbe noire) et N. pachyderma sénestre (courbe bleue).

Figure 3 : Estimation des paléotempératures (a : hiver ; b : été) et paléosalinités (c). Les courbes pleines correspondent à la moyennes des températures calculées, celles en pointillés aux maximum et minimum. Les zones grisées correspondent aux sous-stades isotopiques.

Figure 4 : Pourcentages cumulés des espèces de foraminifères planctoniques, carotte MD95-2001.

Figure 5 : Pourcentages cumulés des associations de foraminifères planctoniques

Conclusions PERIODES (ka) NOTATION DE PHASE DESCRIPTION DE L'EVENEMENT ASSOCIATION MICROFAUNIQUE 134-137 6a Conditions glaciaires polaire Dominance de N. pachyderma sénestre 137-153 6b Forte tendance au glaciaire polaire, subpolaire à transitionnelle Intermède froid à 140ka : opportunisme 153-165 6g Période glaciaire Eaux de type polaire Avancée maximum du front polaire Tableau 3 : Descriptif des événements du stade isotopique 6

118-123 123-124,5 124,5-125 125-134 5ea Conditions subtropicales PERIODES (ka) NOTATION DE PHASE DESCRIPTION DE L'EVENEMENT ASSOCIATION MICROFAUNIQUE 118-123 5ea Conditions subtropicales transitionnelle à subtropicale 123-124,5 5eb Intervalle "froid" transitionnelle 124,5-125 5eg Optimum climatique 125-134 Terminaison II Passage glaciaire/interglaciaire polaire Contexte glaciaire Tableau 4 : Descriptif des évènements du sous-stade isotopique 5e

DESCRIPTION DE L'EVENEMENT ASSOCIATION MICROFAUNIQUE PERIODES (ka) NOTATION DE PHASE DESCRIPTION DE L'EVENEMENT ASSOCIATION MICROFAUNIQUE 94-98 5ca Opportunisme, compétition inter-spécifique subpolaire à transitionnelle 98-106 5cb Développement exceptionnel de N. pachyderma dextre subpolaire à transitionnelle106-1085da subpolaire à transitionnelle Renouvellement associations fauniques 108-116 5db Epoque transitionnelle, communauté planctonique instable polaire, subpolaire à transitionnelle Influence polaire limitée 116-118 Transition 5e/5d Avancée des eaux polaires Refroidissement à 116ka Adaptation à de nouvelles conditions climatiques Tableau 5 : Descriptif des évènements des sous-stades isotopiques 5c et 5d

DESCRIPTION DE L'EVENEMENT ASSOCIATION MICROFAUNIQUE PERIODES (ka) NOTATION DE PHASE DESCRIPTION DE L'EVENEMENT ASSOCIATION MICROFAUNIQUE 71-76 Transition 4/5a Conditions pseudo-glaciaires polaire à subpolaire 76-81 "Sous-stade 5a" Avancée et retrait rapides des eaux polaires Evènement froid à 77ka 81-87 5ba Entre 5a et 5b subpolaire à transitionnelle (subtropicale) Conditions tempérées 87-94 5bb Eaux polaires polaire Tableau 6 : Descriptif des évènements des sous-stades isotopiques 5a et 5b et de la transition 4/5

Références bibliographiques Broecker, W.S., Bond, G. & Klas, M., 1990. A salt oscillator in the glacial Atlantic ? 1. The concept. Paleoceanography, 5, 4, 469-477 pp. Duplessy, J.C., Labeyrie, L., Juillet-Leclerc, A., Maitre, F., Duprat, J. & Sarnthein, M., 1991. Surface salinity reconstruction of North Atlantic Ocean during the last glacial maximum. Oceanologica Acta, 14, 4, 311-324 pp. Ifremer, 2000. ENAM II (European North Atlantic Margin ) (1996-1999), IFREMER, Brest, 115 pp. Prell, W.L., 1985. The stability of low latitude sea-surface temperatures : an evaluation of the CLIMAP reconstruction with emphasis on the positive SST anomalies. Rapport de TR 025. Pujol, C., 1980. Les Foraminifères planctoniques de l'Atlantique Nord au Quaternaire : écologie, stratigraphie, environnement. Thèse d'Etat, Université Bordeaux 1, Talence, 254 pp. Zaragosi, S., Eynaud, F., Pujol, C., Auffret, G.A., Turon, J.L. & Garlan, T., 2001. Initiation of the European deglaciation as recorded in the Northwestern Bay of Biscay slope environments (Meriadzek Terrace and Trevelyan Escarpment) : a multi-proxy approach. Earth and Planetary Science Letters, 188, 3-4, 493-507 pp.