Reconstruction des taux de dénudation continentaux à la transition Eocène-Oligocène à partir des archives sédimentaires marines // Reconstruction of continental denudation rates at the Eocene-Oligocene transition from marine sedimentary archives

L'objectif de cette proposition de thèse est d'extraire des archives sédimentaires océaniques les informations clefs permettant de contraindre les variations des taux d'érosion chimique et mécanique des surfaces continentales aux échelles des temps géologiques. Nos travaux récents ont permis de démontrer que les organismes marins carbonatés en zone côtière enregistrent lors de la formation de leur test les conditions physico-chimiques environnementales, mettant ainsi en évidence la/les contributions potentielles des décharges fluviatiles et/ou des résurgences souterraines sous-marines dans leur milieu de vie (El Meknassi et al., 2018, 2020 ; Briard et al., 2020). Par ailleurs, l'altération des surfaces continentales sous l'action de l'acide carbonique, entraine le transport l'éléments dissous par les eaux fluviales vers la zone néritique impliquant une modification régionale des caractéristiques physico-chimiques de l'eau de mer i.e., processus appelé « boundary exchange » par la communauté océanographique (Jeandel, 2016 ; Resing et al., 2015). En appliquant ces observations aux dépôts océaniques, nous pouvons ainsi tracer les exports continentaux sous sa forme dissoute, via les organismes carbonatés du domaine néritique. Combinés aux taux d'érosion mécanique obtenus via l'analyse des argiles exportées, il sera ainsi possible de quantifier l'altération chimique et mécanique et de là estimer un taux de dénudation intégré.

La transition Eocène-Oligocène (EOT) est la période géologique qui sera investiguée car elle est le témoin d'un changement climatique majeur avec le passage d'un climat « green-house » à un climat « ice-house ». Les zones de travail concernent deux cratons de part et d'autre de l'océan Atlantique i.e., le craton ouest africain (WAC) et le craton amazonien (AC) qui endurent un forçage géodynamique interne contrasté. Le WAC a subi des processus principalement induits par le manteau, tandis que l'AC a été soumis en plus aux effets lointains de l'orogenèse andine. En outre, les deux cratons 1) étaient situés dans la zone tropicale dynamique de l'océan Atlantique à l'EOT, 2) ont connu des phases alternées de dénudation dominée par l'altération et de dénudation dominée par la physique (Beauvais et Chardon, 2013 ; Chardon et al., 2016), et 3) présentent un régolithe latéritique de type similaire (Grimaud et al., 2015, 2017, 2018). À l'EOT, les produits d'érosion détritique de la dénudation (en particulier les minéraux argileux) préservés dans les segments 159 (WAC) et 207 (AC) sont directement liés aux bassins versants de la Volta-Comoé (WAC) et de l'Orénoque (AC), respectivement. Ils n'ont pas subi d'exportation de sédiments modifiée à l'EOT comme c'est le cas pour le fleuve Amazone (AC) et le fleuve Niger (WAC) au Miocène. Les travaux antérieurs associés à la quantification des exports détritiques du WAC et AC par stratigraphie sismique et géomorphologie (« source to sink » ; Rouby et al., 2023a, b ; Bajolet et al., 2022 ; Loparev et al., 2021) constituent ainsi un contexte unique pour une étude minéralogique et géochimique poussée sur les carottes sédimentaires océaniques (TGIR-IODP France).

Nous appliquerons sur les foraminifères planctoniques et benthiques ainsi que sur les phases argileuses extraites des carottes sédimentaires de la TGIR-IDOP des traceurs géochimiques et isotopiques i.e., les éléments majeurs et traces, REEs, et l'isotopie du Sr, Nd et Li. Ces compositions géochimiques et isotopiques caractéristiques des processus d'altération continentale, seront combinés à la géométrie des bassins de drainage et aux exports des sédiments continentaux préservés sur la marge passive pour contraindre les exports chimiques et détritiques du continent vers l'océan et de là les taux de dénudation des surfaces continentales à l'EOT.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The aim of this Ph.D. thesis is to extract from oceanic sedimentary archives the key information needed to constrain variations in the chemical and mechanical erosion rates of continental surfaces over geological time scales. Our recent works have shown that marine carbonate organisms in coastal zones record the physico-chemical environmental conditions during the formation of their tests, thus highlighting the potential contribution(s) of fluvial discharges and/or submarine underground resurgences in their living environment (El Meknassi et al., 2018, 2020; Briard et al., 2020). Furthermore, the alteration of continental surfaces by carbonic acid leads to the transport of dissolved elements by fluvial waters towards the neritic zone, implying a regional modification of the physico-chemical characteristics of seawater, i.e. a process called ‘boundary exchange' by the oceanographic community (Jeandel, 2016; Resing et al., 2015). By applying these observations to oceanic deposits, we can track down alteration continental exports in its dissolved form, via carbonate organisms in the neritic domain. Combined with the mechanical erosion rates obtained by analyzing exported clays, it will be possible to quantify chemical and mechanical alteration and estimate an integrated denudation rate.

The Eocene-Oligocene transition (EOT) is the geological period that we want to investigate as a major climatic change took place at this transition i.e., from a ‘green-house' climate to an ‘ice-house' climate. The working areas concern two cratons on either side of the Atlantic Ocean, i.e. the West African Craton (WAC) and the Amazonian Craton (AC), which are subject to contrasting internal geodynamic forcing. The WAC has undergone processes mainly induced by the mantle, while the AC has also been subjected to the distant effects of the Andean orogeny. Furthermore, both cratons 1) were located in the dynamic tropical zone of the Atlantic Ocean at EOT, 2) underwent alternating phases of alteration-dominated denudation and physical-dominated denudation (Beauvais and Chardon, 2013; Chardon et al., 2016), and 3) exhibit a similar type of lateritic regolith (Grimaud et al., 2015, 2017, 2018). At EOT, the detrital erosion products of denudation (particularly clay minerals) preserved in segments 159 (WAC) and 207 (AC) are directly related to the Volta-Comoé (WAC) and Orinoco (AC) catchments, respectively. They have not undergone EOT-modified sediment export, as it is the case for the Amazon River (AC) and the Niger River (WAC) in the Miocene. Previous work associated with the quantification of WAC and AC detrital exports using seismic stratigraphy and geomorphology (‘source to sink'; Rouby et al., 2023a, b; Bajolet et al., 2022; Loparev et al., 2021) thus provides a unique context for an in-depth mineralogical and geochemical study of oceanic sediment cores (IODP).

The Ph.D. student will apply geochemical and isotopic tracers, i.e. major and trace elements, REEs, and isotopes of Sr, Nd and Li, on planktonic and benthic foraminifera and clay phases extracted from the IODP sediment cores. These geochemical and isotopic compositions, which are characteristic of continental weathering processes, will be combined with the geometry of drainage basins and exports of continental sediments preserved on the passive margin to constrain chemical and detrital exports from the continent to the ocean and hence the rate of denudation of continental surfaces at EOT.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www.get.omp.eu/research-team/er4-couplages-lithosphere-ocean-atmosphere/

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université de Toulouse

173 SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace

étudiant(e) en sciences de la terre, environnement ou géochimie marine expérience analytique (salle blanche, spectrométrie de masse) connaissance en géochimie élémentaire et isotopique
student in earth sciences, environment and marine geochemistry analytical experience (clean laboratory, mass spectrometry) knowledge in geochemistry and isotope geochemistry