Projet ANR-10-JCJC-0609 – ECO-MIST : Etude des processus d’érosion continentale à l’aide de nouveaux traceurs moléculaires et isotopiques
Programme : JCJC : Sciences de l'information, de la matière et de l'ingénierie : Système Terre, environnement, risques (JCJC SIMI 6)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Germain BAYON (INSTITUT FRANCAIS DE RECHERCHE POUR L'EXPLOITATION DE LA MER (IFREMER))
Partenaires : Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer
Montant : 280000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 48 mois
Résumé : Marqueurs géochimiques des interactions passées entre érosion, climat et hommesA suivre.
Mieux comprendre les liens entre érosion, climat et activités humainesL’altération des roches sur les continents représente un puits pour le CO2 atmosphérique, constituant, à l’échelle des temps géologiques, l’un des tout premiers facteurs de contrôle du climat sur Terre.  A plus courte échelle, la dégradation de notre environnement par l’homme s’est également accompagnée d’une intensification de l’érosion des sols et des processus d’altération.  Malgré l’importance de ces processus, et de leur rattachement à des questions sociétales, notre capacité à reconstruire les variations passées de l’altération reste limitée à ce jour.  Une meilleure compréhension des interactions passées entre érosion, climat et activités humaines apparait donc nécessaire pour mieux mesurer l’impact de l’homme sur son environnement, et la nature des liens entre altération et changement climatique.   Dans ce contexte, le projet ECO-MIST visait à explorer le potentiel de nouveaux marqueurs géochimiques dans les sédiments marins pour reconstruire les processus d’érosion à la surface des continents.
De nouveaux traceurs moléculaires et isotopiques pour étudier les processus d’érosion sur les continentsL’objectif principal d’ECO-MIST portait sur une meilleure compréhension et la calibration de marqueurs géochimiques (isotopes de l’hafnium et du néodyme) et moléculaires (biomarqueurs)  ayant montré précédemment une aptitude particulière pour tracer les processus d’érosion continentale.  La première partie du projet reposait principalement sur l’analyse d’un grand nombre de sédiments déposés au débouché de fleuves drainant des bassins versants ayant des contextes géologiques et climatiques très variés, incluant notamment les plus grands fleuves mondiaux.  La deuxième partie du projet était une application de ces nouveaux traceurs à l’étude de deux enregistrements sédimentaires: 1) une carotte sédimentaire prélevée sur l’éventail sous-marin du Congo, autorisant l’étude de l’érosion des silicates à l’échelle d’un continent pendant la période Quaternaire ; 2) un forage de 125 m effectué sur la marge est-Corse, permettant la reconstruction du régime de l'érosion en Corse au cours des derniers 500,000 ans.
Résumé de la soumission : Les continents s’érodent sous l’action combinée de l’érosion chimique (altération) et mécanique des roches.  Les réactions chimiques qui accompagnent l’altération des roches silicatées conduisent au piégeage du CO2 atmosphérique.  A très long terme, ce processus contrôle la teneur en carbone de l’atmosphère, et a donc joué un rôle important dans la régulation du climat de la Terre à l’échelle du million d’année.  Malgré l’importance de ce processus, notre capacité à reconstruire les variations passées de l’érosion des silicates reste limitée. Une autre question majeure concerne l’impact de la dégradation de notre environnement sur l’érosion des continents, pour des échelles de temps plus courtes, allant de la dizaine d’années au millénaire.   De nombreuses évidences montrent que les activités humaines, comme l’agriculture, la déforestation, et l’émission de gaz carbonique anthropogénique, augmentent considérablement les taux d’altération chimique et d’érosion des sols sur les continents.  Mais une meilleure compréhension du lien entre érosion continentale et changement climatique est nécessaire pour mieux évaluer la sensibilité de notre environnement aux  activités humaines.Au cours des dernières décennies, de nombreuses études de terrain, de travail expérimental ou de modélisation ont cherché à identifier les facteurs contrôlant l’érosion des continents et à quantifier les taux d’érosion chimique et mécanique.  En témoignent le nombre croissant de sessions portant sur ces thèmes de recherche dans les conférences internationales et la mise en place de vastes programmes de recherche dédiés aux sciences de la surface (comme le programme INSU ‘Reliefs de la Terre’ par exemple).   Ces efforts soutenus ont contribué à nettement améliorer nos connaissances sur les liens existants entre l’érosion, la tectonique, le climat et la chimie de l’océan.  Mais il y a encore un manque évident de traceurs pour reconstruire directement les variations passées de l’intensité de l’érosion des silicates à partir d’archives géologiques.   Dans ce projet, nous proposons d’explorer l’utilisation de nouveaux marqueurs isotopiques et moléculaires dans les sédiments marins en tant que traceurs de l’érosion continentale.  L’utilisation combinée des isotopes de l’hafnium et du néodyme dans les sédiments offre une opportunité unique pour reconstruire les variations passées de l’érosion des roches silicatées sur les continents.  De plus, l’émergence des traceurs moléculaires (biomarqueurs) ces dernières années a ouvert de nouveaux champs d’investigations en paléoclimatologie.  Certains de ces nouveaux biomarqueurs (comme le ‘BIT-index’) se sont révélés être particulièrement intéressants dans le traçage de l’érosion des continents.   La première partie du projet est axée sur une meilleure compréhension et la calibration de ces nouveaux traceurs de l’érosion continentale.  Elle repose principalement sur l’analyse d’un grand nombre de sédiments marins déposés récemment et pendant le dernier maximum glaciaire sur les marges continentales, au débouché de fleuves drainant des bassins versants ayant des contextes géologiques et climatiques très variés, incluant notamment les plus grands fleuves mondiaux (Amazone, Nil, Congo, Niger, MacKenzie, Yangtze, Huang He, Danube, etc).  La deuxième partie du projet est une application de ces nouveaux traceurs à l’étude de deux enregistrements sédimentaires exceptionnels: 1) un forage de 125 m effectué récemment sur la marge est-Corse, permettant la reconstruction du régime de l'érosion chimique en Corse au cours des derniers 500,000 ans ; 2) une carotte sédimentaire prélevée sur l’éventail sous-marin du Congo, autorisant l’étude de l’érosion des silicates à l’échelle d’un continent pendant la période Quaternaire.  L’ensemble des résultats acquis au cours de ce projet permettra d’approfondir de manière significative nos connaissances sur les liens entre changements environnementaux et érosion des continents.
Résultats : L’analyse de l’importante collection de sédiments de rivières mondiales constituée au cours du projet ECO-MIST a montré que la composition isotopique en hafnium des argiles était principalement contrôlée par l’intensité de l’altération. Ce résultat confirme tout l’intérêt d’utiliser ce nouveau traceur dans des études paléo-environnementales et les reconstitutions paléo-climatiques (voir figure 1). L’application de ce traceur à l’étude d’une carotte de sédiments marins au large du Congo a notamment suggéré que l’arrivée des premiers agriculteurs en Afrique centrale, il y a environ 2500 ans, a eu un fort impact sur la forêt tropicale à cette époque.  Ce résultat aura d’ailleurs été un fait marquant du projet puisqu’il a été publié dans la revue ‘Science’. Au final, l’ensemble des résultats acquis au cours d’ECO-MIST, notamment ceux obtenus sur le forage de la marge Est Corse, nous a permis d’apporter de nouvelles contraintes sur l’utilisation de ces nouveaux traceurs, et d’approfondir nos connaissances sur les liens entre changements environnementaux et érosion des continents.
Perspectives : A suivre.
Publications et brevets : A suivre.