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Les foraminifères : marqueurs du climat

lundi 5 octobre 2015 par Erwan Le Fol

Les foraminifères sont des organismes unicellulaires, presque exclusivement marins. Les individus planctoniques occupent de façon très importante les deux cents premiers mètres de tous les océans (environ 10 % du zooplancton, genre à laquelle ils appartiennent) et se déplacent au gré des courants. D’autres, benthiques, restent fixés au fond.

Dossier Ifremer 2009

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On estime à environ 38 000 le nombre d’espèces fossiles et entre 10 000 et 20 000 le nombre d’espèces existantes encore de nos jours. Ils proviennent de lignées complexes et nombreuses, développées depuis le Mésozoïque (environ 250 millions d’années). Les foraminifères se caractérisent par un squelette appelé " test ". Celui ci est très variable, aussi bien en composition qu’en forme. Il peut être uniquement organique, composé de grains de sable agglomérés ou bien formé de fines couches de calcaire. Le type le plus courant étant calcaire et poreux. Le test de certaines espèces peut atteindre un diamètre de 8 cm, mais la moyenne se situe aux environs de 0,05 cm. C’est l’étude de ces tests dans les sédiments qui permet la reconnaissance des espèces.

Quelques exemples de tests de foraminifères actuels. D’après les photographies par microscope électroniques à balayage de Bé A. (1977).

©Ifremer Globigerina rubescens. Espèce essentiellement tropicale et subtropicale.
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©Ifremer Globorotalia menardii menardii. Espèce tropicale et subtropicale commune.
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©Ifremer Globorotalia truncalinoïdès. Espèce principalement subtropicale.
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©Ifremer Globigerina pachyderma. Espèce dominante dans les eaux polaires.
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Si les foraminifères sont des organismes particulièrement précieux pour les reconstitutions paléo-océanographiques, c’est qu’ils possèdent de nombreuses qualités : • ils sont présents dans presque toutes les mers du globe, • ce sont des individus très sensibles aux conditions environnementales (température, salinité,..), de sorte que l’analyse statistique des populations fossiles (par fonction de transfert et/ou meilleurs analogues) permet de reconstituer de manière précise les conditions de milieux dans lesquels ils ont grandit. Ces analyses sont très fiables car les foraminifères peuvent être très nombreux dans les sédiments. De petits échantillons peuvent contenir plusieurs milliers d’individus dans quelques centimètres cubes, • du fait de leur abondance et de leur rapide évolution, les foraminifères sont d’excellents marqueurs biostratigraphiques qui permettent de dater les dépôts sédimentaires dans lesquels ils se trouvent, et peuvent également servir de support à des datations 14C si leur abondance dans les sédiments est suffisamment importante.

Exemple d’utilisation des foraminifères : l’étude des cycles glaciaires-interglaciaires du Pléistocène (derniers 2 Ma).

Nous savons maintenant que le climat passé n’a pas toujours été tel qu’aujourd’hui. Durant le dernier million d’années, la Terre a été le théâtre de variations climatiques de grandes ampleurs, avec une alternance de périodes plus chaudes et surtout beaucoup plus froides qu’actuellement : • Durant les périodes de climat plus chaud, les glaces se retiraient vers des latitudes plus septentrionales et les zones polaires laissaient derrière elles des paysages aplanis et couverts de débris de moraines glaciaires. Le niveau de la mer montait plus haut qu’aujourd’hui (d’une dizaine de mètres environ). Des plages fossiles sont encore observables à plusieurs kilomètres dans les terres (dans la baie du Mont St Michel, par exemple). On y retrouve des coquilles de mollusques qui vivent maintenant dans les mers tropicales. • Durant les périodes froides, la formation d’énormes glaciers dans le nord de l’Europe et de l’Amérique a transformé le paysage, laissant de nombreuses traces. Les modelés et les dépôts d’origine glaciaire constituent les marques les plus facilement repérables de l’extension passée des glaciations (fjords, moraines et lacs glaciaires).

©Ifremer Exemple de modelé glaciaire typique : le fjord.
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Dans le monde végétal et animal, les glaciations ont également modifié profondément la répartition géographique des espèces. Les régions des grandes plaines européennes et américaines se sont transformées en toundra et en steppes désolées, parcourues par des troupeaux de rennes, de bouquetins et de chamois. D’autres espèces se sont adaptées pour pouvoir résister à ces conditions climatiques plus froides (rhinocéros laineux, mammouth).

©Ifremer Exemple de faune parfaitement adaptée à des conditions climatiques plus froides : le mammouth. Dessin de J. Moravec.
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Les effets de ces périodes de grands froids ne se sont pas limités aux montagnes et aux latitudes élevées. Dans tous les océans du globe, le niveau marin s’est abaissé de plusieurs dizaines de mètres par la suite de la constitution des glaciers et des calottes glaciaires. Les plates-formes continentales (en partie découvertes) se sont retrouvées soumises à l’érosion des fleuves (Cf. les canyons sous-marins par S. Berné et B. Loubrieu). De nombreuses formations sédimentaires témoins de cette périodes sont encore observables aujourd’hui (dunes sableuses, vallées fluviales submergées, etc…). Ces glaciations, qui se sont succédées au cours des derniers millions d’années de l’histoire de la Terre, ne sont connues que de manière indirecte par les marques plus ou moins visibles ou accessibles qu’elles ont laissées (étude des fossiles d’animaux et des pollens, position des moraines glaciaires ou des lignes de rivage). Ces traces permettent aux climatologues de proposer une reconstitution qualitative des climats passés. Cependant, les enregistrements continentaux sont trop souvent morcelés et/ou incomplets. Dans le domaine océanique profond, la sédimentation peut être considérée comme continue et sans remaniement important. Les particules qui s’accumulent au cours du temps (parmi lesquelles, les tests de foraminifères) constituent des couvertures sédimentaires pouvant atteindre plusieurs milliers de mètres par endroits. Leur étude permet de reconstituer les conditions climatiques qui régnaient sur le globe au moment de leur dépôt. C’est notamment l’analyse des tests de foraminifères contenus dans les sédiments qui permet de connaître précisément les températures régnant sur le globe durant les 140 derniers millénaires. Aux informations apportées par l’étude statistiques des populations de foraminifères, s’ajoutent les données issues de l’analyse géochimique des tests. Les travaux d’Emiliani (1955) sur les isotopes stables de l’oxygène dans les tests de foraminifères, ont permis de faire beaucoup avancer les études paléoclimatiques. L’idée originale vient d’Urey (1947), qui montra que les isotopes d’un élément pouvaient se comporter de façon différente, bien qu’ayant les mêmes propriétés chimiques. Il observa que les proportions entre les isotopes 18O et 16O dans des coquilles calcaires dépendaient de la température de l’eau où elles se constituaient. L’analyse du rapport de ces isotopes dans les tests des foraminifères permet aux climatologues de connaître de façon très précise les conditions environnementales passées, à savoir la salinité et la température des eaux dans lesquelles vivaient les foraminifères ainsi que la quantité de glace aux pôles. On observe ainsi que l’histoire du climat de la Terre est caractérisée par des oscillations dans la quantité de glace stockée aux pôles. Dans l’histoire récente, on découvre ainsi que les glaciers actuels, en particulier les inlandsis, sont un héritage de la dernière période glaciaire (glaciation würmienne). Celle-ci s’est déroulée entre 70 000 et 14 000 ans avant la période actuelle, atteignant son maximum d’intensité il y a 20 000 ans environ. Les calottes de glace étaient alors beaucoup plus grande qu’actuellement. Dans l’hémisphère nord, les glaces continentales couvraient une partie de l’océan glacial Arctique, du détroit de Béring à la mer de Barents. Elles s’étendaient sur le continent, depuis la Sibérie jusqu’à la Scandinavie. La plus grande partie des îles Britanniques disparaissaient sous les glaciers. On pouvait se rendre à pied de Sibérie en Alaska, et de la Chine à Bornéo. C’est sans doute de cette époque que date le peuplement de l’Amérique à partir de la Sibérie. En montagne, les glaciers, plus nombreux, plus épais et plus étendus qu’aujourd’hui, enveloppaient la haute montagne. Au maximum de la glaciation, presque un tiers de la surface des continents était sous les glaces.

©Ifremer Extension maximum des glaciers lors de la dernière glaciation dans la partie occidentale de l’Europe.
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Si, dès 1842, le mathématicien Adhémar formulait l’hypothèse que les glaciations résultaient de causes astronomiques, il a fallu attendre presque un siècle pour qu’une explication soit proposée. Entre 1920 et 1930, Milankovitch montra que la position relative de la Terre et du soleil entraînait des différences d’insolation suffisante pour provoquer des glaciations. Lorsque l’insolation est au plus bas, les hivers très doux favorisent la chute de neige que les étés peu chauds ne font pas fondre. Il faut cependant de nombreuses années pour construire une calotte de glace, car l’atmosphère froide n’est pas très efficace pour transporter la vapeur d’eau qui précipitera en neige et qui alimentera la calotte. Il a en effet fallu près de 100 000 ans, après le début de la dernière entrée en glaciation, pour atteindre le dernier maximum glaciaire, ou DGM ( Dernier Maximum Glaciaire). Par contre, la déglaciation est un phénomène très rapide (20 000 ans environ), occasionnant une rapide remontée du niveau marin (). Cf. le déluge dans une carotte par G. Lericolais Actuellement de nombreux laboratoires cherchent à prévoir le climat des prochaines décennies en comprenant l’évolution naturelle de notre climat (basée sur la compréhension du climat passé) et en essayant de quantifier l’impact des activités humaines (rejet de gaz à effet de serre). Les différents scénarii reposent sur des hypothèses faites sur la croissance démographique et économique, l’exploitation des sols, les progrès technologiques et l’approvisionnement énergétique, ainsi que de la façon dont les différentes sources d’énergie contribueront à cet approvisionnement entre 1990 et 2100. Tous les scénarii prédisent une augmentation de la température moyenne du globe comprise entre 1,5 à 4,5 °C (avec une valeur la plus probable de 2,5°C). Cette large gamme de prévision témoigne des incertitudes que nous avons sur la réaction du climat vis à vis notamment d’une augmentation des gaz à effet de serre.


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