Isotopes du Bore, Paléo-pH, Microsublimation, Transition interglaciaire-glaciaire, Volcan Toba

Face au changement climatique de l'Anthropocène, l'étude des paléoclimats et des perturbations associées du cycle du carbone au cours des temps géologiques s'est révélée fondamentale afin de comprendre les réactions du système Terre lors d'épisodes à forte teneur en CO2 atmosphérique. Depuis les années 1990, la composition isotopique du bore (δ11B) dans les carbonates biogéniques marins est utilisée pour reconstruire le paléo-pH des océans, directement lié à la pCO2 atmosphérique. Cette relation δ11Bcarbonate-pH est au cœur de ce travail de thèse, jalonné par ces différentes questions. A/ Le δ11Bsw de l'océan dans lequel le carbonate s'est formé, est le premier paramètre clé à connaître pour utiliser ce traceur. En raison de son long temps de résidence (14 Ma), la composition isotopique en bore de l'eau de mer est aujourd'hui homogène, mais elle a évolué au cours des temps géologiques. Nous avons dans un premier temps étudié la possibilité que les halites primaires, présentant en leur sein des inclusions fluides qui témoignent de la chimie de l'eau de mer dont elles sont issues. Par notre étude, nous avons écarté la possibilité que ces inclusions puissent enregistrer directement le δ11Bsw. Nous avons dans un second temps modélisé la variation séculaire du δ11Bsw en faisant évoluer au cours du Phanérozoïque les sources (érosion continentale) et les puits (adsorption sur les sédiments marins) de bore à l'océan, selon les dernières estimations disponibles pour ces flux. B/ La mesure du δ11Bcarb dans les biocarbonates, présente plusieurs difficultés, notamment liées à sa volatilité en milieu acide et un fort effet mémoire en ICP-MS (entraînant risque de contamination croisée et blanc élevé). La mesure du δ11Bcarb de petits échantillons à faible [B] tels que les foraminifères (2-20 ppm de B et méchantillon ¿ 5 mg), communément utilisés en paléocéanographie, devient alors critique. Afin de maîtriser ces obstacles, nous avons développé un protocole combinant 1/ la technique de microsublimation, rapide et peu contaminante, pour extraire le bore de la matrice carbonatée et 2/ un système d'injection directe des échantillons en MC-ICPMS automatisé et miniaturisé pour de faibles volumes et débits, le µ-dDIHEN. Celui-ci a permis d'atteindre des précisions inégalées pour des biocarbonates permettant d'analyser en triplicat seulement 1-2 ng de bore dans un volume de 300 µL. C/ Ce nouveau protocole a ainsi permis d'effectuer à l'IPGP les premières mesures de δ11Bcarb dans des foraminifères planctoniques (Globigerina bulloides), sur trois fractions granulométriques (250-315, 315-400 et > 400 µm) issues d'un même sommet de carotte sédimentaire. Pour ces échantillons nous avons également validé une méthode d'analyse de δ11B utilisant un volume encore plus réduit d'échantillon (seulement 100 µL) nécessitant la mesure de signaux transitoires, et permettant d'analyser moins d'un ng de bore. Ces mesures de foraminifères planctoniques de différentes tailles visaient à mieux appréhender l'impact de la biominéralisation sur la relation δ11Bcarbonate-pH. Pour G. bulloides, la variation ontogénétique du δ11Bcarb est peu significative, s'expliquant par l'absence de symbiontes et dont la densité peut impacter le microenvironnement de calcification. D/ Ces développements analytiques ont abouti sur le quatrième volet de mon travail, la reconstruction paléocéanographique. Afin d'estimer les effets de la super-éruption du Toba (Île de Sumatra, Indonésie) sur le pH océanique au niveau de la thermocline, nous avons étudié des échantillons de foraminifères planctoniques (Pulleniatina obliquiloculata), issus de la carotte BAR94-25 prélevée en mer d'Andaman à proximité du volcan. Cette éruption s'est déroulée il y a environ 74 000 ans en concomitance avec la dernière transition interglaciaire-glaciaire.