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Le climat à découvert

 | 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Troisième partie. Observations et indicateurs climatiques

12. Paléothermométrie géochimique

Christian France-Lanord et Dominique Blamart

Texte intégral

1La mesure quantitative des températures passées a été initiée sur les bases de la physique atomique dès 1947 par Harold C. Urey (Nobel de chimie pour la découverte du deutérium*). Elle repose sur l’enregistrement de la température de formation d’une phase constitutive d’archives naturelles (sédiments*, biominéraux, glace) par une composition isotopique ou chimique. Cette quantification est obtenue à partir de la mesure très précise d’une grandeur physico-chimique ou isotopique qui varie de manière significative selon la température de l’environnement. On fait alors comme hypothèse que le signal de température enregistré dans l’objet utilisé, ainsi que les processus qui le conditionnent, restent figés au cours du temps.

2Les isotopes* stables de l’oxygène sont les paléothermomètres les plus utilisés. L’oxygène est à 99,8 % constitué de l’isotope 16O de masse 16 et de proportions mineures d’isotopes de masse 17 et 18. Ces différences de masse confèrent à chaque isotope des caractéristiques thermodynamiques légèrement différentes pour une même affinité chimique. Lors de la formation d’un minéral, son rapport 18O/16O (δ18O), est régi par une réaction d’équilibre isotopique qui dépend de la température et du rapport δ18O de son milieu de formation. Par exemple, lors de la formation du squelette d’une coquille de carbonate, l’organisme vivant puise dans l’océan de l’oxygène dont les proportions 18O/16O dépendent de la composition de l’océan et de la température (figure). Ce principe est utilisé sur des biominéraux marins ou lacustres, des ossements fossiles, des glaces ou encore des concrétions inorganiques comme les stalactites. De la même façon, des rapports élémentaires chimiques figés dans des phases minérales peuvent enregistrer des équilibres chimiques entre un minéral et son milieu de formation qui dépendent de la température. Il est alors possible de déduire la température de formation à partir de la reconstitution du milieu de formation. Enfin les proportions de certaines molécules organiques enregistrent des processus biochimiques qui dépendent de la température. Les archives sédimentaires permettent des reconstitutions temporelles allant jusqu’à des centaines de millions d’années avec des résolutions qui peuvent atteindre le cycle saisonnier.

Une des premières applications de la paléo-thermométrie isotopique de l’oxygène sur des stries de croissance d’un fossile de mollusque du Jurassique* (bélemnite). La courbe de croissance montre un enregistrement de quatre années et une variation hiver-été (W, S) de l’ordre de 5 °C. D’après Urey et al., 1951

3Depuis trente ans, la paléothermométrie fait l’objet d’importants efforts de la communauté scientifique. Grâce aux progrès des méthodes analytiques de spectrométrie de masse, de nouveaux systèmes isotopiques, moléculaires ou élémentaires peuvent maintenant être abordés. On peut à présent mesurer la proportion de molécules lourdes comme 13C18O16O dans un carbonate, qui enregistre sa température de formation absolue.

Table des illustrations

Légende Une des premières applications de la paléo-thermométrie isotopique de l’oxygène sur des stries de croissance d’un fossile de mollusque du Jurassique* (bélemnite). La courbe de croissance montre un enregistrement de quatre années et une variation hiver-été (W, S) de l’ordre de 5 °C. D’après Urey et al., 1951
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/11394/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 190k

Auteurs

Géochimiste, Directeur de Recherche au CNRS, Directeur du CRPG, Nancy.
cfl@crpg.cnrs-nancy.fr

Géochimiste, Directeur de recherche au CEA, LSCE, Gif-sur-Yvette.
dominique.blamart@lsce.ipsl.fr

© CNRS Éditions, 2011

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