Mémoire (M. Sc. A.)--Université du Québec à Chicoutimi, 1986. / "Mémoire présenté en vue de l'obtention de la maîtrise en sciences appliquées en géologie" CaQCU Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Quel est le défi des sciences de la terre et de l'environnement aujourd'hui? Depuis la révolution de la théorie de la tectonique des plaques, l'évolution des surfaces continentales a été associée aux interactions des plaques lithosphériques. Plus récemment, la révolution de la modélisation numérique a bousculé le paradigme de la tectonique en montrant l'importance des interactions entre processus externes (ex. climat, érosion, altération) et processus internes (ex. géodynamique, topographie dynamique). D'une part, les modèles climatiques montrent que les changements régionaux (moussons, aridification...) ainsi que globaux (refroidissement, pCO2...) peuvent être attribués à des phénomènes d'origine interne par le biais de variations dans la distribution des reliefs, des mers et des continents. D'autre part, les modèles géomorphologiques montrent que ces processus internes peuvent être influencés en retour par les variations climatiques par le biais de l'érosion de la surface des continents. Ce qui est nécessaire aujourd'hui, pour tester et calibrer les modèles, c'est une méthodologie qui permette de différencier et de quantifier les contributions respectives des processus internes et externes sur les variations paleoenvironnementales observées pendant les changements régionaux et globaux. En utilisant les outils et l'expérience acquis pendant mes travaux antérieurs, je développe cette méthodologie dans le cadre des travaux de recherche présenté dans cette thèse. La clef de la méthodologie préconisée est basée sur la chronologie fine par datation haute-résolution des enregistrements sédimentaires dans les bassins en utilisant les techniques de magnéto- et cyclostratigraphiques. En effet, une résolution en âge suffisante permet de corréler (ou pas) des variations paleoenvironnementales locales aux cycles astronomiques modulés par la géométrie orbitale de la terre, aux archives marines du climat global ou aux évènements géodynamiques et tectoniques. Cette approche ne prend sa réelle mesure que dans le cadre d'une intégration stratigraphique multidisciplinaire. Je présenterai mon projet principal portant sur les forçages internes et externes des variations paleoenvironnementales dans le contexte de la collision Inde-Asie pendant les évènements climatiques globaux paléogènes. De plus, je décrirai deux autres applications chrono-stratigraphique sur les couplages tectonique-érosion-sédimentation dans l'Himalaya et les interactions climat-évolution dans les bassins à hominidés du rift Est Africain.

Le découpage et l ' enchaînement des différents chapitres de cet ouvrage ne sont que le reflet des diverses étapes jalonnant le cheminement de cette recherche biostratigraphique particulière . C'est ainsi qu'une première partie, importante, sera consacrée à la définition aussi exacte que possible du matériel de base, en d autres termes à la description systématique des principaux Foraminifères recueillis et , surtout, utilisés . Dans une seconde partie il sera procédé, en montant progressivement dans la série stratigraphique, à l' inventaire lithologique et faunistique des coupes de terrain sélectionnées comme les plus significatives. Les données fournies par ces coupes seront ensuite dégagées en un schéma plus géné al de zonation, valable à l' échelle de toute la fosse, dans lequel seront parallélisées les coupures classiques fondées sur les Ammonites et celles qu' il aura été possible de définir grâce aux Foraminifères. Enfin il ne restera plus qu'à mettre à l' épreuve l' outil nouvellement forgé en l'utilisant pour tenter de résoudre certains problèmes particuliers, stratigraphiques, paléogéographiques, tectoniques..., choisis également en fosse vocontienne, à titre d'exemples d'application. L' on pourra ainsi juger sur pièces de la valeur mai s aussi des limites de la méthode .

Les interactions entre les océans, l'atmosphère et les calottes glaciaires constituent la clé de voûte de la compréhension du système climatique global. Deux méthodes croisées sont possibles afin de dénouer les fils de cette trame complexe : la modélisation des processus et l'étude des fluctuations passées. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la seconde alternative et, plus précisément, aux interactions entre les marges glaciaires et les changements climatiques et océanographiques du dernier cycle glaciaire. La reconstitution et la compréhension de la dynamique des marges glaciaires exigent une connaissance précise de leur instabilité dans le temps afin d'appréhender les processus intrinsèques. Cependant, l'érosion des traces géologiques directes des fluctuations des marges glaciaires contraint à l'étude d'empreintes indirectes, les sédiments marins, comme unique source d'information. La localisation de la séquence sédimentaire étudiée ici (HU2008-029-016PC) est idéale puisque le régime sédimentaire du site a été influencé par la dynamique des calottes glaciaires régionales (i.e., laurentidienne, innuitienne et groenlandaise) durant les dernières glaciations. Cependant, l'analyse de cette archive sédimentaire présente des difficultés de datation. En effet, les méthodes traditionnelles chronostratigraphiques, telles que la stratigraphie isotopique (δ18O sur les tests de foraminifères) ou la datation par le radiocarbone (14C), ne permettent pas l'établissement de modèles d'âges concluants dans cette région. L'approche paléomagnétique utilisée dans cette thèse a dès lors été guidée par cette problématique chronostratigraphique, avant de permettre une lecture environnementale de la variabilité des lithofaciès sédimentaires et de leurs origines. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous proposons une chronostratigraphie originale sur base de mesures paléomagnétiques, plus précisément à partir de l'enregistrement de la paléointensité relative du champ magnétique terrestre par les sédiments. Toutefois, l'identification d'une modulation lithologique (e.g., taille des grains, concentration) des propriétés magnétiques nous a obligé à filtrer les données pour éliminer la composante "environnementale" du signal magnétique. Pour ce faire, nous avons conduit des analyses détaillées afin de caractériser les minéraux magnétiques présents. Les résultats nous ont permis de définir que l'aimantation rémanente naturelle était portée majoritairement par des grains de magnétite dans une gamme de taille adéquate pour un enregistrement optimal du champ magnétique terrestre existant au moment de leurs dépôts. Aussi, ces analyses ont permis l'identification de certaines couches non représentatives, ayant surtout enregistré une lithologie particulière; elles ont dès lors été écartées de l'enregistrement paléomagnétique proprement dit. Nous avons reconstruit le signal de paléointensité relative en normalisant l'aimantation rémanente naturelle par l'aimantation rémanente anhystérétique induite, afin de réduire significativement l'empreinte magnétique environnementale secondaire. Le signal obtenu se compare avec succès aux enregistrements et compilations existants ce qui a permis de dériver un modèle d'âge fiable couvrant le dernier cycle glaciaire (depuis 115 ka BP). La reconstruction des directions du champ magnétique terrestre a permis notamment l'identification de 2 excursions géomagnétiques (i.e., de Laschamp et de la mer de Norvège-Groenland) déjà bien connues et datées, renforçant ainsi la confiance dans le modèle d'âge proposé. Dans le second chapitre, nous avons mis à profit le nouveau cadre chronostratigraphique afin d'interpréter l'origine des dépôts carbonatés. Sur base d'analyses minéralogiques des carbonates associées à des données granulométriques, de microfluorescence X et aux propriétés magnétiques des grains, nous avons identifié 14 couches carbonatées grossières. La composition minéralogique a permis de lier l'origine de ces dépôts aux glaciers du nord de la baie de Baffin (i.e., Laurentidien et Innuitien), tandis que les couches de sédiments fins riches en titane ont été associées à d'autres sources (Groenland et/ou est de l'île de Baffin). Le chronométrage des couches carbonatées a permis d'associer ces dépôts à la dynamique des glaciers nordiques, sensibles aux oscillations climatiques (ou océanographiques) de haute fréquence de type Dansgaard-Oeschger (dépôt bref, <1.5 ka), ou avec des avancées majeures (suivis pas des retraits progressifs) des glaciers nordiques à différentes périodes glaciaires (dépôt long, 3-6 ka). Nous concluons que ces dépôts sont distincts des événements de Heinrich enregistrés dans l'Atlantique Nord. Dans le troisième chapitre, nous avons étudié les lithofaciès sédimentaires et les assemblages minéralogiques afin de retracer précisément les apports sédimentaires en provenance des marges groenlandaises et de l'île de Baffin. Pour ce faire, nous avons utilisé le programme SedUnMix afin d'estimer statistiquement les sources ayant contribué aux assemblages minéralogiques observés. Les sédiments en provenance de l'île de Baffin sont caractérisés par des dépôts rapides de sédiments grossiers transportés par la glace de mer et/ou des icebergs. Ils présentent également un synchronisme avec les dépôts carbonatés, ce qui suggère des réponses similaires des glaciers nordiques et de l'ouest de la baie de Baffin aux fluctuations et réorganisations océaniques de haute fréquence. Les sédiments en provenance du grand complexe glaciaire d'Uummannaq ont été mis en place durant de longs intervalles correspondant à des niveaux marins plus bas. Notamment, la signature sédimentaire singulière du dernier maximum glaciaire suggère une étendue de la marge glaciaire groenlandaise jusqu'à la marge du plateau continental. Des avancées plus réduites sur le plateau continental groenlandais ont également été identifiées durant les stades isotopiques 5b, 5d et 4. Globalement, les résultats de cette thèse permettent de confirmer l'installation rapide de larges glaciers couvrant la région innuitienne immédiatement après le dernier interglaciaire, comme le suggèrent de récents efforts de modélisation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Baie de Baffin, Dernier cycle glaciaire, Sédiments glaciomarins, Couches carbonatées, Paléocéanographie, Glaciers, Multi-proxy

Le Début Glaciaire peut être conservé à la faveur d’une protection par les loess postérieurs et la progradation des versants. Les dépôts de fonds de vallée antérieurs aux Weichselien sont rencontrés sous trois formes : (a) des nappes graveleuses accumulées en piedmont du haut-pays, (b) des dépôts eemiens isolés et à faible profondeur (c) des dépôts fluviatiles du Saalien et de l’Eemien à une vingtaine de mètres de profondeur dans la plaine de la Lys et dans la partie aval de la Deûle et de la Marque. Il s’agit alors du comblement de la «vallée flamande». La chronostratigraphie et les variations des pentes longitudinales du bed rock suggèrent une morphogenèse récente (depuis le Saalien). Une attention particulière a été portée aux enregistrements pléniglaciaires d’activités fluviatiles sur versant et dans les extrémités amont du réseau de talwegs. Les périodes du Pléniglaciaire inférieur et moyen weichseliens sont mal documentées. Des indices indirects suggèrent une forte activité fluviatile pendant le Pléniglaciaire inférieur. Quelques formations limoneuses enfouies dans les plaines sont attribuées au Pléniglaciaire Moyen. La base du Pléniglaciaire supérieur est érosive. La période se divise en : (a) une phase d’activité fluviatile intense, (b) à partir d’environ 22 ka, une forte rétractation du réseau hydrographique actif et un remblaiement fluvio-éolien massif. Un modèle d’évolution de petite vallée en zone loessique à la fin du Pléniglaciaire supérieur weichselien est proposé. Le Tardiglaciaire est principalement connu à travers les enregistrements complémentaires d’Houplin-Ancoisne et de Dourges. / Early Glacial layers can be preserved in favor of protection of the subsequent loess and progradation of slopes. The valley bottoms deposits anterior to the Weichselian can be of three different natures: (a) accumulations of gravel layers at the foot of hight country, (b) shallow isolated Eemian deposits, (c) Saalian and Eemian fluvial layer about twenty meters deep in the Leie river plain or in downstream section of the Deûle and Marque rivers. In this case, they fill the “Flemish valley”. The chronostratigraphy and changes of longitudinal bed rock slopes suggest a recent morphogenesis (since Saalian) propbablu related to the paleogeographic evolution of the North sea basin. Particular attention has been paid to records of fluvial activity on slopes and in the upstream extremities of the talwegs network. The lower and middle pleniglacial weichseliens are poorly documented. Indirect evidences suggest a strong fluvial activity during the Lower Pleniglacial. Some buried silt formations are attributed to the Middle Pleniglacial, without certainty. The lower limit of the Upper Pleniglacial is erosive. The Upper Pleniglacial is divided into: (a) a phase of intense fluvial activity, (b) from about 22 ka, a severe shrink of the active hydrographic network and a massive fluvio-aeolian filling. We propose a modele for the morphosedimentary evolution of a small valley in loess area context during the Weichselian Upper Pleniglacial. Lateglacial is mainly known through the complementary records of Houplin-Ancoisne and of Dourges.

Le lac de Van (1648 m) est une référence paléoclimatique et paléoenvironnementale pour le Moyen-Orient. D΄après les études précédentes fondées sur l΄interprétation des séquences sous-lacustres, son histoire récente (depuis 20000 ans) apparaît intimement liée aux changements climatiques post-Glaciaire. Notre thèse propose une reconstitution des anciens niveaux du lac depuis la fin du Pléistocène supérieur (>100000 ans). L΄approche géomorphologique a été privilégiée, incluant des relevés sédimentologiques, stratigraphiques et altimétriques de terrain ; couplée avec des datations, elle a permis d΄interpréter des archives sédimentaires et morphologiques préservées dans trois vallées (Bendimahi, Karasu et Engil) situées dans la partie orientale du bassin versant. Nos résultats montrent que le lac de Van a connu des variations de sa masse d΄eau de fortes amplitudes, avec trois grandes transgressions suivies de régressions majeures. Le plus haut niveau lacustre (≥1750 m, soit plus de 100 m au-dessus du niveau du lac actuel) semble appartenir à la fin de l΄Interglaciaire précédent, âge confirmé par une datation OSL (>117 ka) et post-daté par une retombée ponceuse et un travertin. Cette transgression (cycle I) ne répond pas à un forçage climatique mais à des bouleversements paléohydrographiques liés à l΄activité volcanique au sud-ouest du lac. Entre cette transgression et le Dernier Maximum Glaciaire, le lac de Van connaît deux grandes transgressions (cycles II et III) entrecoupées d΄une régression majeure qui a entrainé l΄incision des sédiments lacustres et l΄élaboration de terrasses d΄érosion. Ces transgressions répondent à un forçage climatique. La transgression du cycle II (âge estimé 40-30 ka), a atteint l΄altitude maximale possible liée au seuil à 1735 m. Le cycle III se compose d΄une double transgression datée du DMG (26-25 ka cal. BP et 21-20 ka cal. BP) dont le premier pic a été ≥1700 m et le second ≥1706 m. Après le cycle III, un bas niveau de régression (15ka, <1648 m) précède la transgression du cycle IV qui a atteint des niveaux proches du niveau d΄eau actuel.

Les données sur la transition tardiglaciaire-holocène (de 14500 a 6000 bp) s'appuient sur les resultats livrés par le gisement de st. Thibaud-de-Couz (Savoie, Chartreuse) et une dizaine de sites à stratigraphies developpées qui ont fait l'objet de fouilles récentes. Ces sites représentent des remplissages karstiques qui permettent d'avoir une vision précise mais ponctuelle sur les modalités du passage du dernier glaciaire à l'interglaciaire actuel. L'approche chronostratigraphique assure les bases chronologiques des évolutions naturelles et culturelles. L'étude d'une douzaine de séquences stratigraphiques a permis de distinguer quelques types d'enregistrement sédimentaire propres à chaque phase de l'évolution climato-sédimentaire. La reconstruction de l'évolution paléoclimatique a été faite selon deux approches complémentaires: 1) la sédimentologie met particulièrement en évidence les manifestations de l'humidité qui sous climat froid engendre une importante sédimentation détritique et sous climat chaud des dépôts carbonatés ; 2) l'étude des faunes de mollusques terrestres permet de préciser les conditions paléoécologiques et climatiques locales ; la présence d'une association à columella de type périglaciaire est significative. Les resultats mettent particulièrement en évidence le caractére instable du climat. Le problème des occupations humaines est abordé a travers l'étude des outillages lithiques sous deux aspects: 1) l'étude pétrographique permet de localiser les gites d'approvisionnement en silex et d'avoir des indications sur les territoires parcourus ; 2) la caractérisation des systèmes culturels est basée sur les séries lithiques considérées en terme d'ensembles structures ; dans ce but une méthode de classement hierarchisé est proposée. Les grandes étapes de l'évolution chronoculturelle sont precisées ; elles sont marquées par de profondes mutations qui caractérisent les cultures de la fin du Paléolithique superieur au Mésolithique et par l'émergence des premieres phases de la néolithisation. Une synthèse intégrant l'ensemble des données bioclimatiques et culturelles permet de proposer un modèle de transition dernier glaciaire-interglaciaire actuel caracterisée par une succession de cycles à régimes climatiques contrastes situés à la charnière de deux périodes à climats plus stables. La mise en parallèle des donnees culturelles suggère une relation forte entre évolutions culturelles et changements bioclimatiques