Thèse Reconstitution de la Dynamique Océanique et des Changements du Cycle du Carbone dans l'Océan Arctique à l'Échelle des Cycles Glaciaires-Interglaciaires H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes
École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France
Laboratoire de recherche : Géosciences Paris Saclay
Direction de la thèse : Sophie SEPULCRE ORCID 0000000161523313
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-03-22T23:59:59

Reconstituer les changements de la dynamique océanique et du cycle du carbone dans le passé est non seulement un enjeu pour la compréhension de la variabilité du climat mais également pour l'évaluation du devenir du carbone anthropogénique dans le futur. Les archives naturelles telles que les sédiments marins permettent d'accéder aux variations de la circulation et de la chimie des masses d'eau dans le passé, notamment via la signature géochimique des biominéraux tels fixés dans la coquille de microfossiles. Toutefois, les résultats issus traceurs isotopiques (d18O et d13C) et de rapports élémentaires (e.g., Sr/Ca, Mg/Ca, U/Ca, Cd/Ca, ...) mesurés sur des microfossiles tels que les foraminifères ne sont pas univoques, mettant en évidence un signal complexe dépendant de différents facteurs environnementaux. En outre, le signal originel peut être transformé par la diagénèse et des difficultés techniques sont souvent rencontrées lors de l'analyse. Dans ce contexte, il est nécessaire de poursuivre les efforts d'optimisation de ces traceurs, permettant de mieux identifier les facteurs influençant chacun d'entre eux afin de parvenir à des calibrations robustes de paramètres du milieu, comme la température.
Ce projet de thèse vise à retracer les changements de la dynamique des masses d'eau et de leurs propriétés physico-chimiques, en mettant l'emphase sur la température, la salinité, les teneurs en nutriments, et la saturation en carbonates D[CO32-]). Outre l'analyse d'échantillons de surface destinés aux calibrations, 2 carottes de sédiments marins de l'Océan Arctique représentant les derniers grand cycle climatiques (E25, 78.573°N, -179.26°E, 1200m ; PS2185, 87.529°N, 144.166°E, 1073m) seront mises à l'étude. L'Arctique est en effet un environnement susceptible de changements de très grande amplitude dans le futur.
Deux grands objectifs ont été fixés dans le cadre du projet de thèse: l'un vise la mise au point des approches méthodologiques et l'autre leur application en milieu arctique.
1) Le premier objectif vise à mieux contraindre les facteurs de contrôle des rapports élémentaires d'intérêt, incluant Mg/Ca et Li/Ca comme proxy de température, Sr/Ca et U/Ca comme traceurs du D[CO32-], et Cd/Ca et Ba/Ca pour reconstituer la teneur en nutriments, par une approche multi-traceurs appliqués aux microfossiles. En effet, certains traceurs ne sont pas influencés par un seul paramètre, et c'est pourquoi différents éléments sont mesurés simultanément, afin de déconvoluer les différentes sources du signal.
2) Le second objectif vise à produire des reconstitutions paléocéanographiques par l'analyse de isotopes stables (d18O et d13C) et des rapports élémentaires dans les foraminifères des 2 carottes de sédiments E25 et PS2185 de l'Océan Arctique. Des travaux préliminaires sur ces 2 carottes fournissent un cadre stratigraphique et garantissent la présence des microfossiles qui seront utilisés pour les reconstitutions.
Ce projet s'appuiera sur une collaboration indispensable entre les 2 laboratoires GEOPS (Université Paris Saclay) et Geotop (Université du Québec à Montréal), dont les expertises en termes d'outils analytiques, d'interprétation des traceurs et de connaissance du milieu sont complémentaires.

Ce projet a pour objectif de documenter les changements de la chimie de l'Océan Arctique à l'échelle des cycles glaciaires-interglaciaires, dans le contexte actuel et futur de variations du niveau marin, de l'oxygénation et du pH (acidification) de l'océan, et de diminution du volume de glace des calottes Arctique et Antarctique et des glaciers de montagne, de l'étendue de la glace de mer et du couvert neigeux global. Reconstituer les changements de la circulation et de la chimie de l'océan, et en particulier, du cycle du carbone dans le passé est un enjeu de la compréhension de la variabilité climatique naturelle mais également de la projection du devenir du carbone anthropogénique dans le futur. En particulier, les échanges de carbone entre les profondeurs, la surface de l'océan et l'atmosphère sont encore moins bien contraints dans l'océan Arctique malgré la sensibilité de la zone au changement global.
L'approche combinée utilisée dans cette thèse fournira des enregistrements inédits des paramètres physico-chimiques passés de l'Océan Arctique. Ces nouveaux résultats pourront être mis en perspective avec les enregistrements paléocéanographiques des autres bassins océaniques -avec un intérêt particulier pour les hautes latitudes sud (océan Austral)- mais également avec les variations atmosphériques. Ainsi, ces travaux permettront de mieux comprendre les rôles respectifs des hautes latitudes des hémisphères Sud et Nord dans les changements biogéochimiques à l'échelle des cycles glaciaires-interglaciaires.

1/ Meilleure calibration des traceurs géochimiques dans l'océan Arctique
2/ Reconstitutions inédites des changements environnementaux à l'échelle des cycles glaciaire-interglaciaires

L'étudiant.e sera formé.e à la reconnaissance et au prélèvement des foraminifères d'intérêt.
Il ou elle mettra en oeuvre les protocoles de préparation et la mesure des isotopes stables du Carbone et de l'Oxygène d13C et d18O par IR-MS au sein du laboratoire Geotop.
Il ou elle apprendra les techniques de mesure des éléments majeurs, mineurs et traces pour calculer les rapports élémentaires d'intérêt (Mg/Ca, Li/Ca, Sr/Ca,Cd/Ca, Ba/Ca, U/Ca) par ablation Laser (LA-ICP-MS-HR) au Geotop et en solution (ICP-MS-HR) à GEOPS.