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NICOLAS THOUVENY
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Documents
Presentation
**I. Activité de recherche scientifique**
**1. Thématiques de recherche :**
Au nombre de trois mes principales thématiques de recherche sont résumées ci-dessous de la plus fondamentale et la plus complexe à la plus appliquée.
**1.1. Variations du champ géomagnétique et production isotopes cosmogéniques**
Initialement réalisée pour contribuer à la magnétostratigraphie des formations géologiques, la mesure à haute résolution des aimantations dans les séquences sédimentaires lacustres et marines procure des enregistrements d’oscillations de directions et d’intensité du champ paléomagnétique, en régime de variation séculaire, d’excursions et d’inversions de polarité. Ces séries temporelles décrivent les rythmes et des amplitudes du régime de la géodynamo à l’échelle de 103 à 106 ans. Ces avancées contribuent à : 1) la compréhension de la dynamique du noyau terrestre (et des autres noyaux planétaires) ; 2) la précision et la justesse des applications de la magnétostratigraphie; 3) la prévision du comportement du champ actuel, qui assure l’effet de bouclier contre le bombardement cosmique.
En 2000, après 15 ans de recherches en paléomagnétisme, l’arrivée au CEREGE de Didier Bourlès, m’a permis de promouvoir le couplage du paléomagnétisme sédimentaire et de la géochimie des nucléides cosmogéniques, en mesurant par spectrométrie de masse par accélérateur les concentrations de 10Be cosmogénique (normalisées par celles du 9Be lithogénique) dans les séquences sédimentaires dont les aimantations préalablement mesurées avaient révélé les variations d’intensité et de direction du champ. Les études couplées ont été menées sur des séquences carottées avec le carottier géant du navire océanographique Marion Dufresne, lors des campagnes IMAGES. L’installation en 2006 au CEREGE de l’accélérateur ASTER a signé l’accélération de ces projets portés dans le cadre du Thème « Planétologie – Terre Interne ».
Ces études amorcées avec le Doctorat de J. Carcaillet ont prouvé que les chutes de champ liées à des excursions de l’époque Brunhes et aux inversions Brunhes-Matuyama et Jaramillo sont exprimées aussi par la surproduction du 10Be qui découle de la disparition de la magnétosphère (Carcaillet et al. 2003, 2004 a et b). Ces résultats ont conforté – sans la démontrer - l’hypothèse d’une dépendance de l’activité de la dynamo terrestre vis-à-vis des paramètres orbitaux, notamment de la précession et de l’obliquité (e.g. Thouveny et al. EPSL, 2008). J’ai donc soumis à l’ANR Blanc le projet « MAG-ORB » qui a été financé par 500 k€ de 2009 à 2014 (CEREGE- IPGP-LSCE) qui visait clairement à établir des séries temporelles permettant de tester cette hypothèse. Le Doctorat de L. Ménabréaz (2009 - 2012) a permis de couvrir l’intégralité de l’époque normale Brunhes et la dernière inversion, ainsi que de calibrer les résultats en termes de moment magnétique virtuel absolu (1022 A.m2) (Ménabréaz et al. 2011, 2012, 2014). La dernière inversion (774 000 ans BP) étudiée sur différents site de la région équatoriale a procuré un doublement de production. Vingt autres événements de chutes du dipôle, dont l’événement Laschamp (41 000 ans BP) ont occasionné des surproductions à toutes les latitudes, prouvant que le Be-10 est redistribué globalement dans l’atmosphère, avant son transit à la surface terrestre. Ces événements géochimiques globaux sont révélés dans les séquences de glaces polaires, ce qui permet d’établir des corrélations robustes entre archives sédimentaires et archives glaciaires. Le rythme des chutes d’intensité restitué par ces travaux est compatible avec l’intervention des paramètres orbitaux, bien que les fréquences orbitales pures soient difficiles à mettre en évidence par les méthodes d’analyses spectrales (Thouveny et al. in prep.).
Ce projet ANR MAGORB a permis de financer deux thèses de doctorat (1 CEREGE, 1 IPGP-LSCE) et d’amorcer un post-doc (CEREGE). Sa production scientifique atteint 13 articles ACL (cf liste de publications) et une dizaine de conférences internationales. Ses succès méthodologiques et scientifiques ont abouti au financement d’un projet à l’ERC « Advanced Grant » pour un budget de 2,5 M€ pour 4 ans. Ce projet intitulé EDIFICE « Earth Dipole Intensity Field from Cosmogenic Elements » porté par J-P. Valet (IPGP), finance la préparation d’échantillons pour les mesures de cosmonucléides réalisées sur les séquences portant sur les 4 dernier Ma étudiées par le paléomagnétisme (IPGP et CEREGE) et la géochimie isotopique ( LSCE). Ce dernier programme de recherche commence à porter ses fruits avec 6 publications ACL et autant de communications à congrès.
L’activité « Champ magnétique terrestre et isotopes cosmogéniques » contribue au Thème « Planétologie – Terre Interne ». Elle est pratiquée par 3 équipes: 1) Physique et structures; 2) Nucléides Cosmogéniques et 3) Géochimie et Géochronologie. Point chaud de la Géophysique fondamentale, elle a d’intéressantes conséquences méthodologiques (corrections des datations par les cosmonucléides, datations et corrélations globales Océan – Glaces – Continent …) et de fortes perspectives d’avenir: les taux de chute du champ dipolaire calculé pour les derniers siècles est du même ordre que celui calculé lors excursions et inversions au moyen du taux d’enrichissement en cosmonucléides. Ceci confirme que la tendance à la chute marquée sur les 3 derniers millénaire, devrait aboutir à l’annulation, accompagnée d’excursion ou d’inversion au cours du 4è millénaire.
**1.2. Magnétisme des sédiments et application à la paléoclimatologie.**
Les approches paléoclimatiques et paléocéanographiques contribuent à l’évaluation de l’amplitude et des rythmes des réponses des composantes du système climatique (océan, surfaces continentale, atmosphère, cryosphère et biosphère) aux forçages naturels et anthropiques. Les archives paléoclimatiques étudiées, glaces polaires, sédiments, sols, contiennent des indicateurs ou proxy-climatiques, de nature chimique, minéralogique ou biologique dont l’étude permet de quantifier les variations des climats passés en termes de température, précipitations, salinité, direction et force des vents… Dans ce contexte, l’étude des propriétés magnétiques et paléomagnétiques des séquences sédimentaires marines ou lacustres contribue à l’expertise des signatures paléoclimatiques et à l’établissement du contexte chronologique des dépôts. Par exemple, j’ai démontré que lors des «événements de Heinrich», les radeaux d’icebergs ont atteint la péninsule ibérique et l’orée de la Méditerranée, non-seulement lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire (Thouveny et al., 2000), mais aussi lors des 2 cycles précédents (Moreno et al. 2002). Les études de séquences sédimentaires lacustres a aussi permis de reconstruire les variations climatiques sur les continents : Stockhausen et Thouveny, 1999 ; Roger et al., 1999, Kukla et al. 2002; Wolfarth et al. 2008, ont révélé des variations de régimes sédimentaires de même rythmes que les variations de température atmosphériques du Groenland et que les variations de température et de salinité des eaux de surface océaniques. Un projet de recherche financé par la CCE (PROMESS S. Berné, IFREMER) et l’ANR (SESAME, ANR-Blanc) a concerné l’étude de la séquence de la marge du Golfe du Lion déposée lors des 4 derniers cycles glaciaire-Interglaciaire. Les analyses ont permis d’en déchiffrer à très haute résolution les informations sur les variations de nature de la sédimentation liées aux conditions paléoclimatiques et paléoenvironnementales. La thèse de Doctorat de Cécile Blanchet (2003-2006), a porté sur l’étude de la variabilité du climat dans la zone équatoriale de l’océan Pacifique, où les séquences étudiées couvrent 50 à 100 ka avec des taux de sédimentation de 50 cm/ka, contribuant à la mise en évidence de couplages climatiques inter-régionaux et des variations d’insolation intertropicale dominées par la précession (Blanchet et al., 2007). Les conditions d’oxygénation des eaux du bassin de Santa Barbara depuis 40 mille ans mettent en évidence des alternances de phases, oxiques, sub-oxiques et anoxiques, liées aux variations d’activité de l’upwelling côtier et des envahissements abrupts du Pacifique Nord par des Icebergs (Heinrich-like events) (Blanchet et al. 2009, 2012). Le traçage magnétique et la magnétostratigraphie de haute résolution ont été appliqués à de nombreuses études de cas en milieu marin et lacustre.
**1.3. Magnétostratigraphie et applications à la géochronologie**
L’approche magnétostratigraphique a résolu des questions de chronologie des plate-formes carbonatées et de coraux (séquences pleistocène de Nouvelle Calédonie et de Tahiti (IODP 2005). Excursions et transitions de polarité ont été enregistrées dans les sédiments carbonatés (Sepulcre et al. 2009) et dans les carbonates bio-construits dont le début de l’accrétion est daté avant 1 Ma, ce qui procure des taux d’accumulation et rythmes d’absorption du CO2 (Cabioch et al. 2008; Lund et al. 2010; Ménabréaz et al. 2010; Montaggioni et al. 2011; Demory et al. 2011 et des taux de subsidence d’édifices volcaniques supports (Tahiti) (Thomas et al. 2011). J’ai contribué à la géochronologie de dépôts sédimentaires contenant fossiles ou des artefacts d’industrie lithique : dans un site indien du paléolithique la magnétostratigraphie et la géochronologie des cosmonucléides ont fourni un âge entre 780 000 ans et 1,5 Ma, ce qui vieillit considérablement l’apparition de l’industrie lithique en Inde et change l’état des connaissances sur la « sortie du berceau africain » (Papu et al. Science 2011). Enfin, nos dernières études magnétostratigraphiques ont permis de résoudre des questions de géochronologie des dépôts fossilifères d’Ethiopie, berceau de l’humanité (Giday WoldeGabriel et al. 2013; Tamrat et al. 2014).
D’autres projets collaboratifs en cours traitent de l’utilisation du paléomagnétisme dans des sédiments lacustres et marin de l’Holocène, pour la géochronologie de Haute résolution Lac Barombi Mbo, Cameroun (coll. Y. Garcin GFZ/ Potsdam) ; Lac Tchad Coll. F. Sylvestre, IRD CEREGE), Lacs du Maroc ( coll . L. Vidal CEREGE), Lac St Front (Coll. G. Menot ENS Lyon) et Golfe du Lyon (collaboration S. Berné Univ. Perpignan. Les derniers exemples très représentatifs sont :1) la datation magnétostratigraphique la séquence du Lac Yamounneh au Liban (Gasse et al., 2015) ; 2) la relation entre le flux de 10Be et les taux de dénudation des marges de la baie de Baffin en contexte paléoclimatique / paléocéanographique glaciaire/interglaciaire ( Simon et al. 2016).
**2. Publications et production scientifique ( cf liste de publications en annexe )**
Malgré mes activités d’Enseignant (service complet ; cf rubrique III) et de Directeur d’Unité (depuis 2010), mon activité de recherche est restée relativement productive (cf Citation Index et liste de publications). Depuis plus de 15 ans grâce à ma collaboration avec Didier Bourlès, le CEREGE est le leader mondial, si ce n’est le seul institut de recherche dont les compétences intellectuelles et techniques (méthodologie et instrumentations) lui permettent d’étudier les variations à long terme du champ géomagnétique par deux approches couplées: paléomagnétisme et géochimie des nucléides cosmogénique. Cette thématique a produit une série de résultats extrêmement novateurs sur la dynamique du champ géomagnétique lors de ses inversions et de ses excursions cf détails section suivante).
Les publications « ACL » de ces dernières années sont des publications fondatrices de concepts nouveaux et majeurs en Sciences de la Terre et reconnus comme tels à l’échelle internationale. En ayant initié la conception et en ayant co-dirigé la programmation scientifique et analytique, les interprétations majeures, contrôlé la rédaction et guidé les stratégies de publication (choix stratégique de revues à fort facteur d’impact (4 à 6), j’en suis 2è auteur derrière les doctorants ou post-doctorants que j’ai accueillis et formés. Notons qu’il s’agit de revues internationales de facteur d’impact 3,5 à 5,5 qui autorisent un développement détaillé des méthodes et résultats, alors que des Revues plus généralistes à plus fort facteur d’impact (Nature, Science, Geology) ont été sollicitées pour des résultats certes percutants, mais de moindre complexité en termes d’élaboration conceptuelle.
**Activité de pilotage et de Direction d’UMR**
**1. Direction de l’OSU Institut Pythéas depuis Janvier 2018.**
**L’OSU Institut Pythéas est une école interne d’Aix-Marseille Université et un Observatoire des Sciences de l’UNIVERS du CNRS –INSU.**
**2. Direction du CEREGE (UM 34, UM3 CNRS 7330, UMR IRD 161, Chaire ECO du Collège de France, USC INRA 1410) durée 8 an, de Janvier 2010 à Janvier 2018**
**(https://www.cerege.fr)**
Pilotage, animation et valorisation de la recherche**
**1. Programmes Internationaux / Européens**
1\) Co-initiateur et partenaire du projet ERC Advanced Grant EDIFICE porté par J-P. Valet (IPGP, Paris) (2015 - 2019): Projet faisant suite au Projet ANR MAGORB piloté de 2009 à 2014.
« Earth Dipole Field From Cosmogenic Elements » : Reconstruction des variations du champ magnétique par couplage des études paléomagnétiques et des nucléides cosmogéniques. Références 1.70 à 1.75.
2\) Capital humain et mobilité :
\- réseau ROCKMAG, 1993-1996, (M. Prévot, Montpellier.
\- réseau MAGNET, 1998-2001 (A. Roberts (Université de Southampton).
3\) PROMESS 2003-2006: Etude de la séquence sédimentaire de la marge du Golfe du Lion (0-400 mille ans) (S. Berné; IFREMER).
4\) Programme International IMAGES: participation aux campagnes de carottages du Marion-Dufresne en Atlantique Nord, 1995, Océan Indien, 1996, Pacifique Ouest Equatorial 1997, Atlantique Nord Est et Méditerranée (1999, 2001 (Chef de mission). Participation à l’exploitation des campagnes MONA-MD126 (2002), et PECTEN –MD148 (2004).
5\) Programme Européen Environnement : Pilotage de campagnes de carottages lacustres, études paléomagnétiques, pilotage de sous-projets disciplinaire et thématique, participation à la rédaction des rapports scientifiques.
\- GEOMAAR (1986-1989): Etude paléoclimatiques et paléogéophysiques des séquences sédimentaires de lacs de Maars d’Europe (France, Allemagne, Italie). Echelle de temps 100 000 ans.
-EUROMAARS (1990-1993): Etude paléoclimatiques et paléogéophysiques des séquences sédimentaires de lacs de Maars d’Europe (France, Allemagne, Italie). Extension de l’échelle de temps sur 400 mille ans.
-RUKWA (1994-1997). Etude paléoclimatiques et paléogéophysiques des séquences sédimentaires de lacs du Rift Est Africain (Rukwa et Masoko).
Publications
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Rapport de fouille programmée annuelle 2020. Grotte du Mas des Caves n°1 (ou I), Lunel-Viel (Hérault). « Hommes et Environnements au Pléistocène Moyen »[Rapport de recherche] Laboratoire méditerranéen de préhistoire Europe Afrique (LAMPEA) - UMR 7269 (AMU – CNRS – MCC - IRD). 2020
Reports
hal-03148928v1
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