IRePSE - Lille
Fed 4129

L’histoire de notre planète est singulière car la Vie interagit avec son environnement physico-chimique. La compréhension des relations et rétroactions entre la Géosphère et la Biosphère à l’échelle planétaire et à l’échelle temporelle propre aux cycles naturels de la Terre (l’échelle des temps géologiques) est une thématique de recherche fertile qui prend de l’ampleur dans le cadre de l’IRePSE. Elle a été soutenue dans le passé au travers des projets pluridisciplinaires émergents.

Etant donné que les chercheurs et enseignants - chercheurs de ce domaine scientifique ont souvent des chantiers d’étude situés à l’étranger, cette thématique pourra s’appuyer sur de nombreuses collaborations internationales existantes (Russie, Mexique, Chine, Maghreb, Caucase, Iran, Japon, Australie). Ces contacts pourront être utilisés dans le cadre d’une coordination des activités de l’IRePSE en accompagnement de la politique RI de l’ULille. 

Ce domaine sera structuré en 3 axes :

  • L’axe 1  « Vie et Terre primitives » pourra s’appuyer sur les chercheurs ayant compétences en géochimie (organique et isotopique), minéralogie et paléontologie, ainsi que sur les appareils analytiques disponibles en spectrométrie de masse, pour contraindre la co-évolution de la Vie et des environnements sur Terre au cours du Protérozoïque, avant l’émergence des écosystèmes marins complexes à la base du Cambrien (Phanérozoïque). La particularité de ce thème, en cours de développement, notamment dans le cadre de l’ANR M6fossils, consiste à la détermination de micro- et macro-fossiles à l’aide de nouvelles microanalyses et techniques innovantes (ToF-SIMS, μL2MS) qui permettent d’extraire une information moléculaire et anatomique de cellules isolées ; ces informations permettent de mieux contraindre la détermination de ces fossiles, difficilement reconnaissables parmi les embranchements connus aujourd’hui. Il s’appuie aussi sur une collaboration franco-russe pour l’étude de fossiles édiacariens (fin Protérozoïque ; environ 550 Ma = million d’années), difficilement identifiables mais  exceptionnellement bien préservés en Russie ; leur comparaison avec des morpho-structures analogues que l’on peut observer aujourd’hui sur les tapis microbiens formés dans des milieux extrêmes hypersalins nous aide à mieux interpréter leur origine biologique et comprendre leur formation.  En outre, la transition Ediacarien - Cambrien, a très probablement représenté aussi un tournant majeur dans le verdissement des paysages terrestres (écosystèmes continentaux), pendant lequel des communautés microbiennes ont laissé leur place à une communauté algale émergente (les charophytes) qui a constitué la base écologique pour l’évolution des plantes continentales et l’arrivée ultérieure des animaux terrestres. Un des projets inter-labo soutenus en 2018 par l’IRePSE permet d’intégrer les caractérisations environnementales et géomicrobiologiques de différents écosystèmes par des approches complémentaires, de la sédimentologie à la (bio)géochimie. Un autre projet de collaboration constitue l’étude de l’évolution des trachéophytes et protrachéophytes du Dévonien – Carbonifère, notamment avec la flore de Rhynie Chert en Ecosse et les collections de Paléontologie de l’ULille.
  • L’axe 2  portera sur « les couplages entre géodynamique, climat et paléobiodiversité ». Suite aux problèmes liés à l’utilisation des matières organiques fossiles issues des réservoirs géologiques et le rejet de grandes quantités de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, une grande réflexion a été menée au sein de la communauté scientifique sur les processus naturels qui aboutissent, à l’échelle des temps géologiques, à une modification de la répartition des différents stocks de carbone sur notre planète. Ainsi, de nombreux travaux suggèrent que sur le long terme, la dynamique interne de la Terre (dégazage de CO2 dû aux éruptions volcaniques) et la formation des chaînes de montagne ont dû influencer profondément le climat du passé. En effet, les imposants reliefs issus de la formation des chaînes de montagnes augmentent de façon significative l’altération chimique des roches, le flux des nutriments vers les océans et le stockage de carbone organique dans les sédiments océaniques (pompe biologique du CO2). Ainsi, le refroidissement climatique graduel observé depuis environ 40 Ma et l’entrée dans le type de climat «Icehouse» actuel, sont en partie attribués à la surrection de la chaîne de montagnes alpines, depuis les Alpes jusqu’aux Himalayas. Or, le Paléozoïque supérieur (420-250 Ma) correspond également à une période orogénique majeure, comparable en termes de reliefs créés les derniers 40 Ma ; en effet, de nombreux systèmes montagneux ont été formés entre le Dévonien supérieur et le Carbonifère terminal et notre planète a connu à cette époque des calottes de glace sur les pôles (au moins le pôle sud) ; par conséquent, cet intervalle géologique peut être considéré comme un analogue des temps récents, du moins pour ce qui concerne la dimension paléotopographique et paléoclimatique. Dans la mesure où l’évolution de ces systèmes montagneux a été beaucoup plus poussée que le système Alpes-Himalaya, qui est encore dans un stade relativement précoce de son évolution, la compréhension du système global terrestre au Paléozoïque supérieur peut nous fournir des perspectives précieuses sur l’évolution naturelle du climat pour les millénaires à venir. Les premiers effets de cette grande période orogénique ont été enregistrés dès le passage Frasnien/Famennien (Dévonien supérieur, ca 375 Ma) avec le soulèvement de cordillères montagneuses péri-équatoriales, depuis l’Asie centrale jusqu’à l’Amérique du Nord. Cette période est marquée également par une chute significative de la biodiversité marine (il s’agit d’une des 5 grandes crises du Phanérozoïque, celle de la limite Frasnien-Famennien, appelée « événement de Kellwasser ») et par des changements environnementaux drastiques contemporains d’un refroidissement global du climat conduisant à la mise en place de calottes glacières aux hautes latitudes au Famennien supérieur. « L’événement de Hangenberg », enregistré à la limite Dévonien/Carbonifère constitue également un événement de crise majeure. Les causes néfastes de ces deux événements de crise biologique sont à rechercher in fine dans des changements climatiques à l’échelle planétaire.  Cette thématique nécessite une approche pluri-disciplinaire entre paléontologues, sédimentologues, géochimistes et tectoniciens, afin de mettre en évidence et comprendre la dynamique de paléobiodiversité du Dévonien supérieur/Carbonifère inférieur, suivre l’évolution des paléoenvironnements océaniques, s’intéresser à la géométrie et cinématique des chaînes de montagne, à la paléogéographie et la dynamique de l’érosion sur les continents pendant ce même intervalle temporel. Le signal géochimique d’altération et d’oxygénation/anoxie des séries marines mesuré dans un cadre de stratigraphie intégrée, peut nous renseigner sur le forçage des pulsations orogéniques sur le climat.
  • L’axe 3  s’intéressera aux « interactions climats, milieux et Hommes au Quaternaire ». Le développement de cet axe se base sur les interactions des expertises paléontologiques, sédimentologiques et géochimiques des laboratoires de l’IRePSE. Les données acquises jusqu’à maintenant montrent que les changements du climat ont pu conditionner la réponse de l’Homme aux changements de son milieu. De même, l’enregistrement fossilifère et sédimentaire permet aussi de révéler les différentes façons dont l’Homme lui-même a influencé son environnement, de façon profonde et durable. Un des objectifs est de suivre en parallèle les capacités d’adaptation des groupes humains présents dans la région, depuis les chasseurs cueilleurs nomades de la Préhistoire jusqu’aux sociétés sédentarisées historiques. Les réponses à ces mutations climatiques et environnementales en termes de gestion des territoires et des ressources naturelles de ces différents groupes humains sont par ailleurs aisément développables sous forme de Systèmes d’Informations Géographiques. Un des buts recherchés est en particulier la compréhension et le suivi des modalités de la mise en place des écosystèmes modernes présents dans la région, ainsi que les interactions entre les Hommes et ces changements d’environnements. Une attention particulière sera portée sur l’inventaire des espèces présentes en région durant les phases tempérées ou naturellement adaptées aux conditions écologiques actuelles. Au-delà de ces aspects, une identification de « vrais écosystèmes non anthropisés » permettra de fournir des pistes aux aménageurs des territoires dans la perspective, par exemple, de la réintroduction de certaines espèces d’animaux. Par ailleurs, la compréhension des réponses des écosystèmes littoraux aux pressions climatiques et anthropiques présente un intérêt académique, mais aussi appliqué. Plus particulièrement, la zone de transition entre estuaires et zones littorales évolue de façon très dynamique au cours du temps, sous l’impulsion des changements du niveau marin, des flux sédimentaires qui changent en étroite relation avec le climat et l’activité anthropique. Il est donc intéressant de pouvoir suivre dans le temps l’évolution écologique et sédimentaire des estuaires et la zone de transition entre ceux-ci et les zones littorales afin de retracer (et prédire ?) l’influence des facteurs anthropo-climatiques sur le trait de côte. Les plaines littorales picardes et flamandes et leurs nombreux estuaires se prêtent particulièrement à cette étude, d’autant que les estuaires contiennent un enregistrement de grande qualité de l’histoire holocène de la région. Enfin au sein de cet axe, sont également envisagées toutes les études issues des forages des domaines marins profonds qui permettent, à travers l’étude minéralogique et géochimique des particules sédimentaires de révéler et comprendre les transferts terre-mer et changements paléoclimatiques survenus au Quaternaire. 

Animateurs d'axes :

  • Frank Chanier (LOG)
  • Sébastien Clausen (EEP)