Applications

Les nucléides cosmogéniques (10Be, 26Al et 36Cl) sont un outil incontournable pour l’établissement de chronologies dans de nombreux domaines des Sciences de la Terre, allant de la tectonique active jusqu’à l’étude du champ magnétique passé en passant par les fluctuations du climat. Récemment, leur application a également été développée pour l’étude de la dynamique des sols et le traçage des radioéléments avec des enjeux importants pour l’industrie nucléaire. Les nucléides cosmogéniques produits in situ permettent de couvrir une gamme allant de la centaine d’années à 6 Ma, ce qui permet une quantification des processus superficiels sur l’ensemble du Quaternaire (déglaciations, activité sismique, mise en place des sols, évolution des hominidés, etc …).

L’accès à la mesure des concentrations de ces éléments est en particulier un enjeu critique pour les groupes de recherche actifs sur les thématiques des aléas naturels et du changement climatique. En effet  à partir de ces concentrations les chercheurs peuvent déterminer les ages d’exposition des roches à la surface terrestre et ainsi reconstruire leur histoire passée en lien avec les problématiques suivantes :

  • contraindre l’aléa sismique à partir de l’age des marqueurs morphologiques affectés par une faille active
  • contraindre les fluctuations passées du climat à partir de l’age de marqueurs morphologiques (moraines, roches moutonnées) abandonnés par le retrait des glaciers.

La mesure des concentrations de ces nucléides cosmogéniques dans des sédiments marins ou dans les glaces polaires  permettent aussi de mieux contraindre les chronologies des champs géomagnétiques terrestre et solaire mais aussi de mettre en évidence des éruptions volcaniques passées.

La mesure des faibles concentrations de ces éléments dans divers types d’échantillons naturels (eau, sol, glace, roche) nécessite des techniques de préparation très fines, suivies de mesures de rapports isotopiques pouvant atteindre 10-15, et donc inaccessible par des techniques analytiques classiques, ce qui implique la mise en œuvre de la Spectrométrie de Masse par Accélérateur (SMA).

Reconstruire les climats du passé en datant l’avancée et le recul des glaciers

Les glaciers alpins réagissent sensiblement aux changements climatiques, en particulier aux températures et précipitations. Établir des chronologies de leurs extensions passées permet de mieux comprendre les conditions climatiques sur des périodes paléoclimatiques clé telles que la dernière déglaciation. Dans cette étude, les moraines du Glacier d’Argentière, situé dans le massif du Mont Blanc, ont été datées au 10Be, montrant que le glacier avait des extensions plus larges et stagnait plusieurs fois entre ~11.7 et 10.4 ka, c’est-à-dire à la transition entre la dernière ère glaciaire et l’holocène (la période chaude actuelle). Une modélisation glaciaire suggère que durant cette période la température était entre 3.5°C et 5.5°C plus froide qu’aujourd’hui. Cette étude montre aussi que à la fin du Petit âge Glaciaire (vers les années 1820 et 1850), l’augmentation de la précipitation neigeuse était responsable d’une avancée en 1820, tandis qu’un refroidissement a fait avancer le glacier en 1850.

Protin, M., Schimmelpfennig, I., Mugnier, J.L., Ravanel, L., Le Roy, M., Deline, P., Favier, V., Buoncristiani, J.F., ASTER Team (2019): Climatic reconstruction for the Younger Dryas/Early Holocene transition and the Little Ice Age based on paleo-extents of Argentière glacier (French Alps), Quaternary Science Reviews 221, 105863


Comprendre les variations passées du champ magnétique terrestre

Les variations passées du champ magnétique terrestre témoignent du fonctionnement de la géodynamo. La mesure des concentrations de 10Be préservé dans des séquences sédimentaires marines permet de retracer les fluctuations de l’intensité du champ et, surtout, d’étudier les grandes crises de son évolution. Des épisodes de surproduction du 10Be ont été mis en évidence lors de toutes les inversions de polarités et excursions géomagnétiques étudiées. Ces résultats permettent de quantifier la dynamique de ces épisodes transitoires d’effondrement du champ. Le taux de décroissance de l’intensité précédant ces épisodes apparaît toujours inférieur à celui mesuré depuis 3 siècles. Cette observation interroge sur la persistance à moyen ou long terme du bouclier magnétosphérique qui protège la surface terrestre contre le bombardement cosmique et entretien un lien intangible avec la biosphère.

Simon, Q., Thouveny, N., Bourlès, D.L., Valet, J.-P., Bassinot, F., (2020). Cosmogenic 10Be production records reveal dynamics of geomagnetic dipole moment (GDM) over the Laschamp excursion (20–60 ka). Earth Planet. Sci. Lett. 550, 116547.


Comprendre l’érosion des chaînes de montagne

Le relief des chaînes de montagnes, telles que les Alpes ou bien l’Himalaya, résulte de l’influence combinée de la tectonique et du climat. L’importance respective de ces deux types d’influence sur l’évolution de l’érosion dans le temps et l’espace est activement débattue. Les concentrations en 10Be dans les sables de rivières himalayennes ont permis de déterminer les vitesses d’érosion au travers de la chaîne. Ces données montrent une augmentation marquée de l’érosion depuis le Moyen-Pays vers la Haute Chaîne qui suit clairement celle du soulèvement tectonique, et est, en revanche, déconnectée de la répartition spatiale des précipitations. Ces résultats supportent l’idée que, dans les chaînes de montagnes actives, la répartition de l’érosion est en premier lieu contrôlée par la tectonique plutôt que par les facteurs climatiques.

Godard, V., Bourles, D. L., Spinabella, F., Burbank, D. W., Bookhagen, B., Fisher, G. B., … Leanni, L. (2014). Dominance of tectonics over climate in Himalayan denudation. Geology, 42(3), 243–246.