Towards reconstructing late Pleistocene and Holocene temperature patterns – Advances in method development and validation of thermoluminescence palaeothermometry

Les effets actuels du changement climatique d’origine humaine rendent le besoin de comprendre davantage les liens entre niveau de gaz à effet de serre et l’évolution du climat terrestre d’autant plus urgent. Pour ce faire, les scientifiques s’intéressent notamment à l’évolution du climat passé. Il y a environ 20 000 ans, pendant ce qu’on appelle le dernier maximum glaciaire, les températures étaient bien plus froides qu’aujourd’hui et de vastes régions de la Terre étaient recouvertes de glace. Cette période froide s’est terminée par un réchauffement relativement rapide à l’échelle des temps géologiques qui a conduit à la phase chaude actuelle, l’Holocène. Cependant, il est difficile de reconstituer les températures terrestres de cette époque, car les archives climatiques sont rares, soit parce qu’elles n’ont pas été préservées, soit parce que les régions étaient recouvertes de glace.

Cette thèse explore une nouvelle méthode de reconstitution des températures terrestres passées en utilisant une propriété des minéraux appelée luminescence. Certains minéraux, tels que le feldspath, très répandu dans la croûte terrestre, peuvent stocker l’énergie provenant du rayonnement naturel au fil du temps. Lorsque ces minéraux sont chauffés ou exposés à la lumière, ils libèrent cette énergie stockée sous forme d’impulsions lumineuses qui peuvent être mesurées en laboratoire. La quantité d’énergie stockée dépend de la température à laquelle le minéral a été soumis, ce qui signifie que ces signaux lumineux peuvent être utilisés pour reconstruire l’évolution de la température de surface de la Terre sur de longues périodes de temps.

Bien que cette méthode, appelée TL paléothermométrie (TL signifiant thermoluminescence, soit la stimulation de la luminescence par la chaleur), soit très prometteuse, elle reste relativement récente et n’a pas encore fait l’objet d’essais à grande échelle ; certains défis méthodologiques subsistent. Cette thèse vise donc à relever ces défis en améliorant la méthodologie, en la testant sur des échantillons contrôlés dont l’historique thermique est connu, et en l’appliquant à des contextes naturels, hors laboratoire.

Pour ce faire, différentes méthodes de mesure du signal de luminescence sont tout d’abord comparées afin de déterminer l’approche la plus fiable. Cela permet d’identifier deux approches prometteuses, ainsi que des améliorations dans la préparation des mesures et la correction des effets liés à la température.

Les améliorations méthodologiques sont ensuite testées à l’aide d’échantillons prélevés dans des forages, pour lesquels on dispose de mesures de température indépendantes permettant de comparer les résultats. La méthode parvient à reproduire ces températures dans des limites raisonnables, ce qui confirme sa fiabilité.

Enfin, la méthode est appliquée à des échantillons de roches prélevés le long d’un versant des montagnes du Rwenzori, en Ouganda. Cela permet une reconstitution détaillée de la répartition spatiale des températures, ce qui est essentiel pour comprendre dans quelle mesure le climat terrestre est sensible à l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone.