Littérature scientifique sur le sujet « Paléoenvironnement – Kerguelen, Îles (Terres australes et antarctiques françaises) »

Situées aux confins du territoire national, les Terres australes et antarctiques françaises, formées par l’archipel Crozet, l’archipel Kerguelen, les îles Saint-Paul et Amsterdam (dits « districts austraux »), la terre Adélie et les îles Éparses, illustrent la notion de « frontière » dans toutes ses dimensions. Elles sont en effet non seulement constitutives de frontières nationales ( borders ), mais également d’opportunités d’échanges et de coopérations, notamment en matière de recherche scientifique. Longtemps envisagées comme des fronts pionniers ( frontier en anglais), elles font aujourd’hui l’objet d’une politique de restauration et de conservation visant à rétablir leurs écosystèmes originels. L’accélération de la compétition entre les grandes puissances dans la zone indopacifique et les effets du changement climatique, qui touche directement ces territoires-frontières en apparence préservés du chaos du monde, font peser un risque non négligeable sur leur stabilité.

Mont Ross is the main volcanic feature of the Kerguelen Archipelago (terres Australes et Antarctiques françaises). This newly formed volcano buildup over 2 Ma provides us with an outstanding model of volcanism occurring on an intraplate structure already aged 40 Ma. Mont Ross is the subaerial part of a plutonic complex located in Galliéni Peninsula. From seismic refraction studies, P-wave velocities within the upper crust range downward from 5.35 km/s at sea level to 6.60 km/s at a depth of 11 km. These are definitely higher than those encountered within surrounding basalts known as plateau basalts. These high velocities reveal, at first glance, an origin and composition of the basement of Mont Ross far distinct from those of tholeiitic or transitional lava flows generated near spreading centres. By comparison with plutonic ring complexes, it is reasonable to state that monzonite and syenite are the basic materials of the basement. Seismic velocities (6.85 to 7.30–7.35 km/s) and related Poisson ratio (σ = 0.30) within lower crust are consistent with gabbros as prominent material. The thickness of the lower crust below Mont Ross (6–7 km) is roughly the same as that below the archipelago. Gabbros are exposed around several plutonic ring complexes spread over the archipelago. The transition to mantle might be modelled by a 2 km thick transition zone, with high velocity gradient, already noticed below the archipelago. Velocities of 7.30–7.35 km/s at the base of the crust below Mont Ross do not preclude contamination of the lower crust by mantle material. Both gravity and seismic data substantiate the occurrence of high density (velocity) within the upper crust below Mont Ross. Isostatic compensation of Mont Ross is rather achieved by a flexural deflection of the lithosphere than by an Airy-type model. The structures of Mont Ross and Hawaiian volcanoes bear analogies likely related to their intraplate genesis.

Cette thèse a pour objectif de décrire la diversité actuelle des amibes à thèque sur l'archipel de Kerguelen en fonction du climat et du contexte environnemental et d'en comprendre l'évolution récente des 260 dernières années par une approche paléoenvironnementale couplant observations microscopiques, sédimentologie et géochimie. Situé au niveau du front polaire dans la zone subantarctique, l'archipel de Kerguelen est soumis à des conditions climatiques extrêmes de vent et de précipitations tout en étant préservé des impacts anthropiques directs. Il constitue en cela un environnement naturel idéal pour étudier l'impact des changements climatiques globaux sur l'environnement.Deux campagnes scientifiques sur l'archipel de Kerguelen en 2019, puis en 2021 ont permis de récolter des échantillons de végétaux actuels (essentiellement de bryophytes et d'azorelles), des sols sous-jacents et des carottes de sols, Les échantillons étudiés ont été sélectionnés afin de refléter la diversité géographique et géologique de l'archipel, en termes de pluviométrie (contraste ouest-est), de nature sédimentaire (sol organique, sédiments alluviaux, etc.) et de contexte pétrographique (basaltes - phonolites). Les observations optiques des communautés d'amibes à thèque se développant dans les échantillons de végétaux (101 échantillons) ont permis de constituer une nouvelle base de données des amibes à thèque de l'archipel. Des analyses sédimentologiques et géochimiques (teneur en eau, analyses élémentaires et isotopiques, minéralogie) ont été réalisées en parallèle sur 485 échantillons de sols afin de caractériser les paramètres environnementaux.Ce travail a ainsi permis de mettre à jour et de compléter la base de données de 1981 qui était de 50 espèces avec la description de 107 espèces d'amibes à thèque. Les analyses sédimentologiques des sols ont révélé des différences significatives en termes d'altération entre l'Ouest et l'Est de l'archipel, reflétant des régimes de précipitations contrastés. Cette tendance se retranscrit également dans les assemblages d'amibes à thèque dont la diversité, variable selon le type d'environnement, est bien plus importante à l'Ouest. Le couplage de ces différentes observations a permis de mettre en évidence les affinités écologiques de certaines espèces avec des environnements spécifiques, qui dépendent principalement de la teneur en eau du sédiment, du type d'environnement et de la végétation, permettant ainsi de définir des espèces indicatrices. L'utilisation de cette approche pour reconstituer les paléoenvironnements récents à partir des différentes carottes de sols a permis de mettre en évidence des évolutions locales de l'environnement, qui pourraient être attribuables au changement climatique récent. Cette étude démontre la pertinence des amibes à thèque non seulement comme indicateur environnemental mais également pour retracer l'évolution récente des conditions paléo-environnementales sous contrainte climatique
The objective of this PhD is to describe the current diversity of testate amoebae on the Kerguelen archipelago depending on climate and environmental context and to understand the recent evolution of the last 260 years by a paleoenvironmental approach combining microscopic observations, sedimentology and geochemistry. Located at the polar front in the sub-Antarctic zone, the Kerguelen archipelago is subject to extreme wind and precipitation conditions while being preserved from direct anthropic impacts. This makes it an ideal natural environment to study the impact of global climate change on the environment.Two scientific campaigns on the Kerguelen archipelago in 2019 and 2021 have allowed us to collect samples of current plants (mainly bryophytes and azorelles), underlying soils and soil cores. The samples studied were selected to reflect the geographical and geological diversity of the archipelago, in terms of rainfall (west-east contrast), sedimentary nature (organic soil, alluvial sediments, etc.. ) and petrographic context (basalts - phonolites). Optical observations of the testate amoebae communities growing in the plant samples (101 samples) have allowed us to build a new database of testate amoebae in the archipelago. Sedimentological and geochemical analyses (water content, elemental and isotopic analyses, mineralogy) were carried out in parallel on 485 soil samples in order to characterize the environmental parameters.This work has allowed to update and complete the 1981 database of 50 species with the description of 107 species of testate amoebae. Sedimentological analyses of soils revealed significant differences in terms of weathering between the western and eastern parts of the archipelago, reflecting contrasting rainfall patterns. This trend is also reflected in the testate amoebae assemblages whose diversity, variable according to the type of environment, is much greater in the west. The coupling of these different observations has made it possible to highlight the ecological affinities of certain species with specific environments, which depend mainly on the water content of the sediment, the type of environment and the vegetation, thus allowing the definition of indicator species. The use of this approach to reconstruct recent paleoenvironments from the different soil cores has allowed us to highlight local changes in the environment, which could be attributable to recent climate change. This study demonstrates the relevance of testate amoebae not only as an environmental indicator but also for tracing the recent evolution of paleoenvironmental conditions under climatic constraints

Caractérisé par une évolution saisonnière régulière des peuplements bactériens hétérotrophes et par l'absence de microflore entérique, le milieu marin subantarctique se prête bien aux travaux d'écologie microbienne. L'objectif de cette étude est de proposer un modèle descriptif de la dynamique saisonnière d'une communauté bactérioplanctonique. De multiples paramètres sont relevés (matière organique, numérations, biomasse, activité, caractères morpho-physiologiques et nutritionnels des souches isolées) ; ils permettent de calculer des indices synthétiques classiquement utilisés en écologie : la dominance, la régularité taxonomique et fonctionnelle, l'indice moyen d'utilisation des substrats, l'affinité assimilatrice et la capacité catabolique révèlent un peuplement non spécialisé et généralement peu diversifié. Deux années consécutives de prélèvements hebdomadaires ont permis de décrire différentes périodes caractéristiques relevées au cours d'un cycle annuel : la phase de croissance majeure débute en automne et s'achève en hiver, elle fait suite à une forte accumulation de matière organique particulaire durant l'été. Une forte dominance concomitante d'une plus faible régularité montre qu'un nombre réduit d'espèces (appartenant à l'ordre des Pseudomonadales) est à l'origine de l'augmentation du nombre de germes de 2 à 4 puissances de dix. L'application d'une méthode de groupement hiérarchique (WPGM) aux germes isolés pendant une phase de croissance révèle la succession de trois groupes respectivement composés de bactéries pigmentées (Flavobacterium, Xanthomonas, Cytophaga), de bacilles gram- très mobiles (Pseudomonas) et de Neisseriaceae. Toutefois, cette dernière famille pourrait correspondre à des formes de résistance des Pseudomonales ressemblant à des cocci gram-. A la fin de l'hiver et plus généralement en dehors des phases de croissance, l'indice de dominance décroît alors qu'augmentent les indices de régularité. Cette situation semble typique d'un environnement moins favorable. L'ordre des Pseudomonadales reste dominant mais certains genres aux capacités nutritionnelles accrues sont fréquemment isolés (Micrococcaceae, Bacillaceae, Vibrionaceae).

L'origine des smectites des sédiments marins à la péripherie des aires volcaniques Kerguelen-Heard et leur filiation depuis la roche mère basaltique jusqu'a leur arrivée en milieu marin franc sont etudiées ainsi que leur caractérisation minéralogique

La cartographie du secteur sud-est de l'Archipel de Kerguelen a confirmé l'existence de deux suites magmatiques: la première, moyennement alcaline, est datée du Miocène inférieur (26-20 ma); la seconde, fortement alcaline, est datée du Miocène supérieur (10-6 ma). L'étude pétrologique des deux séries, et plus particulièrement de leurs laves différenciées, la caractérisation des magmas montrent que leur évolution fait intervenir différents processus pétrogénétiques parmi lesquels la cristallisation fractionnée joue un rôle fondamental alors que les mélanges de magmas ne sont qu'accessoires. Les outils géochimiques (éléments majeurs, traces et isotopes) indiquent la dérivation des différents magmas a partir d'une même source mantellique et soulignent l'influence primordiale à la fois du taux de fusion et de la composition minéralogique du manteau. L'étude de ce secteur de Kerguelen permet également de mieux comprendre l'évolution spatio-temporelle de l'ensemble de l'archipel et de discuter des relations entre le hot-spot, la plaque lithosphérique antarctique et le système des dorsales océaniques indiennes

Le lapin a été introduit dans l'archipel subantarctique de Kerguelen en 1874 sous sa forme domestique. Nous avons mis en évidence une forte hétérogénéité génétique et morphologique entre populations qui témoigne des effets fondateurs liés à des introductions multiples et d'un flux génique restreint entre les populations actuelles. Les contraintes environnementales des milieux subantarctiques sont susceptibles d'avoir induit d'importantes pressions sélectives affectant différents traits d'histoire naturelle des populations. L'adaptation d'un organisme à ces contraintes passe par l'utilisation de budgets temps et énergie limités et dès lors l'optimisation des stratégies d'acquisition de la nourriture est primordiale. Nous montrons que le lapin recourt à une stratégie de spécialiste en été et bascule vers une stratégie de généraliste en période de faible disponibilité. L'étude comparative de quatre populations, très homogènes sur le plan génétique, confrontées à des conditions écologiques différant essentiellement par la nature des ressources trophiques, permet d'apprécier le rôle de l'alimentation sur la biologie des populations. Ce facteur effecte la condition physique et la mortalité des jeunes, laquelle prend certeines années un caractère catastrophique sur les sites les plus contraignants. La réduction de la qualité de l'alimentation se manifeste par un retard du début de la saison de reproduction, une maturité sexuelle différée, une réduction de la taille des portées et du taux de gravidité, éléments affectant finalement la natalité, une des plus faibles chez l'espèce. Dans l'archipel de Kerguelen, cette faible natalité, observée par ailleurs chez de nombreuses populations de vértébrés insulaires, est étroitement dépendante du facteur trophique

Le front polaire antarctique (FPp) est la discontinuité la plus représentative du système hydrologique associé au continent antarctique. Elle lui est associée une sédimentation contrastée: schématiquement, boue biosiliceuse à diatomées au sud et boue carbonatée riche en nannofossiles au Nord. Cette sédimentation est sous le contrôle de la distribution des masses d'eau de surface, froides au Sud du front et plus chaudes au Nord. Deux référentiels fixes ont été choisis sur le plateau de Kerguelen (Océan Indien austral) de part et d'autre de la position actuelle du front polaire (vers 50°s) pour tenter de reconstituer ses paléopositions au cours du Pléistocène. La caractérisation des masses d'eaux de surface est obtenue par l'estimation de leurs paléotempératures par l'étude statistique de la flore siliceuse, en appliquant la fonction de transfert basée sur le modèle actuel de distribution des diatomées australes. La contribution des diatomées et du plancton calcaire à la sédimentation est mesurée par l'analyse quantitative globale du sédiment par spectroscopie infrarouge. La conjugaison de ces approches micropaléontologique et physique permet d'obtenir des données numériques exprimées en fonction du temps, au moins pour la carotte MD 80 308 (45°32'S). En dépit d'un contrôle stratigraphique insuffisant, les résultats obtenus pour la carotte MD 86 711 montrent de larges fluctuations des teneurs en silice biogénique (essentiellement diatomitique) qui peuvent atteindre 80%, alors que les carbonates ne constituent qu'un fond continu (aux alentours de 40%): ce qui caractérise le domaine antarctique. En revanche, pour le référentiel prélevé en domaine subantarctique (MD 80 308), c'est la courbe des carbonates qui montre les fluctuations les plus importantes, en particulier après 420 000 ans. On observe une corrélation entre les flux des constituants biogéniques (siliceux et carbonatés) et les températures d'été estimées pour la carotte MD 80 308: aux périodes de réchauffement correspondent une prédominance du flux des carbonates, et aux périodes les plus froides sont associées des élévations du flux de silice biogénique. En comparant ces données avec la répartition actuelle des températures des eaux de surface, on montre que le FP est remonté à plusieurs reprises au cours du Pléistocène au moins jusqu'à la latitude de 45°30'S. Il s'y serait maintenu pendant une longue période allant d'environ 1,178 Ma jusqu'à 420 000 ans (limite des stades isotopiques 11/12), date à partir de laquelle on observe une période de réchauffement correspondant à son recul vers le sud. On observe une forte instabilité du front depuis 420 000 ans avec plusieurs oscillations entre sa position actuelle (vers 49°30'S) et la latitude de la carotte MD 80 308 (45°32). On montre ainsi, que le FP se serait déplacé d'au moins 4 degrés de latitude (environ 450 km) vers le Nord , non seulement au cours des dernières périodes glaciaires, mais également avant 420 000 ans

L'identification, la distribution spatio-temporelle et les stratégies de développement de l'ichtyoplancton de la partie indienne de la province kerguélenienne ont été étudiées. Les échantillons proviennent de campagnes océanographiques effectuées en 1987-1988 et 1991, et de prélèvements mensuels côtiers de fin 1986 a fin 1990. Spatialement, la topographie est primordiale en séparant les larves des espèces mésopelagiques des espèces démersales. Dans les baies et les fjords des iles Kerguelen, les compositions ichtyofaunistiques indiquent que les larves des espèces côtières, appartenant aux notothenioidei, se répartissent uniquement dans des zones abritées des vents. Par contre, les larves d'espèces du plateau se localisent principalement dans des zones plus exposées. A plus grande échelle, au niveau du bassin de Crozet, la position et la nature des fronts hydrologiques influencent la distribution spatiale de l'ichtyoplancton des espèces mésopelagiques: principalement des Myctophidae. Le role du front polaire antarctique est déterminant pour l'ichtyoplancton autour des iles Kerguelen, et celui du front subantarctique, pour le bassin de Crozet. Le transport des oeufs et des larves, des frayères jusqu'aux zones de croissance, par les courants et par l'action des vents sur la surface de l'eau a été démontré. La répartition temporelle des larves a été envisagée pour la zone des iles Kerguelen. Quatre périodes d'éclosions ou d'abondance larvaire ont été annuellement observées. Si la plupart des espèces n'ont qu'une période annuelle d'éclosion, deux pics de reproductions sont observés pour d'autres en relation avec l'age des géniteurs ou leur biotope. Ces périodes coincident avec des maxima de production des copépodes. Enfin, la phase larvaire dure de trois à six mois et exceptionnellement plus d'une année

La collection d'enclaves ultramafiques-mafiques des îles Kerguelen est l'une des plus diversifiée du contexte intraplaque océanique et a servi de support à l'étude des fluides, marqueur du métasomatisme mantellique associe à un point chaud. Ces enclaves sont caractérisées par une relative abondance en phases hydroxylées (amphiboles, micas) et carbonatées. Des basaltes alcalins, contenant des mégacristaux d'amphibole et de mica, ont également été étudiés. L'étude pétrologique et géochimique détaillée (cristallochimie, isotopes stables : o, c, h ; éléments en traces-LAM-ICP-MS) a mis en évidence le rôle et la nature des fluides percolants le manteau et la croute profonde. Ils sont d'origine mantellique et liés à la dernière activité magmatique alcaline attribuée au panache de Kerguelen. Les compositions chimiques particulièrement riches en TIO 2 des amphiboles et des micas ont permis de préciser les conditions de stabilisation de ces silicates à haute température. Les amphiboles, les micas et les carbonates ont conservé des signatures isotopiques (O, H, C) de haute température et relativement homogènes. Les signatures isotopiques de l'hydrogène montrent une distribution bimodale qui traduit pour une même température, l'existence de 2 fluides mantelliques différents. Les carbonates présents dans les laves et les péridotites de Kerguelen ont des compositions isotopiques (C, O) strictement péridotitiques et ne montrent à priori aucune évidence d'un composant lithosphérique recyclé. Les phases hydroxylées constituent des réservoirs préférentiels pour les HFSE et les LILE. Les coefficients de partages interminéraux et minéraux/magma ont pu être précisés pour un grand nombre d'éléments (25) dans les liquides magmatiques percolants.