Sédiments, Environnements et Dynamiques de surface

Domaines d'expertise

• Relations entre variabilité climatique / hydrosphère / cryosphère
  • Ressources en eau dans le centre-est français face au changement climatique
  • Hydrologie glaciaire et son évolution (altitude vs. latitude)
• Processus de formation des carbonates microbiens
• Caractérisation des formations réservoirs et pour le stockage des déchets
• Environnements actuels et passés (glaciers, océans, vignes...)

Axes de recherche

1- Comment la production, la transformation et le transfert de matières organiques et inorganiques influencent la dynamique des biogéosystèmes ?

La compréhension des processus de production et de transferts de matière dans le continuum continent-océan est clef de la connaissance du fonctionnement du système Terre. Au cours des temps géologiques et dans un avenir proche, la Terre a connu et connaîtra des changements globaux dont il convient de déterminer les conséquences, bilans et cinétiques. Ces connaissances sur les cycles biogéochimiques sont nécessaires pour adapter nos sociétés et évaluer la disponibilité des ressources naturelles et leur durabilité. En fonction des paramètres biotiques et abiotiques, comprendre, la façon dont les matériaux organiques et inorganiques sont produits puis transférés permettra de mieux appréhender le fonctionnement actuel des biogéosystèmes et de prédire leur évolution.

2-  Quels sont les mécanismes et les durées des perturbations du système climatique dans différents contextes géodynamiques?

L’étude des paléoclimats nous apporte des informations uniques sur le fonctionnement de notre système climatique en permettant d’explorer l’impact de différents forçages dans des contextes climatiques et géodynamiques variés. Parmi ces forçages, nous nous intéressons : 

• à la géodynamique, à travers son impact sur l’altération continentale (puits de CO2 atmosphérique), sur le volcanisme (source de CO2 atmosphérique), et sur la circulation océanique, faisant partie intégrante du système climatique ;
• aux environnements glaciaires par leur impact sur les processus d’érosion et de sédimentation :

3- Quelle contribution pour une meilleure connaissance des réservoirs, une meilleure exploitation des ressources naturelles et un stockage plus sûr ?

L'exploitation des ressources naturelles constitue un enjeu industriel, économique, environnemental et sociétal majeur. Afin d’optimiser l'exploitation de ces ressources, une connaissance géologique des réservoirs est nécessaire. Parallèlement à l’exploitation des énergies fossiles polluantes, le développement des énergies renouvelables (ex : géothermie) est un impératif pour la préservation de l’environnement, tout comme la nécessité de poursuivre et de développer les recherches sur le stockage géologique du CO2 ou des déchets radioactifs. Les réservoirs contenus dans les dépôts sédimentaires siliciclastiques et/ou carbonatées sont des ensembles présentant spatialement des hétérogénéités pétrophysiques complexes. Les hétérogénéités observées dans les formations sédimentaires résultent de différents mécanismes et processus mis en jeu à différentes échelles de temps et d'espace :

• variété des caractéristiques sédimentologiques,
• répartition spatio-temporelle des volumes de sédiments, contrôlée par la production sédimentaire, le transport et les variations de l'espace disponible,
• processus diagénétiques reliés à l'histoire des circulations des fluides et à leur nature,
• fracturation,
• contexte géodynamique.

4- Cycles biogéochimiques et sédimentation des environnements de la Terre à la transition Archée/Protérozoïque

Cette question porte sur l’évolution des environnements sédimentaires et des cycles biogéochimiques de la Terre primitive. Ce travail est principalement basé sur l’étude des signatures isotopiques du C de l’N et du S, ainsi que sur la spéciation minéralogique du fer de sédiments Néoarchéens à Paléoproterozoiques dans leurs contextes sédimentaires.

Exemples de Réalisations

Production et transfert de matières organiques et inorganiques

• Dans le cadre de cet axe thématique une caractérisation moléculaire à très haute résolution des matières organiques des sols a été étblie à l’échelle de la Région Bourgogne en fonction de l’occupation (forêt, prairie et culture).
• L’impact du changement climatique sur la disponibilité de la ressource en eau en Bourgogne représente un enjeu majeur et a fait l’objet d’une projection de la chaîne de modélisation hydroclimatique sur la période 1980-2100. Ces travaux portent sur une projection de la recharge des nappes et du stress hydrique des sols à l’horizon 2100 (Brulebois, 2016).
• L’installation d’un observatoire expérimental des flux de carbone des sols à haute résolution a pour objectif d’observer les flux de carbonate en fonction du mode de gestion forestière (projet intégré ISITE Région BFC PubPrivLands).
• La création d’une zone atelier dans le Morvan (ZAMo) – Ce projet a pour objectif de suivre l’évolution des écosystèmes forestiers du massif du Morvan dans un contexte de transition climatique et socio-économique.

Mécanismes des perturbations du système climatique 

Les études réalisées sur l’impact du réchauffement climatique sur le massif du Mont-blanc ont montré une forte tendance à la diminution du nombre de jours de gel durant le XXI^e siècle sur le massif du Mont-Blanc. Nos études, couplant données de terrain et modélisation climatique, prédisent que les effets se feront surtout ressentir à partir des années 2050 et seront majeurs en haute altitude, entraînant alors une diminution de 45 % à 50 % du nombre de jours de gel par rapport à aujourd’hui. (https://theconversation.com/rechauffement-climatique-sur-le-mont-blanc-le-nombre-de-jours-de-gels-va-seffondrer-dici-2100-116858)

• Une approche couplant tectonique, géochimie isotopique (systèmes Lu-Hf and Sm-Nd) et minéralogie des argiles a mis en évidence une augmentation marquée à la fois de l’érosion et de l’altération chimique de la marge est-africaine au cours d’une phase majeures de surrection tectonique de la marge au Crétacé supérieur. Ces résultats mettent en évidence un rôle potentiellement majeur de cet événement tectonique dans le refroidissement du Crétacé supérieur, qui signe la première phase du refroidissement à long terme menant jusqu’à notre période actuelle.

 Réservoirs,  exploitation des ressources naturelles et stockage 

• Une approche couplant la sédimentologie, la diagenèse et la géochimie a permis de caractériser la diversité des processus physico-chimiques affectant les valeurs des isotopes stables dans des carbonates modernes de Bolivie.  Cette étude insiste également sur l’influence des processus biotique/abiotique sur des dépôts de sources hydrothermales préservés dans une caldera volcanique.
• Le role du substrat sur les potentiels de minéralisation de tapis microbiens a été caractérisé dans des dépôts récents de rivière en France et également dans des dépôts récents des grands lacs aux Etats-Unis. Les études réalisées sur le bilan ionique ont également permis de prédire le bilan et l’importance du Ca des carbonates d’un bassin sédimentaire à travers une approche source to sink du Grand Lac Salé aux USA.
• Les approches couplant sédimentologie, diagenèse et pétrophysiques ont permis de caractériser l'origine des zones perméables ou imperméables dans des réservoirs et ainsi de discuter de la circulation des fluides au sein de formations sédimentaires contennant des réserves en hydrocarbures ou en eau. Ces approches actuellement principalement appliquées à des réservoirs contenant des hydrocarbures sont destinées à être transférées sur des réservoirs profonds contenant des eaux chaudes pouvant être exploitées en géothermie, et ainsi assurer la transition énergétique nécessaire face aux enjeux environnementaux actuels et futurs.

Cycles biogéochimiques de la Terre primitive

Le projet ISOLASER propose une solution laser pour préparer simplement et rapidement des échantillons contenant du carbone et de l’oxygène, essentiellement rocheux, en vue d'une analyse isotopique du carbone et/ou de l'oxygène. Le système est un dispositif de préparation/conditionnement des échantillons carbonatés d’origine géologique. Ce dispositif compact et à faible coût permet de produire le gaz CO₂ pour la mesure isotopique sans utiliser de consommable et sans contraintes strictes (thermalisation, environnement gazeux particulier). Le dispositif est basé sur l’utilisation d’une diode de laser de puissance fibrée de faible volume et à fort rendement et à émission continue ou hachée dans le proche infrarouge.

Projets inter-équipes : bio-calcifications

Une équipe transdisciplinaire associe la recherche sur les microbialites fossiles et modernes à travers différentes méthodes comme la sédimentologie, la (bio) géochimie, la microbiologie, la biologie moléculaire, la géomicrobiologie et la minéralogie. Les principaux objectifs sont de passer en revue les développements récents et en cours dans ce domaine afin : (i) d'affiner la compréhension de la formation des microbialites dans les environnements sédimentaires modernes pour (ii) avoir une compréhension accrue des modalités de leur conservation pour (iii) améliorer finalement l'interprétation des archives fossiles. Ce projet combine des études en laboratoire et sur le terrain qui sont essentielles pour mieux comprendre les processus impliqués dans la formation et l'évolution des microbialites. Ces travaux ont conduit au montage d’un projet ISITE de collaboration avec la mise en place d’un poste de coach au sein de notre laboratoire, un post-doctorat et une thèse en cours. L'expertise d’un coach est un complément remarquable à ce travail, et apporte les clés indispensables pour interpréter la complexité des systèmes naturels, jusqu'à présent difficiles à imiter dans les expériences de laboratoire. Un congrès international a dans ce cadre été organisé à Dijon du 28 au 30 octobre 2019 (https://www.microbialites2019.com/).