Quelle a été l'extension géographique des fluctuations climatiques rapides (événements Dansgaard/Oeschger) enregistrées dans les glaces du Groenland durant les derniers 100 000 ans ? Les archives continentales, à l'aide des spéléothèmes, apportent des éléments de réponse d'autant plus importants qu'ils permettent d'établir une datation absolue de ces événements.

Un des caractères marquants de la variabilité climatique des derniers 100 ka est l'alternance de périodes froides et chaudes, d'une durée de l'ordre de 1 à 3 ka, qui atteignent presque l'amplitude d'une transition glaciaire-inter-glaciaire (événements Dansgaard-Oeschger ou D/O). Vingt-quatre de ces événements ont été dénombrés dans les carottes de glace du Groenland depuis la fin du dernier interglaciaire, ils ont aussi été reconnus dans les carottes marines de l'Atlantique Nord, de la Méditerranée occidentale et du Pacifique Nord (Bond et al, 1993 ; Cachot et al, 1999 ; Kiefer et al, 2001). Qu'en est-il sur les continents ?

Sur le continent, les enregistrements paléoclimatiques qui ont montré de tels événements abrupts sont rares : la séquence palynologique des lacs des Echets, du Bouchet et des Maars du Velay (Massif Central ; Reille and Beaulieu, 1988 ; Beaulieu and Reille, 1992 ; Guiot et al, 1993), les enregistrements palynologiques dans les carottes marines proches des continents (voir article de M. Sanchez, dans ce numéro). Mais, au-delà de la limite de datation du ¹⁴C, les échelles de temps de ces carottes lacustres ou marines sont ajustées sur les stades isotopiques (SPECMAP) ce qui laisse la même incertitude sur leur chronologie. Des travaux précurseurs avaient déjà suggéré l'existence d'interstades chauds durant la dernière période glaciaire (Laville et al, 1985), mais là aussi l'échelle chronologique manquait de précision.



Enregistrement dans les spéléothèmes de la grotte de Villars
Nous présentons ici les résultats obtenus sur la stalagmite Vil-stm9 de la grotte de Villars (Dordogne), donc à l'intérieur même du système Nord Atlantique, où sont enregistrés ces événements.

La stalagmite Vil-stm9
Haute de un mètre cinquante, cette stalagmite provient d'une galerie latérale du réseau inférieur de la grotte de Villars (Dordogne). Vingt-sept dates U/Th par spectrométrie de masse y ont été effectuées ce qui lui donne une chronologie absolue d'une précision supérieure à 2% (2) sur la période de croissance étudiée qui se situe entre 31,8 ka et 83,1 ka (figure 1). Sur les sept discontinuités visibles, trois sont en réalité des hiatus qui correspondent à des périodes où les conditions empêchaient toute croissance. Le plus important de ces arrêts est une phase comprise entre 61,0 ka et 67,4 ka où le climat était suffisamment froid et sec pour empêcher toute infiltration et précipitation de calcite dans la grotte ; il coïncide avec l'événement de Heinrich H6 (ici la durée de cette période est bien datée) et reste l'événement froid le plus marqué de cette période à Villars. Les deux autres hiatus sont sans doute liés à des inondations dans la grotte lors de périodes très humides comme semblent le montrer les isotopes stables proches des conditions actuelles.

Les résultats
Les profils d'isotopes stables (figures 2 à 4) effectués le long de l'axe de croissance révèlent les faits suivants :

• le ¹³C a enregistré les événements Dansgaard-Oeschger de façon remarquable avec des variations de 2 à 5. (figure 2) ;

• grâce aux nombreuses mesures U/Th, les âges absolus de ces événements sont datés avec une précision au moins 5 fois meilleures que sur les carottes de glace GRIP et GISP2 ;

• l'événement D/O12 (45-46ka) est marqué par la plus forte croissance de la stalagmite et par des ¹³C voisins de l'actuel ;

• le caractère principal de cet enregistrement est la très longue période froide entre 61,0 ka et 67,4 ka qui a aussi été enregistrée par une carotte marine du milieu de l'Atlantique Nord DSDP 609 (figure 3) ;

• le ¹⁸O montre une forte ressemblance avec les enregistrements marins (SPECMAP) ainsi qu'avec celui de Soreq Cave (Israël ; Bar-Matthews et al) démontrant sa signification globale (figure 4). Il apparaît cependant que ce n'est pas le ¹⁸O de la calcite qui répond le mieux aux D/O, mais le ¹³C, ce qui suggère un autre type d'impact de ces événements sur l'environnement.

Ces résultats améliorent très nettement la chronologie absolue des événements climatiques abrupts de la dernière période glaciaire, au moins pour la période au-delà de 40 ka. Ils montrent également que le ¹³C, à Villars au moins, est très sensible aux variations climatiques abruptes alors que les précédentes reconstitutions paléoclimatiques utilisent essentiellement le ¹⁸O comme marqueur.


Les variations de ¹³C
Ces variations sont principalement liées au développement du sol et de la végétation : le carbone dissous dans l'eau d'alimentation des stalagmites provient en majeure partie, du CO₂ du sol. Or, les variations d'activité pédologique et de la végétation vont conditionner la quantité de CO₂ d'origine biologique dissoute dans l'eau d'infiltration. En conséquence, les événements froids, qui ralentissent l'activité végétale et bio-pédologique, sont marqués par des ¹³C élevés ; inversement, lorsque la production de CO₂ dans le sol est forte, le ¹³C diminue. La température, elle aussi, influence le fractionnement isotopique (dissolution du CO₂ dans l'eau et précipitation de CaCO₃) dans le même sens et pourrait expliquer environ 25% de l'ampli tude du signal.

Il peut exister un décalage significatif (1 à 2 ka) entre le début d'un réchauffement et le ¹³C minimal caractérisant un maximum d'activité végétale ; la lente diminution du ¹³C que l'on voit après la très longue phase froide (67.4- 61 ka) en témoigne (figure 2). Cependant les fortes variations de ¹³C observées entre 32 ka et 57 ka, ainsi que celles qui encadrent l'événement D/O20 sont extrêmement abruptes puisque certaines se font en un temps voisin de la marge d'incertitude des dates U-Th (<500 ans). En conséquence, il semble que la remise en route du système bio-pédologique qui produit le CO₂ du sol soit rapide, même s'il s'agit d'espèces pionnières : les conditions sont réunies pour que les plantes et les micro-organismes du sol produisent suffisamment de CO₂ biogénique pour redémarrer la dissolution-précipitation. Ce temps de réponse est différent de celui mis en jeu par la vitesse de colonisation de la végétation qui voit apparaître successivement différents taxons et qui, lui, est beaucoup plus lent.




En Chine
Wang et al ont mis en évidence les événements de Dansgaard-Oeschger dans les profils de ¹⁸O de la calcite de plusieurs stalagmites de la grotte de Hulu (Chine) avec une chronologie absolue faite grâce aux analyses U/Th entre 11 ka et 75 ka (Wang et al, 2001). L'un des principaux résultats de ce travail a été la confirmation d'une grande partie de la chronologie de GISP2, même si l'attribution de certains, comme les D/O16, 17, 19 et 20, apparaît plus ou moins délicate (figure 2). Ces auteurs suggèrent que l'intensité de la mousson a varié en même temps que la température du Groenland ; les variations isotopiques observées seraient donc le résultat d'un effet de masse sur la composition isotopique de l'eau de pluie. L'essentiel des événements mis en évidence coïncide avec ceux de la carotte glaciaire. Cette étude montre ainsi l'existence d'une connexion entre le système de l'Atlantique Nord et le système de mousson de l'Asie orientale, ce qui implique le très large impact de ces événements abrupts que sont les D/O.