Intérêt des isotopes du néodyme et de l’hafnium pour déterminer la coévolution de l’altération, du climat et de la tectonique au Cénozoïque supérieur dans le bassin Amazonie

Soutenance de thèse de Gabriel Ribeiro-Moizinho.

Composition du jury :

• Mme PUCÉAT Emmanuelle, Rapporteure, Université Bourgogne Europe (présentiel)
• M. MAZUR CHIESSI Cristiano Rapporteur, Universidade de São Paulo – EACH (en visio)
• Mme CRUZ VIEIRA Lucieth, Examinatrice, Universidade de Brasília (en visio)
• Mme VIGIER Nathalie, Examinatrice, CNRS Côte d’Azur (en visio)
• Mme RABINEAU Marina, Examinatrice, CNRS Bretagne et Pays de la Loire (présentiel)
• M. Germain Bayon, Co-directeur, IFREMER, (présentiel)
• M. Roberto Ventura Santos, directeur, Universidade de Brasília, (présentiel)
• M. Martin Roddaz , directeur, Université de Toulouse (présentiel) 

Résumé :

Le bassin amazonien, le plus grand système fluvial de la planète, joue un rôle essentiel dans la régulation des flux sédimentaires mondiaux, des cycles biogéochimiques et du climat à long terme. Toutefois, le calendrier et les mécanismes de son intégration transcontinentale, ainsi que les interactions entre tectonique, climat et altération, demeurent encore imparfaitement compris. Cette thèse mobilise un ensemble de traceurs géochimiques, incluant les spectres des éléments terres rares (ETR) et les isotopes du néodyme (Nd) dans des fractions appariées d’argiles et d’oxydes-hydroxydes de fer (FeOOH), ainsi que les isotopes de l’hafnium (Hf) dans les argiles détritiques, appliqués à des sédiments fluviaux modernes et à une carotte de 4 800 m issue du cône amazonien (puits BP-3). L’objectif principal est de reconstituer l’évolution cénozoïque tardive du transfert sédimentaire, de l’altération continentale et du cycle du carbone au sein de la plus vaste région tropicale du globe. Les travaux de calibration réalisés sur des sédiments modernes prélevés lors de la campagne AMANAUS 2023 montrent que les fractions argileuses et FeOOH enregistrent des aspects complémentaires de l’altération continentale. Les différences isotopiques de Nd entre ces phases (ΔεNd) constituent un traceur sensible permettant de distinguer l’altération des silicates de celle des roches sédimentaires, tandis que les distributions des ETR identifient les différentes voies de formation des phases FeOOH transportées par les rivières, qu’il s’agisse de précipités secondaires issus de l’altération des silicates, de produits oxydants de la pyrite ou de FeOOH marins anciens remobilisés par l’érosion. Ces résultats valident l’utilisation combinée des proxys argile–FeOOH pour distinguer l’altération des silicates, un puits net de CO₂ atmosphérique, de l’altération des roches sédimentaires, susceptible d’en libérer vers l’atmosphère. Un nouveau modèle d’âge calé astronomiquement prolonge le registre du cône amazonien jusqu’à environ 24 Ma, offrant la résolution temporelle nécessaire pour relier les processus continentaux aux variations globales du climat et du niveau marin. Les taux de sédimentation demeurent faibles durant le Miocène supérieur, malgré un soulèvement andin et des précipitations accrus, ce qui suggère un stockage sédimentaire important dans les bassins continentaux. À l’inverse, le début du Pliocène se caractérise par une augmentation d’un ordre de grandeur des taux d’accumulation, synchronisée avec la hausse du niveau marin et l’intensification des précipitations. Les isotopes de Nd des argiles révèlent une évolution progressive de l’intégration du réseau hydrographique : export andin initial vers ~12 Ma, capture partielle des têtes de bassin andines centrales entre 7 et 4 Ma, puis stabilisation d’un système double Solimões–Madeira après 4 Ma. Nos proxys indiquent également une contribution persistante de FeOOH issu de l’altération oxydante de schistes noirs jusqu’à ~4,5 Ma, suivie d’une transition vers un FeOOH majoritairement dérivé de l’altération des silicates sous les conditions chaudes et humides du Pliocène, renforçant la séquestration du CO₂ atmosphérique. Ensemble, ces résultats affinent la chronologie de l’intégration du fleuve Amazone, révèlent le double rôle du bassin dans le cycle global du carbone et établissent le cône amazonien comme une archive unique pour explorer l’évolution couplée de la tectonique, de l’altération et du climat. Plus largement, cette thèse met en évidence l’importance des processus d’altération sous les conditions tropicales du système source-à-puits Andes–Amazone dans la régulation à long terme du cycle du carbone terrestre et propose de nouveaux cadres méthodologiques applicables à l’échelle mondiale.