Fiche Valorisation des résultats des campagnes océanographiques (à envoyer par courriel à Commission.flotte@ifremer.fr ) Nom de la campagne : MAGOFOND 08 (demande de campagne MAGOFOND 3B) Projet / Programme de rattachement : Cette campagne fait suite aux difficultés techniques rencontrées durant la campagne Magofond 3 en 2005. Son objectif est l étude des variations passées du champ géomagnétique à l aide d enregistrements marins de haute résolution, réalisés à proximité du fond, durant la période magnétique calme de polarité normale du Crétacé. Navire : Suroît Engins lourds : aucun Dates de la campagne : 28/10/2008-20/11/2008 Zone(s) : Océan Atlantique Central Nombre de jours sur zone/en transit/ en escale : 16 / 6 / 2 Chef de mission principal (Nom, prénom et organisme) : Dyment, Jérôme, IPGP CNRS Nombre de chercheurs et d enseignants-chercheurs (en mer / à terre): 2 / 2 Nombre d ingénieurs et de techniciens (en mer / à terre) : 1 / 2 Nombre d étudiants (en mer / à terre) : 5 / 1 Fiche remplie par : Jérôme Dyment Date de rédaction ou d actualisation de la fiche : 15/09/2012 Adresse : IPGP, 1 rue Jussieu, 75005 Paris Email : jdy@ipgp.fr Tel : 01 83 95 74 00 Fax : 01 83 95 77 10 Résultats majeurs obtenus 1 à 3 pages destinées à informer un large public sur les résultats obtenus 1 Contexte scientifique Le champ magnétique de la Terre s est souvent inversé au cours des temps géologiques. Bien que survenant très irrégulièrement, de telles inversions se sont produites en moyenne une fois par million d années au cours des quatre-vingts derniers millions d années. Outre ces inversions, l intensité du champ magnétique terrestre fluctue au cours du temps, comme le montrent les mesures effectuées depuis plus de deux siècles dans les observatoires magnétiques, ou encore les enregistrements passés de ce champ dans les terres cuites (archéomagnétisme, pour la période historique) ou dans les roches (paléomagnétisme, pour les temps géologiques). L existence de tels témoins du champ magnétique ancien découle du fait que tout matériel contenant des minéraux magnétiques acquiert, lors de son refroidissement en dessous d une «température de Curie» caractéristique de ces minéraux, une aimantation permanente de direction parallèle au champ ambiant et d intensité proportionnelle à ce champ. Les laves, de par leur refroidissement rapide, sont ainsi d excellents matériaux pour décrypter l histoire du champ magnétique terrestre. Les fonds océaniques représentent la province volcanique la plus importante de notre planète. La croûte magmatique qui en constitue la majeure partie se forme régulièrement à l axe des dorsales océaniques et y acquiert une aimantation de polarité semblable à celle du champ ambiant lors de leur formation. Les inversions du champ génèrent des alternances de bandes à aimantation de polarité normale (c'est-à-dire semblable à l orientation actuelle du champ géomagnétique) ou inverse, plus ou moins parallèles aux dorsales pour les plus récentes, qui représentent des isochrones de l accrétion océanique. C est la découverte de ces anomalies magnétiques océaniques au début des années soixante qui a permis à la Tectonique des Plaques de s imposer. Depuis lors, les anomalies magnétiques n ont cessé d être utilisées pour affiner l échelle chronologique des inversions du champ magnétique et reconstituer les mouvements passés des plaques à la surface de notre planète. Si les inversions du champ géomagnétique sont maintenant bien définies pour les derniers 160 millions d années, il n en va pas de même pour les variations d intensité de ce champ au cours du temps. Les mesures magnétiques conventionnelles, effectuées à la surface de l océan, à plusieurs kilomètres de la croûte aimantée, n ont pas la résolution nécessaire pour restituer de telles variations. Seuls des mesures de haute résolution, effectuées à proximité du fond, permettent de reconnaître ce signal, si les laves de la croûte océanique en conservent la trace. Plusieurs campagnes, dont Magofond 1 (1996) et Magofond 2 (1998), ont montré que la croûte océanique magmatique conserve la mémoire des variations passées de l'intensité du champ magnétique et met en évidence les «excursions géomagnétiques» reconnues par ailleurs. La qualité des enregistrements de haute résolution effectués dépend de la vitesse d expansion à laquelle s est créée cette croûte et de l altitude à laquelle les mesures sont effectuées. 2 Rappel des objectifs La campagne Magofond 3, réalisée en 2005, visait à exploiter cette découverte en se focalisant sur un événement géomagnétique exceptionnel, la «période magnétique calme» du Crétacé (83-118 Ma). Cette période est un long épisode au cours duquel aucune
inversion n est observée et la polarité du champ semble être restée normale. L objectif de la campagne Magofond 3 était donc d acquérir de longs profils magnétiques de haute résolution à travers la «zone magnétique calme» Crétacée de l océan Atlantique Central, entre les îles Canaries et du Cap Vert. Les profils devaient être réalisés de manière à éviter tout mont sous-marin et toute complexité tectonique, susceptibles de brouiller le message temporel porté par les anomalies magnétiques océaniques. Pour cela, la première partie de la campagne (de 2 semaines) avait consisté en un levé géophysique conventionnel suivant plusieurs profils considérés comme des cibles potentielles, de manière à choisir ceux qui présentent les conditions les plus favorables à la réalisation de profils de haute résolution. Cette partie a été réalisée de manière très satisfaisante, permettant l acquisition de données de sismique rapide et de magnétisme de surface le long de deux profils traversant complètement la zone magnétique calme, de deux profils en recoupant la moitié la plus jeune et d un dernier profil le quart le plus ancien. La seconde partie de la campagne (de 3 semaines), dédiée exclusivement à la réalisation des profils de haute résolution par magnétomètre de fond tracté à petite vitesse, a par contre été perturbée par différents problèmes techniques, conduisant à la destruction d un instrument et à l acquisition à l aide d un instrument de fortune, adapté à bord de deux courts profils à une profondeur de 4000 m, le premier à travers la partie la plus jeune de la zone calme, le second à travers sa partie la plus ancienne. La demande de campagne Magofond 3b réalisée sous le nom de Magofond 08 de par l année de sa réalisation visait à remplir les objectifs de la seconde partie de la campagne Magofond 3, soit la réalisation d un profil magnétique de haute résolution, acquis à proximité du fond. La campagne sensu stricto a été précédée d une série de tests techniques concluants, réalisés en juillet 2008 sur le N/O Pourquoi pas? au large de Brest. 3 Principaux résultats obtenus (avec quelques illustrations) La campagne a permis la réalisation d un long profil magnétique à travers l ensemble de la période calme du Crétacé. Il s agit du premier enregistrement continu de haute résolution à travers l ensemble de la période calme. Ce profil, une fois corrigé des effets de la topographie du socle aimanté et de l altitude variable du magnétomètre de fond, présente des variations significatives, attribuable à des variations d intensité et, dans quelques cas, à de possibles inversions de polarité géomagnétique. La carte ci-dessous (Figure 1) montre le profil réalisé durant la campagne Magofond 08 (en bleu), avec pour mémoire les profils de surface et de fond réalisés durant la campagne Magofond 3 en 2005 (en noir et en rouge) Les profils présentés en page suivante (Figure 2) montrent, de haut en bas, le profil de surface, le profil de fond, et l aimantation équivalente déterminée à partir de ce dernier (c'est-à-dire le profil affranchi des effets de la topographie). Ces données montrent clairement une évolution de la variabilité du champ magnétique au cours du superchron Crétacé. D abord caractérisé par une variabilité faible (traduite par des anomalies de grande longueur d onde et de faible amplitude), le champ magnétique durant le superchron évolue vers une variabilité de plus en plus forte (marquée par des anomalies de plus courte longueur d onde et de plus grande amplitude), avant d e revenir à une faible variabilité. Figure 1 : Plan de position des campagnes Magofond 3 Legs 1 et 2 (2005) et Magofond 3b (2008). Les lignes épaisses soulignent les acquisitions de magnétisme de fond, réalisées à moins de 2 noeuds.
Figure 2 : Profils magnétiques de surface (haut) et de fond acquis à l altitude de ~1000 m au dessus du fond (milieu) ; aimantation équivalente calculée à partir du profil de fond de manière à en corriger l effet de la topographie. Granot et al., Nature Géosci., 2012. Les profils présentés en Figure 3 (ci-dessous) montrent que les caractéristiques mises en évidence sur notre profil de fond se retrouvent sur des profils de surface provenant de différents océans. Cette observation suggère que l évolution observée est bien d origine géomagnétique et représente un comportement du champ dont les modèles actuels de géodynamo ne rendent pas compte. Par ailleurs, ces profils présentent des anomalies remarquables, notées Q1 et Q2, qui semblent séparer les domaines de variabilité faible et forte. Ces anomalies pourraient constituer des marqueurs géomagnétiques permettant de dater les fonds océaniques et d effectuer des reconstructions paléogéographiques intermédiaires durant le superchron Crétacé, période marquée par des changements géodynamiques et climatiques majeures, et un niveau de la mer très élevé. Figure 3 : Comparaison du profil magnétique de fond acquis durant la campagne Magofond 3b avec des profils de surface provenant de différents océans. On retrouve sur l ensemble de ces données une forte variabilité du champ géomagnétique au milieu du superchron, et une variabilité plus faible en début et à la fin du superchron. Les anomalies Q1 et Q2, observées sur la plupart des profils, pourraient constituer des marqueurs géomagnétiques qui permettraient de réaliser des reconstructions de la configuration des plaques au cours du superchron. Granot et al., Nature Géosci., 2012.
4 - Travaux à venir Même si l exploitation de la campagne est désormais terminée, il conviendra de confirmer les résultats obtenus quant à la variabilité du champ magnétique durant le superchron et l existence des anomalies Q1 et Q2 dans une autre région du Globe. Le sud-ouest de l océan Indien, avec les bassins conjugués de Mozambique et d Enderby,et une accrétion océanique relativement régulière, paraît une cible de premier choix. Un autre aspect qu il conviendra de développer en coopération avec les spécialistes est la modélisation du comportement de la géodynamo durant le superchron. Il s agira, in fine, de déterminer si l absence d inversion durant le superchron correspond à un blocage du processus à l origine des inversions, et donc à un fonctionnement différent de la géodynamo, ou si au contraire la période magnétique calme, pour en être un intervalle de polarité très long, n est pas fondamentalement différent des autres intervalles de polarité, le fonctionnement de la géodynamo restant sensiblement le même. Ce résultat est important pour comprendre les processus à l origine du champ magnétique terrestre et de ses inversions, et donc la dynamique du noyau terrestre. Une importante conséquence de ce travail est la possibilité d utiliser les marqueurs Q1 et Q2 observés pour mieux contraindre l'évolution des bassins océaniques et la cinématique globale entre 121 et 83 millions d années. L absence d anomalie magnétique dans ce long intervalle laisse subsister d importantes zones d ombre dans notre connaissance de l histoire des plaques, que ces marqueurs pourraient permettre de lever.
Tableau récapitulatif 1 Publications d articles originaux dans des revues avec comité de lecture référencées dans JCR (Journal Citation Reports ) 2 Publications dans d autres revues ou ouvrages scientifiques faisant référence dans le domaine 3 Publications électroniques sur le réseau Internet 0 4 Publications sous forme de rapports techniques 0 5 Articles dans des revues ou journaux «grand public» 0 6 Communications dans des colloques internationaux 4 7 Communications dans des colloques nationaux 1 8 Nouvelles espèces (animales, végétales, microorganismes) décrites 0 9 Rapports de contrats (Union européenne, FAO, Convention, Collectivités ) 0 10 Applications (essais thérapeutiques ou cliniques, AMM ) 0 11 Brevets 0 12 Publications d atlas (cartes, photos) 0 13 Documents vidéo-films 0 14 DEA ou MASTER 2 ayant utilisé les données de la campagne 0 15 Thèses ayant utilisé les données de la campagne 1 Nombre Année n : 0 Année n+1 :0 Année n+2 :0 Année n+3 :0 Année n+4 :1 Année n+5 : 0 Année n+6 : Année n+7 : TOTAL : 1 0 16 Traitement des échantillons et des données Terminé Si en cours, préciser et donner les échéances 17 Transmission au SISMER des données acquises avec les moyens communs du navire (NB : cette transmission est systématique dans le cadre des navires gérés par Genavir) Transmission au SISMER de données autres que celles acquises avec les moyens communs du navire Oui Non 18 Transmission à d autres banques de données Non 19 Transmission à d autres équipes Non 20 Considérez-vous la publication des résultats terminée Si en cours préciser et donner les échéances Terminée (2012) Fournir pour chacune des rubriques en classant année par année : Rubriques 1 à 7 incluses : liste des publications et colloques avec les noms d auteurs suivant la présentation en vigueur pour les revues scientifiques. Rubriques 8 à 13 : Liste des références des rapports, des applications, des brevets, atlas ou documents vidéo Rubriques 14 et 15 : Nom et Prénom des étudiants, Laboratoire d accueil. Sujet du DEA ou MASTER 2 ou de la thèse, Date de soutenance Rubriques 17 à 19 incluses : données transmises à des banques de données ou à des équipes auxquelles. Rubrique 20 : Si la publication des résultats n est pas terminée, pouvez-vous donner un échéancier?
Références R1 - Références des publications d articles originaux dans des revues avec comité de lecture référencées dans JCR (vérifier dans la base «Journal Citation Reports» via «ISI Web of Knowledge» si les revues sont bien référencées) et résumés des principales publications GRANOT, R., DYMENT, J. & GALLET, Y., 2012 - The geomagnetic field during the Cretaceous Normal superchron from marine magnetic anomalies, Nature Geosciences, 5, 3, 220-223, DOI: 10.1038/NGEO1404. R6 Références des communications dans des colloques internationaux DYMENT, J., GALLET, Y., HOISÉ, E. & THE MAGOFOND 08 SCIENTIFIC PARTY, 2009 - First complete high-resolution record of the Cretaceous Normal Superchron. American Geophysical Union Fall meeting, San Francisco, 14-18/12. DYMENT, J., GRANOT, R., SZITKAR, F., GALLET, Y. & FOUQUET, Y., 2011 Deep-sea magnetic anomalies, IUGG General Assembly, Melbourne, 28/06-07/07. GRANOT, R., DYMENT, J. & GALLET, Y., 2011 The geomagnetic field during the Cretaceous Normal superchron from marine magnetic anomalies, American Geophysical Union Fall meeting, San Francisco, 5-9/12. GRANOT, R. & DYMENT, J., 2012 - Detailed Cretaceous reconstruction model for the South Atlantic, American Geophysical Union Fall meeting, San Francisco, 03-07/12. R7 Références des communications dans des colloques nationaux DYMENT, J., GALLET, Y., GRANOT, R. & KITAZAWA, M., 2013 - Profils magnétiques marin de haute résolution: variations du champ magnétique et datation, Colloque Français de Paléomagnétisme, Paris, 25-26/03. R15 Thèses ayant utilisé les données de la campagne (Nom et Prénom de l étudiant, Laboratoire d accueil. Sujet dde la thèse, Date de soutenance) Hoisé, Eva Doctorat de l Université Paris Sud (Orsay) «Minéralogie magnétique et réactions d altération en domaine océanique» Effectué à l ENS Ulm, soutenu en septembre 2011. R16 Traitements des échantillons et des données en cours (types et échéances) Aucun R1, R18 et R19 Liste des données transmises (Préciser les destinataires, SISMER, autres banques, équipes scientifique ) Transmission des données au SISMER à l issue de la campagne. R20 Liste des résultats restant à publier - échéance Aucun.