Source, transport et enfouissement du carbone organique lors de l'érosion continentale : l'exemple du système himalayen, Source, transport and burial of organic carbon during continental erosion : insights from the hymalayan system

THESE
présentée pour l'obtention du titre de
Docteur de l'Institut National Polytechnique de Lorraine
Spécialité Géosciences


Source, transport et enfouissement du carbone organique lors
de l'érosion continentale : l'exemple du système himalayen

par
Valier GALY

Soutenue publiquement au CRPG le 27 Juin 2007


Composition du Jury :

Rapporteurs :
Philippe BERTRAND Directeur de Recherche, EPOC-CNRS, Bordeaux
Bernard DUPRÉ Directeur de Recherche, LMTG-CNRS, Toulouse

Examinateurs :
François CHABAUX Professeur, Université Louis Pasteur, CGS, Strasbourg
Timothy EGLINTON Senior Scientist, WHOI, Woods Hole, (USA)

Invité :
Hermann KUDRASS Professeur, BGR, Hannovre (Allemagne)

Directeurs :
Christian FRANCE-LANORD Directeur de Recherche, CRPG-CNRS, Nancy
Pierre FAURE Chargé de Recherche, G2R, Nancy

















"Ad augusta per angusta"
Devise de Norbert Casteret, (1897-1987)



I Prologue

Prologue








"J'allais frapper un second coup dans le vif de la pierre, quand j'aperçois à sa surface
une saillie rougeâtre; je regarde de plus près : je reconnais un tronçon de polypier que je pris
d'abord pour le millépore cellulaire. Je regarde encore, et je vois la valve supérieure d'une
huître remplie d'orthocératites, puis des fragments d'un madrépore qui ressemble au
Madrépore fassiculaire, puis d'autre zoophites brisés que je n'ai pu déterminer, puis quelques
portions d'echinites qu'il n'est pas moins difficile de rapporter à leur espèce... Je m'écrie,
j'appelle mes compagnons, je les rassembles sur ces rochers tout empâtés des débris du règne
organique. Je leur montre ces vénérables restes qui acquièrent dans les flancs du Mont-Perdu
une importance toute particulière. On se répend sur le promontoire; on arrache à l'envi tout ce
qui se distingue de la substance de la pierre, et travaillant moi même avec une ardeur
nouvelle, au milieu de ces ardens travailleurs, je jouissais d'un bonheur que personne ne peut
partager avec moi : celui d'avoir ouvert un si beau champ d'observations à des successeurs qui
peut être y verront un jour, ce que l'état actuel de nos connaissances ne nous permet pas de
voir."


Ramond de Carbonnières, 1801
Voyages au Mont-Perdu et dans la partie adjacente des Hautes-Pyrénées










II Remerciements

Remerciements



Je tiens en premier lieu à remercier les deux rapporteurs de ce manuscrit, Philippe
Bertrand et Bernard Dupré, pour avoir accepté d'évaluer mon travail. Je remercie également
François Chabaux, Timothy Eglinton et Hermann Kudrass d'avoir bien voulu faire partie du
jury de soutenance de cette thèse.

Pierre Faure et Christian France-Lanord, mes deux directeurs de thèse, m'ont donné la
chance et les moyens de pouvoir assouvir ma passion pour la recherche. Le volet "géochimie
organique" de l'étude n'a pas été aussi étoffé que nous l'avions prévu initialement, en partie
parce qu'il fallait d'abord "débroussailler le terrain". Je suis conscient de la frustration que cela
a du générer pour Pierre et m'en excuse sincèrement. Christian a travaillé avec moi tout au
long de cette thèse avec la passion qui le caractérise. Il m'a laissé beaucoup de latitude et
porté une confiance très appréciable. En outre, grâce à son grand calme, il a réussi à canaliser
mon entêtement de cazérien, au prix de nombreuses discussions animées. Enfin, et cela n'est
pas le moindre de ses exploits, il a su éveiller en moi un très grand intérêt pour une des zones
les plus plates de la Terre! De tout cela, Christian, je te suis très reconnaissant.

Ce travail de thèse est le fruit de nombreuses collaborations et n'aurait certainement pas
abouti sans le concours technique et scientifique de tous ceux qui on bien voulu porter un
intérêt à mon sujet d'étude. Olivier Beyssac, Julien Bouchez, Pete Burnard, Louis François,
Jérôme Gaillardet, Ananta Gajurel, Albert Galy, Mathieu Granet, Hermann Kudrass, Bruno
Lartiges, Mustafizur Rahman, Sunil Singh, et Nathalie Vigier ont particulièrement oeuvré en
ce sens et je les en remercie. Bien entendu les membres de l'équipe du laboratoire des Isotopes
Stables, Agnès Brenot, Caroline Guilmette et Fabien Palhol, ont joué un rôle prépondérant
tant d'un point de vue scientifique et technique que par le soutien qu'ils ont bien voulu
m'apporter, je les en remercie tout particulièrement.

Je remercie collectivement l'ensemble de ceux qui, en particulier au CRPG, m'ont
apprécié, aidé ou tout simplement supporté. La thèse est une période très particulière de
III Remerciements

l'existence, propice à beaucoup de solitude mais également à de franches amitiés. Agnès,
Céline, David, Fabien, Olivier, PH et Yves, vous avez été à mes cotés et m'avez apporté un
soutien inestimable, merci du fond du coeur.

Je ne saurais terminer mes remerciements sans évoquer ma famille. Depuis 7 ans que
je suis exilé en Lorraine vous n'avez cessé de m'encourager et de me témoigner de votre
confiance. Albert, tu as parfaitement assuré ton rôle de grand frère, tant sur le plan personnel
que d'un point de vue scientifique. Ton aide et tes conseils m'ont toujours été extrêmement
précieux, je ne saurais résumer ici avec de simples mots tout ce que je te dois. Enfin, Marie et
Marc, vous m'avez donné tout votre Amour et m'avez transmis votre passion. Je vous en serai
pour toujours infiniment reconnaissant.


IV Résumé

Résumé


L'enfouissement de carbone organique (C ) dans les sédiments océaniques représente un des org
principaux puits de CO atmosphérique. L'érosion de l'Himalaya est dominée par les processus de transport 2
physique et génère un flux sédimentaire de 1 à 2 milliards de tonnes par an. L'objectif de cette thèse est d'étudier
l'exportation et l'enfouissement de C engendré par l'érosion de l'Himalaya. org

Dans le système fluvial Gange-Brahmapoutre (G-B), les matières en suspension (MES) sont soumises à
d'intenses processus de tri minéralogique et granulométrique et sont donc fortement hétérogènes. La réalisation
de profils d'échantillonnage en profondeur des MES couplée à la mesure de la vitesse du courant par ADCP
permet de tenir compte de ces hétérogénéités et de calculer la composition moyenne des sédiments exportés;
celle-ci est sensiblement différente des celle des MES de surface. Dans le système G-B, le bilan géochimique
d'érosion indique que le flux de charge de fond et de dépôt dans la plaine représente ~ 50 % du flux de MES.
Dans le basin du Gange, le bilan d'altération n'est pas à l'équilibre à cause d'un excès d'altération des sédiments.
Cela indique une érosion intense des sols de la plaine, probablement liée à la déforestation et aux pratiques
agraires dans le bassin.

La teneur totale en C (TOC) des sédiments de rivière est également fortement variable. Les MES de org
surface sont les plus riches en C tandis que les sédiments de fond ont des TOC très faibles. Dans l'ensemble du org
système G-B, le TOC est corrélé avec le rapport Al/Si qui caractérise le tri minéralogique et granulométrique. Le
TOC croît linéairement avec la proportion de phylosilicates et de particules fines. Cela indique que les processus
de tri affectent de façon similaire le C et les minéraux. Les sédiments du Gange, du Brahmapoutre et de la org
Lower Meghna définissent des relations comparables et ont donc des charges en C similaires. Cependant, la org
surface spécifique des sédiments du Gange est 4-5 fois plus élevée que celle des sédiments du Brahampoutre ce
qui indique que la surface spécifique n'est pas le facteur de contrôle dominant de la charge en C . org
14 Le C des sédiments de rivière varie sensibleme