Application de l'étude de la matière organique à l'analyse de l'érosion : exemple du bassin versant du Moulin, dans les terres noires des Alpes-de-Haute-Provence (France) Determination of eroded geological formations using organic matter characterization (Moulin basin, Alpes-de-Haute-Provence, France).

Laboratoire de géochimie organique, UMR 6531, bât. Géosciences, université d'Orléans, 45067 Orléans, France - Laboratoire intégré à l'ISTO UMR6113 - CNRS - Université d'OrléansCe travail s'appuie sur l'étude de la matière organique présente dans les sols, substratum géologique et particules fluviatiles, d'un bassin versant équipé par le Cemagref. L'analyse des palynofaciès confirme la contribution significative de matière organique fossile dans les cours d'eau actuels. La pyrolyse Rock-Eval permet de discriminer les formations géologiques alimentant, soit les charges de fond, soit les matières en suspension, et de préciser leur mode d'érosion. Ainsi, la matière organique, traditionnellement étudiée pour la reconstitution des environnements passés, autorise en outre la caractérisation des formations géologiques érodées et des processus érosifs les ayant affectées. The present study is based on the optical (palynofacies) and geochemical (pyrolyse Rock-Eval) characterization of the organic matter occurring both in bedrock, soils, river sediments (suspended matter and bedload) in a Draix Erosional Research Basin (Cemagref). Results confirm firstly the contribution of reworked organic matter in modern fluxes. Numerous previous studies have shown that organic matter analysis can be an accurate tool to provide information concerning past climates and past environments. Present results suggests that such analysis can also give information concerning the characterization of eroded bedrocks and of erosional processes such as river bank erosion and runoff

An integrated palaeoenvironmental investigation of a 6200 year old peat sequence from Ile de la Possession, Iles Crozet, sub-Antarctica

International audienceA 6200 year old peat sequence, cored in a volcanic crater on the sub-Antarctic Ile de la Possession (Iles Crozet), has been investigated, based on a multi-proxy approach. The methods applied are macrobotanical (mosses, seeds and fruits) and diatom analyses, complemented by geochemical (Rock-Eval6) and rock magnetic measurements. The chronology of the core is based on 5 radiocarbon dates. When combining all the proxy data the following changes could be inferred. From the onset of the peat formation (6200 cal yr BP) until ca. 5550 cal yr BP, biological production was high and climatic conditions must have been relatively warm. At ca. 5550 cal yr BP a shift to low biological production occurred, lasting until ca. 4600 cal yr BP. During this period the organic matter is well preserved, pointing to a cold and/or wet environment. At ca. 4600 cal yr BP, biological production increased again. From ca. 4600 cal yr BP until ca. 4100 cal yr BP a “hollow and hummock” micro topography developed at the peat surface, resulting in the presence of a mixture of wetter and drier species in the macrobotanical record. After ca. 4100 cal yr BP, the wet species disappear and a generally drier, acidic bog came into existence. A major shift in all the proxy data is observed at ca. 2800 cal yr BP, pointing to wetter and especially windier climatic conditions on the island probably caused by an intensification and/or latitudinal shift of the southern westerly belt. Caused by a stronger wind regime, erosion of the peat surface occurred at that time and a lake was formed in the peat deposits of the crater, which is still present today

Recent sedimentation of organic matter along the SE Atlantic Margin : A key for understanding deep offshore petroleum source rocks.

Classical views for the deposition of organic-rich sediments in deep-sea environments invoke two principal types of oceanographic and sedimentologic settings. The first is confined basins in which stratified oxygen depleted waters lead to anoxic preservation of organic matter in the water column and in underlying sediments (Demaison and Moore, 1980). The second is an open ocean setting where the episodic mass transfers due to slope sediment instability lead to the rapid burial of outer-shelf and upper slope-derived organic matter and its consequent preservation due to limited oxic or anoxic degradation (Stow, 1987). Other studies have shown, however, that organic matter in modern deep-sea sediments may occur in high amounts where oxygen is not significantly depleted (Pedersen and Calvert, 1990). Recent studies have demonstrated that highly biological productive areas, such as the upwelling zones associated to the Benguela Current in S-E Atlantic, may deliver sufficient quantity of organic material to (1) outbalance the degradative capacity of the water column and (2) sustain the formation of organic-rich sediments even in deep and oxygenated conditions (Bertrand et al., 2003). It appears that the S-E Atlantic margins provide a good example for revisiting the sedimentology of organic matter in deep water environments in the frame of the GDR Marges Continentales. This may have important implications for a better understanding of the distribution of ancient source rocks in deep offshore petroleum systems (Huc et al., 2001; Bertrand et al., 2003)

Organic and mineral characteristics of Kupferschiefer ore from Lubin mine (Poland): implications for bioleaching of the ore.

International audienceThe ore mineral and organic matter content of the Lubin black shale (LBS) are compared with copper concentrate (LC) obtained by flotation. Study of a mineralized profile shows a good correlation between the S, TOC and Cu, Co and Ag content, suggesting syngenetic bacterial sulfate reduction (BSR) accumulation. The presence of disseminated and fracture filling rather than framboidal Cu-minerals, suggests formation via diagenetic processes. Compared to the black shale, the LC shows a lower HI and a higher OI, and a much more diverse ore mineral content. The black shale ore is composed of 15 vol. % sulfide, this proportion reaches 27 % in the LC whereas the TOC is similar in the LC and LBS. The ore mineral diversity in the LC is due to the contribution of mineralized sandstone and dolomite adjacent the black shale ore

Variabilité spatiale de la sédimentation organique dans les SYSTEMES CHENAL/LEVEES DE L'éventail détritique profond DU ZAÏRE

Si les processus qui contrôlent la distribution de la matière organique terrestre dans les deltas sont relativement bien connus, la dispersion de la matière organique terrigène vers l'offshore profond et l'impact des variations climatiques et eustatiques sur la sédimentation organique terrigène dans les cônes sous-marins profonds font partie des grandes questions qui méritent d'être examinées, tant du point de vue académique –impact sur le cycle du carbone– qu'industriel –nature et distribution des roches-mères pétrolières–. C'est pourquoi nous étudions le cône sous-marin profond du Zaïre dans le cadre du GDR Marges Continentales. Le système chenal-levée turbiditique actuellement actif de ce deep sea fan se caractérise par un réseau très sinueux et fortement incisé. Le chenal turbiditique est essentiellement une zone de transit où ne sont préservées que les parties les plus grossières des écoulements turbiditiques. Les levées, au contraire, enregistrent les débordements des écoulements turbiditiques qui passent successivement dans le chenal. Dans la partie amont les débordements sont réduits et se produisent préférentiellement dans la partie distale du système où l'encaissement des chenaux est moindre. Ainsi, les taux d'accumulation sur les levées sont plus importants d'un facteur 10 dans la partie distale du système. La variabilité spatiale, tant longitudinale que transversale, des enrichissements en matière organique est analysée le long de deux transects chenal-levées afin de déterminer si tels ou tels fragments organiques se trouvent préférentiellement accumulés en fonction de leur taille, de leur densité ou de leur forme. La richesse en carbone organique et le type de particules organiques sont déterminés par une combinaison d'études sédimentologiques, géochimiques globales (pyrolyse Rock-Eval, isotopie de N et C) et palynologiques. Un échantillonnage à très haute résolution (1 à 2 cm) a été pratiqué dans quelques successions turbiditiques, afin d'estimer la variabilité temporelle à l'échelle d'un événement turbiditique ou d'une succession de 2 à 3 événements turbiditiques. Les argilites et siltites fines qui constituent les dépôts de levée sont pratiquement dépourvues de carbonate (< 4%) mais contiennent une fraction notable de matière organique (3 % de Carbone Organique Total en moyenne). Sur le transect amont, les argilites déposées au plus près du chenal sont un peu plus riches en carbone organique que celles déposées plus loin du chenal avec une moyenne de 3,09 % contre 2,57 % COT. On constate sur les deux transects que la qualité de la matière organique est systématiquement meilleure dans les faciès plus éloignés du chenal par rapport à ceux des carottes plus proximales. Dans les faciès distaux, les valeurs de l'index d'hydrogène sont un peu plus fortes (ΔIH = 40) et les valeurs de l'index d'oxygène un peu plus faibles (ΔIO = – 25) que celles mesurées dans les carottes proximales. Les études isotopiques (C/N ~ 14 et δ13Corg autour de –26 ‰) et palynologiques indiquent que la matière organique est constituée au 2/3 de particules terrigènes de petite taille (débris ligno-cellulosiques et particules carbonisés et oxydées) et que le restant correspond à un matériel phytoplanctonique amorphe assez fortement dégradé. La taille moyenne de chaque classe de particule organique est estimée quantitativement sur les préparations palynologiques puis comparée aux caractéristiques granulométriques de la fraction organique (grain moyen, asymétrie, etc) définies grâce à un microgranulomètre laser. La comparaison de ces résultats avec les caractéristiques sédimentologiques du sédiment total devrait permettre de dégager les lois de transport des particules organiques par comparaison avec leurs homologues minéraux. Cette connaissance est fondamentale pour intégrer la fraction organique terrigène dans les modèles déterministes d'organisation stratigraphique des dépôts

Soil organic matter (SOM) characterization by Rock-Eval pyrolysis : scope and limitations

International audienceApplication of Rock-Eval pyrolysis to soil organic matter (SOM) quantitation and characterization has been explored by the study of about 100 soil samples taken from a variety of soil profiles from different ecosystems at different latitudes. A straightforward illustration of these possibilities can be obtained from a Hydrogen Index (HI in mg hydrocarbons g−1 TOC) vs. Total Organic Carbon (TOC) diagram that effectively allows one to follow simultaneously the main qualitative (SOM hydrogen richness given by HI values) and quantitative (TOC) changes that affect SOM with increasing depth and humification, in the soil profiles. In addition, abnormally high Oxygen Index (OI in mg CO, CO2 or O2 g−1 TOC) values are fully diagnostic of extensive SOM alteration, as frequently observed in podzol B horizons. More detailed information on the heterogeneity of SOM and on its degree of evolution, can be gained from the shape of the pyrolysis S2 peak recorded in the course of programmed pyrolysis in an inert atmosphere (N2) and/or from its maximum temperature "Tpeak". All these parameters and others, all determined rapidly and automatically, are particularly useful to screen major SOM variations within large sets of sample

Evolution de la sédimentation organo-minérale enregistrée dans la série continentale des Echets (Ain, France) entre 140 000 et 40 000 ans.

La présente étude concerne le sondage 1.01 prélevé au centre du marais des Echets, près de Lyon (France) et réalisé dans le cadre du programme ECLIPSE de l'INSU. Ce projet a pour objectif de définir la variabilité climatique de l'Eémien et de rechercher l'impact en domaine continental des évènements abrupts enregistrés dans l'Atlantique Nord et la glace groenlandaise (du type évènements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger). Les résultats présentés ici portent essentiellement sur la caractérisation géochimique organique et minérale des sédiments déposés. Dans ce travail, la matière organique sédimentaire est caractérisée par différents paramètres de la pyrolyse Rock Eval (COT, Cmin, IH, S2/S3CO2 notamment), confrontés d'une part aux données acquises sur le sédiment total par spectrométrie ICP/AES (majeurs) et d'autre part aux données palynologiques qui précisent le cadre chronologique et environnemental. Ces données permettent de caractériser des régimes sédimentaires spécifiques qui correspondent à des périodes présentant des degrés d'extension du couvert végétal et de production aquatique variés et au final à des degrés d'humidité ou d'aridité différents. Plus en détail, cette étude révèle les points suivants : 1- La sédimentation minérale caractérisée par les rapports Si/Al et 3elts/Al met en évidence une cyclicité de la quantité et de la qualité des apports au cours du temps de 42 m jusqu'à environ 30 m. Au dessus, le régime sédimentaire est différent, ceci est souligné par le profil de carbonates qui se stabilise à cette profondeur. 2- Le début du réchauffement de l'Eémien est mis en évidence à 40 m dans la carotte par la présence de matière organique planctonique caractérisée par l'élévation des valeurs d'IH mais également celles du COT. De la même manière, la sédimentation minérale mise en évidence par la répartition des éléments majeurs, indique un changement de sédimentation à 40 m également. Ce changement du régime sédimentaire est marqué aussi bien par l'augmentation de l'indice d'altération chimique (CIA*) qui traduit une plus forte contribution des aluminosilicates (notamment des minéraux argileux), que par la diminution du rapport Na/Ti que nous interprétons comme marqueur d'érosion. Néanmoins, la réduction marquée des apports minéraux clastiques se fait ensuite vers 39 m (profils carbonates) traduisant la mise en place du couvert végétal et des sols associés qui limite l'érosion du bassin versant. 3-La distribution verticale des éléments majeurs (CIA*, CaCO3, Na/Ti) met en évidence l'alternance de phases de sédimentation liées aussi bien aux variations climatiques majeures glaciaires-interglaciaires enregistrées également par la matière organique et la composition pollinique qu'aux variations abruptes présentes au sein des différents stades. Successivement, on enregistre donc : au cours du Riss, le Stade de Caluire (correspondant soit au Heinrich H7 ou au H11), l'Eémien, le St Germain I et II (avec en particulier la crise froide du Montaigu), les Melisey I et II, et dans le Weichselien : les épisodes froids H6 (# 29,9-30,4m) et H5 (28,90-29,8)]. Par ailleurs, les teneurs en Al et K fortement corrélées enregistrent les 3 évènements froids du St Germain I mises en évidence par les pollens, ainsi que les variabilités de l'Eémien, et les épisodes froids marqués du Weichselien. 4- Le rapport Fe/Mn est considéré comme marqueur de niveau du lac (les fortes valeurs correspondant aux plus grandes tranches d'eau, périodes chaudes et humides), comme en témoigne l'anti-corrélation avec Na/Ti et la bonne corrélation avec l'indice d'hydrogénation de la matière organique (S2/S3CO2). Sa distribution permet également d'identifier les périodes froides et les périodes tempérées, et à l'intérieur de ces périodes, des épisodes froids et arides marquants, comme la crise du Montaigu à l'intérieur du St Germain I, ou les Heinrich 5 et 6 durant le Weichselien . 5-L'indice d'hydrogénation de la matière organique (S2/S3CO2) interprété comme degré d'humidité, s'il caractérise les longues périodes tempérées, met aussi en évidence les pics thermiques du Weichselien : l'Ognon I et II, l'IS9 et l'IS8 (Charbon-Hengelo) pour lesquels S2/S3CO2 est supérieur à 4. A l'inverse, le degré d'oxygénation de la matière organique (S3CO2/S2), ou degré d'aridité, met en évidence les évènements abrupts de type Heinrich, au sein des périodes glaciaires : H7 ou H11 dans le Riss, H6 et H5 dans le Weichselien

Enregistrements paléoclimatiques de la série de Les Echets (près de Lyon, France) entre 140 000 et 40 000 ans : étude conjuguée de la matière organique sédimentaire et de la fraction minérale.

La présente étude est menée sur le sondage 1.01 du site du marais des Echets, près de Lyon (France), dans le cadre du programme ECLIPSE du CNRS. Cette étude effectuée sur la composition de la matière organique et la composition chimique de la fraction minérale a pour objet de définir la variabilité de l'Eémien, de caractériser d'éventuels hiatus dans cette zone, et de caractériser l'impact éventuel des évènements abrupts enregistrés dans l'Atlantique Nord et la glace groenlandaise (du type évènements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger) en domaine continental. Dans ce travail, la quantité et la qualité de la matière organique sédimentaire sont caractérisées par différents paramètres de la pyrolyse Rock Eval et confrontées d'une part aux données acquises sur la fraction minérale par ICP/AES et d'autre part aux données palynologiques qui donnent notamment le cadre chronologique. Ces paramètres permettent de caractériser des régimes sédimentaires spécifiques qui correspondent à des périodes avec des degrés d'extension du couvert végétal et de production aquatique variées et au total à des degrés d'humidité ou d'aridité différents. Les paramètres Rock-Eval (COT - Cmin; IH – IO ; S4 – S5) précisent les limites des changements environnementaux et climatiques. Cette étude montre que les rapports des surfaces intégrées (comme S3CO2/S2 et S2/S3CO2, S4CO2/S5O2, S5CO2 /S4CO2 ) ou des paramètres (COT/Cmin ou Cmin/COT) les affinent et apportent de nouvelles informations. Les paramètres ICP/AES les confirment (CaCO3, Mn , Fe, ...). Dans le détail, cette étude révèle les points suivants : 1- Le début de l'Eémien est mis en évidence à 40 m dans la carotte par la présence de matière organique planctonique caractérisée par l'élévation des valeurs d'IH mais également celles du COT. Si, dès lors, le couvert végétal se met en place sur le bassin versant, la réduction des apports minéraux clastiques (profil carbonates) se fait plus tard, vers 39 m. 2- L'indice d'hydrogénation (S2/S3CO2) interprété comme degré d'humidité met en évidence de nombreux évènements enregistrés par la matière organique sédimentaire. Il met en évidence 1) une grande variabilité au sein des périodes chaudes notamment deux refroidissements abrupts au milieu du St Germain I (marqué aussi par la reprise de sédimentation des carbonates), 2) une variabilité au sein des périodes froides marquée par la présence de brèves périodes humides (S2/S3CO2 > 1), que sont l'Ognon I, l'Ognon II, l'IS 9 et l'IS 8 (Charbon-Hengelo). 3- A l'opposé, le degré d'oxygénation (S3CO2/ S2 ) interprété comme degré d'aridité met en évidence, au sein des périodes glaciaires, des évènements abrupts (S3CO2/S2 > 4), évènements de type Heinrich, d'une part avant l'Eémien (40,60 – 40m) et d'autre part durant le Weichselien (entre 30,60m et 29,90m, d'une part et 29,40 et 28,85m, d'autre part). Les évènements situés respectivement à (30,60 m – 29,90m) et (29,40m – 28,85m) pourraient bien correspondre aux évènements Heinrich 6 et 5. 4- En outre, cette étude met en évidence un hiatus sédimentaire (entre les stades isotopiques 4 et 3) pouvant correspondre à un bas niveau lacustre durant le Weichselien que nous interprétons en première approche comme l'épicentre d'une période de forte glaciation qui se situerait entre les évènements H6 et H5

Rapid paleoenvironmental variations in NE Brazil during the Lateglacial. Insights from TpS2, S3CO2 and S3CO Rock Eval parameters.

PAR00007400International audienceThe Rock-Eval pyrolysis technique was first developed as a rapid mean for evaluating the petroleum potential of source rocks, via the measurement of bulk organic parameters such as Total Organic Carbon (TOC), Hydrogen Index (HI), Oxygen Index (OI) and the maximum pyrolysis temperature Tmax (Espitalié et al., 1985; Lafargue et al., 1998). This method was then used to rapidly estimate organic matter quality and quantity in sedimentary series for paleoenvironmental studies (Talbot and Livingston, 1989). Recently, it has been proposed that there could be more information gained from the Rock-Eval parameters (Disnar et al., 2003). When considering also the recent analytical developments available from the Turbo6 version of the apparatus, there is a large field of investigation that remains unexplored in paleoenvironmental studies. Here we present results from the sedimentary infill of Lagoa do Caçó (Northern Brazil) that records paleoenvironmental changes since the Last Glacial Maximum (Jacob et al., 2004). The present study focuses on the Lateglacial interval (ca. 17,000 to 11,000 cal yrs BP), a time period where different Rock-Eval parameters such as TpS2 (Tmax equivalent), HI and OI produce controversial information. In order to better understand the meaning of these parameters, we propose an original mean of obtaining more pertinent information. S3CO2/S3CO ratio and TpS2 surprisingly display similar trends over the considered period, in two different cores. Furthermore, the evolution of these parameters is comparable with that of 18O in the ice core record of Sajama (Bolivia) during the Lateglacial (Figure 1). Although the significance of these parameters and the origin of these variations remain to be cleared, our results confirm a pattern of rapid climate variability over the South American Tropics during the last deglaciation, as seen in the Northern Hemisphere

Rapid characterisation of organic matter in Brazilian clayey Ferralsols by Rock-Eval pyrolysis

Rock-Eval pyrolysis has primarily been designed to obtain quantitative and qualitative information on the organic content of sedimentary rocks for petroleum exploration purposes. However, because it is fast and provides useful basic information, it has latter been applied to soils and immature sediments. A recent study on soil organic matter (SOM) characterisation by Rock-Eval pyrolysis, was realised on soils from the temperate climate zone. Among the few tropical soils that have been studied, Ferralsols present a more complex SOM composition than the other soils. The aim of this study was to complete these previous data and to determine the nature and possible origin of SOM in Ferralsols. With this aim, Brazilian Ferralsols were sampled in the state of Goías, at depth intervals of 0.1m, from the surface down to 1.6 m depth, in two sites under native vegetation (Cerrado) and three others under pasture. In all soils, the total organic carbon (TOC) decreases with depth in an exponential-like manner. The multilobed pyrolysis S2 peaks recorded in the course of programmed pyrolysis under inert atmosphere (N2) provides basic and straightforward information on the heterogeneity of SOM and its degree of evolution. Then, the deconvolution of S2 peaks enables the separation and quantification of three main organic compartments: minor labile compounds, humic-like compounds abundant in the topsoil, and a refractory fraction that may be considered as black carbon after optical examination under the microscope. The refractory fraction that becomes dominant at depth differentiates the Ferralsols from soils from temperate areas. There is no marked distinction in the relative proportions of the different SOM compartments and in their evolution with depth between the profiles under pasture and under native vegetation