reconstructing multidecadal and seasonal variations of the West African Monsoon system in the last two millenia, based on sclerochronological study of fossil shell middens in the Saloum Delta, Senegal.

Abstract

Les variations multidécennales et saisonnières de la Mousson Ouest-Africaine (MOA) au cours des deux derniers millénaires dans la région sahélienne sont peu documentées en raison du manque d'archives paléoclimatiques. Pour cela, on se propose dans ce travail de thèse d'explorer une nouvelle archive paléoclimatique basée sur l'étude sclérochronologique des coquilles du mollusque bivalve Anadara senilis dans des amas coquilliers fossiles afin de reconstituer les variations hydrologiques multidécennales et saisonnières dans le Delta du Saloum au Sénégal de 460 à 1090 A.D. L'hydrologie de cet estuaire hypersalin est très sensible aux variations de la MOA. Les variations hydrologiques passées sont reconstituées à travers des analyses isotopiques (δ18O, δ13C) des coquilles modernes et des coquilles fossiles dans le delta. Le signal isotopique saisonnier de ces coquilles retrace fidèlement les variations hydrologiques liées au régime de la mousson. Nos résultats montrent que ces variations isotopiques, associées aux stries de croissance dont la périodicité est connue, permettent de reconstituer les durées des saisons avec une précision de 25 jours, une précision jamais atteinte dans les études paléoclimatiques antérieures dans la région sahélienne. Les variations hydrologiques multidécennales sont reconstituées à travers la composition isotopique des coquilles fossiles prélevées dans un amas coquillier massif (Dioron Boumak) dont le taux d'accumulation est très important. Les coquilles fossiles prélevées dans cet amas présentent des valeurs isotopiques moyennes en δ18O plus négatives de 1.4 ‰ par rapport à leurs analogues modernes. Ceci est une indication que les conditions hydrologiques étaient plus douces qu'aujourd'hui dans le Saloum qui n'était pas hypersalin à cette époque. Le bilan Précipitation-Evaporation était par conséquent plus positif en réponse à des pluies plus intenses et/ou plus étalées dans le temps de 460 à 1090 A.D. Il semblerait que les pluies hivernales et printanières, caractéristiques de la frange littorale sénégalo-mauritanienne, plutôt rares et insignifiantes de nos jours se produisaient plus fréquemment pendant cette période. La jonction entre ces pluies et les pluies de mousson aurait favorisé l'établissement de saisons des pluies beaucoup plus longues (~5 mois environ au lieu de 3 aujourd'hui) et une augmentation du bilan Précipitation-Evaporation. Cette étude met en lumière le potentiel considérable d'A. senilis comme archive paléoclimatique à haute résolution de la variabilité des précipitation dans la région sénégalaise. Elle montre également l'importance de la saisonnalité des précipitations dans les cycles hydrologiques passés dans cette région qui doit être prise en compte dans les études paléoclimatiques futures.The multidecadal and seasonal variations of the West African Monsoon (WAM) in the last two millennia remain poorly documented in the Sahel region because paleoclimate archives are lacking. For this, we propose in this PhD thesis a sclerochronological study of the mollusk bivalve Anadara senilis from massive shell middens to reconstruct multidecadal and seasonal variations of hydrological conditions in the Saloum Delta (Senegal) between AD 460 and 1090. Hydrological conditions in this hypersaline estuary are highly sensitive to the WAM variations.Past hydrological variations are reconstructed by using isotopic composition (δ18O, δ13C) of modern and fossil shells in this Delta. The shells' seasonal isotopic signals reflect faithfully hydrological variations, linked to monsoonal regime. Our results show that the variations of these seasonal isotopic signals, associated to shell growth patterns with known periodicities allow the reconstruction of season durations with a precision of 25 days, a precision that has never been achieved in paleoclimate studies in the Sahel region.Multidecadal variations of hydrological conditions are reconstructed by using isotopic composition of fossil shells collected in the massive shell middens (Dioron Boumak), characterized by high accumulation rate. The averaged δ18O value of fossil shells was more negative by 1.4‰ compared to modern shells' isotopic signature. This result indicates fresher mean conditions in the Saloum Delta that was likely not hypersaline as it is today. The precipitation-evaporation budget was thus more positive in response to a more intense and/or longer rainfall season during from AD 460 to 1090. We propose that winter and early spring rainfall events, which are observed very occasionally today, were occurring frequently during this period. These rains restricted to the western Sahelian coast and followed by the monsoon would have increased the total duration of the rainy season (~ 5 months instead of 3 months today) and substantially increased the annual precipitation-evaporation budget.This study shed light on the high potential of A. senilis as a high resolution paleoclimate archive of rainfall variability in the Sahel region. It shows also the importance of rainfall seasonality in past hydrological cycles that should be taken into account in the future paleoclimate studies