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Acquisition de l'aimantation remanente dans les sédiments

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Philippe, Édouard (2019). Acquisition de l'aimantation remanente dans les sédiments. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 171 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: La mesure de l'aimantation rémanente des sédiments permet de reconstituer les variations du champ magnétique terrestre dans le passé. La variabilité du champ géomagnétique nous renseigne sur la dynamique interne de la Terre et son enregistrement sédimentaire peut également servir d'outil stratigraphique. Outre sa relation avec le champ magnétique terrestre, l'aimantation des sédiments est contrainte par l'environnement sédimentaire. Pour parvenir à établir fidèlement l'enregistrement paléomagnétique, il est nécessaire de déterminer les mécanismes mis en cause lors de l'acquisition de l'aimantation. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les processus responsables de l'acquisition de l'aimantation par les sédiments en étudiant les paramètres sédimentaires et magnétiques impliqués dans le blocage des grains magnétiques au sein du sédiment. Pour cela, des sédiments varvés du lac proglaciaire Ojibway, ainsi que des turbidites, ont été étudiés. Dans le premier chapitre, il est question de la limite de l'utilisation des U-channels pour l'étude des variations rapides du champ magnétique terrestre, notamment dans le cas des excursions et des inversions. Pour cela, une comparaison entre des mesures ponctuelles et U-channels, de différentes inversions et excursions, ont été faites. Nous avons créé différentes tailles d'excursions et avons constaté que les excursions enregistrées sur moins de 7,5 cm étaient à peine détectées par des mesures U-channels.
Pour les inversions, les mesures U-channels lissent le signal des enregistrements et génèrent des artefacts. Nous avons testé la convolution des mesures ponctuelles par différentes fonctions de réponse. Les résultats montrent que même de petits changements dans la fonction de réponse peuvent générer des différences significatives dans les résultats. Dans le second chapitre, nous nous sommes concentrés sur des sédiments du lac proglaciaire Ojibway (~ 8.5 ka cal BP) et plus particulièrement sur plusieurs lits d'été et d'hiver d'épaisseur centimétrique qui ont été échantillonnés individuellement. Des analyses paléomagnétiques, granulométriques et géochimiques ont été réalisées sur chaque lit. Les déclinaisons magnétiques ne montrent pas de fortes déviations systématiques par rapport à la direction attendue, contrairement aux inclinaisons qui sont beaucoup plus faibles que celles attendues. L'aplanissement de l'inclinaison est systématiquement plus prononcé en hiver (25.5 ° ± 4.3 °) qu'en été (12.5 ° ± 3.3 °). Les lits d'été sont plus épais que les lits d'hiver et sont caractérisés par une susceptibilité magnétique plus forte, un rapport Ca/Fe plus élevé en raison de la dilution du Fe par l'augmentation du contenu en carbonate, et des grains sédimentaires et magnétiques plus grossiers. Ces observations reflètent l'apport de particules détritiques plus grossières pendant l'été, tandis que la fraction plus fine est restée en suspension jusqu'à la déposition en hiver. Une différence de compaction des lits d'hiver xii et d'été et une variation de la composition des grains magnétiques pourraient être responsable des différences observées.
Ces résultats indiquent que la variation de la lithologie peut jouer un rôle dominant sur les enregistrements magnétiques des sédiments. Dans le troisième chapitre, une compilation de données magnétiques de 17 couches déposées rapidement (RDL) avec des épaisseurs variables allant de 7,1 cm à 1510 cm a été faite. Cette étude a été menée d'un point de vue statistique pour mettre en avant les mécanismes d'acquisition de l'aimantation, qui jouent un rôle majeur durant ce type de dépôt. Nous avons trouvé une relation logarithmique entre l'amplitude des changements d'inclinaison, ainsi que l'amplitude des tailles de grains magnétiques et l'épaisseur des RDL. L'inclinaison et la taille des grains sont elles-mêmes corrélées les unes aux autres par une loi logarithmique. Comme il n'y a pas de relation entre l'écart d'inclinaison et la profondeur, la compaction ne peut expliquer de tels écarts significatifs. La floculation varie probablement selon la grosseur du grain, mais, encore une fois, l'amplitude des écarts d'inclinaison est difficile à expliquer. La turbulence inhérente au processus de dépôt de tels événements est probablement le facteur dominant. Cette interprétation est appuyée par des calculs visant à décrire l'impact des courants de fond.
Au final, cette thèse avait pour but principal d'améliorer nos connaissances sur les mécanismes d'acquisition de l'aimantation par les sédiments. Cette étude a permis de mettre en avant deux nouveaux mécanismes, qui ont une influence sur l'enregistrement de l'aimantation dans les sédiments: la turbulence et une faible variation de la composition magnétique. -- Mots-clés: paléomagnétisme, U-channel, aimantation naturelle rémanente, aimantation rémanente détritique, varve, turbidite, hyperpycnite. -- ABSTRACT: The natural remanent magnetization (NRM) of sediments can be used to reconstruct variations of Earth's magnetic field in the past. The variability of the geomagnetic field provides information on Earth's internal dynamics and its sedimentary record can also serve as a stratigraphic tool. In addition to its relationship with the Earth's magnetic field, sediment magnetization is constrained by the sedimentary environment. To succeed in faithfully tracking the paleomagnetic variations, it is necessary to determine which processes are involved during the acquisition of the magnetization. The aim of this thesis is to better understand processes responsible for the acquisition of magnetization by sediments by studying sedimentary and magnetic parameters involved in the blocking of magnetic grains within the sediment. For this purpose, varved sediments of the proglacial Lake Ojibway, as well as turbidites, have been studied. The first chapter is about the limits of the use of U-channels for the study of rapid variations of the Earth's magnetic field, especially for excursions and reversals. For this, a comparison between discrete measurements and U-channels, from different inversions and excursions, was made.
We created different excursion sizes and found out that excursions recorded over less than 7.5 cm are barely detected in U-channel measurements. Regarding reversals, U-channel measurements smooth the signal of low-resolution records and generate artifacts. We tested the convolution of discrete samples measurements by different response functions. The results show that even small response function changes can generate significant differences in results. In the second chapter, we focused on sediments from the proglacial Lake Ojibway (~ 8.5 ka cal BP) and more particularly on several centimeter-thick summer and winter beds that were sampled individually. Paleomagnetic, granulometric and geochemical analyses were conducted on each bed. Magnetic declinations do not show strong systematic deviations from the expected direction, contrary to inclinations, which are much shallower than expected. Inclination shallowing is systematically more pronounced in winter (25.5 ° ± 4.3 °) than in summer (12.5 ° ± 3.3 °). Summer beds are thicker than winter beds and characterized by stronger magnetic susceptibility, higher Ca/Fe ratio due to Fe dilution by the large increase in carbonate content, and coarser sedimentary and magnetic grains.
These observations reflect the input of coarser detrital particles during summer, while the finer fraction remained in suspension until deposition in winter. Differential compaction of the winter and summer beds and variations of magnetic grain composition might be responsible for the observed differences. These results indicate that lithological changes can play a dominant role on magnetic sediment records. In the third chapter, we have compiled magnetic data of 17 rapid deposit layers (RDL) with varying thicknesses ranging from 7.1 cm to 1510 cm. This study was conducted from a statistical point of view to highlight the mechanisms of acquisition of magnetization, which play a major role during this type of depositions. We found a logarithmic relationship between the amplitude of inclination changes, as well as the amplitude of magnetic grain sizes and the RDL thickness. Inclination and grain sizes are themselves correlated to each other by a logarithmic law. As there is no relationship between the deviation and depth, compaction cannot account for such significant deviations. Flocculation likely varies with grain size, but again, the amplitude of the inclination deviations is difficult to explain. Turbulence inherent to the depositional process of such events is most likely the dominant factor. This interpretation is supported by calculations aimed at describing the impact of bottom currents.
In the end, the main aim of this thesis was to improve our knowledge of the mechanisms of magnetization's acquisition by sediments. This study highlighted two new mechanisms, which have an influence on the recording of magnetization in sediments: turbulence and a little variation in magnetic composition. -- Keywords: paleomagnetism, U-channel, natural remanent magnetization, detrital remanent magnetization, varve, turbidite, hyperpycnite.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Valet, Jean-Pierre et St-Onge, Guillaume
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Francus, Pierre
Information complémentaire : Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie et du doctorat en sciences de la Terre et environnement en vue de l'obtention du grade de Philosophiae Doctor.
Mots-clés : Processus Acquisition Aimantation Naturel Remanent Paleomagnetisme Sediment Lac Ojibway
Départements et unités départementales : Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 27 oct. 2020 15:44
Dernière modification : 27 oct. 2020 15:44
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1660

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