Pertinence du δD de la miliacine pour les reconstitutions paléohydrologiques
N. Bossard1,2,3, J. Jacob1,2,3, T. Bariac4, V. Terwilliger1,2,3,5,6, C. LeMilbeau1,2,3, P. Biron4, P. Richard4, M. Bechard1,2,3, E. Vergès1,2,3
1 Université d’Orléans, ISTO, UMR 7327, 45071, Orléans, France.
2 CNRS/INSU, ISTO, UMR 7327, 45071 Orléans, France.
3 BRGM, ISTO, UMR 7327, BP 36009, 45060 Orléans, France.
4 Laboratoire de Biogéochimie des Milieux Continentaux, UMR 7618 CNRS-UPMC-INRA, INRA-INAPG, Bâtiment EGER, 78850 Thiverval-Grignon, France.
5 Department of Geography, University of Kansas, Lawrence, KS 66045, USA.
6 LE STUDIUM®, Loire Valley Institute for Advanced Studies, 3D avenue de la Recherche scientifique 45071, Orléans, France.
Résumé :
Le rapport des isotopes stables de l’hydrogène (D/H ou δD) de biomarqueurs moléculaires préservés dans les archives sédimentaires a été proposé pour reconstituer les variations passées du cycle hydrologique (Gleixner et Mugler, 2007). L’hydrogène des molécules synthétisées par les plantes provient exclusivement de l’eau foliaire dont le δD est fonction du δD des eaux météoriques, de l’évaporation et de la transpiration (i.e. Sachse et al., 2012). Si le potentiel de cette approche est indéniable, la qualité des reconstitutions paléohydrologiques qu’elle permet dépend fortement de la manière dont le δD moléculaire est effectivement représentatif des conditions hydrologiques qui régnaient lors de la synthèse des biomarqueurs.
Par exemple, le δD d’une même molécule produite par des plantes développées dans les mêmes conditions hydrologiques peut différer de près 70‰ (Hou et al., 2007), ce qui correspond à une différence retrouvée pour une molécule synthétisée dans un environnement type savane ou type forêt tropicale (Sachse et al., 2006). Ces écarts peuvent être expliqués par différents types de photosynthèse (C3, C4, CAM), de voies métaboliques, des physiologies des feuilles différentes. Elles peuvent aussi résulter de disparités environnementales à micro-échelle affectant le δD de l’eau source ou l’humidité relative (Hou et al., 2007).
L’une des solutions proposées pour palier à ce problème est d’utiliser des biomarqueurs moléculaires davantage spécifiques des organismes dont ils sont issus. La miliacine (olean-13(18)-en-3β-ol ME) détectée dans les sédiments du Lac du Bourget, est l’un des exemples de biomarqueur moléculaire spécifique puisqu’elle est principalement produite par le millet commun, Panicum miliaceum (Jacob et al., 2008). Si sa spécificité est avérée, les variations du δD de cette molécule dans les sédiments seraient exclusivement dues aux variations hydrologiques, et non à des changements de contributeurs majoritaires. Nous avons comparé le fractionnement biosynthétique de l’hydrogène entre l’eau de source et la miliacine pour diverses variétés de millet. La variabilité spatiale du δD de la miliacine extraite de plants de millet a été étudiée à l’échelle d’un champ et d’une chambre climatique, donc avec des conditions homogènes pour tous les plants. L’impact du transfert de la miliacine de la plante vers le sol a également été abordé à l’échelle d’un champ. Enfin, la comparaison de l’évolution du δD de la miliacine dans deux carottes sédimentaires du lac du Bourget sur un intervalle correspondant à l’âge du Bronze permet de discuter l’uniformité de l’archivage du δD moléculaire.
Références :
G. Gleixner, I. Mugler. Compound-specific hydrogen isotope ratios of biomarkers: tracing climatic changes in the past. In Stable Isotopes as Tracers for Ecological Change, (Eds: T. Dawson, R. Siegwolf). Terrestrial Ecology Series, Academic Press, Amsterdam, 2007, pp. 249–266.
J. Hou,W. J. D’Andrea, D. MacDonald, Y. Huang. Hydrogen isotopic variability in leaf waxes among terrestrial and aquatic plants around Blood Pond, Massachusetts (USA). Org. Geochem. 2007, 38, 977.
J. Jacob, J.-R. Disnar, G. Bardoux. Carbon isotope evidence for sedimentary miliacin as a tracer of Panicum miliaceum (broomcorn millet) in the sediments of Lake le Bourget (French Alps). Org. Geochem. 2008, 39, 1077.
D. Sachse, I. Billault, G. Bowen, Y. Chikaraishi, T. Dawson, S. Feakins, K. Freeman, C. Magill, F. McInerney, M. van der Meer, P. Polissar, R. Robins, J. Sachs, H.-L. Schmidt, A. Sessions, J. White, J. West, A. Kahmen. Molecular Paleohydrology: Interpreting the Hydrogen-Isotopic Composition of Lipid Biomarkers from Photosynthesizing Organisms. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2012, 40, 221.
D. Sachse, J. Radke, G. Gleixner. δD values of individual n-alkanes from terrestrial plants along a climatic gradient – Implications for the sedimentary biomarker record. Org. Geochem. 2006, 37, 469.
