Nouvelles perspectives pour l’étude paléo-climatique IRD – CNRS - Université de São Paulo du cratère de Colônia dans l’État de São Paulo au Brésil

1. Contexte de l’étude

Une équipe franco-brésilienne de chercheurs, coordonnée par l’IRD et l’Université de São Paulo (USP, Brésil), a réalisé en août 2017, dans le cadre du projet Tropicol soutenu par le programme Climate Initiative de la Fondation BNP Paribas, un forage dans le cratère de Colônia, dans l’agglomération de São Paulo.
Cette structure géologique rare de 3,6 km de diamètre, probable résultat d’un impact météoritique, représente une opportunité unique d’accéder aux archives paléo-climatiques des tropiques de l’hémisphère sud. En effet, la qualité de bassin géologique de cette région a permis l’accumulation d’environ 300 mètres de sédiments tout au long des 5,3 derniers millions d’années. Ces dépôts sédimentaires constituent ainsi une archive exceptionnelle des variations environnementales de la forêt tropicale atlantique, et plus largement du secteur continental tropical. L’objectif était d’extraire une carotte de sédiments de 50 mètres afin d’étudier les impacts sur la biodiversité liée aux variations climatiques subies depuis 1 million d’années.
Cette étude paléo-climatique confronte des domaines de recherche variés, avec une approche multidisciplinaire tant dans les profils scientifiques impliqués que dans les techniques de traitement et d’analyse utilisées. Des spécialistes des forages profonds travaillent ainsi avec des chercheurs en géochronologie, géochimie, paléoécologie, sédimentologie et biosphère microbienne.
En 2014, lors d’une précédente étude sur le site, l’extraction d’une carotte sédimentaire de 14 mètres de profondeur avait déjà permis d’analyser les changements hydrologiques, la variabilité des températures et la biodiversité au cours des derniers 250 000 ans.
Puis en août 2017, l’équipe franco-brésilienne de chercheurs et les ingénieurs du laboratoire CEREGE (Centre de Recherche et d’Enseignement de Géosciences de l’Environnement d’Aix-Marseille Université – CNRS – IRD – INRA - Collège de France), coordonnée par Marie-Pierre Ledru (IRD Brésil) et André Sawakuchi (USP), a pu « carotter » jusqu’à 51 mètres de profondeur. Les échantillons remontés sont en cours d’analyse dans les différents laboratoires internationaux impliqués dans l’étude, dont celui d’ d’Aix-Marseille Université. Au terme des analyses prévues, il sera possible de connaître le type de végétation, la diversité florale, la quantité des précipitations et les variations de températures qui se sont succédées sous ces latitudes tropicales tout au long des derniers cycles glaciaires / interglaciaires. Les chercheurs vont alors pouvoir reconstituer l’évolution de la forêt atlantique de l´hémisphère sud et tenter de comprendre le comportement de la flore locale face aux augmentations et diminutions des gaz à effet de serre dans le passé.
Mais ces analyses ont d’ores et déjà apporté des résultats inattendus.

2. Nouvelles perspectives
Les analyses des carottes prélevées ont en effet révélé la présence vers 25 mètres de profondeur d’un enregistrement rapportant l’inversion du champ magnétique terrestre, la transition Brunhes-Matayuma, ce qui permet de dater la couche à - 780.000 ans.
La présence de cette couche sédimentaire à des profondeurs étonnamment faibles ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine du magnétisme terrestre et de la biodiversité. En effet le cratère de Colônia se trouve dans la grande agglomération de São Paulo, à l’épicentre de l’anomalie magnétique de l’Atlantique Sud, caractérisée par un affaiblissement du champ magnétique terrestre, bien connue des aviateurs de la région. Cette anomalie a aussi pour conséquence une fragilisation locale de la couche d’ozone, avec une quantité plus élevée de radiations ultra-violettes frappant le sol.
L’anomalie magnétique de l’Atlantique Sud est au cœur des préoccupations des physiciens spécialistes de l’inversion du champ magnétique terrestre, car selon certaines hypothèses, un tel affaiblissement du champ magnétique local pourrait préfigurer une prochaine nouvelle inversion, aux conséquences majeures pour l’environnement électromagnétique et le climat de notre planète.
Il a donc été décidé de réaliser une deuxième campagne de forage pour permettre aux paléomagnéticiens d’accéder à des échantillons de cette couche située entre 20 et 30 mètres de profondeur, pour des études spécifiques.

3. Campagne 2018
Coordonnée par Marie-Pierre Ledru de l’IRD Brésil, l’équipe de terrain (société de forage et étudiants de l’USP) a été animée par Quentin Simon (laboratoire CEREGE), spécialiste de paléomagnétisme, dans le but principal de prélever des sédiments dans la fourchette de profondeur de 15 à 30 mètres afin d’identifier plus précisément cette dernière inversion de polarité du champ magnétique terrestre.
En effet, les carottages de l’année 2017 dans cette zone de profondeur présentaient des problèmes de déformation qui perturbaient la datation et donc l’analyse des données. Les discussions alors menées entre l’IRD et la société de forage ont conduit à une amélioration de la technique de forage et ont permis d’effectuer un prélèvement optimal des sédiments lors de cette campagne 2018.
Les analyses conjointes de ces carottages et de ceux de 2017 permettront ainsi de reconstruire les variations du champ magnétique terrestre au cours des temps. Ces variations paléo-magnétiques permettront l’établissement d’un cadre magnéto-stratigraphique fiable qui servira de référence à toutes les interprétations environnementales et climatiques.