CLAUDIA ROUSSEAU
SIGNATURES PHYSICO-CHIMIQUES DES
COUCHES D'HEINRICH H1-H2 DE LA MER DU
LABRADOR
Mémoire présenté
à la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l'Université Laval dans le cadre du programme de maîtrise en sciences géographiques pour l'obtention du grade de Maître en sciences géographiques (M. Se. géogr.)
DEPARTEMENT DE GEOGRAPHIE
FACULTÉ DE FORESTERIE, DE GÉOGRAPHIE ET DE GÉOMATIQUE UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
2012
RESUME
La dernière période glaciaire a été ponctuée de variations climatiques abruptes, appelées événements d'Heinrich, qui sont caractérisées par des épisodes de vêlages massifs d'icebergs et d'apports en eaux de fonte dans l'Atlantique Nord. Les événements d'Heinrich (EH) ont fait l'objet de nombreuses publications scientifiques portant sur la paléocéanographie de la zone Nord Atlantique. Cependant, peu d'études se sont intéressées aux modifications sédimentaires intervenant entre la source et la zone de dépôt. L'objectif de cette recherche est de caractériser l'enregistrement sédimentaire des événements d'Heinrich Hl et H2 le long de la marge du Labrador. Pour cela, une approche multi-proxy à haute résolution (propriétés physiques, géochimiques et datations au 14C) a été réalisée sur des carottes prélevées le long de la marge du Labrador en 2005 et 2006 à partir de l'embouchure du détroit d'Hudson jusqu'à l'éperon d'Hamilton. En combinant les différentes analyses, il a été possible d'illustrer l'évolution des dépôts de H1-H2 en fonction de la distance à la source. Les résultats ont permis de déterminer la répartition spatiale de Hl et H2 le long de la marge et les différents processus de déposition qui y sont associés. Les brusques variations de concentrations géochimiques, la faible susceptibilité magnétique et la présence de carbonates inorganiques des dépôts étudiés indiquent une provenance de l'érosion des roches carbonatées du plancher du détroit d'Hudson ainsi qu'une dilution des minéraux ferrimagnétiques par les carbonates (Andrews et Tedesco, 1992). La présence d'une couche noire à la base de H2 composée de sédiments qui proviendrait du détroit de Cumberland (Jennings et al., 1996) indique un transport sédimentaire précurseur à la déposition des débris carbonates du détroit d'Hudson. Les concentrations d'IRD ont permis de détecter des fluctuations d'apports en eaux de fonte et en icebergs dans Hl et H2. La variabilité des concentrations géochimiques de ces couches d'Heinrich s'explique par des apports sédimentaires de sources différentes ou par des réactions chimiques dues aux échanges eau-particules selon la localisation le long de la marge.
ABSTRACT
The last glacial period was punctuated by abrupt climatic fluctuations, the so-called Heinrich events, responsible for generating large volumes of icebergs and meltwater into the North Atlantic. Heinrich events have been the purpose of many papers but only a few have considered sedimentological changes taking place between the source and the depositional zone. The aim of this research is to characterize the sediment record of Heinrich HI and H2 along the continental margin of Labrador Sea. A high-resolution multi-proxy analysis (physical, geochemical and 14C analysis) has been undertaken on marine sediment cores sampled from Hudson Strait outlet to the Hamilton Spur in 2005 and 2006. By combining various sedimentary analyses, this study has enabled to document the evolution of HI and H2 layers in relation to the distance from the source, the Hudson Strait Ice Stream (HSIS). The results allowed us to identify their spatial distribution and the various depositional processes related. The sudden changes of geochemical concentrations, the low magnetic susceptibility and the presence of inorganic carbonates in the studied H-layers support a main source derived from glacial erosion of Paleozoic carbonate outcrops flooring Hudson Strait and the dilution of ferrimagnetic minerals by the carbonates (Andrews et Tedesco, 1992). The presence of a layer of dark sediments underlying H2 which are probably derived from Cumberland Sound (Jennings et al., 1996) indicates a previous sedimentary input to the Hudson Strait detrital carbonate-rich sediments deposition. The IRD concentrations allowed the detection of meltwater and iceberg flux fluctuations. We hypothesize that HI and H2 geochemical concentration variations can be explained by the occurrence of various sediment supplies or by chemical processes related to water-sediment interactions along the margin.
Ill
AVANT-PROPOS
Cette maîtrise n'aurait pu aboutir sans le soutien de nombreuses personnes. C'est pourquoi, je désire avant tout, exprimer le sentiment de gratitude quej 'ai envers ces gens.
Mes premiers remerciements vont à mon directeur Patrick Lajeunesse qui m'a accompagnée tout au long de ma formation. Il m'a fait vivre de nombreuses expériences qui n'ont pas de prix tels que des missions en mer, des voyages d'études, des stages et des congrès qui m'ont permis de plonger dans la science et de rencontrer des gens passionnés. Je suis très reconnaissante de ses conseils éclairés et de son aide pour trouver des solutions. Je remercie également mon co-directeur Guillaume St-Onge de m'avoir intégrée à l'équipe de géologie marine de l'ISMER, de m'avoir encadrée lors de mes analyses en laboratoire et de toujours offrir sa disponibilité. Merci à Francky Saint-Ange de m'avoir guidé lors de mon stage à la Commission géologique du Canada — division Atlantique à Dartmouth, N-É. J'apprécie beaucoup qu 'il m'ait partagé son expertise et qu 'il ait répondu à mes questions tout au long de ma maîtrise.
Mes remerciements vont à David C. Mosher et Calvin Campbell, chefs des missions à bord du NGCC Hudson en 2005 et 2006 pendant lesquelles les carottes utilisées dans cette recherche ont été prélevées. Je tiens aussi à souligner l'aide de David Piper, Kate Jarrett, Owen Brown et toute l'équipe de la CGC-A. Je remercie également l'équipe de géologie marine de l'ISMER, particulièrement Jacques Labrie, Agathe Lisé-Pronovost, Marie-Pier St-Onge et Quentin Simon avec qui j'ai passé de bons moments lors de mes visites. Je remercie Jonathan Roger qui a été un collègue de bonne compagnie sur I 'Amundsen. Merci à Nathalie Barrette et Yves Brousseau de toujours laisser la porte de leurs bureaux ouverte pour moi.
Je remercie tous les étudiant(e)s et ex-étudiant (e) s de la Team Lajeunesse qui portent fièrement leur chandail d'équipe! Un immense merci à Sarah Aubé-Michaud avec qui j'ai
vécu les pires et les meilleurs moments de mes études, une amie irremplaçable qui m'a grandement aidée dans les périodes de doutes. Ces remerciements ne seraient pas complets sans une pensée pour les deux personnes qui ont été à mes côtés à mon quotidien : Vanessa Duclos et Steeve Gagné. Mes dernières pensées iront à mes amis, ma famille, et surtout mes parents, qui donnent toujours beaucoup d'énergie pour que je réalise mes projets.
IV
TABLE DES MATIERES
RÉSUMÉ i ABSTRACT ii AVANT-PROPOS iii TABLE DES MATIÈRES v
LISTE DES TABLEAUX viii LISTE DES FIGURES ix LISTE DES ABRÉVIATIONS ET SYMBOLES x
CHAPITRE 1 1 INTRODUCTION 1 1.1 Problématique 1 1.2 Objectifs 3 CHAPITRE 2 5 RÉGION D'ÉTUDE 5 2.1 Région d'étude 5
2.1.1 Cadre géographique et géomorphologique 5 2.1.1.1 La marge continentale du Labrador 5
2.1.1.2 L'éperon d'Hamilton 5
2.1.2 Océanographie 6
CHAPITRE 3 8
MÉTHODOLOGIE 8 3.1 Matériel et sites d'échantillonnage 8
3.1.1 Prélèvement des carottes 8 3.1.2 Localisation des sites de carottage 8
3.2 Analyses en laboratoire 10 3.2.1 Les analyses physiques 10
3.2.1.1 Photographie et description visuelle 10
3.2.1.2 Spectrophotométrie 10 3.2.1.3 Images rayon-X 11 3.2.1.4 Propriétés physiques 11 3.2.1.5 Granulométrie 11 3.2.2 Les analyses géochimiques 12
3.2.2.1 Micro-fluorescence-X 12 3.2.2.2 Teneur en carbonate 12 3.2.3 Les analyses radiochronologiques 13
VI
CHAPITRE 4 14
RÉSULTATS 14 4.1 Lithostratigraphie des carottes 14
4.2 Chronostratigraphie et identification des dépôts H1 et H2 17
4.3 Lithofaciès de Hl et H2 20 4.3.1 Lithofaciès de Hl 21
4.3.1.1 Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45) 22
4.3.1.2 Large de Nain (carotte 58) 22 4.3.1.3 Large de Hopedale (carotte 37) 22 4.3.1.4 Éperon d'Hamilton, haut de pente (carotte 05) 23
4.3.1.5 Éperon d'Hamilton, bas de pente (carotte 52) 23
4.3.2 Lithofaciès de H2 24 4.3.2.1 Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45) 25
4.3.2.2 Large de Nain (carotte 58) 25 4.3.2.3 Éperon d'Hamilton, haut de pente (carotte 05) 25
4.3.2.4 Éperon d'Hamilton, bas de pente (carotte 52) 25 4.4 Caractéristiques physiques et compositions géochimiques de Hl et H2 26
4.4.1 Propriétés physico-chimiques de Hl 35 4.4.1.1 Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45) 35
4.4.1.2 Large de Nain (carotte 58) et Large de Hopedale (carotte 37) 35
4.4.1.3 Éperon d'Hamilton, haut de pente (carotte 05) 36 4.4.1.4 Éperon d'Hamilton, bas de pente (carotte 52) 36
4.4.2 Propriétés physico-chimiques de H2 36 4.4.2.1 Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45) 36
4.4.2.2 Large de Nain (carotte 58) 37 4.4.2.3 Éperon d'Hamilton, haut de pente (carotte 05) 38
4.4.2.4 Éperon d'Hamilton, bas de pente (carotte 52) 38
CHAPITRE 5 39
DISCUSSION 39 5.1 Évolution de la signature de Hl et H2 le long de la marge du Labrador 39
5.1.1 Répartition spatiale 39 5.1.2 Changements de lithofaciès et de processus de déposition 42
5.1.2.1 Les faciès laminés 42 5.1.2.2 Les faciès bioturbés non-laminés 43
5.1.2.3 La couche noire à la base de H2 43 5.1.3 Les propriétés physico-chimiques des sédiments par rapport à la source 44
5.1.3.1 Le paramètre L* et le contenu en carbonate inorganique 44
5.1.3.2 La susceptibilité magnétique 44 5.1.3.3 Les concentrations en IRD>150 um 46
5.1.3.4 Les concentrations géochimiques de Hl et H2 47
CHAPITRE 6 53
CONCLUSION 53 RÉFÉRENCES 55
vu
ANNEXES I Annexe 1 : Localisation de la carotte 45 I
Annexe 2 : Localisation de la carotte 58 II Annexe 3 : Localisation de la carotte 37 III Annexe 4 : Localisation de la carotte 05 IV Annexe 5 : Localisation de la carotte 52 V Annexe 6 : Légende originale des profils stratigraphiques VI
Vlll
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Coordonnées des carottes échantillonnées 8 Tableau 2 : Âges radiocarbones obtenus par AMS 17 Tableau 3 : Épaisseur de Hl et H2 dans les carottes étudiées 41
IX
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Carte de localisation des sites de carottage dans la mer du Labrador 9 Figure 2 : Profils lithostratigraphiques de chacune des carottes étudiées 15 Figure 3 : Chronostratigraphie et localisation de H1 et H2 dans les carottes étudiées 18
Figure 4 : Lithofaciès représentatifs de Hl des carottes étudiées 21 Figure 5 : Lithofaciès représentatifs de H2 (et couche noire lorsque présente) pour chacune
des carottes étudiées 24 Figure 6 : Propriétés physico-chimiques de l'intervalle H1-H2 de la carotte 45 27
Figure 7 : Concentration d'éléments chimiques (en ppm) pour l'intervalle H1-H2 de la
carotte 45 28 Figure 8 : Propriétés physiques de l'intervalle H1-H2 de la carotte 58 29
Figure 9 : Propriétés physiques de l'intervalle H1-H2 de la carotte 37 30 Figure 10 : Propriétés physico-chimiques de l'intervalle H1-H2 de la carotte 05 31
Figure 11 : Concentration d'éléments chimiques (en ppm) pour l'intervalle H1-H2 de la
carotte 05 32 Figure 12 : Propriétés physico-chimiques de l'intervalle H1-H2 de la carotte 52 33
Figure 13 : Concentration des éléments chimiques (en ppm) de Hl et H2 de la carotte 52.34 Figure 14 : Corrélation des dépôts de HI, H2 et de la couche noire retrouvée dans les
séquences sédimentaires le long de la marge continentale selon les valeurs L* et a*. 40 Figure 15 : Tendances générales des concentrations des éléments chimiques présents dans
les sédiments de Hl et H2 dans les carottes 45, 05 et 52 48 Figure 16 : Concentrations géochimiques (en ppm) de Hl et H2 pour les carottes 45, 52 et
05 49 Figure 17 : Localisation de la carotte 45 sur un profil sismique I
Figure 18 : Localisation de la carotte 58 sur un profil sismique II Figure 19 : Localisation de la carotte 37 sur un profil sismique III Figure 20 : Localisation de la carotte 05 sur un profil sismique IV Figure 21 : Localisation de la carotte 52 sur un profil sismique V Figure 22 : Légende complète des profils lithostratigraphiques initialement dessinés par
LISTE DES ABREVIATIONS ET SYMBOLES
Abréviation
ou symbole
Description
a* bleu à rouge
AMS accélérateur de masse spectrométrique (accelerator mass spectometry)
b* vert à jaune 14C carbone 14
CaC03 carbonate de calcium CC courant Canadien
CGC-A Commission géologique du Canada - Division Atlantique CI. carbone inorganique (total)
CIE Commission internationale de l'éclairage CO. carbone organique (total)
CS détroit de Cumberland (Cumberland Sound)
CT. carbone total
EH événement d'Heinrich
H1-H6 Heinrich (événement ou dépôt) HS détroit d'Hudson (Hudson Strait)
IRD débris délestés par les icebergs et la glace de mer (Ice-rafted detritus)
L* luminosité (Lightness)
XI
NADW eaux profondes de l'Atlantique Nord (North Altantic Deep Water)
NGGC navire de la Garde côtière canadienne SM susceptibilité magnétique
WBUC sous-courant côtier de l'Ouest (Western Boundary Undercurrent) XRF microfluorescence rayon-X (x-ray fluorescence)
CHAPITRE 1
INTRODUCTION
1.1 Problématique
Lors de la dernière période glaciaire, il s'est produit plusieurs événements de débâcles glaciaires en Atlantique Nord (de 70 ka à 10 ka) nommés événement d'Heinrich (EH), d'après le scientifique Hartmut Heinrich (1988) qui a fait la découverte de la périodicité des débâcles. Pendant ces événements, de grands volumes d'eaux de fonte et d'icebergs transportaient des sédiments qui ont été déposés partout en Atlantique Nord, de la mer du Labrador jusqu'au Portugal.
La baie de Baffin et la mer du Labrador étaient de loin les secteurs les plus englacés de l'Atlantique Nord pendant les glaciations quaternaires. La dynamique d'avancée et de retrait glaciaire des courants glaciaires et plates-formes de glace flottante qui s'y trouvaient entraînait des variations dans la production d'eau de fonte ayant des effets importants sur la circulation thermohaline de la mer du Labrador et de l'Atlantique Nord (Andrews et al., 1994b; Bond et al., 1992; 1993; 1995). Les principales sources en eaux de fonte et en icebergs provenaient des courants glaciaires, les plus importants étant le détroit d'Hudson et le Chenal Laurentien (Shaw et al., 2006). Ces derniers étaient à l'origine de 1) panaches de sédiments proglaciaires qui dominaient la sédimentation proximale sur la pente continentale le long de courants provenant des exutoires d'icebergs et 2) de débris délestés par les icebergs et la glace de mer (Ice-rafted detritus : IRD) en milieux distaux (Hesse et al., 1997; Andrews et Maclean, 2003).
Heinrich (1988) avait originalement documenté six événements (Hl jusqu'à H6) qui s'étendent sur des intervalles de 208 à 2280 ans et en moyenne de 495 ± 255 ans (Hemming, 2004). Deux événements additionnels ont été proposés (H0 et H5a) (Andrews et al., 1995; Bond et Lotti, 1995; Stoner et al., 1996; Rashid et al., 2003b), mais ces EH ont rarement été enregistrés ailleurs que dans le nord-ouest de la mer du Labrador. Comme l'a mentionné Hemming (2004), la définition de ce que constitue un EH diffère selon les chercheurs et les régions étudiées. La définition généralement adoptée par la communauté scientifique est celle de Bond et al. (1999) qui caractérise un événement d'Heinrich par la
présence de carbonates détritiques (CD) dérivés des bassins paléozoïques du Nord du Canada (Broecker et al., 1992; Andrews, 1998), d'une forte concentration en sédiments lithiques grossiers (IRD), d'une réduction du contenu en foraminiferes et de faibles valeurs de ô180 dans les foraminiferes planctoniques (Heinrich et al., 1988; Bond et al., 1992; Broecker et al., 1992). La forte susceptibilité magnétique (SM) est ajoutée aux caractéristiques primaires des EH de l'Atlantique Nord par Grousset (1993).
Contrairement aux EH de l'Atlantique Nord, ceux du nord-ouest de la mer du Labrador se distinguent par leur structure de dépôts de coulées néphéloïdes riches en carbonate ainsi que leurs faibles valeurs de SM (Rashid et al., 2003a; b; 2012). Ces différentes caractéristiques témoignent de sédiments de sources différentes et de mécanismes de transport et de déposition différents.
En Atlantique Nord, la présence de débris carbonates lithiques dans les couches d'IRD et la signature géochimique de la fraction non-carbonatée d'origine lithologique suggèrent que l'Inlandsis laurentidien était la source principale d'icebergs pendant les EH (Andrews et Tedesco, 1992; Bond et Lotti, 1995; Gwiazda et al., 1996; Hemming et al., 2000). Au contraire, les couches d'IRD ayant un faible contenu en CD suggèrent une provenance des calottes glaciaires de la Scandinavie, de l'Islande et du Groenland.
Dans le but d'identifier les sources de sédiments et de mieux comprendre la dynamique glaciaire-océanique, plusieurs approches ont été utilisées, comme le traçage isotopique (Grousset et al., 1993; Gwiazda et al., 1996; Revel et al., 1996; Barber et al., 1996; Hemming et al., 1998), l'identification minéralogique et pétrographique de la fraction sableuse (Bond et Lotti, 1995), la minéralogie des argiles via diffraction à rayon-X (X-Ray diffraction: XRD) (Fagel et al., 1996; Andrews et al., 2009; Polyak et al., 2010), les propriétés physiques, notamment magnétiques (Robinson, 1986 ; Robinson et al., 1995 ; Stoner et al., 1995; 1996) ainsi que les biomarqueurs (Rashid et Grosjean, 2006 ; Parnell et al., 2007).
Il a récemment été démontré que les EH peuvent être détectés grâce à des analyses à micro-fluorescence X (XRF, X-Ray Fluorescence) à haute résolution de carottes de sédiments marins (Hodell et Curtis, 2008; Haapaniemi et Scourse, non-publié). L'identification des compositions géochimiques qui caractérisent les différents EH selon
leur emplacement géographique pourrait donc devenir un traceur optimal pour l'identification des EH et des différentes sources de sédiments qui les composent.
Beaucoup d'études se sont intéressées à l'identification des sources et à la façon dont elles s'enregistrent dans le bassin Nord Atlantique. Cependant, peu de ces études ont porté sur la signature de la source elle-même et à la façon dont les sédiments sont transférés de la mer du Labrador jusqu'en Atlantique Nord.
Les processus de déposition en milieu proximal où se déchargent des volumes importants d'eaux de fonte sont beaucoup plus complexes que le simple délestage par les icebergs (Andrews et al., 1994b; Heese, 1995; Wang et Hesse, 1996; Rashid et al., 2012). La sédimentation près de l'ancienne marge glaciaire de l'Inlandsis laurentidien est caractérisée par de multiples processus incluant les coulées de débris, les turbidites, les panaches de turbidité ou les coulées néphéloïdes et ce n'est qu'un faible volume de sédiments seulement qui peut être directement relié aux délestages par les icebergs (Hesse, 1992; Andrews et al., 1994b; Wang et Hesse, 1996).
Bien que ces quelques travaux aient tous contribué à la compréhension des EH, les carottes marines étudiées ont pratiquement toutes été prélevées en milieux distaux à des centaines de milliers de kilomètres de la marge glaciaire de l'Inlandsis laurentidien.
Aucune étude ne s'est intéressée aux modifications sédimentaires intervenant entre la source et la zone de dépôt. Ainsi, sachant que le détroit d'Hudson était la source la plus importante des EH en Atlantique Nord et que les localisations proximales comme la pente du plateau continental dans la mer du Labrador (Hesse et Khodabakhsh, 1997; 1998; 2006; Hesse et al., 2004) conservent un enregistrement sédimentaire beaucoup plus détaillé en ce qui concerne les variations de l'Inlandsis laurentidien, il serait pertinent de documenter l'évolution des EH le long de la marge à partir de la source en combinant l'utilisation de traceurs multiples.
1.2 Objectifs
Le principal objectif de ce mémoire vise à mieux comprendre l'évolution de la signature physico-chimique des dépôts d'Heinrich Hl et H2 en fonction de la distance par
rapport à la source le long de la marge du Labrador. Plus spécifiquement, cette recherche vise à 1) identifier les dépôts de Hl et H2 des carottes étudiées, 2) déterminer leur répartition spatiale le long de la marge continentale du Labrador, 3) définir les changements de lithofaciès et de processus de déposition le long de la marge et 4) caractériser les propriétés physico-chimiques de Hl et H2 par rapport à la distance à la source.
L'approche proposée est de travailler sur les carottes réparties à l'embouchure du détroit d'Hudson (60°N 60°W) jusqu'à l'éperon d'Hamilton (55°N 54°W) au sud de la mer du Labrador. Les carottes utilisées proviennent d'endroits-clés fournissant non-seulement un enregistrement de la dynamique d'avancée et de retrait des glaciers, mais également un enregistrement des variations des courants océaniques. Elles se situent dans le parcours des icebergs produits par l'Inlandsis laurentidien pendant la dernière période glaciaire (Bond et al., 1992; Broecker et al., 1992; Andrews et Tedesco, 1992; Grousset et al., 1993; Dowdeswell et al., 1995; Andrews et al., 1998).
CHAPITRE 2
RÉGION D'ÉTUDE
2.1 Région d'étude
2.1.1 Cadre géographique et géomorphologique
2.1.1.1 La marge continentale du Labrador
La région d'étude s'étend le long de la marge continentale du Labrador. Celle-ci est caractérisée comme une marge Atlantique de type passive (Bally, 1981). Elle est formée du plateau, de la pente et du glacis et s'étend entre 0 et 3000 m de profondeur. Le plateau continental est divisé par une fosse profonde qui délimite les formations de roches précambriennes du plateau intérieur du Labrador de celles du Crétacé et du Cénozoïque du plateau extérieur (Piper et al., 1990). La physiographie irrégulière du plateau continental a été développée par l'érosion glaciaire d'un relief anciennement modelé par l'érosion fluviale (Josenhans et al., 1986; 1990; Piper et al., 1990). Sa profondeur moyenne varie entre 120 et 200 m et augmente à 500 m dans les chenaux transversaux les plus profonds. À l'embouchure du détroit d'Hudson, la profondeur du plateau continental augmente jusqu'à 650 m, profondeur à laquelle débute la pente continentale (Piper, 1988). Cette dernière est découpée par plusieurs auges transversales profondes dont l'irrégularité de la morphologie témoigne de glissements et d'érosion par le ravinement (Piper et al., 1985).
2.1.1.2 L'éperon d'Hamilton
L'éperon d'Hamilton (55°N, 54°W) est situé le long de la marge sud-ouest du Labrador à 200 km de la côte. Il est entouré de Cartwright Saddle au nord-ouest et de Hawks Saddle au sud-est. Il se situe à une profondeur de 200-300 m en haut de pente et descend jusqu'à une profondeur de 3000 m à sa base. Il forme une crête perpendiculaire à la pente continentale qui fait au maximum 175 km de longueur et 125 km de largeur. La pente du flanc nord de l'éperon, qui a une orientation NW-SE, est uniforme de 200 à 2000 m de profondeur et s'adoucit ensuite (Goss, 2006). Elle est creusée par une série de dépressions et de canyons profonds. Contrairement à la pente du flanc nord, celle au sud,
est plus abrupte. Elle est uniforme de 500 à 1500 m et s'adoucit ensuite jusqu'à 2500 m (Goss, 2006).
L'éperon d'Hamilton est un grand dépôt de drift datant du début du Cénozoïque (Myers et Piper, 1988) sur lequel des sédiments de courants de turbidité provenant des canyons se sont accumulés sur la crête. Il représente un élément majeur de la topographie de la marge continentale du Labrador formé par l'interaction du proto courant du Labrador (LC) et du sous-courant côtier de l'Ouest (WBUC). Ces courants sont responsables du remaniement et du dépôt des sédiments de la marge continentale et constituent les deux forces prépondérantes des processus de sédimentation de l'éperon d'Hamilton, outre les processus comme les dépôts de masses (Goss, 2006). Le flanc nord de l'éperon d'Hamilton est constamment remanié et érodé par les courants marins contrairement au flanc sud dont l'enregistrement sédimentaire est protégé de l'érosion.
2.1.2 Océanographie
La marge du Labrador est située sous l'influence de deux courants qui s'écoulent vers le sud. Le courant du Labrador (LC) est un courant de surface qui s'écoule en haut de pente le long de la marge du Labrador jusqu'à des profondeurs de 1300 m. Le sous-courant côtier de l'Ouest (WBUC) s'écoule dans le sens anti-horaire en bas de pente à partir de 1800 m (McCave et Tucholke, 1986) et transporte des sédiments fins provenant de l'Islande et du Groenland (Fagel et al., 1996; Knutz et al., 2011). Entre ces deux courants, il y a une zone calme qui reste intouchée. La formation de ces courants marins résulte de la stratification des eaux froides en provenance de l'Islande et du Groenland notamment (Steele et al., 2009).
Le LC est généré par le courant Canadien (CC), un courant de surface froid qui prend source en Arctique et qui s'écoule le long de la côte ouest de la baie de Baffin pour ensuite devenir le LC lorsqu'il rejoint les eaux du détroit d'Hudson (Steele et al., 2009). Ces deux courants entraînent la dérive des icebergs de l'ouest et du nord-ouest du Groenland le long de la marge canadienne (Andrews et al., 2009).
Le WBUC provient quant à lui des eaux profondes de l'Atlantique Nord (North Atlantique Deep Water : NADW), une masse d'eau froide qui plonge à de grandes profondeurs en raison de sa forte densité. Ces eaux profondes ont un grand rôle sur le
climat planétaire puisqu'elles activent le moteur du tapis roulant qu'est la circulation thermohaline qui régularise le climat à l'échelle globale. Pendant les interglaciaires, lors d'intenses périodes de production d'eaux profondes, le WBUC devient plus vigoureux (Mackie, 2005).
La vitesse moyenne du WBUC au nord de l'éperon d'Hamilton, à l'est de Hopedale Saddle, est de 12 cm sec"1 (Rabinowitz et Eittrem, 1974; Allen et Huntley, 1977). Au sud de Hopedale Saddle, le courant contourne la topographie, se réoriente et s'intensifie pour atteindre une vitesse de 20 cm sec"1 jusqu'au sud de l'éperon d'Hamilton où sa vitesse diminue à 10 cm sec"1 (Rabinowitz et Eittrem, 1974; Allen et Huntley, 1977). La vitesse du WBUC est maximale à une profondeur de 2800 m où elle transporte des sédiments plus grossiers (Carter et Schafer, 1983). Le patron de vitesse moyenne du LC le long de son trajet est très similaire, sauf qu'il atteint une vitesse moyenne plus élevée soit 30 cm sec"1 (Carter et Schafer, 1983).
CHAPITRE 3
MÉTHODOLOGIE
3.1 Matériel et sites d'échantillonnage
3.1.1 Prélèvement des carottes
Les carottes utilisées dans cette étude proviennent de la Carothèque de la Commission géologique du Canada, Division Atlantique à Darmouth en Nouvelle-Ecosse. Elles ont été sélectionnées parmi un lot de plusieurs carottes sur lesquelles certaines analyses présentées ultérieurement ont également été effectuées dans le cadre de cette maîtrise. La sélection des carottes s'est appuyée principalement sur la présence des dépôts d'Heinrich Hl et H2 et des dates disponibles. Les carottes HU2006040 45PC, HU2006040 58PC, HU2005033B 37PC, HU2005033B 52PC et HU2006040 05PC (subséquemment identifiées comme étant les carottes 45, 58, 37, 52 et 05) ont été prélevées à l'aide d'un carottier à piston et à gravité à bord du navire de la Garde côtière canadienne (NGGC) Hudson lors de deux missions en 2005 et 2006. Les informations de carottage (coordonnées, profondeur d'eau, longueur des carottes) sont notées dans le Tableau 1.
Tableau 1 : Coordonnées des carottes échantillonnées.
Carotte Abréviation Latitude Longitude Profondeur Longueur Région
O O d'eau
(ra)
(cm)
111 2004040 45PC 45 60°43.5520N 60°33.1028W 1589.1 1008.5 détroit d'Hudson
1U 2006040 58PC 58 57°40.5680N 58°19.39143W 1999 778 large de Nain
HU2005033B 37PC 37 56°7.55844N 57°20.88738W 962 963 large de Hopedale
HU2006040 0SPC 05 54°42.8512N 52°54.7916W 1148 987,5 éperon d'Hamilton
HU2005033B52PC 52 54°563971N 51°248646W 2902 1398 éperon d'Hamilton
3.1.2 Localisation des sites de carottage
Les carottes sur lesquelles s'appuie ce projet ont été prélevées le long de la marge continentale du Labrador (du 60e au 54e parallèle) à des endroits-clés couvrant le détroit d'Hudson jusqu'à l'éperon d'Hamilton. Par endroits-clés, il est entendu que 1) certaines carottes se situent à proximité d'anciens courants glaciaires et ont donc enregistré la
signature des sources de sédiments transportés par ces courants et 2) d'autres se situent à
des profondeurs d'eau sous l'influence du proto courant du Labrador (LC) et du
sous-courant côtier de l'Ouest (WBUC).
Figure 1 : Carte de localisation des sites de carottage dans la mer du Labrador.
La carotte 45 a été prélevée à 1589 m de profondeur sur une crête dans le haut de la
pente continentale au large du détroit d'Hudson à proximité de l'ancien courant glaciaire
(Annexe 1 : Localisation de la carotte 45). En raison de sa localisation, elle constitue la
carotte de référence des EH dans cette étude. La carotte 58 localisée au large de Nain se
10
situe à 1999 m sous l'influence du WBUC (Annexe 2 : Localisation de la carotte 58). La carotte 37, un peu plus au sud, au large de Hopedale, est située à une profondeur de 962 m sous l'influence du LC (Annexe 3 : Localisation de la carotte 37). Les carottes 05 et 52, ont été prélevées le long du flanc sud de l'éperon d'Hamilton. La carotte 05 a été prélevée à
1148 m de profondeur et est donc située près de la zone limite d'influence du LC (Annexe 4 : Localisation de la carotte 05) alors que la carotte 52, prélevée à 2902 m, est localisée sous l'influence du WBUC (Annexe 5 : Localisation de la carotte 52). Une description de chacun des sites de carottage ainsi que les profils sismiques ont été ajoutés en annexe.
3.2 Analyses en laboratoire
Avant de procéder aux analyses, les carottes ont été coupées en deux sur la longueur. Une moitié est utilisée pour effectuer les prélèvements et les analyses en laboratoire alors que l'autre est conservée pour archives.
3.2.1 Les analyses physiques
3.2.1.1 Photographie et description visuelle
Les carottes sont photographiées à l'aide d'un appareil numérique à haute-résolution et sont décrites visuellement à la CGC-A. La description visuelle consiste à l'élaboration d'un premier profil détaillé de la lithologie et des structures sédimentaires des unités et sous-unités observés incluant également la consistance, la présence de CaCC»3 et la couleur de code Munsell®.
3.2.1.2 Spectrophotométrie
Suite à l'ouverture de la carotte et la description, une analyse spectrophotométrique a immédiatement été réalisée afin d'éviter les changements de couleur qui peuvent se produire avec l'oxydation et la déshydratation. Le spectre de réflectance de couleur a été mesuré aux 10 cm d'intervalle à l'aide d'un spectrophotomètre couleur portatif Minolta CM-2600d. Afin d'obtenir une meilleure résolution, l'analyse a été répétée sur les carottes 45, 05 et 52 à des intervalles plus rapprochés de 2 cm en utilisant le spectrophotomètre Minolta de l'ISMER. Cet appareil mesure les longueurs d'onde entre 390 et 700 nm et décrit les coordonnées spatiales de couleurs de la Commission internationale de l'éclairage
11 (CIE), où le paramètre L* mesure les valeurs de noir à blanc, a* de bleu à rouge et b* de vert à jaune. Les variations de couleur des sédiments s'avèrent efficaces pour distinguer les différences de minéralogie (Giosan, 2002). Dans cette étude, le paramètre L* dont les valeurs varient sur une échelle de 0 à 100 (du noir au blanc), est utilisé pour l'identification des couches d'Heinrich.
3.2.1.3 Images rayon-X
Des images rayon-X des deux moitiés de carottes ont été prises et enregistrées numériquement afin de documenter les séquences sédimentaires, les lithofaciès ainsi que la géométrie des structures physiques et biologiques. Plusieurs de ces structures sédimentaires internes sont souvent inapparentes lors de l'analyse visuelle. C'est donc à partir des images rayons-X qu'un schéma de ces structures est réalisé et joint à la description visuelle.
3.2.1.4 Propriétés physiques
La densité gamma, la vélocité en onde-P (P-Wave) et la susceptibilité magnétique (k) volumétrique à champs faible (kLF; Low field) ont été mesurées simultanément en utilisant un analyseur à senseurs multiples pour carotte de sédiments (MSCL : multi-sensor core logger) de type GEOTEK™ à la CGC-A. Les mesures ont été prises de façon continue à partir du sommet de la carotte jusqu'à sa base à des intervalles de 1 cm. Les volumes de kLF ont été obtenus à l'aide d'un appareil de type Bartington® MS2. Le paramètre kLF est relatif à la concentration de matériel ferrimagnétique (ex. : magnetite) (Stoner et St-Onge, 2007).
3.2.1.5 Granulométrie
Les analyses granulométriques des carottes de l'éperon d'Hamilton (carottes 05 et 52) ont été effectuées à la CGC-A à des intervalles de 10 cm. Les échantillons ont préalablement été désagrégés dans un bain à ultra-son avant d'être analysés à l'aide d'un granulomere laser de type Beckman Coulter™ Counter Multi-Sizer III. La distribution granulométrique permet d'obtenir de l'information, dans ce cas-ci, sur les processus de transport ainsi que sur l'influence des courants marins. La présence d'IRD est utilisée comme indicateur de la déposition par les icebergs et la glace de mer. La fraction > 150 um est fréquemment illustrée dans les graphiques de cette étude puisqu'elle correspond en
12 général à la taille de grains associés aux IRD (Rashid et al., 2003a; Rashid et Piper, 2007). La granulométrie des IRD est toutefois variable selon la nature du sédiment.
3.2.2 Les analyses géochimiques
3.2.2.1 Micro-fluorescence-XAfin d'obtenir des données à haute-résolution des concentrations d'éléments chimiques, des analyses à micro-fluorescence-X ont été effectuées à l'Ismer à l'aide de l'appareil Innov-X. Les carottes analysées ont été irradiées pendant 45 sec à des intervalles de 2 cm. L'analyse XRF a permis de détecter les 20 éléments chimiques suivants : Ti, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Rb, Sr, Zr, Mo, Ag, Cd, Sn, Sb, Ba, Hg et Pb. Seuls les profils chimiques ayant les plus forts signaux par rapport au pourcentage d'erreur (bruit) ont été considérés. En ordre de dominance, ce sont le Fe, Ti, Mn, Sr, Rb, Zn, Zr et Mo. Pour chacune des carottes, ces éléments chimiques sont présentés en plus des ratios utilisés comme traceurs environnementaux. Les courbes de XRF ont été lissées à 3 points et les valeurs de densité ont été vérifiées afin de valider que ce paramètre n'influence pas les concentrations géochimiques de Hl et H2.
Deux ratios ont été utilisés : Le ratio Ti/Sr est un traceur qui permet de distinguer les apports terrigènes des apports biogéniques (Rothwell, 2006). Dans cette étude, ce ratio permet de distinguer les périodes d'augmentation des apports associés aux sédiments lithiques carbonates du détroit d'Hudson. Le ratio Fe/Rb est utilisé pour déterminer les différences granulométriques à l'intérieur des turbidites (Rothwell, 2006) ou des coulées néphéloïdes (cette étude).
3.2.2.2 Teneur en carbonate
Des échantillons de sédiments ont été prélevés à des intervalles de 10 cm sur les carottes 45, 52 et 05 pour être ensuite séchés, broyés et analysés à l'aide d'un appareil LECO CS 125 infra-rouge afin de connaître le contenu total en carbone (C.T.), en carbone inorganique (CI.) et en carbone organique (CO.). Le CI. provient de l'érosion d'un substrat rocheux carbonate (ex. : calcaire ou dolomite) alors que le CO. provient de l'altération de la matière organique (Roy-Barman et Jeandel, 2011). Sachant que les apports en CI. dans la mer du Labrador proviennent généralement du plancher carbonate du détroit
13 d'Hudson, le contenu en CI. permet donc dans cette étude de qualifier la contribution du détroit d'Hudson aux couches Hl et H2 de la mer du Labrador (MacLean et al., 1986).
3.23 Les analyses radiochronologiques
Les datations radiocarbones ont été obtenues à partir d'analyses par spectrométrie de masse par accélérateur (AMS : accelerator mass spectrometry) effectuées sur des échantillons de foraminiferes planctoniques (Neogloboquadrina pachyderma levogyre) prélevés dans les carottes étudiées. L'échantillonnage de sédiments a été réalisé le plus près possible des dépôts Hl et H2 lorsque la concentration en foraminiferes s'avérait suffisante. Chacun des échantillons a été observé sous microscope binoculaire afin d'en extraire les foraminiferes un par un jusqu'à l'obtention de la quantité requise pour l'analyse AMS. Une fois prélevés et encapsulés, certains échantillons de foraminiferes sont envoyés au Laboratoire de radiochronologie du CEN, Université Laval (Québec) pour les prétraitements chimiques, la combustion du CO2, la purification suivie de la mise sous vide dans des tubes de verre scellés. Ces tubes de CO2 ont ensuite été soumis, pour certains, au Center for Applied Isotope Studies, University of Georgia, et pour d'autres, au Keck Carbon Cycle AMS Lab, University of California at Irvine, États-Unis, où le CO2 est converti en graphite pour être calculé par AMS.
Les âges conventionnels obtenus ont été corrigés à partir de la courbe de calibration globale MARINE09 (Hughen et al., 2004) et convertis en âges calendaires à l'aide du logiciel accessible en ligne CALIB 6.0® (Stuiver et al., 2005). Une valeur AR de 144 ± 38 correspondant à la différence d'âge du réservoir de la région étudiée a été utilisée afin d'intégrer les variations locales (McNeely et al., 2006). Un intervalle de confiance de 95,4 % (2 a) a été utilisé pour minimiser les probabilités d'erreur des âges étalonnés.
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CHAPITRE 4
RÉSULTATS
Les résultats sont divisés en quatre thèmes principaux. Pour commencer, la lithostratigraphie des carottes utilisées fait objet d'une synthèse. Une chronostratigraphie permet ensuite l'identification de Hl et H2. La partie suivante présente les principaux lithofaciès de Hl et H2 le long de la marge continentale du Labrador. Les résultats des caractéristiques physico-chimiques sont ensuite détaillés individuellement pour Hl et H2 selon les différentes analyses.
4.1 Lithostratigraphie des carottes
Les carottes utilisées font entre 7,78 m et 13,98 m de longueur (Figure 2 : Profils lithostratigraphiques de chacune des carottes étudiées). Les premiers mètres à la surface se composent généralement d'argile silto-sableuse de couleur gris olive, grise ou gris foncé. Plus en profondeur, se trouvent des argiles gris olive ou gris en alternance avec des unités distinctes d'argile silto-sableuse brun tan avec IRD. Dans certaines carottes (45, 58 et 05), une unité sédimentaire gris foncé est présente sous une unité brun tan. À partir du détroit d'Hudson jusqu'au large de Nain (carottes 45, 58 et 37), les séquences sédimentaires comprennent des faciès laminés riches en IRD alors qu'à l'éperon d'Hamilton (carottes 05 et 52), des faciès non-laminés et bioturbés avec un contenu moins important en IRD sont observables. La Figure 2 illustre les profils lithostratigraphiques de chacune des carottes dont les principales caractéristiques sont brièvement synthétisées dans de courts paragraphes.
15 45 58 0 —i 200 400 -=- 600 — 800 1000 1200 — b) N.D. Légende s i m p l i f i é e Gris-vert 37 05 d) 52 e) Vert olive Brun Brun rouge Brun tan Gris Gris Argile Argile silteuse Argile silto-sableuse Argile silto-sableuse avec IRD Laminations de sable Laminations • %» Galets v. Graviers Bioturbation Contact anormal
Figure 2 : Profils lithostratigraphiques de chacune des carottes étudiées. (Modifiés des profils de Ben Daniel (CGC-A) Voir Annexe 6 : Légende originale des profils
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Description lithostratigraphique des carottes (Figure 2):
a) Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45) : Cette carotte fait 10,08 m de longueur. Les quatre premiers mètres en surface se composent en grande partie d'argile silto-sableuse gris olive avec ERD. Deux unités de couleur brun tan sont observables à 2 m et à 2,6 m. À partir de 3,8 m sur environ 2 m d'épaisseur, une unité distincte d'argile silto-sableuse laminée de couleur brun tan comprenant une surface d'érosion est présente. Une mince couche silto-sableuse gris foncé avec IRD se situe juste en dessous suivie d'une unité d'argile gris vert affectée par la bioturbation. Le reste de la séquence se compose d'argile silteuse brune et laminée.
b) Large de Nain (carotte 58) : Cette carotte a une longueur de 7,78 m. Le premier 1,5 m en surface se compose en grande partie d'argile silto-sableuse grise suivie d'une unité d'argile silto-sableuse gris foncé. Une épaisse unité d'argile gris olive bioturbée s'étend ensuite jusqu'à 3 m. Jusqu'à 4,5 m, la séquence se compose de trois unités d'argile silteuse grise bioturbées et de deux unités distinctes d'argile silto-sableuse brun tan bioturbées avec IRD dispersés. La suite de la séquence se caractérise principalement par une épaisse unité d'argile grise, d'une autre unité distincte d'argile silto-sableuse brun tan sous laquelle se trouve une mince couche de silt-sableux gris foncé avec des laminations de sable et d'IRD. Les derniers mètres sont composés d'argile silto-sableuse grise riche en IRD.
c) Large de Hopedale (carotte 37) : Cette carotte a une longueur de 9,63 m. La première partie en surface se compose d'une épaisse unité d'argile silteuse brune suivie d'une unité d'argile silteuse grise qui s'étendent jusqu'à 3,5 m de profondeur. Suivent ensuite des argiles silteuses gris olive situées entre deux minces couches sableuses. Tout le reste de la séquence est caractérisé par des argiles silteuses grises à l'exception d'une unité distincte à 5,9 m composée d'argile silto-sableuse brun tan avec IRD.
d) Éperon d'Hamilton, haut de pente (carotte 05) : La carotte prélevée a une longueur de 9,87 m. À partir de la surface, elle se compose d'une unité d'argile silto-sableuse brune suivie d'une unité d'argile brune et une d'argile silteuse brune. Entre 1,3 et 1,53 m se trouve une unité d'argile silteuse brun tan bioturbée avec des IRD dispersés. Une unité
17
entre 1,7 et 1,8 m comporte les mêmes caractéristiques. Entre ces deux unités semblables, des argiles gris olive foncé fortement bioturbées avec quelques laminations de sable et IRD dispersés sont observables. La séquence qui suit se compose d'argile grise jusqu'à 2,5 m, endroit où se distingue une unité d'argile silto-sableuse brun tan bioturbée. Sous cette unité se trouve une mince couche d'argile silto-sableuse gris foncé avec clastes d'argile. Par la suite, une unité distincte d'argile silto-sableuse brune avec IRD est suivie d'argile silto-sableuse gris olive. Les quatre derniers mètres de la séquence se composent strictement d'argile gris olive et d'argile grise avec quelques coquilles.
e) Éperon d'Hamilton, bas de pente (carotte 52) : Cette carotte est une longue séquence sédimentaire de 13,98 m. Les 6 m en surface sont dominés par des argiles silteuses gris olive en alternance avec quatre unités distinctes d'argile silto-sableuse brun tan avec IRD. Les huit derniers mètres se composent principalement d'argile grise massive en alternance avec des argiles gris olive.
4.2 Chronostratigraphie et identification des dépôts Hl et H2
L'identification des dépôts de Hl et de H2 dans les carottes étudiées s'appuie sur 9 dates radiocarbones ainsi que sur les caractéristiques connues des dépôts d'Heinrich dans la mer du Labrador (présence de CI., augmentation des valeurs de L*, contenu élevé en IRD et faible SM). Le Tableau 2 ci-dessous comprend les datations 14C utilisées.Tableau 2 : Âges radiocarbones obtenus par AMS.
Carotte Profondeur # d'identification Âge 14C Âge "C BP corrigé et Chercheur
(cm) de l'échantillon conventionnel (année) étalonné (année) 45 375 TO-13447 12580 ±90 13904 ±236 Piper/Saint-Ange 45 578 TO-13448 20350 ±140 23705 ± 460 Piper/Saint-Ange 58 539-541 TO-106311 21330 ±120 24764 ± 378 Rousseau 37 612-618 TO-13668 14710± 100 17108 ±502 Piper/Saint-Ange 37 722 UG-10630 14480 ±50 17424 ± 325 Rousseau 5 268-270 TO-106309 21530 ±80 25018 ±425 Rousseau 52 219-221 TO-106306 12615 ±30 13912 ±140 Rousseau 52 205-508 TO-13667 15160±100 17942 ±559 Piper/Saint-Ange 52 657-659 TO-106307 21320 ±70 24757 1 287 Rousseau
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I _> s X X N3 - » D 0 1 5 : a i c a. 1— ai «i ^ S n 8 a K Z 0) _> W oc19 Dans les carottes 45, 58, 05 et 52, le dépôt de H2 s'est avéré facilement identifiable grâce aux dates obtenues. Des échantillons de foraminiferes avaient été prélevés directement sous une unité de couleur brun tan caractérisée, dans trois de ces carottes, par une couche noire à sa base. Cet échantillonnage stratégique a permis d'obtenir 4 dates similaires de 23 705 ± 460 étal. BP (carotte 45 - 578 cm), 24 764 ± 425 étal. BP (carotte 58 - 539 cm), 25 018 ± 425 étal. BP (carotte 05 - 268 cm) et 24 757 ± 287 étal. BP (carotte 52 - 658 cm) qui concordent tout-à-fait avec celles de Rashid et al. (2003a, 2003b) qui estime le début de H2 à 24 000 étal. BP.
D'autres échantillons datés entre 13 000 et 18 000 cal. BP ont servi à délimiter l'intervalle spatio-temporel dans lequel se trouve Hl qui est daté à 16 800 étal. BP. selon Rashid et al. (2003a; 2003b).
Dans la carotte 45, une date de 13 904 ± 236 étal. BP à 375 cm de profondeur permet d'identifier l'unité juste au-dessous comme étant Hl.
Pour la carotte 37, Hl est identifié grâce à une date de 17 108 ± 502 étal. BP à 615 cm, ce qui correspond approximativement au début de l'événement. Un deuxième échantillon prélevé à 722 cm a été daté à 17 424 ± 325 étal. BP. Un taux de sédimentation de 35 mm/an peut donc être calculé pour l'intervalle entre 612 et 722 cm. Considérant que H2 est absent selon les propriétés physiques et considérant un même taux de sédimentation pour l'intervalle 722 à 963 cm, la séquence sédimentaire de la carotte 37 ne daterait que de ~18 100 étal. BP et serait donc postérieure à H2.
Deux datations dans la carotte 52 permettent de confiner le dépôt de H1. À 502 cm, une première date à 17 942 ± 559 étal. BP indique que le dépôt de Hl se situe légèrement au-dessus alors qu'une seconde de 13 912 ± 140 étal. BP à 220 cm confirme la localisation deHl.
Dans les carottes 58 et 05, c'est à l'aide de la localisation connue de H2 en plus des propriétés physico-chimiques que l'identification de Hl est possible. Une toute première observation permet d'abord de repérer à l'œil nu deux dépôts distincts de couleur brun tan ultérieurs à H2. Ces dépôts se caractérisent par de brusques variations de l'ensemble des paramètres physico-chimiques qui s'illustrent par une augmentation des valeurs de L* et de CI. et une diminution des valeurs de SM. Ces caractéristiques sont typiques des
20
événements d'Heinrich dans la mer du Labrador. C'est donc par analogie que le premier événement au-dessus de H2 est interprété comme étant Hl et le deuxième comme HO.
4.3 Lithofaciès de H1 et H2
Les dépôts de Hl et H2 dans les carottes récupérées entre le détroit d'Hudson et l'éperon d'Hamilton dans la mer du Labrador correspondent à des unités d'argile silto-sableuse calcaire (CaCGj élevé) de couleur brun tan riche en IRD dispersés. La couleur pâle des sédiments est associée au contenu riche en carbonate (Andrews et Tedesco, 1992). Grâce à l'analyse des images rayons-X, des photos numériques et des descriptions lithologiques, quatre principaux faciès ont été identifiés: 1) un faciès laminé riche en carbonate avec IRD, 2) un faciès bioturbé riche en carbonate avec IRD, 3) un faciès bioturbé riche en carbonate et.4) un faciès bioturbé riche en carbonate avec IRD et quelques rares laminations.
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4.3.1.1 Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45)
À l'embouchure du détroit d'Hudson, Hl correspond à un faciès laminé riche en carbonate avec IRD (Figure 4a). Il comporte des laminations de couleur brun gris et brun tan interstratifiées par des sables fins. Les lits brun tan font entre 1 et 6 cm (généralement 1 cm) alors que les lits brun gris font entre 3 mm et 3 cm (généralement 6 mm). Sur les rayons-X, on remarque plusieurs clastes au début ainsi qu'à la fin du dépôt de Hl. Les IRD sont dispersés, mais peuvent parfois être concentrés à l'intérieur des laminations. De 416 à 432 cm, des perturbations observables sur les photos et rayons-X sont dues au carottage.
Dans cette carotte, les dépôts de Hl et H2 sont difficilement distinguables puisqu'ils se superposent l'un sur l'autre en raison d'une lacune sédimentaire. La possibilité d'un arrêt de sédimentation est écartée puisqu'une discontinuité est observable sur les rayons-X à 446 cm. Celle-ci est très discrète et non-visible sur les photos. Par contre, les rayons-X illustrent bien ce contact anormal représenté par une série de microfailles orientées parallèlement qui tronquent le sommet de H2 (voir Figure 6).
4.3.1.2 Large de Nain (carotte 58)
Un peu plus au sud, au large de Nain, Hl se caractérise par un faciès bioturbé riche en carbonate avec IRD dispersés et quelques laminations (Figure 4b). Entre 385 et 410 cm, les IRD sont dispersés parmi les laminations d'argile silto-sableuse de couleur brun gris. Ces dernières, riches en sable, sont peu fréquentes et ne font que quelques mm d'épaisseur, à l'exception d'une seule à 390 cm qui fait 1,5 cm. Plusieurs clastes d'argile calcaire grise (CaCCh = 2,5) sont également observables à la base et au sommet de l'unité. Le contact avec l'unité supérieure est graduel.
4.3.1.3 Large de Hopedale (carotte 37)
Au large de Nain, Hl correspond à un faciès laminé riche en carbonate avec IRD dispersés (Figure 4c). Le contact avec l'unité inférieure est graduel. Le contenu en argile silteuse de couleur vert gris à la base diminue graduellement pour laisser place à partir de 611 cm à de l'argile silteuse de couleur brun tan riche en sable fin. La base du dépôt se caractérise par une concentration de clastes d'argile. Les 20 cm suivants sont laminés par
23
des lits d'argile silteuse brun tan riche en sable fin de 12 mm interlaminés d'argile silteuse grise. La fin de l'intervalle se caractérise par des laminations de sable fin de 15 mm qui diminuent en épaisseur jusqu'au sommet à 580 cm. Le contact avec l'unité supérieure est franc comme en témoigne la différence de couleur.
4.3.1.4 Éperon d'Hamilton, haut de pente (carotte 05)
À l'éperon d'Hamilton, dans le haut de la pente, Hl présente un faciès bioturbé riche en carbonate avec peu d'IRD et quelques rares laminations (Figure 4d). Celles-ci sont très peu visibles à cause de la bioturbation. Au sommet de l'unité, un tunnel ouvert dans une lamination de sable fin témoigne des activités de bioturbation. C'est d'ailleurs tout le dépôt qui est bioturbé, ce qui fait en sorte que les contacts avec les unités sous-jacente et sus-jacente ne sont pas francs.
4.3.1.5 Éperon d'Hamilton, bas de pente (carotte 52)
Au bas de la pente de l'éperon d'Hamilton, Hl correspond à un faciès bioturbé riche en carbonate avec IRD dispersés et quelques rares laminations (Figure 4e). Le contact à la base est franc et se traduit par un changement de couleur distinct avec l'unité inférieure alors que celui au sommet est graduel sur 5 cm. L'apparence marbrée du faciès sur la photo est due aux structures de bioturbation. Les réseaux de tunnels sont d'ailleurs visibles sur les rayons-X. A la base de l'unité se trouve une succession de quelques fines laminations d'argile silteuse avec IRD et clastes d'argile grise de 1 à 2 cm.
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3 _> Q. i ai 3 c O. (t) S (B1
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25 4.3.2.1 Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45)
À l'embouchure du détroit d'Hudson, H2 correspond à un faciès laminé riche en carbonate avec IRD (Figure 5a). Son sommet est perturbé par un contact anormal à 454 cm représenté par des microfailles parallèles (Figure 6, page 27). La description lithologique du dépôt de H2 est presque la même que celle de Hl (voir section 4.3.1). Ce qui les distingue est la diminution de la fréquence des laminations interstratifiées ainsi que la couche sédimentaire noire à la base. De 468 à 499 cm, les laminations de sable fin de plus de 24 mm diminuent en fréquence avec la profondeur. La couche noire à la base comporte un faciès laminé (laminations de silt-sableux gris foncé) riche en IRD. Le contact avec la couche inférieure est franc.
4.3.2.2 Large de Nain (carotte 58)
Au large de Nain, H2 se présente sous un faciès laminé riche en carbonate avec IRD (Figure 5b). Des laminations argilo-silteuses interstratifiées par des sables fins sont observables. Sur les 10 derniers cm à la surface, plusieurs clastes d'argile vert gris ainsi que plusieurs clastes d'argile calcaire (CaCCh = 3) de couleur brun tan sont présents. La couche noire correspond à un faciès laminé avec IRD composé de silt-sableux gris foncé et de laminations de sable grossier parsemées d'IRD.
4.3.2.3 Éperon d'Hamilton, haut de pente (carotte 05)
En haut de pente de l'éperon d'Hamilton, H2 correspond à un faciès bioturbé riche en carbonates avec très peu d'IRD (Figure 5c). Ce sont des argiles-silteuses brun tan pâle qui composent cet intervalle. Aucune lamination n'est visible et très peu de graviers sont présents. Plusieurs clastes d'argile sont par contre observables. La couche noire de cette séquence se compose d'argile silto-sableuse de couleur gris foncé.
4.3.2.4 Éperon d'Hamilton, bas de pente (carotte 52)
En bas de pente de l'éperon d'Hamilton, H2 comporte un faciès bioturbé riche en carbonate avec IRD (Figure 5d). Un contact franc avec l'unité inférieure à la base du dépôt de H2 à 655 cm est discernable et tout comme pour le sommet de H1, le contact du sommet de H2 (640 cm) avec l'unité supérieure est graduel sur 3 cm. Il comporte des clastes d'argile grise de 2 mm à 3 cm ainsi que de plus petits clastes d'argile brun tan de
26 moins de 4 mm. Les deux premiers cm à la base sont riches en graviers. Ce dépôt, contrairement aux autres H2, n'a pas de couche noire à sa base.
4.4 Caractéristiques physiques et compositions géochimiques
de Hl et H2
L'analyse des paramètres physiques permet l'identification de tendances à l'intérieur de Hl et H2 représentant la signature unique des deux événements selon leur distance par rapport à la source.
Cette section présente les principaux résultats des paramètres physiques et géochimiques des sédiments composant Hl et H2. Les figures illustrant les résultats de l'intervalle H1-H2 sont d'abord présentées et les prochaines sections y feront constamment référence. Ces sections présenteront les résultats de Hl et H2 séparément afin de distinguer leur signature. La présentation des carottes est toujours effectuée dans le même ordre (45, 58, 37, 05 et 52), soit à partir du signal de référence enregistré à l'embouchure du détroit d'Hudson jusqu'à l'éperon d'Hamilton.
TJ M C - l O o TJ 3 C " 3 2 . Os _ ? M — Os - 0 *. — -o 3 " v; ■J. 00 —1 " o o O 3 " 3 - 3 3 O JS CL -. o Ol — __ -o 3 -| H " O OI ~~ ? 8 -p -8 J o _C — _C jo CL O — p o ES o r * fD -P--L ^ t o
2006040 45PC
28
Diminution Variations Augmentation
< > > Rb Zn Zr Sr Mo 0 20 40 60 350 - , H1 A 385cm H2 Couche noire < ) 454cm 564cm 574cm 20000 200 400 160 240 (en ppm)
Figure 7 : Concentration d'éléments chimiques (en ppm) pour l'intervalle H1-H2 de la carotte 45.
29 2006040 58PC SM (SI) 100 200 300 400 300 325 350 — 375 — 400 — E I— ■g 425 c p 450 475 — 500 — 525 — 24 764 ± 378 550 A 370cm H1 415cm H2 486cm Couche noire $ 534cm 539cm •Âges cal. BP_, 4<
2005033B 37PC SM (SI) 30 0 200 400 600 800 I I I I J I I I 75 150 — 225 — 300 — 375 — E g 450 — ■ S 525 — 600 — 17 108 ±502 675 — 17 424 ±325 750 —I 825 — 900 -•Âges cal. BP1 A 589cm ▼ 615cm 1 I ' I ' I ' I 40 44 48 52 56 L*
M Profondeur (cm) _P era 3 3 - o 3 -o __ Ô\ ^— JS • 3 3 " >-< ji Ô' O o
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o en D . o o __. ô~i
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O § § 00s
<: C/) § - _s 8SÏ oo S ê S 3 3" I
W2006040 05PC 32 Diminution «-Ti Mn Rb Zn Sr Augmentation Mo Zr 100 n
m $;
H2 70cm 181cmî
249cm 264cm Couche noire 268cm (en ppm)Figure 11 : Concentration d'éléments chimiques (en ppm) pour l'intervalle H1-H2 de la carotte 05.
■n 3 3 t O O ■3 2 . Os Os - 0 • 3 3 " *< _. ô' O I o 3" X! 3 O en CL. O 3 O EL o"
i
tO a o ET o1
|H> O t o ro a> <35 cn &. cn o o o 3 3 (O 002005033B 52PC 34 Diminution Fe Ti Rb Zn Augmentation Sr Mo
1
450 - i 475 500 -525 550 575 -600 625 650 675 -700 H1 f481cm y 498cm H2 | ^ 6 4 0 c m 655cm 0 20 40 <e n PP"1)35
4.4.1 Propriétés physico-chimiques de Hl
4.4.1.1 Embouchure du détroit d'Hudson (carotte 45)
À l'embouchure du détroit d'Hudson (Figure 6), les analyses granulométriques du dépôt de Hl démontrent trois principaux pics d'IRD >150um; un premier à la base (450 cm), un second au milieu (420 cm) atteignant des valeurs de 30 % et un dernier de 32 % au sommet (385 cm). Le pourcentage moyen d'IRD de cette unité est de 25 % alors qu'il est presque nul dans l'unité supérieure. Le contenu en CI. augmente également entre 4 et 7 % et suit presque la même tendance que celui des IRD, à l'exception du sommet où les fortes valeurs d'IRD correspondent à une diminution de CI. (2 %). Les taux élevés de ces derniers paramètres sont associés à de faibles valeurs de SM variant entre 150 et 200 IO"5 SI sauf pour les 10 derniers cm du sommet où les valeurs augmentent drastiquement à 280 10 "5 SI. La courbe du paramètre L* démontre une forte augmentation (entre 50 à 58) et atteint un minimum (44) au sommet. Il y a une relation inverse entre les valeurs de L* et de CL qui augmentent et celles de SM qui diminuent. Au sommet de Hl, tous les paramètres adoptent une tendance inverse mis à part les concentrations d'IRD.
Les concentrations d'éléments chimiques démontrent deux tendances principales soit une diminution de Fe, Ti, Mn, Rb et Zn et une augmentation de Sr et Mo (Figure 7). La courbe de l'élément Zr illustre, quant à elle, de grandes fluctuations de concentrations tout comme le ratio Fe/Rb. Le ratio Ti/Sr chute à 12 et varie selon les concentrations en CI. Le sommet de la séquence est également caractérisé par des tendances inverses des concentrations géochimiques, c'est-à-dire que les concentrations qui diminuaient augmentent et celles qui augmentaient diminuent.
4.4.1.2 Large de Nain (carotte 58) et Large de Hopedale (carotte 37)
Au large de Nain et de Hopedale (Figure 8 et Figure 9), Hl se distingue par des changements dans les valeurs de L* et de SM. Les valeurs de la courbe de SM chutent brusquement de 350 à 150 10 "5 SI (Nain) et de 200 à 100 10 "5 SI (Hopedale). Ce changement prompt se produit inversement pour les valeurs de L* qui augmente de 48 à 56 (Nain) et 46 à 52 (Hopedale) pour les mêmes profondeurs.
