Perturbation des environnements marins à la limite Frasnien-Famennien (Dévonien terminal) : apport de la géochimie inorganique et du magnétisme des roches.

The Late Devonian times are a transitional period characterized by important climatic varia-tions and by several environmental perturbations recorded both in the continental domain (mountain uplift, development of vascular plants) and marine domain (sea-level fluctuations, biological crisis, burial of organic matter). For this study, we focus our attention to the deposition of worldwide organic matter-rich sedimentary levels: the Late Frasnian Kellwasser horizons, and their impact on carbon cycle. The pluridisciplinary study of sedimentary sections, located on the both sides of the Eovariscan belt, allows to reconstruct the variations affecting marine environments at the Frasnian-Famennian boundary, in the areas of the Rhenisch Massif, Harz Mountains (Germany), Western Meseta and Anti-Atlas (Morocco). Our works are based mainly on geochemical analyse and rock magnetism studies. From our results, a model is proposed to account for the formation of the Late-Frasnian Kellwasser horizons.The analyses of magnetic signal show the detrital inputs gradually decreased during the Fras-nian. Detrital inputs were the lowest during the two Late Frasnian Kellwasser horizons. Conversely, the Early Famennian recorded an increase of detrital inputs. These variations were associated with global sea-level fluctuations, recorded during the Late Devonian, and profound changes of erosional rates on land. Our study suggests the evolution of detritism and carbonate productivity on the conti-nental margins were controlled by major climatic variations. This boundary would correspond to tran-sitional period from hot and humid conditions of the Devonian greenhouse climate to cooler and drier conditions, resulting in the establishment of an icehouse climate during the Carboniferous.The geochemical analyses of the Kellwasser horizons highlight the increase of primary pro-ductivity and confirm the oxygen-depleted conditions in bottom-water in most of the studied marine environments. Our study evidences contrasting degrees and duration of oxygen depletion for the two Kellwasser horizons. The lower Kellwasser horizon is characterized by the onset of dysoxic conditions in shallower environments (platforms or submarine rises), whereas the upper Kellwasser horizon re-cords the onset of anoxic to euxinic conditions in the deepest environments (basins) and oxic to dy-soxic in the shallower environments.During the lower Kellwasser horizon deposition, the oxygen depletion would have resulted from the eutrophication of shallow marine environments, induced by an enhanced supply of nutrients derived from continents that stimulated primary productivity. This mechanism would be the result of the intensification of weathering, caused by the development of vascular plants and the uplift of Eovariscan belt, and favoured by warm and humid climate. During the upper Kellwasser horizon deposition, the oxygen depletion would have resulted from water stratification confining the deepest environments, in relation with oceanic water circulations. The water stratification was accentuated during the highstand period of the late Kellwasser horizon. The anoxic water may have impinged on the platform environments because of sea-level rise. The onset of anoxic to euxinic conditions fa-voured the diffusion of nutrients released by the anaerobic decay of organic matter. The transfer of dissolved nutrients from anoxic bottom water to ocean surface could happen during episodic disrup-tions of water stratification and could enhance the primary productivity. It is proposed that this period of organic carbon burial in the sediments had highly perturbed the long-term carbon cycle, leading to a noticeable drop of the atmospheric CO2 pressure and to a cooling phase during the early Famennian. Thus, the formation of the Kellwasser horizons resulted from a conjunction of diversified phenomena, including tectonics, evolution of plants, physiography of oceans, marine productivity, all of these being in direct or indirect interactions with the climate.Le Dévonien supérieur est une période marquée par des variations climatiques importantes et de nombreuses perturbations environnementales, tant dans le domaine continental (surrection de chaî-nes de montagnes, développement des plantes vasculaires) que dans le domaine marin (fluctuations du niveau marin, crise biologique, stockage de matière organique). La mise en place de façon quasi-globale de niveaux riches en matière organique au Frasnien terminal, les horizons Kellwasser, et leur impact sur le cycle du carbone ont retenu plus particulièrement notre attention au cours de ce travail. L'étude pluridisciplinaire menée sur des séries sédimentaires situées de part et d'autre de la chaîne éovarisque nous permet de reconstituer les variations des environnements marins à la limite Frasnien-Famennien, dans les régions du Massif Schisteux Rhénan, des Montagnes du Harz (Allemagne), de la Meseta occidentale et de l'Anti-Atlas (Maroc). La démarche adoptée repose principalement sur l'analyse géochimique et l'étude du magnétisme des roches. A partir des résultats obtenus, un modèle de formation des horizons Kellwasser au cours du Frasnien terminal est proposé. L'analyse du signal magnétique montre que les apports détritiques ont progressivement dimi-nué au cours du Frasnien. Ces apports sont minimaux lors du dépôt des deux horizons Kellwasser au Frasnien terminal. A l'inverse, le Famennien inférieur enregistre une hausse de ces apports. Ces varia-tions sont associées aux fluctuations globales du niveau marin reconnues au Dévonien supérieur, ainsi qu'à des changements profonds du régime d'érosion sur les continents. Notre étude suggère que l'évolution du détritisme et de la production carbonatée sur les marges continentales ait été contrôlée par des variations climatiques majeures. Selon nous, la limite entre ces deux étages représente une période de transition entre des conditions chaudes et humides de type "greenhouse", typiques du Dé-vonien, et des conditions plus froides et plus sèches, annonçant les climats de type "icehouse" du Car-bonifère.L'analyse géochimique des horizons Kellwasser a mis en évidence la hausse de la productivité primaire et a confirmé l'appauvrissement en oxygène des eaux de fonds dans la plupart des environ-nements marins. Nos travaux montrent que le degré et la durée de l'appauvrissement en oxygène ne semblent pas être identiques pour chacun de ces deux horizons. L'horizon Kellwasser inférieur est caractérisé par la mise en place de conditions dysoxiques dans les environnements peu profonds (pla-tes-formes ou hauts-fonds marins), alors que l'horizon Kellwasser supérieur enregistre la mise en place de conditions anoxiques à euxiniques dans les environnements profonds (bassins) et oxiques à dysoxiques dans les environnements moins profonds. Durant l'épisode de dépôt de l'horizon Kellwasser inférieur, l'appauvrissement en oxygène se-rait le résultat d'une hausse importante de la productivité primaire. Cette hausse de productivité et la consommation d'oxygène auraient été induites par l'eutrophisation des milieux marins peu profonds. La libération accrue de nutriment proviendrait d'une intensification de l'altération chimique, faisant suite au développement des plantes vasculaires et à la mise en place de la chaîne éovarisque à partir du Dévonien supérieur. Ce phénomène d'altération a vraisemblablement été favorisé par un climat parti-culièrement chaud et humide. Durant l'épisode de dépôt de l'horizon Kellwasser supérieur, l'appauvrissement en oxygène résulterait de la stratification des eaux dans les environnements pro-fonds, due à une diminution de la circulation océanique, causée par un confinement plus important des bassins. Cette stratification a été accrue durant la période de haut niveau marin associée à l'horizon Kellwasser supérieur. Les eaux anoxiques ont pu se répandre dans les environnements de plates-formes à la faveur de la montée eustatique. La mise en place de conditions anoxiques, voire locale-ment euxiniques, a favorisé la diffusion des nutriments libérés par la reminéralisation de la matière organique. Ces nutriments ont pu rejoindre épisodiquement les eaux de surface, à la faveur d'interruptions temporaires de la stratification des eaux, et ainsi intensifier la productivité primaire. Il est proposé que cette période de stockage accrue de carbone organique dans les sédiments ait fortement perturbé le cycle du carbone à long terme, conduisant, au final, à une chute notable de la pression de CO2 atmosphérique et au refroidissement du climat à la base du Famennien. Ainsi, ces travaux suggèrent que la formation des horizons Kellwasser résulte de la conjonction de divers phé-nomènes, comprenant la tectonique s.l., l'évolution des végétaux, la physiographie des océans, la pro-ductivité marine, le tout en interactions directes et indirectes avec le climat