Approche multi-proxy (234Th, Baxs, δ13C, δ15N) des flux d

Approche multi-proxy (234Th, Baxs, δ13C, δ15N) des flux d’export et de reminéralisation du
Carbone et des éléments nutritifs N, Si, Eléments Traces Métalliques (ETM) associés à la pompe
biologique en Atlantique Nord (Campagne GEOVIDE – 2014).
Equipe d’accueil : LEMAR (Equipe 3 : Étude intégrée du fonctionnement des écosystèmes) et
Analytical and Environmental Chemistry & Earth System Sciences (ANCH, Groupe Biogéochimie)
Encadrants : F. Planchon (MCF, UBO/LEMAR), H. Planquette (ANR RPDOC, LEMAR)
Thèse en co-tutelle avec l’Université Libre de Bruxelles (Vrije Universiteit Brussels, Belgique)
Co-directeurs: G. Sarthou (CR, LEMAR) et Prof. F. Dehairs (VUB, ANCH, Belgique)
Contact : Frédéric Planchon (Tel) 02 98 49 86 98 ; email : [email protected]
Contexte général : Les échanges gazeux à l’interface Océan-Atmosphère régulent les concentrations
atmosphériques de gaz à effet de serre comme le CO2 et jouent un rôle important dans le contrôle du
climat (Sigman and Boyle, 2000). Parmi les processus qui contrôlent ces échanges, la pompe
biologique est un acteur majeur qui contribue chaque année au transfert de ~10 GT de C vers l’océan
profond (Buesseler et al., 2007). La pompe biologique schématise une série complexe d’étapes
incluant la formation de matière particulaire par l’activité photosynthétique en surface, le transfert de
biomasse vers les niveaux trophiques supérieurs, la sédimentation vers l’océan profond, la dégradation
bactérienne des particules exportées, et enfin l’accumulation dans le sédiment. Malgré plusieurs
décennies de recherche consacrées à la pompe biologique, nos connaissances restent encore limitées
(Boyd and Trull, 2007). Les progrès requièrent de meilleures observations ciblant notamment les
zones de forte productivité, mais aussi une meilleure caractérisation de la dynamique verticale des
particules exportées. Le devenir des particules dans la zone de reminéralisation pélagique contrôle la
redistribution du C et des éléments nutritifs (N, Si, ETM) au sein de la colonne d’eau et détermine le
temps de stockage du C océanique.
Objectifs : L’objectif de cette thèse est d’étudier la dynamique des flux verticaux de C et d’éléments
nutritifs (N, Si, ETM) dans le cadre de la campagne en mer GEOTRACES-GEOVIDE en Atlantique
Nord. L’étude portera sur l’estimation de la production d’export de surface ainsi que sur les flux de
reminéralisation mésopélagique le long du transect GEOVIDE depuis la zone subtropicale (upwelling
du Portugal) jusqu’à la zone subpolaire (Bassin d’Irminger et Mer du Labrador). L’approche
développée se fondera sur une combinaison de proxies biogéochimiques :
(1) le 234Th pour l’estimation des flux d’export de C, N, Si, et ETM (Fe, Co, Cu, Cd)
(2) le Ba particulaire biogénique (Baxs) pour l’estimation des flux de reminéralisation mésopélagique
(3) l’isotopie du C et de N pour l’estimation de la production primaire dans la couche photique.
Cette approche est inédite car elle permettra d’estimer des flux à la fois de C et de N mais aussi de
métaux traces contrôlant l’efficacité de la pompe biologique (Fe, Cu, Co). Cette étude des flux de
transfert de métaux traces contribuera à une meilleure appréhension des mécanismes d’échanges entre
les compartiments dissous et particulaire qui sont pour le moment à élucider. Ces données pourront
également être implémentées dans des modèles couplés physique-biogéochimie tels que NEMOPISCES (Resplandy et al., 2012).
Pour sa mise en œuvre, cette étude utilisera les moyens techniques de l’IUEM (Pôle Spectrométrie
Océan) et du LEMAR (Laboratoire Chimie, Salle Blanche). La méthode de caractérisation des métaux
traces en phase particulaire par SF-ICP-MS est parfaitement maitrisée par les co-encadrants
(Planquette and Sherrell, 2012). De plus, un premier travail de quantification des flux verticaux de
métaux traces a été effectué autour des îles Crozet (Planquette et al., 2011). La mise en œuvre de la
méthode 13C et 15N se fera en collaboration avec la VUB et utilisera les moyens analytiques du
laboratoire ANCH (EA-IRMS).
Résumé du sujet : le sujet de thèse proposé entend s’intéresser à la pompe biologique océanique et à
son rôle sur le transfert des éléments C, N, Si et ETM au sein de la colonne d’eau. Cette étude portera
sur l’Atlantique Nord et sera développée principalement dans le cadre du la campagne
océanographique GEOTRACES-GEOVIDE planifiée en 2014 sur un transect Portugal – Groenland –
Mer du Labrador. L’étude de la dynamique des particules biogéniques se basera sur l’utilisation de
plusieurs « proxies » océanographiques (234Th, Baxs, 13C, 15N) permettant d’estimer (1) les flux
d’export en surface et subsurface (234Th), (2) les flux de reminéralisation mésopélagique (Baxs), et (3)
la production phytoplanctonique dans la couche photique (13C et 15N). Cet ensemble de données
permettra de mieux comprendre la dynamique verticale des particules dans des zones biogéochimiques
contrastées depuis le gyre subtropical, la zone inter-gyre, et le gyre subpolaire en Atlantique Nord, et
de quantifier l’impact de la pompe biologique sur les cycles biogéochimiques du C, N, Si et des ETM
comme le Fer. Pour sa mise en œuvre, ce travail s’appuiera sur les moyens analytiques et logistiques
de l’IUEM (Pôle Spectrométrie Océan), du LEMAR (Laboratoire Chimie, Salle Blanche), et du
laboratoire ANCH (VUB, Belgique).
Partenariat : Ce sujet de thèse s’effectuera en co-tutelle avec l’Université Libre de Bruxelles (VUB,
Belgique).
Références:
Boyd, P.W., Trull, T.W., 2007. Understanding the export of biogenic particles in oceanic waters: Is there
consensus? Progress In Oceanography 72, 276-312.
Buesseler, K.O., Lamborg, C.H., Boyd, P.W., Lam, P.J., Trull, T.W., Bidigare, R.R., Bishop, J.K.B., Casciotti,
K.L., Dehairs, F., Elskens, M., Honda, M., Karl, D.M., Siegel, D.A., Silver, M.W., Steinberg, D.K., Valdes, J.,
Van Mooy, B., Wilson, S., 2007. Revisiting Carbon Flux Through the Ocean's Twilight Zone. Science 316, 567570.
Planquette, H. and Sherrell, R.M., 2012. Limnology and Oceanography: methods, 10: 367-388;
doi:10.4319/lom.2012.10.367.
Planquette, H., Sanders, R.R., Statham, P.J., Morris, P.J., Fones, G.R., 2011. Global Biogeochemical Cycles, 25,
GB2011, doi:10.1029/2010GB003789.
Resplandy, L., Martin, A.P., Le Moigne, F., Martin, P., Aquilina, A., Mémery, L., Lévy, M., Sanders, R., 2012.
How does dynamical spatial variability impact 234Th-derived estimates of organic export? Deep Sea Research
Part I: Oceanographic Research Papers 68, 24-45.
Sigman, D.M., Boyle, E.A., 2000. Glacial/interglacial variations in atmospheric carbon dioxide. Nature 407, 859.