Sources and processes governing mercury cycling in a

Proposition de sujet de thèse 2016
(A remplir par les équipes d'accueil et à retourner à Isabelle HAMMAD : [email protected]
MASTER :
Ordre de priorité de la proposition(1) :
Candidat(e)(1)
Nom - Prénom :
Date de naissance :
Cursus de second cycle (origine, années, mention) :
Mention et classement au Master (Xème sur Y) :
Sujet de doctorat proposé
Intitulé :
Sources and processes governing mercury cycling in a changing Arctic Ocean
Descriptif :
Understanding persistent high levels of mercury (Hg) in arctic biota has been an elusive goal for nearly two
decades. Little is known about where exactly inorganic Hg inputs into the Arctic generate the toxic
methylmercury (MeHg) form that bioaccumulates to record levels in arctic biota. Arctic coastal sediments,
coastal marine waters and surface snow are known sites for MeHg production. Observations on Hg dynamics in
seawater, however, have been restricted to the Canadian Archipelago and the Beaufort Sea (<79°N). Our few
preliminary data (4 stations) from the 2011 TransArc cruise were the first in the central Arctic Ocean (79 90°N, Figure 1, Heimbürger et al., 2015).
Figure 1: Methylmercury (MeHg) profiles in
picomoles per litre (pM) at the coastal
influenced open water Laptev Sea station
(PS78/280:79°N; brown triangles), the open
water Amundsen Basin station at the sea ice
edge (PS78/273:81°N; red dots), the >75%
sea ice covered Makarov Basin station
(PS78/245:85°N; green squares), and the
permanently sea ice-covered North Pole
station (PS78/218:90°N, purple diamonds).
The white line indicates the sea ice extent
during the time of sampling. The blue line
shows the general oceanic circulation of
intermediate and Atlantic waters.
For this study we developed a new double isotope-dilution MeHg detection method with exceptional precision
and lowest detection limit. MeHg maxima occur in the pycnocline waters, although noticeably shallower than
in the other oceans (150 m in the Arctic versus roughly 1000 m in the Atlantic). These shallow maxima are
probably due to the accumulation of settling biogenic particles slowed down by the strong density barrier of the
arctic pycnocline, which in turn will favor their microbial degradation and MeHg production. The shallow
MeHg maxima likely result in enhanced biological uptake at the base of the marine food web and may explain
the elevated MeHg levels in Arctic wildlife. A much broader description of our mercury research in the arctic
can be found in an article in THE CONVERSATION and a RESEARCHGATE blog. Our findings from those
first 4 water column Hg species profiles (Heimbürger et al., 2015) have inspired multiple new projects.
During the international Arctic GEOTRACES multi-ship survey during summer 2015 (Figure 2) we collected
onboard RV Polarstern (TransArc II cruise : 17.08.-14.10.2015) seawater, suspended particles (in situ pumps),
phyto-/zooplankton, ice and sediment cores samples for Hg species determination.
Figure 2: RV Polarstern and USCGC Healy meet on September 7 2015 at North Pole.
© Stefan Hendricks
Total mercury was already determined on board (typically 24 depths resolution). MeHg was sampled at all
stations (typically 12 depths), analyzed in the laboratory following Heimbürger et al. (2015), and the results
were recently presented at the 2016 Ocean Sciences Meeting (Heimbürger et al. 2016). Another Polarstern
GEOTRACES cruise at Fram Strait is planned for this summer (GRIFF cruise : 19.7.-9.9. 2016). We will
collect high resolution water column profiles, suspended particles (in situ pumps), phyto-/zooplankton, ice and
sediment cores to study the influence of North Atlantic water in/outflow, the transpolar drift, the Greenland
shelf and glaciers on arctic Hg cycling.
In parallel to the oceanographic cruises we sample since 2012 several Siberian Rivers. Today it remains unclear
whether the major Hg flux to the Arctic occurs via the atmosphere (AMAP,2011) or Arctic Rivers (Sonke and
Heimbürger, 2012). Our rivers observations, especially during spring flood, will contribute to solve this debate.
However, our preliminary data show that the river inputs cannot simply be added to the arctic Hg and MeHg
budgets (Soerensen et al. 2016). To reconcile open Arctic Ocean with river observations we will focus in the
future on the dynamics and processes that may alter the river Hg inputs at the interface along the salinity
gradient in the Siberian Estuaries.
The PhD student will analyze the samples at the MIO (Mediterranean Institute of Oceanography, AMU) and the
PROTEE (PROcessus de Transferts et d'Echanges dans l'Environnement, UTLN) laboratories following
previous established and validated methods. S/he will be trained in ultra-trace clean techniques, participate in
several field campaigns, help with the validation and interpretation of all acquired data, help with the
implementation of the data into numerical models (collaboration U Harvard) and contribute to the publication
of our findings. The PhD student will be lead author on at least 2 publications.
References:
LE Heimbürger, D Cossa, MJA Rijkenberg, G Sarthou, M Rutgers van der Loeff, EM Sunderland, JE Sonke
(2016). Mercury in the North Atlantic and Arctic Oceans - results of the 2014 GEOTRACES GEOVIDE &
2015 GEOTRACES TransArc II cruises, Ocean Sciences Meeting 2016, New Orleans, USA (22.-26.02. 2016)
LE Heimbürger, JE Sonke, D Cossa, D Point, C Lagane, L Laffont, BT Galfond, M Nicolaus, B Rabe, M
Rutgers van der Loeff (2015).
Shallow methylmercury production in the marginal sea ice zone of the central Arctic Ocean
NATURE Scientific Reports 5:10318.
doi: 10.1038/srep10318
JE Sonke and LE Heimbürger (2012).
Environmental science: Mercury in flux.
NATURE Geoscience 5 (7): 447-448
doi:10.1038/ngeo1508
AL Soerensen, DJ Jacob, AT Schartup, JA Fisher, I Lehnherr, VL StLouis, LE Heimbürger, JE Sonke,
DP Krabbenhoft, EM Sunderland (2016).
A Mass Budget for Mercury and Methylmercury in the Arctic Ocean.
Global Biogeochemical Cycles: just accepted
doi: 10.1002/2015GB005280
Programmes finançant la recherche :
obtenu :
- AXA research grant (2015-16): Levering Knowledge Gaps To Understand And Anticipate Risk From
Methylmercury Exposure, PI: LE Heimbürger (AMU-MIO) : 25 k€
-Chantier Arctique Français (CAF) PARCS-AMER (2015-18): Pollution in the ARCtic System, PI PARCS:
LATMOS (K. Law), PIs AMER – Arctic Mercury: LE Heimbürger (AMU-MIO) and JE Sonke (GET),
budget AMER : 185 k€
- ANR MED-SGD (2016-19) : Submarine Groundwater Discharge: A hidden source of chemical compounds at
the land-ocean interface), PI: P van-Beek (Université de Toulouse-OMP-LEGOS), participants: LE
Heimbürger (AMU-MIO), EPOC, LOMIC, CEREGE, HSM, GET, UAB, JCU, WHOI : 642 k€
- PRCI franco-allemand ANR-DFG MERESENS (2016-19) : MERcury Electrochemical SENSor for in situ
trace determination, PIs: D.Evrard (Université de Toulouse) and LE Heimbürger (UBremen/AMU-MIO):
400k€
- LEFE-CYBER EXPATE (2016-18): "EXploring the role of PArticles in Trace Element cycling in the central
Arctic Ocean", PIs: H Planquette (LEMAR) and LE Heimbürger (AMU-MIO): 20 k€
- ANR GEOVIDE (2014-17) : PI: G Sarthou (LEMAR) : 800 k€, budget Hg 12k€
envisagé :
en cour d’evaluation:
- NWO New Netherlands Polar Programme: “Toxic metals in the Arctic Ocean”, PIs: L Gerringa, M
Rijkenberg (NIOZ) and LE Heimbürger (AMU-MIO) : 200 k€
- HYDROTALCITE (2016-18) : contrat ALTEO Gardanne/ MIO/PROTEE) : Etude de l’importance des
hydrotalcites dans le piégeage ou le relargage d’éléments métalliques au niveau du rejet de l’effluent ALTEO
en mer. PIs : S Schintu-Jacquet (AMU-MIO) and C Garnier (PROTEE) : 240 k€
- APOG DECOMAR (2016-17): “DEvenir de COntaminants métalliques d’un effluent industriel en région
MARseillaise”, co-funding for trace metal speciation equipment. PI: LE Heimbürger (AMU-MIO)
participants: S Schintu-Jacquet, T Wagener (AMU-MIO) and C Garnier (PROTEE): 92 k€
En redaction:
ANR “Dynamics of boreal river inputs in Siberian Estuaries”
PI LE Heimbürger, participants: AMU-MIO, PROTEE, GET, AWI, DTU, ETH, UStockholm, UHarvard
Directeur(s) de thèse proposé(s)
(limiter au plus à deux personnes principales, dont au moins une titulaire de l'HDR)
Directeur HDR proposé
Nom - Prénom : Heimbürger – Lars-Eric (will pass HDR during the period of the PhD)
Corps : CNRS CR1
Adresse mail : [email protected]
Laboratoire (i.e. formation contractualisée de rattachement, éventuellement équipe au sein de cette formation) : Aix Marseille
Université, CNRS/INSU, Université de Toulon, IRD, Mediterranean Institute of Oceanography (MIO) UM 110,
13288, Marseille, France
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
AL Soerensen, DJ Jacob, AT Schartup, JA Fisher, I Lehnherr, VL StLouis, LE Heimbürger, JE Sonke,
DP Krabbenhoft, EM Sunderland (2016).
A Mass Budget for Mercury and Methylmercury in the Arctic Ocean.
Global Biogeochemical Cycles: just accepted
doi: 10.1002/2015GB005280
LE Heimbürger, JE Sonke, D Cossa, D Point, C Lagane, L Laffont, BT Galfond, M Nicolaus, B Rabe, M
Rutgers van der Loeff (2015).
Shallow methylmercury production in the marginal sea ice zone of the central Arctic Ocean
NATURE Scientific Reports 5:10318.
doi: 10.1038/srep10318
CH Lamborg, CR Hammerschmidt, KL Bowman, GJ Swarr, KM Munson, DC Ohnemus, PJ Lam, LE
Heimbürger, MJA Rijkenberg, MA Saito (2014).
A global ocean inventory of anthropogenic mercury based on water column measurements.
NATURE 512 (7512): 65-68
doi: 10.1038/nature13563
JE Sonke and LE Heimbürger (2012).
Environmental science: Mercury in flux.
NATURE Geoscience 5 (7): 447-448
doi:10.1038/ngeo1508
Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années
LE Heimbürger was only recently (11/2015) recruited as CNRS CR1 and therefore he not yet had the
opportunity to be PhD thesis supervisor. Thus far he has supervised 9 Master students, received 2 PhD
candidates as long terms visitors, and supervised the laboratory work of 6 PhD students.
(1) : A remplir lors de la campagne d'attribution des allocations, à l'issue de la session de juin des Masters
Autre directeur proposé (éventuellement)
Nom - Prénom : Garnier Cédric
Corps : Maître de Conférences - HDR
Laboratoire (i.e. formation contractualisée de rattachement, éventuellement équipe au sein de cette formation) : PROTEE (EA
3819), Université de Toulon
Adresse mail : [email protected]
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
D.H. Dang, J. Schäfer, C. Brach-Papa, V. Lenoble, G. Durrieu, L. Dutruch, J.-F. Chiffoleau, J.-L. Gonzalez,
G. Blanc, J.-U. Mullot, S. Mounier, C. Garnier (2015). Evidencing the impact of coastal contaminated
sediments on mussels through Pb stable isotopes composition, Environmental Science and Technology 49,
11438–11448
D. Omanović, C. Garnier, I. Pižeta (2015). ProMCC – an all-in-one tool for trace metals complexation
studies, Marine Chemistry 173, 25-39
B. Oursel, C. Garnier, G. Durrieu, S. Mounier, D. Omanović, Y. Lucas (2013). Dynamics and fates of trace
metals chronically input in a Mediterranean coastal zone impacted by a large urban area, Marine Pollution
Bulletin 69, 137-149
E. Tessier, C. Garnier, J.-U. Mullot, V. Lenoble, M. Arnaud, M. Raynaud, S. Mounier (2011). Study of the
spatial and historical distribution of sediment inorganic contamination in the Toulon bay (France). Marine
Pollution Bulletin 62, 2075–2086.
Y. Louis, C. Garnier, V. Lenoble, S. Mounier, N. Cukrov, D. Omanović, I. Pižeta (2009). Kinetic and
equilibrium studies of copper-dissolved organic matter complexation in water column of the stratified Krka
River estuary (Croatia), Marine Chemistry 114, 110-119
Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années
Nom : Oursel Benjamin
Intitulé : Transferts et dynamique des contaminants métalliques en zone côtière – impact d'une grande
agglomération méditerranéenne
Type d'allocation : contrat sur projets de recherche (ANR et FUI)
Date de début de l'allocation de doctorat : 01/11/2010
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : 10/12/2013
Programme finançant la recherche : MARSECO (ANR), GIRAC-PACA (FUI), MERMEX-C3A (MISTRALS)
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : Ingénieur d'études (IMBE, AMU)
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50%
Nom : Hayzoun Hanane
Intitulé : Caractérisation et quantification de la charge polluante anthropique et industrielle dans le bassin de
Sebou
Type d'allocation : co-tutelle Université de Fès (Maroc)
Date de début de l'allocation de doctorat : 01/09/2009
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : 18/09/2014
Programme finançant la recherche : ARCUS-CERES (PACA)
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : ATER Université de Savoie
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 33%
Nom : Dang Duc Huy
Intitulé : Dynamique sédimentaire et mécanismes de transferts des métaux/métalloïdes dans un écosystème
contaminé: la Rade de Toulon
Type d'allocation : contrat doctoral UTLN
Date de début de l'allocation de doctorat : 01/09/2011
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : 10/10/2014
Programme finançant la recherche : CARTOC (TPM), MERMEX-C3A (MISTRALS)
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : Post-doctorat (Trent University, Canada)
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 34%
Nom : Cindrić Ana-Marija
Intitulé : Distribution, speciation and fate of trace metals in the stratified krka river estuary
Type d'allocation : PhD grant (Croatian ministry of research)
Date de début de l'allocation de doctorat : 01/09/2009
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : 19/06/2015
Programme finançant la recherche : PHC COGITO, MERMEX-C3A (MISTRALS), MEBTRACE (HR NZZ)
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) : Post-doctorat (RBI, Croatie)
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 50%
Nom : Djae Tanalou
Intitulé : Réactivité des matières organiques dissoutes dans le système sol-plante en contexte de recyclage
agricole de produits résiduaires organiques - Conséquence pour l'évaluation de la phytodisponibilité des ETM
Type d'allocation : CIRAD/ADEME
Date de début de l'allocation de doctorat : 01/09/2012
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : prévue avant l'été 2016
Programme finançant la recherche : EC2CO+ANR (CIRAD)
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) :
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 33%
Nom : Coclet Clément
Intitulé : Impacts réciproques entre métaux traces et communautés microbiennes dans un environnement
fortement anthropisé: la Rade de Toulon
Type d'allocation : contrat doctoral Région PACA
Date de début de l'allocation de doctorat : 01/09/2015
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : fin 2018
Programme finançant la recherche : PREVENT (UTLN/TPM/CD83/PACA), IMPRECI-M² (EC2CO),
MERMEX-C3A (MISTRALS)
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) :
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 34%
Nom : El Houssainy Amonda
Intitulé : Étude de la distribution et de la mobilité des éléments traces métalliques dans la phase solide et les
eaux interstitielles de carottes sédimentaires de la région de Zouk/Antélias (Liban)
Type d'allocation : bourse CNRS-Liban
Date de début de l'allocation de doctorat : 01/10/2015
Date de soutenance (si la thèse est soutenue) : fin 2018
Programme finançant la recherche : programmes au Liban
Situation actuelle du docteur (si la thèse est soutenue) :
Pourcentage de participation du directeur à l'encadrement en cas de co-direction : 34%