Production et dissolution de la silice biogène dans les systèmes marins : Mesure par spectrométrie de masse

Production and dissolution of biosilica in marine systems. Measurement by mass spectrometry

• Auteur / Autrice : Charlotte Beucher
• Direction : Paul Tréguer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie marine
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dinoflagellés

Diatomées

Spectrométrie de masse

Cycles biogéochimiques

Silice

Résumé

Cette thèse s'inscrit dans l'étude du cycle biogéochimique marin du silicium. L'objectif est de quantifier les vitesses de production et de dissolution de la silice biogène (BSiO2) dans les eaux côtières et océaniques (la rade de Brest et l'Océan Austral). Pour cela, une technique isotopique de mesure de la vitesse de dissolution (traceur : 30Si), par spectrométrie de masse, est développée. Un suivi hebdomadaire de la production et de la dissolution de BSiO2, au site SOMLIT/Brest, durant 2 ans, permet de montrer une forte variabilité saisonnière. A l'échelle annuelle, environ 50% de la silice produite dans les eaux de surface sont recyclés. Durant la période productive, la dissolution de la silice est liée à la production de BSiO2 et à la température. Comparativement aux études menées en 1981 et en 1993, un changement de dominance du microphytoplancton en rade de Brest est observé. Les dinoflagellés dominent les diatomées de la mi-août à la fin octobre 2001, et en août 2002. Deux hypothèses sont proposées pour expliquer ce basculement : contrôle par les conditions nutritives en 2001 et contrôle par le broutage en 2002. L'étude dans le secteur Indo-Pacifique de l'Océan Austral, durant l'été austral, révèle un recyclage quasi total de la silice. La vitesse spécifique de dissolution n'est pas liée à la température mais une corrélation avec le pourcentage de diatomées mortes est mise en évidence. Pour les stations riches en BSiO2 (> 100 mmol m-2), l'activité enzymatique protéolytique intégrée de la totalité des bactéries et la vitesse moyenne de dissolution sont corrélées. Dans l'Océan Austral, la synthèse des données du recyclage de la silice biogène montre que la pompe à acide silicique peut fonctionner selon 3 modes et qu'elle est plus efficace au printemps. L'existence de périodes d'export nul est à considérer dans la modélisation de la production primaire actuelle et passée.

This PhD thesis is part of the study of the biogeochemical cycle of silicon. This study aims to quantify production and dissolution rates of biosilica (BSiO2) in coastal and open ocean (the bay of Brest and the Southern Ocean). For that, an isotopic method (30Si as a tracer), using mass spectrometry, is developed. A time series (2 years, weekly sampling) of production and dissolution rates of biosilica (BSiO2), at SOMLIT/Brest station, shows a high seasonal variability. Annually, 50% of the biosilica produced in surface waters of the bay of Brest are regenerated. During productive period, the dissolution is related to BSiO2 production and to temperature. Comparatively to studies conducted in 1981 and 1993, a change of microphytoplankton dominance is observed in the Bay of Brest. Dinoflagellates out-compete diatoms from mid-August to end of October 2001 and during August 2002. Two hypotheses are proposed to explain the shift: a bottom-up control in 2001 and a top-down control in 2002. Measurements performed in the Indian-Pacific sector of the Southern Ocean, during summer 2003, reveal a total recycling of biosilica. Dissolution rates were not related to temperature but to percentage of dead diatoms. A correlation between integrated enzymatic protease activity of total bacteria and mean specific dissolution rate is observed for stations with high BSiO2 (> 100 mmol m-2). In the Southern Ocean, the synthesis of data about biosilica recycling show that the silicic acid pump can run into 3 modes and is more efficient during spring. The existence of such periods without silica-export must be considered both, in present and past primary production reconstruction.