Approche multi-proxy (Thorium-234, Baryum en excès) des flux d'export et de reminéralisation du carbone et des éléments nutritifs associés à la pompe biologique océanique

Multi-proxy approach (Thorium-234, excess Barium) of export and remineralization fluxes of carbon and biogenic elements associated with the oceanic biological pump

• Auteur / Autrice : Nolwenn Lemaitre
• Direction : Frank Dehairs, Géraldine Sarthou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie marine
• Date : Soutenance le 20/01/2017
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Vrije universiteit Brussel (1970-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l’environnement marin (Plouzané, Finistère) - Analytical, Environmental and Geo-chemistry. Vrije Universiteit Brussel
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Blain
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frank Dehairs, Géraldine Sarthou, Stéphane Blain, Frédéric Le Moigne, Ian Salter, Frédéric Planchon, Hélène Planquette, Filip Meysman, Lionel Guidi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Le Moigne, Ian Salter

Mots clés

Mots clés contrôlés

Minéralisation (biologie)

Austral, Océan

Atlantique (océan ; nord)

Cycle du carbone

Mots clés libres

Pompe biologique océanique

Export

Reminéralisation

Carbone

Éléments traces

Silice biogénique

Carbonate de calcium

Oceanic biological pump

Export

Remineralization

Carbon

Trace elements

Biogenic silica

Calcium carbonate

Résumé

L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les différents facteurs contrôlant la pompe biologique de carbone en Atlantique Nord et dans l’Océan Austral, à proximité des îles Kerguelen, en utilisant notamment deux approches: le Thorium-234 (234Th) et le baryum biogénique (Baxs).En Atlantique Nord, les flux d’export de carbone organique particulaire (POC) augmentent lorsqu’ils sont associés à des minéraux biogéniques (silice biogénique et carbonate de calcium) et lithogènes, capable de lester les particules. L’efficacité d’export, généralement plus faible que précédemment supposé (< 10%), est inversement corrélée à la production, soulignant un décalage temporel entre production et export. La plus forte efficacité de transfert, i.e. la fraction de POC atteignant 400m, est reliée à des particules lestées par du carbonate de calcium ou des minéraux lithogènes.Les flux de reminéralisation mésopélagique sont similaires ou parfois supérieurs aux flux d’exports et dépendent de l’intensité du développement phytoplanctonique, de la structure en taille, des communautés phytoplanctoniques et des processus physiques (advection verticale).Comme observé pour le POC, l’export des éléments traces est influencé par les particules lithogènes provenant des marges océaniques, mais aussi des différentes espèces phytoplanctoniques.Dans l’Océan Austral, la zone à proximité de l’île de Kerguelen est naturellement fertilisée en fer, augmentant les flux d’export de fer, d’azote et de silice biogénique. Il a été démontré que la variabilité des flux dépendait des communautés phytoplanctoniques dans la zone fertilisée.

The main objective of this thesis is to improve our understanding of the different controls that affect the oceanic biological carbon pump. Particulate export and remineralization fluxes were investigated using the thorium-234 (234Th) and biogenic barium (Baxs) proxies.In the North Atlantic, the highest particulate organic carbon (POC) export fluxes were associated to biogenic (biogenic silica or calcium carbonate) and lithogenic minerals, ballasting the particles.Export efficiency was generally low (< 10%) and inversely related to primary production, highlighting a phase lag between production and export. The highest transfer efficiencies, i.e. the fraction of POC that reached 400m, were driven by sinking particles ballasted by calcite or lithogenic minerals.The regional variation of mesopelagic remineralization was attributed to changes in bloom intensity, phytoplankton cell size, community structure and physical forcing (downwelling). Carbon remineralization balanced, or even exceeded, POC export, highlighting the impact of mesopelagic remineralization on the biological pump with a near-zero, deep carbon sequestration for spring 2014.Export of trace metals appeared strongly influenced by lithogenic material advected from the margins. However, at open ocean stations not influenced by lithogenic matter, trace metal export rather depended on phytoplankton activity and biomass.A last part of this work focused on export of biogenic silica, particulate nitrogen and iron near the Kerguelen Island. This area is characterized by a natural iron-fertilization that increases export fluxes. Inside the fertilized area, flux variability is related to phytoplankton community composition.