Biogeochemical cycle of Iron : distribution and speciation in the North Atlantic Ocean (GA01) and the Southern Ocean (GIpr05) (GEOTRACES)

Etude du cycle biogéochimique du fer : distribution et spéciation dans l’Océan Atlantique Nord (GA01) et l’Océan Austral (GIpr05) (GEOTRACES)

• Auteur / Autrice : Manon Tonnard
• Direction : Géraldine Sarthou, Andrew Bowie, Hélène Planquette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie marine
• Date : Soutenance le 06/07/2018
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Université de Tasmanie (Australie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l’environnement marin (Plouzané, Finistère) - Centre de recherche coopérative sur le climat et les écosystèmes antarctiques (Australie)
• Jury : Président / Présidente : François Lacan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Sarthou, Andrew Bowie, Hélène Planquette, François Lacan, Cécile Guieu, Christoph Völker, Simon Ussher, Julia Uitz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Guieu, Christoph Völker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cycles biogéochimiques

Cycles biogéochimiques

Fer

Mots clés libres

Fer

Cycle biogéochimique

Limitation de la croissance du phytoplancton

Spéciation organique du Fe

Iron

Biogeochemical cycle

Phytoplankton growth limitation

Organic speciation

Résumé

Il est désormais établi que la disponibilité en fer (Fe) contrôle environ 50% de la production primaire des océans du monde. Cependant, les processus régissant l’intensité des puits et des sources du Fe ainsi que la prédominance relative de ces sources au sein des divers bassins océaniques, sont elles-mêmes peu contraintes. Par ailleurs, une fois entrées dans le système océanique, la disponibilité et l’accessibilité des diverses formes de Fe pour les organismes marins restent incertaines. La réactivité du Fe au sein de l’environnement marin dépend de son état d’oxydoréduction et de complexation. Le fer dissous (DFe) est souvent considéré comme la fraction la plus biodisponible pour le phytoplancton et les ligands organiques du Fe augmentent vraisemblablement le temps de résidence du Fe et permettent des concentrations de DFe bien plus élevées que sa solubilité inorganique ne le permet dans l’eau de mer (10 pmol L-1).Dans ce contexte et s’inscrivant dans le programme international GEOTRACES, cette thèse a pour but principal d’implémenter notre savoir du cycle biogéochimique du Fe dans l’océan et ses interactions avec la structure des communautés phytoplanctoniques, en particulier afin de mieux contraindre les formes biodisponibles du Fe. Ainsi, les objectifs de cette thèse reposent sur trois questions scientifiques : 1) Quelles sont les distributions, sources, et puits de Fe ? 2) Quel est le lien entre la structure des communautés phytoplanctoniques et les concentrations en DFe ? 3) Comment la spéciation organique du DFe impacte ses concentrations et sa biodisponibilité ? Ces trois questions ont été explorées sur de deux zones d’études contrastées : l’océan Nord Atlantique (GEOVIDE, GA01 GEOTRACES voyage, PIs G. Sarthou and P. Lherminier) étant occasionnellement et saisonnièrement appauvri en Fe et l’océan Austral (HEOBI, GIpr05 GEOTRACES voyage, PIs A. Bowie, T. Trull, Z. Chase) l’étant de manière permanente.

It is now recognized that iron (Fe) availability dictates the efficiency of the global biological carbon pump such that any perturbation of Fe sources will lead to changes in the carbon cycles with consequences on both other major nutrient cycles and the climate system, controlling about 50% of the worldwide ocean primary production. However, the underlying processes themselves that affect the pathways releasing and trapping Fe, and the relative predominance of Fe sources among the different ocean basins are still poorly constrained. More importantly, the extent to which both the chemical and the physical speciation of Fe are available and accessible for marine organisms, once it enters the ocean, remains uncertain. The reactivity of Fe within the marine environment will depend on its redox and complexation state, with DFe generally considered the most bioavailable form for phytoplankton and Fe-binding organic ligands likely increasing the residence time of Fe that enables enhanced DFe concentrations way above its inorganic solubility in seawater (c.a. 10 pmol L-1).In this context and as part of the international GEOTRACES program, this thesis aims at improving our knowledge on Fe biogeochemical cycle in the ocean and its interactions with the phytoplankton community structure to better constrain the bioavailable forms of Fe. The objectives of this thesis revolve around three scientific questions: 1) What are the distributions, sources, and sinks of dissolved iron? 2) What is the link between the phytoplankton community structure and dissolved iron concentrations? 3) How the organic speciation of dissolved iron affects its concentrations and bioavailability for the phytoplankton community? These three questions were investigated through two contrasted areas: the North Atlantic Ocean (GEOVIDE, GA01 GEOTRACES voyage, PIs G. Sarthou and P. Lherminier) and the Southern Ocean (HEOBI, GIpr05 GEOTRACES voyage, PIs A. Bowie, T. Trull, Z. Chase) the former being occasionally seasonally depleted in Fe, the latter permanently.