Processus contrôlant la dispersion et la spéciation redox du fer dissous d'origine hydrothermale (dorsale médio-atlantique)

Processes driving the dispersion and redox speciation of hydrothermally sourced dissolved iron (Mid-Atlantic Ridge)

• Auteur / Autrice : David González Santana
• Direction : Géraldine Sarthou, Hélène Planquette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie marine
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Brest
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Guillaume Roullet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Géraldine Sarthou, Hélène Planquette, Guillaume Roullet, Rob Middag, Peter Croot, Valérie Chavagnac, Jessica Fitzsimmons
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rob Middag, Peter Croot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bouches hydrothermales

Fer

Dorsale médio-atlantique

Cycles biogéochimiques

Mots clés libres

Cycle biogéochimique du fer

Spéciation redox

Sources hydrothermales

GEOTRACES

Biogeochemichal iron cycle

Redox speciation

Hydrothermal vents

GEOTRACES

Résumé

Jusqu’à récemment, le rôle de l’activité hydrothermale dans le cycle des éléments traces et ses effets sur les cycles biogéochimiques ont été largement sous-estimés. En particulier, la contribution des dorsales à propagation lente reste mal résolue. Au cours de cette thèse, j'ai utilisé deux approches afin d’approfondir nos connaissances sur le cycle du fer (Fe) dans ces environnements. Tout d'abord, j'ai déterminé les concentrations et les constantes de taux d'oxydation du fer(II) (Fe (II)) autour de six sites hydrothermaux le long de la dorsale médio-atlantique (GA13). J'ai élargi la gamme de température de l'équation préexistante de taux d'oxydation du Fe (II) (kFe) afin de mieux contraindre ces taux dans l'océan profond où la température de l'eau de mer n’est que de 2 °C. Mes résultats montrent que même si la matière organique et les particules contribuent généralement à diminuer les kFe en produisant un temps de demi-vie de Fe (II) plus longs, les environnements hydrothermaux ont tendance à présenter des kFe plus élevées. Ainsi, les concentrations mesurées de Fe (II) pourraient ne représenter que 10 à 65% des concentrations initiales. Contrairement aux eaux océaniques profondes qui sont caractérisées par de faibles concentrations (<0,1 nmol L-1) en Fe (II), les sites hydrothermaux acides agissent comme des sources avec des concentrations atteignant 70 nmol L-1. Par ailleurs, j'ai étudié les processus qui affectent le Fe oxydé dans le panache à flottabilité neutre provenant du site hydrothermal TAG grâce à des échantillons collectés à haute résolution spatiale (GApr07). Mes résultats montrent que l'agrégation des particules prédomine dans les deux premiers kilomètres et que leur désagrégation prévaut entre 2 et 30 km de distance de TAG.

Hydrothermal vents are now recognized sources of trace elements to the ocean inventory. However, the contribution of slow-spreading ridges remains poorly resolved. In this Thesis I used two approaches to further advance our knowledge on the iron (Fe) cycle knowledge in hydrothermal environments. First, I determined the reduced iron (Fe(II)) oxidation rate constants (kFe) and Fe(II) concentrations in deep ocean waters and six different hydrothermal vent sites along the Mid-Atlantic Ridge during a transect study (GEOTRACES GA13). I expanded the temperature range of the existing Fe(II) oxidation rate equation to better constrain kFe in the deep ocean where seawater temperature reaches values lower than 2 °C. My results show that even though organic matter and particles generally contribute to decrease kFe (producing longer Fe(II) half-life times), hydrothermal environments tend to present higher kFe. Consequently, measured Fe(II) concentrations could potentially only account for 10 to 65 % of the original Fe(II) concentrations. While deep ocean waters were characterised by low (<0.1 nmol L-1) Fe(II) concentrations, acidic hydrothermal vent sites acted as Fe(II) sources with measured dFe(II) concentrations reaching values as high as 70 nmol L-1. Secondly, I developed a box model where I studied the processes which affect the oxidised Fe within the neutrally buoyant plume (aggregation, disaggregation, precipitation, and dilution) from the TAG hydrothermal vent site using high spatial resolution samples collected in a GEOTRACES process study (GApr07) and a box model. I show that particle aggregation predominated within the first two kilometers, and that disaggregation prevailed between 2 and 30 km from the vent site maintaining the suspended dissolved Fe.