Quantification et dynamique spatio-temporelle des puits de carbone associés aux herbiers à Posidonia oceanica

Quantification and spatio-temporal dynamics of carbon sinks associated with seagrasses at Posidonia oceanica

• Auteur / Autrice : Briac Monnier
• Direction : Gérard Pergent, Miguel Angel Mateo Minguez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et Biologie des Organismes - Populations - Interactions
• Date : Soutenance le 16/12/2020
• Etablissement(s) : Corte
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnement et sociéte (Corte ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Corse (1975-....). UMR CNRS 6134 "Sciences pour l'Environnement" (SPE)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Gobert, Oscar Serrano, Jean-François Santucci, Christine Pergent-Martini, Philippe Clabaut
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sylvie Gobert, Oscar Serrano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corse (France)

Changements climatiques

Posidonia oceanica

Puits de dioxyde de carbone (chimie de l'atmosphère)

Mots clés libres

Posidonia oceanica

Herbiers marins

Puits de carbone

Corse

Changement climatique

Posidonia oceanica

Seagrass meadows

Carbon sink

Corsica

Climate change

Résumé

Dans le contexte du changement climatique, la nécessité de réduire les concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone (CO2) pour atteindre les objectifs de l'Accord de Paris a récemment accentué l'intérêt pour la quantification de la capacité des écosystèmes côtiers (i.e. les herbiers marins, les mangroves et les prés-salés) à séquestrer le carbone communément appelé « Carbone Bleu ». Bien que ces écosystèmes à Carbone Bleu représentent moins de 1 % de la surface des océans, ils sont notamment reconnus pour séquestrer et stocker de grandes quantités de carbone dans leurs sédiments constituant des puits de carbone majeurs en zone côtières. En Méditerranée, l’espèce endémique Posidonia oceanica (Linnaeus) Delile constitue de vastes herbiers marins considérés comme (i) des puits de carbone à long terme et (ii) des archives biologiques dû à la formation d’une structure remarquable appelée « matte ». Ces dépôts, composés de débris d’herbiers très réfractaires enfouies dans les sédiments, constituent des puits de carbone à long terme pouvant être préservé pendant des siècles voire des millénaires et atteindre plusieurs mètres d'épaisseur. Afin d'estimer la contribution de ces herbiers à l'atténuation du changement climatique, une estimation des stocks de carbone a été réalisée dans la zone Natura 2000 « Grand Herbier de la Côte Orientale » en Corse (France). Cette approche expérimentale est basée sur l’analyse de plus de 1380 km de données de sismique-réflexion haute résolution et de 49 carottes sédimentaires (40-365 cm de long) collectées entre 10 et 50 m de profondeur lors de trois campagnes océanographique à bord du navire « L'Europe » (Ifremer). La conversion temps-profondeur des données sismiques a été obtenue en déterminant la vitesse de l’onde acoustique dans la matte (1664,4 m.s-1) après un processus d'intercalibration (sondeur multifaisceaux, LiDAR et données terrains). La cartographie prédictive établie par krigeage ordinaire met en évidence une forte hétérogénéité spatiale des épaisseurs de matte dans le site d'étude. La hauteur des mattes (moyenne : 251,9 ± 0,2 cm) augmente dans les eaux peu profondes, près des embouchures des fleuves et lagunes côtières, où une épaisseur de matte atteignant 867 cm a été enregistrée. Les datations au 14C révèle la présence des herbiers depuis l'Holocène (7 000-9 000 ans avant aujourd’hui) ainsi qu’une forte variabilité dans l'accrétion de la matte résultant de l'interaction de multiples facteurs biotiques et abiotiques (e.g. structures des herbiers, profondeur, hydrodynamisme, géomorphologie). En se basant sur la surface occupée par ces herbiers et l'épaisseur moyenne relevée, le volume de matte a été estimé à 403,5 ± 49,4 millions de m3. Les analyses biogéochimiques et sédimentologiques ont montré une forte variation dans l'accumulation et les stocks de carbone organique et inorganique (respectivement Corg et Cinorg). Les stocks de Corg et Cinorg (moyenne : 327 ± 150 t ha-1 et 245 ± 45 t ha-1, respectivement), présentent des tendances contrastées. Ainsi, les herbiers superficiels ou implantés sur une matrice sableuse possèdent des stocks de Corg significativement plus important que les herbiers profonds ou situées dans les zones rocheuses. Inversement, les stocks de Cinorg sont plus élevés sur fonds rocheux, en mer ouverte, mais aussi en zones profondes. La signature isotopique (δ13C) révèle une contribution accentuée des apports allochtones en matière organique (macroalgues et sestons) aux puits de carbone en milieu estuarien et dans les zones superficielles. Les estimations des quantités de carbone stockées sur les premiers 250 cm de matte (épaisseur moyenne au niveau du site) ont été estimées à 13,2 millions de t Corg et 14,4 millions de t Cinorg, soulignant le rôle majeur de P. oceanica comme puits de carbone côtier. De plus, l’une des carottes sédimentaires prélevées a révélée l’existence d'un ancien banc de corail Cladocora caespitosa (Scleractinia) enfouie dans la matte.

In the context of climate change, the increasing necessity to reduce atmospheric carbon dioxide (CO2) concentrations to meet the objectives of the Paris Agreement has recently intensified interest in quantifying the capacity of coastal ecosystems (i.e. seagrass meadows, mangroves and saltmarshes) to sequestered carbon referred commonly as ‘Blue Carbon’ (BC). Although these BC ecosystems represent less than 1% of the world’s ocean surface, they are particularly effective in the sequestration and storage of high amounts of carbon in their sediments constituting thus large carbon sinks in coastal areas. In the Mediterranean Sea, the endemic seagrass species Posidonia oceanica (Linnaeus) Delile constitutes extensive meadows considered as (i) long-term carbon sinks and as (ii) valuable archive due to the development of an outstanding structure known as ‘matte’. These belowground deposits, composed of high refractory seagrass materials embedded in a sediment matrix, constitute long-term carbon sinks which can be preserved over centuries to millennia and reach several meters thick. In order to estimate the contribution of P. oceanica meadows to the climate change mitigation, an estimate of carbon stocks has been conducted in the Natura 2000 area ‘Grand Herbier de la Côte Orientale’ in Corsica (France, NW Mediterranean). This experimental approach is based on more than 1380 km of high-resolution seismic reflection data and 49 sediment cores (40-365 cm-long) collected between 10 and 50 m depth during three oceanographic research surveys aboard the vessel ‘L’Europe’ (Ifremer). The time-to-depth conversion of seismic data was achieved by determining the seismic interval velocity in the matte (1664.4 m.s-1) after intercalibration process (multibeam echosounder, LiDAR and field datasets) and were ground-truthed with sediment cores and calibrated seismo-acoustic surveys. The prediction map calculated by data interpolation highlighted a strong spatial heterogeneity of the matte thickness in the study site. The height of matte deposits, (mean: 251.9 ± 0.2 cm), increase in shallow waters, near lagoon and river estuaries where matte thickness reaching 867 cm have been recorded. Radiocarbon dating reveal the presence of the seagrass meadows since the mid-Holocene period (7000-9000 cal. yr BP) and a high variability in the matte accretion resulting from the interaction of multiple biotic and abiotic factors (e.g. meadow features, water depth, exposure to hydrodynamic energy, geomorphology). Based on the surface occupied by these seagrass meadows and the average thickness of matte, the volume of matte was estimated at 403.5 ± 49.4 million m3. The sedimentological and biogeochemical analysis performed on matte cores showed a high variation in the accumulation and stocks of organic and inorganic carbon (Corg and Cinorg, respectively).Corg and Cinorg stocks (mean: 327 ± 150 t ha-1 and 245 ± 45 t ha-1, respectively), show contrasting pattern. Thus, Corg stocks are significantly higher in shallow meadows settled in sandy matrix than deep meadows located in rocky areas. Inversely, Cinorg stock are higher in meadows growing on rocky bottom in open sea but also in deeper areas. Isotopic signature (δ13C) reveal that allochthonous inputs (macroalgae and sestonic sources) of organic matter have a higher contribution to seagrass meadows sediments in estuarine environment and shallow areas. The global estimates of carbon stocks at site-level (20,425 ha) and over the first 250 cm (mean matte thickness) was estimated at 13.2 million t Corg and 14.4 million t Cinorg highlighting the major role of P. oceanica as coastal carbon sink. Finally, one of the P. oceanica mattes core revealed the unprecedented finding of a dead bank of the scleratinian coral Cladocora caespitosa (Scleractinia) embedded in the matte.