Mathieu Rembauville

Mon sujet de thèse porte sur l'étude de l’impact d’une fertilisation naturelle de l’océan Austral sur l’export de carbone dans l’océan profond.

L’océan austral joue un rôle majeur dans le contrôle du climat global. Ceci est du d’une part à la sensibilité de la ventilation océanique à des changement dans cette région et d’autre part à la capacité de l’océan Austral de réguler les flux air-mer de CO2 en fonction de l’utilisation plus ou moins complète des éléments nutritifs majeurs [Marinov et al., 2008a, 2008b; Takahashi et al., 2002]. Malgré des concentrations élevées de sels nutritifs (nitrate, phosphate, acide silicique), la production primaire dans l’océan Austral est limitée par le fer [Boyd et al., 2002; De Baar et al., 2005] conduisant au statut de région High nutrient Low Chlorophyll (HNLC). L’intensité et l’efficacité de la pompe biologique de carbone pour transférer du CO2 atmosphérique dans l’océan profond n’est pas optimale dans les régions HNLC. Des études multidisciplinaires récentes ont cependant démontré qu’à proximité de certaines îles et de leur plateau, en réponse à une fertilisation naturelle en fer, des exports de carbone élevés pouvaient être mesurés [Blain et al., 2007; Salter et al., 2007] y compris dans l’océan profond [Salter, 2008; Pollard et al., 2009]. De telles découverte soutiennent l’idée qu’une fertilisation en fer de l’océan Austral pourrait avoir un effet significatif sur la pompe biologique de CO2 et donc sur le climat. Toutefois, notre compréhension des mécanismes qui pilotent l’augmentation d’export de carbone suite à une fertilisation restent très mal compris et caractérisés. L’analyse détaillée de pièges à particules déployés dans la zone fertilisée proche de Crozet indique que les caractéristiques du flux de carbone exporté dans l’océan profond dépendent étroitement de la composition de la communauté de diatomées qui répond à la fertilisation [Salter et al., 2012]. De plus la formation et l’export de carbonate calcium par les organismes calcifiants est une source de CO2 qui peut contre balancer l’efficacité du stockage du CO2 lié à la fertilisation. Dans ce contexte une étude récente à démontré qu’une réponse non linéaire de certaines espèces de ptéropodes et de foraminifères à l’augmentation de productivité primaire liée à la fertilisation pouvait réduire le transfert de CO2 vers l’océan profond.  [Salter et al., submitted]. Ces résultats, ainsi que d’autres provenant d’études du matériel collectés par les pièges dans d’autres régions océaniques [Lampitt et al., 2009; Salter et al., 2010], soulignent l’importance de relier le caractère quantitatif de la pompe biologique de carbone dans l’océan à des connaissances des mécanismes pilotant ces flux. (e.g. principaux acteurs biologiques transférant ces flux de la surface vers l’océan profond). Jusqu'à aujourd’hui le nombre d’échantillons ayant permis ces études étaient très limité, notamment dans l’océan Austral. La campagne KEOPS2 (PI S. Blain) d’étude de la fertilisation en fer autour Kerguelen va permettre d’étudier de nouveaux échantillons.

 Le travail de thèse proposé a pour objectif d’approfondir nos connaissances sur les mécanismes qui contrôlent les flux de carbone et de matière particulaire vers l’océan profond notamment en réponse à une fertilisation naturelle. Le projet est basé sur l’analyse du matériel collecté dans les pièges à particules déployés pendant le projet KEOPS2 dans la zone de Kerguelen ainsi que dans la région de Géorgie du Sud (PI D.  Pond, British Antarctic Survey (Royaume Uni)). La thèse abordera les questions suivantes (1) Quelle est l’amplitude des flux vers l’océan profond de matière, et en particuliers de carbone, issus de ces régions et comment ils se comparent à ceux de la région de Crozet (2) dans quelles mesures les flux de carbone et de silicium peuvent être expliqués par la composition de la communauté de diatomées en surface (3) Comment les flux de CaCO3 fluxes se répartissent-ils entre les organismes calcifiants autotrophes and hétérotrophes, et quel est l’impact sur le stockage profond du CO2 dans l’océan profond. Les analyses du matériel seront réalisées avec un large éventail de techniques combinant à la fois des analyses chimiques (CHN analyser, ICP-MS) [Salter, 2008; Salter et al, 2010], des observations en microscopie électronique à balayage [Armand et al., 2008; Salter et al 2007; 2012], la microscopie optique associée à la reconnaissance de forme [Salter et al., submitted]. En parallèle de l’analyse et de l’interprétation des résultats liés aux pièges à particules qui décriront le cycle annuel de l’export de carbone, le thésard participera aussi à une campagne de collecte d’échantillons de surface dans la région de Kerguelen pour compléter la description de la saisonnalité de la distribution de matière particulaire dans les eaux de surface. Celles-ci se basent sur des campagnes antérieures mais qui est encore incomplète.

 
Références

 
1. Blain, S., Queguiner, B. et al. (2007) Effect of natural iron fertilization on carbon sequestration in the Southern Ocean. Nature 446, 1070-1074.

2. Boyd, P.W., Watson, A.J. et al. (2000) A mesoscale phytoplankton bloom in the polar Southern Ocean stimulated by iron fertilization.  Nature 407, 695-702.

3. De Baar, H.J.W., Boyd, P.W. et al. (2005) Synthesis of iron fertilization experiments : from the Iron Age in the Age of Enlightenment. J. Geophys. Res., 110, C09S16.

4. Marinov, I., Gnanadesikan, A. et al. (2008a) Impact of ocean circulation on biological carbon storage in the ocean and atmospheric pCO2.  Global Biogeochem. Cy., 22 GB3007.

5. Marinov, I., Follows, M. et al. (2008b) How does ocean biology affect atmospheric pCO2? Theory and models.  J. Geophys. Res., 113, C07032.

6. Pollard, R.T., Salter, I. et al. Southern Ocean deep-water carbon export enhanced by natural iron fertilization.  Nature 457, 577-580.

7.  Lampitt, R.S., Salter, I. et al. (2009) Radiolaria : Major exporters of organic carbon to the deep-ocean. Global Biogeochem. Cy., 23, GB1010.

8. Salter, I., Lampitt, R.S. et al. (2007) Estimating carbon, silica and diatom export from a naturally fertilised phytoplankton bloom in the Southern Ocean using PELAGRA : a novel drifting sediment trap. Deep-Sea Res. Pt. II 54(18). 2233-2259.

9. Salter, I. (2008). Particle fluxes in the north-east Atlantic and Southern Ocean.  PhD Thesis, University of Southampton.

10. Salter, I., Gledhill, M. et al. (2010) The association between biogenic minerals and the amino acid composition of settling particles. Limnol. Oceanogr. 55(5), 2207-2218.

11. Salter, I., et al. 2012.  Diatom resting spore ecology drives enhanced carbon export from a naturally iron-fertilized bloom in the Southern Ocean. Global Biogeochem. Cy., 26, GB1014.

12. Salter, I., Schiebel, R., et al. (submitted) Increased foraminifer and pteropod flux upon iron fertilization reduces deep-ocean CO2 storage. Nature Geoscience.