Apport des isotopes du fer pour l’étude des cycles biogéochimiques atmosphériques et océaniques dans des régions contrastées, Pacifique équatorial et Atlantique Nord

– Capucine Camin, Doctorant, LEGOS –

Résumé :

Cette thèse étudie les cycles biogéochimiques océaniques et atmosphériques grâce aux isotopes du fer. Elle présente des données isotopiques du fer dissous et particulaire pour le Pacifique équatorial et pour une section transocéanique de l’Atlantique Nord. De telles données sont rares, car elles exigent des conditions de prélèvement et une chimie extrêmement propres, l’accès à des infrastructures et à des instruments de pointe, ainsi qu’une expertise peu répandue.
Parmi les conclusions de ce travail, les isotopes du fer ont permis d’enrichir la compréhension des interactions entre phase dissoute et phase particulaire, pour le fer et, plus largement, pour les autres éléments. Dans l’atmosphère, les aérosols prélevés au-dessus du Pacifique semblent s’être partiellement dissous au cours de leur transport. Cette conclusion demande à être étayée, mais elle pourrait modifier la compréhension du cycle des éléments dans l’atmosphère.
Dans la colonne d’eau et à l’interface sédiment-océan, dans le Pacifique équatorial comme dans l’Atlantique Nord, les échanges entre phases dissoute et particulaire sans réaction d’oxydoréduction dominent une grande partie du cycle du fer, vraisemblablement en lien avec des processus de complexation organique. Ce processus est important notamment dans les régions de forts apports en fer d’origine lithogénique. Ce travail confirme et étaye des conclusions antérieures sur la nécessité d’intégrer ces processus dans les modèles du cycle océanique du fer.
Le fer, micronutriment essentiel à la vie marine et au climat du système Terre, a également été étudié sous l’angle de son interaction avec le vivant : de son assimilation et de sa reminéralisation. L’impact de ces processus est cependant souvent difficile à distinguer de ceux d’autres processus, tels que l’advection des masses d’eau, la dissolution de particules lithogéniques ou encore la précipitation d’oxydes de fer. Les conclusions diffèrent d’un bassin à l’autre. Dans l’Atlantique Nord, l’assimilation et la reminéralisation paraissent influencer le cycle du fer dans les 1000 à 1500 premiers mètres de la colonne d’eau, en domaine hauturier.
Dans le Pacifique équatorial, l’origine géographique du fer a pu être tracée à partir de sa composition isotopique et d’une étude des courants et des masses d’eau de la région.
L’étude de l’Atlantique Nord a bénéficié d’une connaissance fine de l’hydrodynamique de la région et de la mise au point d’une méthode donnant accès à la répartition du fer entre les différentes phases particulaires, sans digestion séquentielle. Sous 2000 m, les processus de scavenging semblent affecter la distribution isotopique du fer.
Cette thèse soulève autant de questions qu’elle en résout. Des interrogations majeures demeurent sur la complexation organique, l’interaction avec le vivant, les processus de scavenging dans l’océan et les transformations subies pendant le transport atmosphérique. Les processus discutés dans cette thèse mériteraient d’être évalués pour d’autres éléments. Reste enfin un enjeu majeur : fournir à la modélisation biogéochimique des éléments de contrainte issus des avancées permises par l’étude des isotopes du fer, notamment des paramétrisations plus représentatives des sources sédimentaires.

Jury :

• François Lacan, Directeur de thèse, CNRS, LEGOS
• Nathalie VIGIER, Rapporteure, CNRS, LOV-IMEV
• Damien CARDINAL, Rapporteur, Sorbonne Université, LOCEAN
• Cécile GUIEU, Examinatrice, CNRS, LOV-IMEV
• Jeroen SONKE, Examinateur, CNRS, GET
• Vincent BUSIGNY, Examinateur, Université Paris Cité, IPGP