Biogéochimie environnementale | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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Équipes de recherche

Biogéochimie environnementale

 

L'équipe BGE, Biogéochimie Environnmentale étudie la biogéochimie des enveloppes fluides superficelles de la Terre et de leurs interfaces.



Thème de l’équipe et positionnement scientifique

L’équipe étudie la circulation et le rôle biogéochimique de la matière transportée par l’air et l’eau de la surface du globe, en interaction avec la biosphère et la lithosphère qui y sont associées. Elle est focalisée sur le présent, appelé maintenant anthropocène, qu'elle cherche à placer à la fois par rapport au passé récent de l'holocène et aux projections futures calculées par les modèles, dans une logique d'évolution rapide des cycles biogéochimiques.


Comme il s'agit de biogéochimie, le thème de l’équipe est imbriqué avec les problématiques liées au cycle du carbone et au climat. Dans le référentiel thématique de l'IPGP, l'équipe est incluse dans ce qui est appelé "Système Terre" en pouvant traiter tous les aspects de liaison entre l'environnement global et celui de la zone critique telle qu'elle est abordée par les autres équipes au sein de l'IPGP.

L'équipe BGE travaille dans différents lieux du monde tant pour des expériences de terrain que de laboratoire. Ses activités de laboratoire se situant majoritairement dans le bâtiment de l'IPGP à Paris.

 

Terre fluide

Terre fluide (image satellite Meteosat, ESA)

 

Les éléments traces et leurs isotopes (TEIs) ainsi que les petites molécules carbonées sont les espèces chimiques avec lesquelles nous menons nos travaux. Certains métaux traces comme le fer, le zinc, le molybdène ou le cobalt constituent des micronutriments essentiels dont les flux de leur fraction biodisponible contrôlent le développement du vivant et les flux biologiques de CO2. D'autres TEIs, comme les terres rares (REEs) dont fait partie le néodyme et ses isotopes, nous servent à tracer les sources et les processus de transport et de transformation des éléments majeurs et traces dans l’environnement et nous permettent de mieux en caractériser leurs cycles. Nous étudions ici les interactions entre les micronutriments, les micro-organismes et les flux de carbone dans un contexte de changement climatique. Nous utilisons les variations des isotopes et éléments traces dans les milieux étudiés comme proxies pour reconstruire les conditions physico- et biogéochimiques des environnements passés et les processus qui les déterminent.

 

Notre équipe a développé une forte expertise sur le prélèvement et l’analyse des traces inorganiques dans les phases fluides (dissoute, micro et nano particulaire, soluble, colloïdale) et de leur spéciation chimique (organique, inorganique, redox, isotopique), grâce à l’utilisation et aux développements de techniques de pointe (HR-ICP-MS, MC-ICP-MS, FIA-chemiluminescence, voltammétrie). Pour étudier les cycles et processus à différentes échelles spatiales et temporelles (chimique, géologique, biologique, environnementale et climatique), nos approches s’appuient sur des observations de terrain (campagnes de prélèvements à terre et en mer), des expérimentations en conditions contrôlées (abiotiques et biotiques), des reconstructions paléo-biogéochimiques (analyses de sédiments marins et d’environnements actuels analogues à l’océan ancien, et à travers des simulations expérimentales), et sur l'utilisation d'outils statistiques géo-chimiométriques.

 

Systèmes de prélèvement ultra-propre des métaux traces et isotopes dans l’eau de mer (Rijkenberg et al., 2015) et du dépôt atmosphérique sur une surface continentale (Xu, 2020).

 

L’équipe émarge dans des programmes nationaux pilotés par le CNRS (LEFE-CYBER, LEFE-CHAT, EC2CO, PolarPod) et internationaux (GEOTRACES, SOLAS, IMBER, FutureEarth).

 

Actions, projets et chantiers en cours

Aujourd’hui, les activités de recherche de l’équipe GEOFLUS sont déclinées à travers des projets financés ou en préparation. Ils portent sur les cycles biogéochimiques, la pompe biologique de carbone dans les enveloppes superficielles fluides, l'influence du transport atmosphérique sur les écosystèmes et sur la reconstruction de la variabilité biogéochimique de l’océan à des échelles de temps géologiques et du dernier millénaire.

 

Plusieurs questions sont adressées dans ces actions de recherche :

  1. Quel est le fonctionnement des cycles biogéochimiques (sources/puits, processus et flux) du carbone et des micronutriments (principalement Fe, Co, Zn, Cd, Mo, Cu, Mn) dans les enveloppes superficielles fluides et à leurs interfaces (eau-air, eau-sédiment, eau-continent, air-continent) et les écosystèmes en général ?
  2. Comment sont-ils perturbés par la variabilité du climat et les activités anthropiques?
  3. Comment tracer ces perturbations?
  4. Comment sont-ils couplés aux cycles d’autres éléments d’intérêt biologique (N, Si, P, S ...)?
  5. Quelles sont les réponses des processus biologiques et la sensibilité de l’efficacité du pompage biologique du carbone par les micro-organismes face à la variabilité climatique qui conduit actuellement au réchauffement et à l’acidification des eaux, à la modification des apports atmosphériques en micro- et macro- nutriments, et face à la pression anthropique ?
  6. Quel est le rôle du transport atmosphérique dans la stabilité des écosystèmes marins et continentaux?

 

Nous travaillons aujourd'hui principalement autour de l’étude de la solubilité et de la biodisponibilité des poussières patagoniennes dans l'Océan Austral actuel (projet PolarPod) et futur (projet SAGAS), des signes d'anthropisation de ce même océan (projet PolarPod), de l'impact de l’apport saharien à la végétation américaine nord tropicale (projet SAHAFRAN), et de la géochimiométrie.

 

  • Solubility and bioavailability of Patagonian dust in the future Southern Ocean - Le projet SAGAS (PI Marie Boye) soutenu par l’IDEX en 2019-2020 vise à diagnostiquer les effets de l’intensification du dépôt atmosphérique et des autres changements prédits à l’horizon 2100 dans l’Océan Austral (réchauffement, acidification…) sur la solubilité et la biodisponibilité des métaux traces contenus dans les poussières de Patagonie. Une augmentation de l’apport de poussières a en effet le potentiel de modifier le climat planétaire en fournissant du fer et d’autres micronutriments limitants essentiels aux diatomées Antarctiques, stimulant ainsi la pompe biologique de carbone. Le projet s’appuie sur des expérimentations abiotiques (études cinétiques) et biotiques (cultures de diatomées et de l’écosystème microbien naturel), sur des campagnes en mer réalisées dans le cadre du Service d’Observation OISO de l’INSU (PIs Nicolas Metzl et Claire Lo Monaco, LOCEAN, IPSL), ainsi que sur des traitements d’analyse statistique permettant de réduire le plan expérimental. Ce projet bénéficie de l'exploitation en cours des données et des échantillons du projet Dust From Patagonia (PI Rémi Losno) qui a permis depuis 8 ans de collecter des poussières patagoniennes et leurs sources afin d'en déterminer leurs caractéristiques chimiques à mettre en regard de leur potentialité de fertilisation.