Les métaux dans l’océan: acteurs et témoins de la variabilité climatique

L’évolution et la perturbation des cycles biogéochimiques des métaux peuvent modifier le rôle joué par l’océan dans la régulation du climat, à travers une modification de l’efficacité du pompage biologique du CO2 atmosphérique. Ces changements opèrent à différentes échelles de temps et d’espace et sont liés à des modifications profondes des flux et des processus internes à l’océan incluant les interactions avec les assemblages phytoplantoniques, mais aussi aux interfaces océaniques tels que les apports par l’atmosphère, les fleuves ou les sédiments dans le continuum terre-mer. Caractériser ces cycles en estimant les termes les plus vulnérables au changement climatique permettra ainsi de mieux comprendre et anticiper le fonctionnement de la pompe biologique et son rôle dans la régulation du climat. Un focus sera donné au cobalt car c’est à la fois un métal nutritif indispensable au phytoplancton en particulier aux premiers procaryotes qui se sont développés dans l’océan, et aussi parce qu’il peut servir dans certains cas comme traceur de source lithogénique. Son cycle marin sera d’abord investi sur une échelle de temps géologique à partir de sa distribution verticale et de ses interactions avec les particules minérales en Mer Noire qui présente des masses d’eaux euxiniques à oxiques similaires aux transitions entre le Proterozoic et l’océan moderne. Puis, les termes sensibles de son cycle actuel seront examinés sur des échelles spatiales dans différents systèmes biogéochimiques permettant de dresser des budgets à des échelles régionales et à celle d’un bassin océanique. Les sources atmosphériques seront investies dans des régions soumises aux apports sahariens et patagoniens en Atlantique Ouest et en Méditerranée à l’aide d’un nouveau modèle de dépôt atmosphérique basé sur l’aluminium particulaire comme proxy de source. Les apports de cobalt par le fleuve Amazone à l’Atlantique Ouest seront estimés à partir d’un modèle simple de dispersion du panache. Ceux par les basaltes sédimentaires dans les courants de pente du plateau des iles Kerguelen permettront de dresser un bilan de la fertilisation naturelle en fer. Enfin, les interactions avec les assemblages phytoplanctoniques et les impacts d’une modification des apports sur les processus cellulaires seront examinés à travers des observations in situ et des études de processus in vitro. Le changement climatique et l’anthropisation du cycle du carbone opèrent aussi sur les conditions physico-chimiques des systèmes marins, dont la température et le pH. Ces perturbations agissent également sur l’efficacité de la pompe biologique à travers des modifications de la croissance, de la photosynthèse et de la calcification. Un volet complémentaire de nos recherches vise ainsi à déterminer les effets du pH et de la température sur les processus cellulaires simultanément aux modalités d’incorporation de proxies émergents de la concentration en ions carbonates (B/Ca), du pH (d11B) et de la température (Li/Mg, Sr/Ca) lors de la biocalcification des producteurs majeurs phytoplanctoniques de calcite dans l’océan, les coccolithophoridés. L’utilisation des coccolithes comme archive carbonatée reste encore relativement inexplorée dans les études paléo-climatiques. Sera présenté brièvement le principe des calibrations que nous menons actuellement en déterminant i) les effets vitaux qui peuvent intervenir lors de l’incorporation de ces éléments et isotopes dans les coccolithes grâce à des expérimentations en cultures ; et ii) les fonctions de transfert des signaux à l’aide d’analyses géochimiques et isotopiques des coccolithes déposés sur les sédiments superficiels. A terme, ces calibrations devraient nous permettre de reconstruire l’évolution de l’acidification, du réchauffement et de la calcification pélagique des coccolithophoridés dans les eaux de surface au cours des derniers siècles.