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Soutenance de thèse en Chimie marine : Nathalie Coffineau

"Processes controlling the distribution of dissolved silicon isotopes in the Atlantic and Southern Ocean".

L'utilisation des isotopes du silicium (δ30Si) comme proxy paléocéanographique nécessite une bonne connaissance de la répartition et du devenir des isotopes du silicium à travers l'océan. Au cours des dernières années, des efforts considérables ont été faits pour cartographier la composition isotopique du silicium dissous (acide silicique, DSi) et de la silice biogénique (BSi) dans l'océan.

Les diatomées utilisent le DSi pour construire leur frustule fait d’opale (BSi). Durant ce processus, les diatomées discriminent l'isotope lourd de silicium (30Si) en faveur de l'isotope léger (28Si). Ce fractionnement conduit à une BSi qui a un δ30Si inférieur de 1,1 ‰ à 1,5 ‰ par rapport au DSi source. Cela se traduit dans les eaux de surface par de faibles concentrations en DSi en raison de l'utilisation biologique et par des valeurs de δ30Si élevées en raison de la distillation de Rayleigh. Inversement, lorsque la BSi se dissout, il y a une discrimination contre l’isotope lourd et ainsi produit du silicium dissous avec un δ30Si inférieur de 0,55 ‰. Dans le même temps, la circulation océanique et le mélange vertical contribuent à modifier le δ30Si du pool de silicium dissous dans la couche de surface, ce qui complique l'utilisation du δ30Si des diatomées comme proxy pour l’utilisation du DSi durant la saison de croissance.

Cette thèse vise à mieux comprendre les processus qui régissent le cycle du silicium et la signature en δ30Si des masses d'eau dans les différentes régions de l'océan. De nouvelles données de δ30Si de silicium dissous sont présentées et discutées. Ces données proviennent de 6 profiles CTD de la campagne ANTXXIII/9 (Atlantique et secteur indien de l'océan Austral), 7 profiles CTD de la campagne ANTXXIV/3 (secteur Atlantique de l'océan Austral), et 5 profiles CTD de la campagne MSM10/1 (région subtropical et tropical de l’océan Atlantique nord).

Les échantillons ont été purifiés par chromatographie échangeuse d'ions après préconcentration par précipitation de Mg(OH)2, et le silicium est extrait en utilisant du triéthylamine molybdate. Les analyses isotopiques ont été réalisées sur Spectromètre de Masse Multi-Collection à source Plasma (MC-ICP-MS, Naptune) à moyenne résolution (Ifremer, Brest).

Pendant cette thèse j’ai essayé de comprendre :

ü       Quels processus affectent le cycle biogéochimique du silicium et le δ30Si dans la région du plateau des Kerguelen ?

Pour cela, un modèle en boîte à été réalisé pour tenter de reproduire le cycle du silicium (concentrations et δ30Si) de cette région. Le principal facteur de la baisse du δ30Si en début d’automne semble être le passage d’une croissance par efflorescence à une croissance à l'état d'équilibre. Deuxièmement, le fractionnement, lors de la dissolution, a seulement un effet mineur sur le δ30Si de la BSi exportée durant l'année, ce qui implique que les changements saisonniers dans l'efficacité d'exportation influencent fortement le δ30Si de la BSi accumulée dans les sédiments marins. Enfin, la façon dont le mélange entre la couche de mélange et l'eau d’hiver est prit en compte (en termes de δ30Si, soit constant ou variable) est cruciale pour les résultats de simulations de modèle en boite du cycle biogéochimique du silicium. Finalement, ces résultats suggèrent que, en tant que proxy paléocéanographique le δ30Si refléterait plus le mode dominant de production de la BSi qui est exportée (i.e. bloom par rapport une croissance à l'état d'équilibre), plutôt que le strict degré d'utilisation du DSi par les diatomées.

ü       A quoi ressemble la distribution du δ30Si dans les masses d’eau de l’océan Atlantique et dans le secteur Atlantique de l’océan Indien ?

Les masses d’eau de fond et profonde de la gyre de Weddell sont homogènes en termes de concentration en DSi et δ30Si au moment de l'échantillonnage. Les masses d'eau de fond ont été caractérisées par un faible δ30Si de 1,1 ‰, légèrement inférieur au δ30Si de 1,2 ‰ trouvé dans les eaux de fond du courant circumpolaire antarctique (ACC). L'influence de l’eau de fond Nord Atlantique (NADW) par l’eau de fond circumpolaire (UCDW) a été observée à la fois dans le passage de Drake et au niveau du méridien de Greenwich pour le δ30Si. Nos données confirment la présence du gradient de δ30Si dans les masses d'eau profondes ; gradient déjà proposé et décrit par de fort δ30SiDSi (≥ 1,7 ‰) pour l’eau de fond Nord Atlantique (NADW) dans le nord de l'océan Atlantique Nord et par de faible δ30SiDSi (1,2 ‰) pour l’eau de fond antarctique (AABW) enregistré dans l'océan Austral.

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(C) Pascale Lherminier / Ifremer