Outils personnels

Vous êtes ici : Accueil / Science et société / Sciences pour tous / Actu des publis / L'Océan Austral : source ou importateur de silice ?

L'Océan Austral : source ou importateur de silice ?

Du fait de son lien étroit avec le cycle du carbone, le cycle du silicium joue un rôle important à l’échelle de l’Océan et du climat mondial. Cependant, de nombreuses questions restent en suspens à propos de son fonctionnement et plus précisément concernant une zone clé : l’Océan Austral.

hatin1.jpg

Le silicium (Si) est apparu il y a plusieurs milliards d’années par la fusion d’atomes d’oxygène au sein d’étoiles massives, il a été isolé pour la première fois par Jöns Berzelius en 1823. Très abondant dans l’univers et sur terre, cet élément n’est pourtant pas représenté sur notre planète à l’état de corps pur. Cependant, en s’associant à deux atomes d’oxygène il forme la silice (SiO2) que l’on retrouve sous différentes formes : cristallines, amorphes ou combinées dans les roches et minéraux silicatés (kaolinite, argiles, ainsi que les micas, olivines, pyroxènes, feldspath, et plagioclases).

Second élément le plus abondant dans la croute terrestre après l’oxygène, il forme suite au lessivage de ces roches, l’acide silicique (H4Si04) appelé aussi silice dissoute (DSi). Cette dernière est, en grande partie, transportée jusqu’aux eaux de surfaces de l’océan par les décharges fluviatiles (82%) ainsi que par les sources hydrothermales actives des fonds océaniques. Une fois présente dans l’océan, la silice dissoute va être assimilée par des algues microscopiques : les diatomées. Ainsi construisent-elles autour de leur unique cellule, un « mur » de silice à structure très fine : le frustule, composé de silice amorphe semblable au verre. A la mort des cellules et après différents cycles de dissolution, les frustules vont s’accumuler sur les fonds marins permettant l'enfouissement de silice biogénique (produite par le plancton marin) dans les sédiments océaniques abyssaux. L’accumulation et la diagénèse de cette silice biogénique vont ainsi participer à la formation de nouveaux minéraux silicatés qui représenteront à échéance de plusieurs millions d’années, de nouvelles sources en acide silicique.

Voici l’histoire générale du cycle du silicium à l’échelle de l’Océan, elle n'est cependant pas aussi simple qu’elle parait. Au cours des dernières décennies, de nombreuses questions et incertitudes concernant le cycle du silicium, ont été développées et plus particulièrement, à propos d'un secteur clé, principale zone d’enfouissement de silice, qui joue un rôle important à l’échelle de l’Océan mondial : l’Océan Austral. S’agit-il d’une zone d’accumulation et d’enfouissement de silice dans les sédiments profonds, correspond-elle à une source majeure de silice dissoute (DSi) pour l’océan global ? C'est la question développée par cet article.

hatin2.jpg

Figure 1. Coupe schématique de l'Océan Austral représentant les différents courants caractéristiques de cette zone océanique (SAMW = Sub-Antarctic Mode Water, AAIW = Antarctic Intermediate Water, AABW = Antarctic Bottom Water, CPDW = Circumpolar Deep Water)

Y répondre n'est pas aisé. Les scientifiques sont confrontés au manque important de données permettant de chiffrer les différents flux. Pour s’approcher au plus près de la réalité, des données de terrain (prélèvements de sédiments, concentration en silice dissoute des eaux océaniques), une extrapolation des données obtenues à partir de zones similaires (le Groenland par ex.) ont permis d’établir le cycle du silicium pour cette partie de l’Océan. Afin de décrire et chiffrer le cycle de la silice dans l’Océan Austral, trois facteurs sont déterminants :

l’apport de silice dissoute dans l’océan depuis le continent et les sources hydrothermales, la part de silice incorporée au niveau des eaux de surface par les organismes siliceux tels que les diatomées et les éponges siliceuses, mais aussi la quantité de silice biogénique qui va être exportée tout en étant enfouie dans les profondeurs de l’Océan Austral.

D’après les données de cette étude, les apports externes de silice dissoute dans l’Océan sont  négligeables du fait de l’absence de grands fleuves et de la très faible quantité de silice transportée par les eaux de fonte des calottes glaciaires et des icebergs. Les eaux de surface de l'Océan Austral comportent une importante quantité de silice dissoute incorporée par les diatomées. De nombreuses données acquises au cours des différentes campagnes océanographiques indiquent un flux d'une production siliceuse de l’ordre de 80 Téra (T) moles/an (1012 moles). Cette productivité constitue plus de 30 % de la productivité siliceuse mondiale, concentrée dans une zone égale à 10% de la surface de l’Océan.

A la mort des diatomées les frustules subissent une importante dissolution, lors de leur descente le long de la colonne d’eau. Il est mis en évidence que 56% de la silice biogénique produite dans les eaux de surface de l’Océan Austral, va se dissoudre et être recyclée plusieurs fois (25 fois en moyenne) lors de la production de diatomées avant d’être déposée sur le plancher océanique, de s’accumuler à plus long terme dans les sédiments et donc de quitter le cycle océanique. Suite au dépôt de cette silice biogène (18,7 T moles/an de Si) sur les fonds marin, la dissolution se poursuit à l’interface eau-sédiments ainsi que dans la couche superficielle des sédiments, entrainant un important flux de diffusion de silice dissoute vers l’Océan (flux estimé à 16,7 T moles/an).

 

Figure 2  : Cycle de la silice dans l'Océan Austral et dans le reste de l'Océan : sources et puits de silice notés en T moles/an.

L’Océan Austral est connu comme la seconde zone d’accumulation en silice biogénique des fonds océaniques, juste après le Pacifique Nord. Une partie de la silice produite en surface par les diatomées (partie ayant résisté à la dissolution lors du trajet entre les eaux de surfaces et l’accumulation sur les fonds marins) va pouvoir s’enfouir et rester emprisonnée dans les sédiments océaniques durant des milliers (voire des millions) d’années. D’après les données obtenues à partir d’échantillons prélevés dans les sédiments profonds de l’Océan Austral, le flux net d’enfouissement de silice biogénique représente  2 T moles/an. Cette valeur démontre que 2,5% de la silice biogénique produite dans les eaux de surfaces (80 T moles/ an) va être enfouie dans les sédiments marins.

L’Océan Austral est-il bien une source de silice pour le reste de l’Océan ?

A partir du bilan des différents flux (import, export), l’Océan Austral fait apparaitre via cette étude, une perte de silice de 2 T moles/an par enfouissement dans les sédiments marins sans aucun apport majeur depuis le continent ou les sources hydrothermales (fig. 2). Cette importante zone océanique connait donc un déficit net de l’ordre 2 T moles/an de silice dissoute. Pour remettre ce cycle à l’équilibre (en sorte que la somme des apports et sorties soit égale à 0), cette partie de l’Océan est dans l’obligation d’importer 2 T moles/an de silice dissoute depuis le reste de l’Océan.

hatin3.jpg

Figure 3. Schéma du cycle de la silice de l'Océan Austral. Différents flux ( F) représentés par les flèches et bulles (notés en T moles de silice/an)

D’après ces observations, l’Océan Austral apparait donc comme un importateur net de silice dissoute (fig. 3). La quantité importante de silice présente dans les eaux de surface de cet Océan n’a pas pour origine cette même partie du globe, mais est importée à partir d’autres régions via la circulation océanique. Une partie de la silice dissoute qui traverse l’Océan Austral, va être piégée par la production et l’accumulation d’une importante quantité de frustules de diatomées dans les sédiments marins. De ce fait il prélève donc une sorte de taxe : une certaine quantité de silice (2,5%) transitant par cet Océan en l’enfouissant dans les sédiments océaniques.

Même si de nombreuses questions sur le cycle complexe du silicium restent en suspens (cycle à l'équilibre ou non, rôle des éponges marines...), ses secrets et paradoxes sont révélés peu à peu. L’obtention de données de terrain plus nombreuses, une meilleure compréhension des autres flux (non évoqués ici) permettront aux chercheurs de préciser tant l’histoire actuelle que passée du cycle du silicium.

Médiation scientifique

Assurée par Hatin Tristan, doctorant de l'École Doctorale des Sciences de la Mer (EDSM - Université de Bretagne occidentale), en 3ème année de thèse au sein du laboratoire Domaines Océaniques à l’IUEM. Cette thèse est réalisée grâce à un cofinancement ARED Région Bretagne et  EDSM.

A partir de :

L'article original

Paul J Treguer. (2014). The Southern Ocean silica cycle. Comptes Rendus Geoscience, 346, 279-286.  http://dx.doi.org/10.1016/j.crte.2014.07.003

Les auteurs

Ce travail résulte d'un travail de recherche réalisé par Paul Treguer (UMR 6539 LEMAR and UMS OSU IUEM - UBO), spécialiste de l’Océan Austral et du cycle du silicium à l’échelle de l’océan mondial est par ailleurs déjà l'auteur d’un article fondateur publié en 1995. Il est également reconnu comme étant à l'origine de l'Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM) et de l'Europôle Mer.

La revue

Les " Comptes Rendus Géosciences" sont publiés par  Elsevier en 12 volumes annuels qui couvrent tous les domaines des Sciences de la Terre : Géophysique, Climat et Environnement, Dynamique interne de la terre, Océanographie, Histoire des sciences...

Contacts

Auteurs : consulter l'annuaire de l'IUEM
Bibliothèque La Pérouse : Suivi éditorial, rédaction, corrections et mise en page : Fanny Barbier

Retour à la liste des publications

Photo du mois

Geovide_PLherminier_0790.JPG

(C) Pascale Lherminier / Ifremer