Equipe

Chibido

Chimie marine, cycles biogéochimiques et dynamique océanique

Les cycles biogéochimiques marins des éléments majeurs et traces jouent des rôles fondamentaux à la fois dans le fonctionnement biologique et chimique de l’océan mais aussi dans la régulation climatique terrestre. Les écosystèmes marins (phytoplancton, zooplancton, bactéries, poissons, prédateurs) occupent une place centrale au sein de ces cycles et contribuent par divers processus (assimilation-dégradation-transfert trophique-sédimentation) à transformer, stocker et redistribuer les éléments chimiques dans la colonne d’eau océanique. Ces transformations favorisent différents niveaux de couplage entre les cycles des éléments et interagissent directement sur le climat en modifiant les échanges de gaz impliqués dans le bilan radiatif de l’atmosphère (CO2, CH4, N2O, DMS). En dépit d’avancées notables obtenues au cours des récentes décennies, ce rôle essentiel des écosystèmes marins sur les cycles biogéochimiques et in fine sur le climat reste encore mal quantifié et constitue toujours un enjeu scientifique.

Cet enjeu est d’autant plus important dans le contexte actuel où les pressions anthropiques qui s’exercent sur l’océan et les organismes marins ne cessent de s’accroître et de se multiplier. Le changement climatique et la modification des forçages environnementaux (T, pH, pCO2, courants, extension de la glace de mer), les rejets de substances polluantes (métaux toxiques, pesticides, micro-plastiques, etc.), l’exploitation intensive des ressources biologiques ou encore la dégradation des habitats naturels, sont autant de facteurs susceptibles de modifier en profondeur la structure, le fonctionnement et la biodiversité des écosystèmes marins. Quels seront les impacts de ces modifications sur les cycles biogéochimiques, la productivité océanique, les échanges de gaz ? Quelles seront les rétroactions climatiques et la réponse des organismes face à ces changements? Voilà autant de questions auxquelles la communauté scientifique se doit répondre si elle entend réduire les incertitudes associées aux simulations du climat et anticiper l’évolution conjointe des écosystèmes marins.

C’est autour de ces questions que notre équipe de recherche (CHIBIDO) développe ses activités. Nos objets d’étude sont les cycles biogéochimiques des éléments majeurs (C, N, P, S, Si) et traces métalliques (Fe, Mn, Cu, Ni, Zn, Co, Cd, Mo, Pb) et nous tentons, par des approches pluridisciplinaires associant physiciens, biologistes, chimistes et modélisateurs de contribuer à l’amélioration des connaissances sur les interactions entre dynamique océanique, cycles biogéochimiques, écosystèmes et climat. Nos actions de recherche combinent un large spectre d’approches associant le développement de nouvelles méthodes d’analyse (multi-élémentaires, isotopiques et de spéciation), la mise en œuvre de traceurs/proxies géochimiques (Baxs, 234Th, δ30Si, δ11B), l’observation in situ à différentes échelles (microcosmes, mésocosmes, bassin, globale), l’expérimentation en laboratoire ainsi que l’utilisation de la modélisation numérique. Ces approches s’inscrivent dans le cadre programmatique international (IMBER, GEOTRACES, SOLAS) et national (LEFE-CYBER, EC2CO/DRIL, LABEX Mer ) et sont structurées selon trois axes de recherche :

chibido - Axes des recherche

Axes de recherche de l’équipe Chibido.

Axe 1: Dynamique et flux aux interfaces

Animation: Olivier Ragueneau & Gabriel Dulaquais

Mieux comprendre les cycles biogéochimiques océaniques nécessitent de décrire et comprendre les flux d’entrée et de sortie, et leur variabilité. Pour cela nous travaillons aux différentes interfaces avec l’océan, puisque ces interfaces sont sources et puits  externes de matière dont l’intensité et l’importance varient selon l’élément considéré. Ces interfaces sont généralement le siège de forts gradients physico chimique et elles sont extrêmement sensibles aux différentes pressions anthropiques.

Les sédiments, l’interface océan-atmosphère, et les sources hydrothermales sont les sources de métaux pour l’océan. Les concentrations en bactéries dans les échantillons d’eau de pluie sont liées à l’augmentation des concentrations en ligands spécifiques du fer pouvant impacter la spéciation organique du fer. Nous avons pour objectif de mieux comprendre les interactions entre le fer et les bioaérosols et leur devenir dans la colonne d’eau océanique. En milieu hydrothermal, notre objectif est d’identifier et de décrire les réactions chimiques déterminantes dans la complexation organique des métaux.

Le continuum terre-mer est une interface fortement impactée par les pressions anthropiques. Les gradients physico-chimiques existant dans les estuaires contrôlent les apports des rivières en éléments biogènes (Si, N) et métalliques. Notre équipe continue à améliorer notre compréhension de la dynamique de ces éléments le long du continuum terre-mer en étudiant les modifications qui s’y opèrent via des processus d’adsorption/désorption, coagulation, complexation ou dégradation et en caractérisant la composition et le rôle physico-chimique de la matière organique qui influe sur leur biodisponibilité/toxicité.

De plus, nos travaux en Baie de Vilaine devraient nous amener à participer à l’élaboration d’un schéma de limitation par les nutriments pouvant permettre une restauration des écosystèmes eutrophisés. En améliorant notre connaissance de la Rade de Brest nous souhaitons utiliser les scénarios de changement climatique afin de modéliser l’évolution des flux de nutriments à la zone côtière. Ces scénarios pourront être combinés à des scénarios de changements de pratiques agricoles sur les bassins versants en collaboration avec l’équipe d’économistes d’AMURE.

Axe 2 : cycles biogéochimiques et dynamique océanique

Animation: Pascal Rivière & Eva Bucciarelli 

Dans cette AR, nous cherchons à mieux comprendre la variabilité spatiotemporelle de la production phytoplanctonique en lien avec la dynamique des cycles et les structures hydrodynamiques de petites échelles. Pour cela, nous avons ciblé plusieurs objectifs

(1) observer et décrire les distributions et les spéciations chimiques des métaux traces dissous et particulaires au cours de grandes campagnes océanographiques internationales

(2) étudier les facteurs comme les limitations ou la toxicité et les pressions qui vont contrôler la dynamique interne des éléments biogènes (N, Si, métaux) en lien avec la physiologie du phytoplancton et la structure des communautés phytoplanctoniques en collaboration avec l’équipe 2

(3) de mettre en lien les structures dynamiques à petite échelle et la biodiversité planctonique.

Pour atteindre ces différents objectifs nous combinons différentes approches mettant en jeu l’observation in situ dans le cadre de programmes internationaux (GEOTRACES), nationaux (biologging et éléphants de mer CNES-TOSCA) ou issus du LAbexMer et de l’EUR ISblue (M2BIPAT), des études de processus en laboratoire et en milieu naturel (techniques isotopiques), ainsi que des modèles de circulation océanique 3D (NEMO, CROCO) couplés à des modèles biogéochimiques (PISCES, DARWIN, DARWIN-QUOTA) permettant d’appréhender la diversité planctonique.

Axe 3 : la pompe biologique de carbone

Animation : Laurent Mémery

En lien étroit avec le thème 1 d’ISBLUE, les objectifs de cet axe sont d’étudier les facteurs contrôlant la nature, l’amplitude, et l’atténuation des flux d’export de carbone depuis la surface vers l’océan profond. L’accent est porté à la fois sur les processus de formation de particules (agrégation biologique et physique), d’export vertical (proxy 234Th), de reminéralisation mésopélagique (proxy Baxs) ainsi que sur les interactions trophiques avec les communautés microbiennes et zooplanctoniques. Malgré les progrès effectués par les nouveaux modèles qui tiennent compte de plus en plus des processus  contrôlant l’export, que ce soit les classes de taille ou le comportement du zooplancton, il reste en effet nécessaire d’améliorer notre compréhension de la dynamique des particules et des facteurs impactant leur taille et leur nombre, leur vitesse de chute et leur devenir dans la zone mésopalagique. Pour cela, notre approche prévoit des campagnes de mesures in situ utilisant entre autre des proxies géochimiques, ainsi que des études de processus plus particulièrement liés aux processus impactant la dynamique des particules en zone mésopélagique et différents outils de modélisation.

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Responsables d’équipe

Chercheurs et enseignants-chercheurs

Paul Treguer

Ingénieurs et techniciens

Doctorants

Post-doctorants

Fanny Chenillat