Thierry Moutin, Guillaume Le Gland & Thibaut Wagener (M1S2)
Objectif
Cette unité apporte les fondamentaux indispensables à la compréhension des processus physiques et biogéochimiques contrôlant les cycles des éléments biogènes (N, P, Si), leur quantification et l’établissement des bilans élémentaires de l’échelle régionale à l’échelle globale. Les cycles des éléments majeurs sont présentés ainsi que les couplages entre les éléments et entre les grands domaines (atmosphère, continent, océan) dans une approche comparative entre les évolutions passées (dernières transitions glaciaire/interglaciaire) et le changement climatique en cours.
► Cours théoriques : 40 heures (3 intervenants)
1. Le cycle océanique global de l’azote : Différentes formes d’azote réactif et réactions biogéochimiques, réservoirs et flux – océan, continent, atmosphère–, perturbations anthropiques, processus de contrôle du cycle océanique de l’azote (réservoir profond de nitrates et circulation thermohaline, contrôle biologique, le modèle de Dugdale & Goering – productions nouvelle ou de régénération, production exportable, production exportée), couplage diazotrophie/nitrification/dénitrification à l’échelle globale, couplage entre le cycle continental et le cycle océanique.
2. Le cycle du phosphore : Distribution et facteurs de contrôle du phosphate dans les milieux marins (le rôle du phosphate dans la limitation de la production océanique –, distribution, composition et disponibilité des pools de phosphate dans l’océan, les sources – fleuves, atmosphère, volcans, processus hydrothermaux – et les puits – enfouissement de la matière organique, adsorption sur les argiles et les oxohydroxydes de fer, enfouissement des phosphorites –, temps de résidence), le cycle biogéochimique du phosphate (cycle dans l’Océan Mondial – le modèle du 1er ordre de Broecker & Peng, cycle dans l’océan de surface – modèle de Thingstad, changement climatique et hypothèse du shift de Karl –, couplage avec les cycles des autres éléments biogènes (C, N, Si).
3. Le cycle du silicium : Le cycle biogéochimique du silicium (techniques d’étude des stocks et des flux, dissolution de la silice dans le milieu naturel – réactivité de la silice particulaire et constantes de dissolution, effet de la température, relation avec les processus de dégradation bactérienne, influence de la teneur en aluminium –),
Le cycle global du silicium dans les océans – un cas d’école dans l’établissement d’un bilan biogéochimique (production et dissolution de la silice biogénique dans les océans – estimation de la production et de l’exportation de silice biogénique, comparaison des limites inférieure et supérieure –, bilan biogéochimique du silicium dans l’Océan Mondial).
4. Le couplage des cycles de l’azote et du silicium à l’échelle globale : Fractionnement isotopique du silicium et de l’azote (proxy des changements climatiques passés), le silicium et le contrôle de la biogéochimie à l’échelle globale – couplage entre les teneurs en sels nutritifs de la thermocline dans l’Océan Austral et de la production biologique des basses latitudes, l’eau modale subantarctique (conservativité du traceur Si* dans la SAMW , le modèle conceptuel de Sarmiento et al., 2003, l’hypothèse du « Silicic Acid Leakage » et le scénario de la dernière transition glaciaire–interglaciaire, implications dans le cadre du changement global).Compétition entre espèces (rapport nutritif optimal, coexistence et dominance, compétition dans un milieu variable, co–limitations nutritionnelles).
► Travaux dirigés : 20 heures
TD-1. Disponibilité nutritive, production primaire et export de carbone en mer Méditerranée
TD-2. Fixation du carbone et assimilation de l’azote minéral dans le Pacifique équatorial
TD-3. Assimilation de l’azote minéral et de l’acide silicique par le phytoplancton dans l’Océan Austral
TD-4. Cycle biogéochimique du soufre et conséquences sur la dynamique climatique terrestre
TD-5. Le modèle de Broecker & Peng (introduction d’une notion quantitative à l’étude des cycles internes dans l’océan)
TD-6. Le cycle océanique du silicium. Estimation des principaux stocks et flux à l’aide du modèle PANDORA
TD-7. Le cycle océanique du fer, élément de contrôle des systèmes HNLC.
TD-8. travaux bibliographiques-1. Elaboration d’un document de synthèse sur un sujet d’actualité, exposés et débat avec les étudiants.
TD-9. travaux bibliographiques-2. Elaboration d’un document de synthèse sur un sujet d’actualité, exposés et débat avec les étudiants.
TD-10. Détermination des temps de « turn-over » et estimations directes et indirectes des concentrations en phosphate minéral dissous dans l’océan de surface.