Projet de recherche EV/05 (Action de recherche EV)
L'océan constitue un puits important pour le CO2 anthropogénique and joue donc un rôle significatif dans le cycle biogéochimique global du carbone et dans ses perturbations. Il reste cependant de grandes incertitudes concernant l'assimilation du carbone anthropogénique par l'océan, surtout par méconnaissance des processus de contrôle de la pCO2 dans les eaux de surface.
La plupart des efforts de recherhe antérieurs s'est concentrée sur l'étude des échanges de CO2 à l'interface air-mer, liés aux effets de température, à la circulation générale des masses d'eau, ou à l'activité biologique, en termes de production nouvelle de matière organique et d'exportation vers les eaux profondes. L'effet de la précipitation des carbonates de calcium par les organismes calcifiants dans la zone euphotique et la dissolution de leur squelettes n'a pas été pris totalement en compte jusqu'à présent. Ces processus de précipitation et de dissolution modifient à la fois la concentration du carbone inorganique dissous et l'alcalinité, et intervient significativement dans la capacité tampon de l'eau de mer, et dans son potentiel en tant que puits ou source de CO2 vis-à-vis de l'atmosphère. Il devient maintenant évident qu'une origine des incertitudes quant au flux de carbone anthropogénique est liée à notre méconnaissance de ces processus et de leur quantifications, qui sont essentiels n'ont seulement à la compréhension de la situation actuelle, mais aussi pour les études prédictives dans le contexte d'un réchauffement global.
L'objectif général de ce projet de recherche est d'obtenir une meilleure connaissance du cycle océanique du carbone inorganique et son rôle dans le changement climatique. En combinant des études de terrain, des expériences de laboratoire et des efforts de modélisation, nous entendons étudier les processus associés à la production et à la dissolution océaniques des carbonates de calcium, afin de quantifier le rôle des organismes phytoplanctoniques calcifiants dans le piègeage du CO2.
Méthodologie
Les objectifs du présent projet seront atteints en combinant études de terrain, expériences de laboratoire et modélisation.
Nos études de terrain seront menées dans la zone du Banc de La Chapelle (autour de 47°30’N, 7°30’W), dans le Golfe de Gascogne (Océan Atlantique Nord-est). Ce site a été suivi depuis plus de dix ans par le groupe belge engagé dans le cadre des projets de recherche belge (Global Change) ou européen (OMEX), et on dispose d’une bonne connaissance des processus physiques ayant lieu dans la région. De plus, des efflorescences de coccolithophoridés ont été fréquemment observées dans le Golfe de Gascogne. Des études précédentes de la distribution et des flux verticaux du carbonate de calcium (CaCO3) montrent une rapide dissolution des squelettes durant la phase de déposition et ce même dans la couche supérieure de la colonne d’eau qui est sursaturée en CaCO3. Ce site est donc particulièrement propice à l’étude du cycle du carbone inorganique.
Des recherches sur le terrain, pilotées par les données de télédétection, fourniront des informations de base d’ordres physique, chimique (nutriments, carbone organique et inorganique) et biologique (phytoplancton et zooplancton). La matière en suspension sera collectée par centrifugation en continu ; par filtration in situ de grands volumes d'eau, et par la mise à l’eau de pièges à sédiments sur de courtes durées.
Des études orientées sur les processus de productions de carbone organique et inorganique particulaire et de dissolution des carbonates de calcium seront entreprises sur le terrain et au laboratoire, grâce à des expériences d'incorporation de 14C et 45Ca. L'influence du broutage par le zooplancton et de la dégradation microbienne de la matière organique sur la dissolution de CaCO3 seront étudiées en détail.
La matière particulaire collectée dans le Golfe de Gascogne sera étudiée d'un point de vue physique et chimique grâce à des méthodes microscopiques et spectroscopiques modernes afin d’en caractériser la composition, la morphologie et les figures de dissolution.
Les données acquises dans ce projet seront utilisées pour établir et paramétrer les équations de vitesse de la production et de la dissolution des carbonates de calcium. Elles seront aussi utiles en vue de validations et/ou comme variables d'entrée dans les modèles du cycle océanique du carbone.
Interaction entre les différents partenaires
Le coordinateur, le Laboratoire d’Océanographie Chimique et Géochimie des Eaux de l’Université Libre de Bruxelles (ULB-LOCGE), est responsable de la quantification de la production du carbone organique et inorganique et de l’étude des mécanismes de dissolution de CaCO3 biogénique liés à la respiration microbienne.
Le Laboratoire d’Écologie et Systématique de la Vrije Universiteit Brussel (VUB-ECOL) étudiera le rôle du broutage du zooplancton dans la dissolution de CaCO3.
Le Centre de Micro-Analyse et d’analyse de Traces de l’Université d’Anvers (UIA-MiTAC) contribuera à la caractérisation physique et chimique de la matière en suspension en relation avec le cycle du CaCO3.
Lien avec des programmes internationaux
Le lien avec des programmes internationaux existants sera réalisé via les membres du comité d’utilisateurs.
- Dr. C. Sabine (Université de Washington) est impliqué dans les programmes WOCE et JGOFS pour l’étude d’estimations globales des réservoirs de carbone tant naturel qu’anthropogénique ;
- Dr. R. Francois (Woods Hole Oceanographic Institution) contribuera à une plus complète description du transfert de carbone entre l’atmosphère et l’océan profond.dans le cadre de son projet à WHOI ;
- Notre projet sera lié au programme GAIM-IGBP via Dr. O. Marchal (Woods Hole Oceanographic Institution), qui effectuera des simulations des flux du CaCO3 dans les modèles océaniques globaux du cycle du carbone développés dans le cadre du Ocean Carbon-Cycle Model Intercomparison Project ;
- La présente recherche est aussi liée avec le "seatruthing" des relevés de télédétection satellitaires récoltés par SeaWiFS et MODIS via notre collaboration avec S. Groom (Plymouth Marine Laboratory).
Résultats et/ou produits attendus
- Les mécanismes et la vitesse des processus individuels de production et de dissolution de carbonate de calcium seront clarifiés ;
- La production intégrée de matière organique et le devenir du carbonate de calcium dans la zone euphotique seront évalués pour la zone étudiée ;
- Les flux de carbone organique et inorganique sur une plus grande échelle spatiale et temporelle pourront être décrits grâce à des modèles hydrodynamiques et biologiques couplés.
Partenaires
Activités
ULB-LOCGE, dirigé par le Prof. L. Chou, a une longue expérience de l’étude des processus biogéochimiques et leurs perturbations affectant localement ou de manière plus globale le cycle d’éléments tels que le carbone, les nutriments, les éléments majeurs, mineurs ou en trace dans les eaux côtières et les marges océaniques.
VUB-ECOL, dirigé par le Prof. M.-H. Daro, spécialisé dans la trophodynamique du zooplancton. Leurs recherches sont axées sur le fonctionnement écologique des écosystèmes marins et plus particulièrement sur le premier niveau de la chaîne trophique (phyto et zooplancton).
UIA-MiTAC, dirigé par le Prof. R. Van Grieken, a une grande expérience de la micro-analyse et de l’analyse des traces appliquées à l’étude de l’environnement. Le principal domaine de recherche concerne l’évaluation des dépôts atmosphériques de nutriments et de métaux lourds en Mer du Nord ainsi que l’étude des aérosols en zones isolées et leur influence sur le climat global.
Coordonnées
Coordinateur du Projet
L. Chou,
Université Libre d Bruxelles (ULB)
Laboratoire d’Océanographie Chimique et Géochimie des Eaux
Campus de la Plaine - CP 208
Boulevard du Triomphe, B-1050 Bruxelles
Tél: +32-2-650-5237, Fax: +32-2-646-3492
Lei.Chou@ulb.ac.be
http://www.ulb.ac.be/sciences/dste/ocean/
Partenaires du projet :
M.-H. Daro
Vrije Universiteit Brussel (VUB)
Laboratorium voor Ecologie en Systematiek
Pleinlaan 2, B-1050 Brussel
Tél: +32-2-629-3406, Fax: +32-2-629-3403
ndaro@vub.ac.be
http://www.vub.ac.be/
R. Van Grieken
Universitaire Instelling Antwerpen (UIA)
Micro and Trace Analysis Centre
Universiteitsplein 1, B-2610 Antwerpen
Tél: +32-3-820-2362, Fax: +32-3-820-2376
vgrieken@uia.ua.ac.be
http://www.uia.ac.be/u/vgrieken/
Comité d’Utilisateurs
Le rôle des membres du comité et leur participation au présent projet sont décrits plus haut via le lien avec les programmes internationaux.
Validation of alternative marine calcareous skeletons as recorders of global climate changes (calmars) : final report
Brussels : Federal Science Policy, 2009 (SP2042)
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