Variabilité spatiale et temporelle du cycle du silicium dans divers milieux oligotrophes et mésotrophes - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

Spatial and temporal variability of the silicon cycle in diverse oligotrophic to mesotrophic environments

Variabilité spatiale et temporelle du cycle du silicium dans divers milieux oligotrophes et mésotrophes

Résumé

The silicon biogeochemical cycle was studied in diverse coastal and oceanic systems, oligotroph to mesotroph, in the Mediterranean Sea (SOFi, ALMOFRONT II and PROSOPE campains), in the North East Atlantic (POMME campaign) and in the HNLCLSi area of the Indian sector of the Southern Ocean (ANTARES 4 campaign). This work has evidenced the role of the availability of dissolved Si upon diatom distribution in the western Mediterranean, where silicic acid stocks can be inferior to nitrate stocks. Silicic acid concentrations can be very low and close to the detection limit in coastal systems (Gulf of Lions) as well as in open systems (Alboran Sea, Algerian Basin), contradicting the current assumption that dissolved silicon is never found below 1 μM in the Mediterranean. Si uptake kinetics carried out during the POMME and SOFi campaigns highlighted Si limitation at relatively high concentrations (≥ 1 μM). The half-saturation constants for Si uptake varied strongly depending on the specific structure of the diatom assemblage. Nutrient enrichment experiments performed during the POMME and ANTARES 4 campaigns have showned Si/Fe and Si/N co-limitation processes liable to limit the diatom spring bloom in the North East Atlantic and in the Southern Ocean HNLCLSi area. If dissolved Si availability does not seem to directly control primary production, its role appears crucial in structuring the specific composition of the phytoplankton assemblage, by favouring or not the dominance of diatoms, one of the main group responsible for rapid C export to depth. Results obained throughout the different campaigns illustrated the potential importance of Si dissolution in the euphotic layer, when silicic acid concentrations are low. This process may be of particular importance during the spring bloom, by allowing a replenishment of the depleted surface layer and inducing a production regime based on regenerated Si. Finally, production and exportation budgets established for each system studied allowed the comparison with the functionning of other oceanic systems. The SOFi study site exhibited an extremely low annual production budget as compared to other coastal systems, which was the result of the oligotrophic conditions induced by the Northern Mediterranean Current. Paradoxically, this site appeared to be a privileged area of Si sedimentation, with 64 % of the produced biogenic silica exported out of the euphotic layer. The highest production rates were on the other hand measured during the spring bloom in the North Atlantic, where very low exportation rates were recorded (3-4 %). The decoupling between Si production and exportation thus indicates distinct processes controlling the siliceous biomass in the different system studied. Furthermore, the Si/C decoupling in each compartiment (production, stock, exportation) also exhibited significant differences.
Le cycle biogéochimique du silicium en milieu marin a été étudié dans divers systèmes océaniques et côtiers, oligotrophes à mésotrophes, en Méditerranée (campagnes SOFi, ALMOFRONT II, PROSOPE), en Atlantique Nord-Est (campagne POMME), et dans la zone HNLCLSi (High Nutrient Low Chlorophyll Low Silicate) du secteur Indien de l’Océan Austral (campagne ANTARES 4). Ce travail a mis en évidence le rôle de la disponibilité en Si dissous sur la distribution des diatomées à l’échelle de la Méditerranée Occidentale, où les stocks d’acide silicique peuvent s’avérer déficitaires par rapport aux stocks de nitrates et de phosphates. Par ailleurs, les concentrations en Si(OH) 4 peuvent atteindre régulièrement des valeurs proches ou inférieures à la limite de détection, que ce soit en milieu côtier (Golfe du Lion) ou en milieu océanique ouvert (mer d’Alboran, bassin Algérien), allant à l’encontre de l’assertion couramment admise que les concentrations en Si(OH) 4 ne sont jamais inférieures à 1 μM en Méditerranée. Les cinétiques d’absorption du Si réalisées au cours des campagnes POMME et SOFi ont mis en évidence des processus de limitation des taux d’absorption à des concentrations non nulles (de l’ordre de 1 μM) en acide silicique. Les constantes de demi-saturation (K S ) mesurées semblent varier fortement en fonction de la structure spécifique de l’assemblage de diatomées en présence. Des expériences d’enrichissement réalisées au cours des campagnes POMME et ANTARES 4 ont également mis en évidence des processus de co-limitation Si/Fe et Si/N susceptibles de limiter la floraison printanière des diatomées en Atlantique Nord-Est et dans la zone HNLCLSi de l’Océan Austral. Si la disponibilité en Si dissous ne semble pas contrôler directement le niveau de la production primaire, son rôle apparaît cependant essentiel en tant que facteur de contrôle de la structure spécifique de l’assemblage phytoplanctonique, en permettant la dominance ou non des diatomées, principal groupe responsable de l’exportation rapide de matière vers le fond. Les résultats acquis au cours des différentes campagnes illustrent l’importance potentielle des processus de dissolution de la silice biogénique dans la couche euphotique lorsque les concentrations en acide silicique sont faibles, notamment au moment de la floraison printanière, en permettant un ré-approvisionnement de la couche de surface et un fonctionnement des diatomées en mode de production régénérée sur le Si. Par ailleurs les bilans de production et d’exportation de Si réalisés dans chaque zone ont permis de replacer les sites étudiés dans le contexte des grands systèmes océaniques. Le site SOFi présente un bilan annuel de production de Si extrêmement faible par rapport aux zones côtières précédemment décrites, notamment en raison des conditions oligotrophes induites par le courant Nord- Méditerranéen, mais se révèle être un site d’exportation privilégié de Si, avec une moyenne annuelle d’exportation équivalente à 64 % de la production de Si dans la couche euphotique. Le bilan de production le plus élevé est observé dans l’Atlantique Nord en période printanière, en revanche cette zone est caractérisée par de faibles flux d’exportation de Si (de l’ordre de 3-4 %). Les processus de découplage Si/C au sein des différents compartiments (production, stocks, exportation) montrent de la même façon des différences importantes selon les systèmes étudiés.

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Citer

Karine Leblanc. Variabilité spatiale et temporelle du cycle du silicium dans divers milieux oligotrophes et mésotrophes. Océanographie. Université de la Méditerranée – Aix-Marseille II, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01783412⟩
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