L’océan peut être considéré comme le poumon bleu de la planète. En effet, le phytoplancton utilise le CO2, des nutriments et la lumière pour produire de la matière organique. Une partie de cette matière est préservée et exportée vers les sédiments et l’autre partie est dégradée par respiration bactérienne. En particulier, dans la zone de minimum d’oxygène très productive du Pérou, le devenir de la matière organique demeure une boite noire, malgré ses impacts sur le climat et les ressources socio-économiques.
Dans une première étude, basée sur les données provenant d’une ligne de mouillage instrumentée, le transfert de particules entre l’oxycline et le cœur de l’OMZ a été étudié. Cette étude a mis en évidence une modulation temporelle de ce transfert répondant aux variations d’oxygénation, de quantité de matière et de sa qualité.
Dans une seconde étude, les différents produits satellites dérivés de la couleur de l’eau sont utilisés pour documenter la concentration en chlorophylle pour la quantité de matière et les groupes fonctionnels de phytoplancton pour sa qualité. Ces produits sont validés aux échelles globale et régionale au large du Pérou, puis inter-comparés.
Dans une troisième étude, un indice satellite permettant de décrire l’efficacité de l’export de particules a été développé. Il s’agit d’estimer le coefficient d’atténuation verticale du flux de particules b de la « Martin’s curve ». Les facteurs induisant la modulation du transfert de particules sont documentés par: la concentration en chlorophylle pour la quantité de matière et la concentration relative de procaryotes pour sa qualité, ainsi que par un indice d’oxygénation. La profondeur de l’oxycline (oxygénation) et le coefficient b sont estimés par satellite par une méthode de régression statistique. Ces régressions sont établies sur des profils de O2 pour la profondeur de l’oxycline, et du coefficient d’atténuation (Cp) pour l’estimation du coefficient b, issus des profileurs Argo et de campagnes à la mer, respectivement.
Les variations spatiales et temporelles du coefficient b ont été étudiées au large du Pérou pour l’archive 2008-2017. Une disparité spatiale a été reportée permettant de définir quatre sous-régions (côte, large, équateur et Sud). La côte est affectée d’un coefficient b relativement faible, suggérant un export de matière. L’épaisseur de la couche oxygénée étant faible, la matière y est préservée. A l’inverse, au large, à l’équateur, et en particulier au sud, une forte atténuation du flux de particules a été observée. Pour la zone sud et l’océan du large, cette distribution est expliquée par l’activité microbienne. En effet, ces zones sont peu productives et caractérisées par de fortes proportions de procaryotes. La matière y est recyclée par les bactéries pour soutenir la production de surface. Dans la bande équatoriale, caractérisée par une forte production de surface et des cellules phytoplanctoniques plus larges, la forte atténuation du flux vertical de particules est due à l’épaisseur conséquente de la couche oxygénée. Cette étude a également permis de documenter le caractère saisonnier de la reminéralisation, avec une augmentation de l’export lors de l’hiver austral, en lien avec une baisse de production. La variabilité saisonnière est toutefois plus faible que la variabilité interannuelle (entre 20 et 50 %). A l’échelle interannuelle, une augmentation de l’export de matière a été notée pour l’évènement El Niño costero de 2015, en lien avec une baisse de production de surface.
Cette thèse propose donc une nouvelle méthodologie permettant l’étude du devenir de la matière organique par satellite, et fournit pour la première fois à l’échelle régionale et de l’échelle saisonnière à interannuelle une vision de l’atténuation verticale du flux de particules dans l’OMZ du Pérou. |
Ocean could be considered as an Earth lung. Indeed, phytoplankton uses CO2, nutrients and light to produce organic matter (OM). This matter is partly preserved and exported towards sediments and partly degraded through bacterial respiration. In the Peruvian oxygen minimum zone, the OM fate remains a black box, despite its impacts on climate and socio-economical resources.
In a first study, based on data from an instrumented mooring line, the particles transfer between the oxycline and the OMZ core has been investigated. This study pointed out a temporal modulation of the transfer efficiency, in line with the modulation of oxygenation, organic matter quantity and quality.
In a second study, the different satellite products derived from ocean colour are used to document the OM quantity with the chlorophyll concentration, and the OM quality with phytoplankton functional types. These products are validated at both global and regional scales, in the OMZ off Peru, and then compared between them.
In a third study a satellite index allowing the description of the export efficiency was developed. The aim is to retrieve the b coefficient of the “Martin’s curve” from satellite observations. Parameters inducing a modulation of the particles transfer are documented by: chlorophyll concentration for the OM quantity, and prokaryotes concentration for OM quality. The satellite oxycline depth (for the oxygenation) and the b coefficient are estimated through a statistical regression method. This regression is established from Argo float profiles of oxygen concentrations for the oxycline depth, and from cruise CTD profiles of the beam attenuation (Cp) acquired during oceanic cruises for the b coefficient.
Spatial and temporal variations of the b coefficient were studied off Peru for the period 2008-2017. A spatial disparity enables the definition of four zones (coastal, offshore, equatorial and south region). At the coast, a low b coefficient suggests a significant particles export. The shallow oxycline induces OM preservation. Conversely, offshore, in the equatorial part and especially in the south, a strong attenuation of the vertical particles flux was observed. For the offshore and the southern regions, this distribution can be explained by the microbial activity. Indeed, these zones are weakly productive and the phytoplankton community is characterized by a strong proportion of prokaryotes. In these zones, bacteria recycle OM to sustain surface productivity. In the equatorial region, characterized by a high surface productivity and large phytoplankton cells, the strong attenuation of the vertical particle flux is due to the width of the oxygenated layer. This study also allows the documentation of the seasonal signal of remineralisation, with an enhanced export in austral winter, in line with a lower primary production. The seasonal variability is nevertheless lower than the interannual variability (between 20 and 50 %). At an interannual timescale, an increased OM export was reported for the El Niño costero of 2015, in line with a productivity decrease.
This manuscript proposes a new methodology to study the organic matter fate from satellite, and provides, for the first time at regional scale, and from the seasonal to the interannual timescales, a vision of the vertical attenuation of the particle flux in the OMZ off Peru.
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