Academic literature on the topic 'Cycle biogeochimique'

Abstract Recent studies on the biogeochemical cycle of silica put new constraints into models of genesis and evolution of silica in tropical environments. The role of plants in weathering mass balances are illustrated by phytolith studies. In Dimonika (Congo) latosols, dissolved silica originates mainly from the dissolution of phytoliths rather than from the dissolution of non-biogenic silicates. In andosols from La Reunion island (Indian Ocean), a 15 cm thick, biogenic silica accumulation formed within 4000 years from bamboo forests fires. The turn-over of silica by plants must therefore be taken into account in studies of weathering rates. Weathering rates of trachytic ash layers in La Reunion island show that all the primary minerals are destroyed and that 50% of amorphous secondary Al/Si products are transformed into halloysite. Theses rates, which are faster than the ones obtained in the Hawaii islands, may strongly influence the turn-over of carbon in soils. Besides, phytoliths preserved from dissolution may help to decipher the records of environmental changes in soils. In Salitre (Brazil), the phytolith distribution has been calibrated with charcoal and pollens. The age of phytoliths, which increases with depth, allow to trace the savanna/forest changes.

Ce travail avait pour objectifs d'evaluer l'importance des apports atmospheriques de fer en mediterranee occidentale, et d'etudier le cycle de ce metal dans le cadre des caracteristiques biogeochimiques du bassin liguro-provencal. La mesure simultanee, pendant un an, du flux de fer atmospherique et du flux de fer marin a differentes profondeurs permet d'observer l'influence de l'un sur l'autre. Le couplage des donnees biologiques et des donnees de fer particulaire et dissous permet de mieux comprendre le role du plancton sur la repartition et la concentration du fer dans l'eau de mer. Sur les bateaux, des installations ultra-propres s'averent indispensables. Le dosage du fer dissous s'est fait par voie chimique (preconcentration en phase organique) suivie d'une analyse par spectrometrie d'absorption atomique sans flamme. A l'echelle de l'annee, quelques apports atmospheriques brefs mais intenses, de matiere minerale d'origine africaine, suffisent a expliquer l'essentiel du flux annuel de fer particulaire sortant de la couche de surface (200 m d'epaisseur). Une semaine apres l'arrivee de ces bouffees de poussieres la matiere particulaire en suspensions s'est enrichie en fer et la quantite totale de fer particulaire en suspension a sensiblement augmente. L'evolution de ces caracteristiques est rapide. L'activite zooplanctonique est largement responsable de l'exportation du fer vers les sediments profonds. Les pelotes fecales controlent doublement le flux total de fer dans la mesure ou elles contiennent a la fois le fer intimement lie aux alumino-silicates et la majeure partie du fer associe a la matiere organique. Il y a environ 2500 ppm de fer dans la matiere organique recueillie dans les pieges a sediment. L'ete, il y a environ 2,40,5 nmol/kg de fer dissous ou colloidal dans la couche de surface. Le rapport fe detritique/al calcule par regression dans les grandes particules (fe detri. /al=0,43), inferieur au rapport fe/al habituellement mesure dans les aerosols sahariens, illustre l'amplitude des echanges dissous/particulaire et confirme que l'essentiel du fer contenu dans la matiere organique est d'origine atmospherique

Un bilan entrees-sorties du phosphore total (pt) a ete dresse dans le reservoir de pareloup pour 1986 et 1987. Les apports de pt, estimes a 22 t. , ont comme principale origine les eaux pompees dans la retenue de bage et la pollution domestique estivale. L'immobilisation de 85% de ce pt entrant, essentiellement due a la disparition des diatomees printanieres et a la sedimentation rapide du pt provenant de bage aboutit a des concentrations en p inorganique (prs) susceptible de limiter le developpement du bacterioplancton et du phytoplancton en phase de stratification estivale. Des experiences ont donc ete menees, a l'aide du 3 2p, pour 1) tester deux sources potentielles de p, les sediments et le phosphore organique dissous (pnrs) et 2) connaitre les modalites de repartition du p entre le phytoplancton et le bacterioplancton. Ces etudes ont ete etendues a un lac oligotrophe et a un lac eutrophe afin d'evaluer la variabilite des reponses le long d'un gradient trophique. Parmi les facteurs susceptibles d'influencer la mobilite du p sedimentaire, nous avons etudie l'influence de la dilution, de l'assechement et des microorganismes sur la solubilisation du p sedimentaire. La dilution des sediments modifie la liaison entre le p et la matrice solide ce qui provoque une augmentation de la quantite de p rapidement biossimilable. L'assechement temporaire des sediments, etudie lors de la vidange et de la remise en eau de la retenue accroit les formes de p les plus labiles, formes qui sont solubilisees lors de la rehumidification des sediments. Les microorganismes, en immobilisant temporairement une partie du p libere par le sediment, maintiennent un gradient de concentration favorable a une desorption continue du p sedimentaire. La capacite des populations algales et bacteriennes a assimiler le prs et le pnrs a ete estimee en comparant les taux de croissance et les cinetiques d'incorporation du 3 2p lors d'experiences d'amendements. Dans les situations de carence en p, le bacterioplancton etait plus efficient que le phytoplancton pour absorber le prs et le pnrs lorsque les concentrations ambiantes etaient faibles. Par contre, la part de p assimilee par le phytoplancton augmentait lors d'apport de p. Les deux populations etaient capables d'assimiler le pnrs issu du metabolisme planctonique. Le principal facteur influencant les modalites d'incorporation du p entre phytoplancton et bacterioplancton semble etre non pas la nature des composes p mais leur concentration.

Dans un contexte de changement climatique, le fonctionnement de la biosphère continentale peut être durablement affecté par l’augmentation d’extrêmes climatiques, diminuant l’assimilation photosynthétique du carbone ou augmentant la respiration de l’écosystème. Quantifier le stockage de carbone par les écosystèmes et prédire leur sensibilité aux changements climatiques repose donc fortement sur notre capacité à diagnostiquer séparément les flux de photosynthèse et de respiration à différentes échelles. La productivité primaire brute (GPP) n’est cependant pas directement mesurable. Des approches indirectes ont été proposées pour estimer les flux bruts biosphériques (GPP et respiration), combinant différents traceurs et notamment les isotopologues stables du CO2 (13C et 18O), et, plus récemment, la mesure de l’oxysulfure de carbone dans l’atmosphère (COS). Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont exploré deux approches. La première visant à utiliser les mesures isotopiques des cernes d’arbres et leur largeur, toutes liées aux variations de l’activité photosynthétique. Les variations interannuelles du flux de photosynthèse modélisées par un modèle de biosphère continentale ont ainsi pu être évaluées et comparées aux mesures in situ. La seconde visant utiliser les mesures atmosphériques de COS pour contraindre les estimations de GPP des modèles actuels de biosphère, en (1) établissant un nouveau bilan global des sources et puits de ce gaz, (2) optimisant les différents termes de sources et puits de COS et (3) estimant le potentiel de ce nouveau traceur pour valider/invalider les flux bruts de photosynthèse (GPP) simulés par les modèles actuels de biosphère continentale
In the context of global climate change, the behavior of the terrestrial biosphere can be durably affected by the increased frequency and intensity of extreme climatic events, which can decrease the photosynthetic assimilation of carbon and/or increase the respiration rate of the ecosystems. Therefore, quantifying the carbon storage capacity of the ecosystems and predicting their sensitivity to climate changes strongly rely on our capacity to separately estimate the photosynthesis and respiration rates at different scales. The gross primary productivity (GPP) is however not directly measurable. Indirect approaches have been proposed to estimate the biospheric gross fluxes (GPP and respiration), combining for instance stable isotopologues of CO2 (13C and 18O), and, more recently, the measure of carbonyl sulfide (COS) concentrations in the atmosphere. In this context, my PhD work followed two complementary approaches. In the first approach, isotopic measurements and tree-ring widths were used, because both of them are linked to the photosynthetic activity. The inter-annual variations of the photosynthetic fluxes simulated with the ORCHIDEE continental biosphere model were evaluated and compared with in situ measurements. The second approach consisted in using atmospheric measurements of OCS concentrations and in exploring their potential to constrain the current estimates of the GPP in dynamic global vegetation models (DGVM), by (1) establishing a new global budget of sources and sinks of this gas, (2) optimizing the source and sink terms of this cycle and (3) estimating the potential of this new tracer to validate/invalidate the simulated GPP when using current DGVMs

Cette these presente l'evolution temporelle des concentrations en metaux lourds (pb, cd, zn et cu) mesurees dans les neiges de summit (groenland central) deposees entre 1773 et 1992. Les resultats obtenus mettent en evidence que les activites industrielles ont largement pollue la troposphere de l'hemisphere nord a l'echelle globale. Pour le plomb, nous confirmons et completons pour la premiere fois l'augmentation d'un facteur 200 depuis les niveaux naturels (il y a 8000 ans) observe pour les neiges du milieu des annees 1960, mise en evidence par c. Patterson et ses collegues en 1969. L'augmentation observee pour les autres metaux (8 fois pour cd, 5 et 4 fois pour zn et cu) montre pour la premiere fois l'emergence de la source anthropique sur la periode 1773-1970. Malgre la decroissance tres nette des concentrations en plomb (6. 3 fois), en cadmium (2,3 fois) et en zinc (1. 7 fois) observee sur la periode 1970-1992, les teneurs actuelles en metaux lourds des neiges du groenland central sont encore superieures aux concentrations observees pour les glaces de l'holocene, ce qui prouve que les cycles atmospheriques biogeochimiques sont toujours largement domines par les emissions d'origine humaine

Dans un contexte de changement climatique, le fonctionnement de la biosphère continentale peut être durablement affecté par l’augmentation d’extrêmes climatiques, diminuant l’assimilation photosynthétique du carbone ou augmentant la respiration de l’écosystème. Quantifier le stockage de carbone par les écosystèmes et prédire leur sensibilité aux changements climatiques repose donc fortement sur notre capacité à diagnostiquer séparément les flux de photosynthèse et de respiration à différentes échelles. La productivité primaire brute (GPP) n’est cependant pas directement mesurable. Des approches indirectes ont été proposées pour estimer les flux bruts biosphériques (GPP et respiration), combinant différents traceurs et notamment les isotopologues stables du CO2 (13C et 18O), et, plus récemment, la mesure de l’oxysulfure de carbone dans l’atmosphère (COS). Dans ce contexte, mes travaux de thèse ont exploré deux approches. La première visant à utiliser les mesures isotopiques des cernes d’arbres et leur largeur, toutes liées aux variations de l’activité photosynthétique. Les variations interannuelles du flux de photosynthèse modélisées par un modèle de biosphère continentale ont ainsi pu être évaluées et comparées aux mesures in situ. La seconde visant utiliser les mesures atmosphériques de COS pour contraindre les estimations de GPP des modèles actuels de biosphère, en (1) établissant un nouveau bilan global des sources et puits de ce gaz, (2) optimisant les différents termes de sources et puits de COS et (3) estimant le potentiel de ce nouveau traceur pour valider/invalider les flux bruts de photosynthèse (GPP) simulés par les modèles actuels de biosphère continentale
In the context of global climate change, the behavior of the terrestrial biosphere can be durably affected by the increased frequency and intensity of extreme climatic events, which can decrease the photosynthetic assimilation of carbon and/or increase the respiration rate of the ecosystems. Therefore, quantifying the carbon storage capacity of the ecosystems and predicting their sensitivity to climate changes strongly rely on our capacity to separately estimate the photosynthesis and respiration rates at different scales. The gross primary productivity (GPP) is however not directly measurable. Indirect approaches have been proposed to estimate the biospheric gross fluxes (GPP and respiration), combining for instance stable isotopologues of CO2 (13C and 18O), and, more recently, the measure of carbonyl sulfide (COS) concentrations in the atmosphere. In this context, my PhD work followed two complementary approaches. In the first approach, isotopic measurements and tree-ring widths were used, because both of them are linked to the photosynthetic activity. The inter-annual variations of the photosynthetic fluxes simulated with the ORCHIDEE continental biosphere model were evaluated and compared with in situ measurements. The second approach consisted in using atmospheric measurements of OCS concentrations and in exploring their potential to constrain the current estimates of the GPP in dynamic global vegetation models (DGVM), by (1) establishing a new global budget of sources and sinks of this gas, (2) optimizing the source and sink terms of this cycle and (3) estimating the potential of this new tracer to validate/invalidate the simulated GPP when using current DGVMs

L'Océan est un acteur majeur du climat en échangeant avec l'atmosphère de grandes quantités de carbone. Le carbone atmosphérique est fixé à la surface de l’océan par le phytoplancton qui le transforme en carbone biogène, dont une partie est transportée vers l’océan profond par des mécanismes physiques et biologiques; il s’agit de la Pompe Biologique de Carbone (BCP). Une infime partie de ce carbone biogène atteindra des profondeurs suffisantes pour être séquestré durant plusieurs siècles avant qu'il ne retourne dans l'atmosphère, régulant les concentrations atmosphériques de CO2. Aujourd'hui, nous en savons assez sur la BCP pour reconnaitre son importance dans le climat, mais nos connaissances sur son fonctionnement sont limitées en raison d’un échantillonnage insuffisant des flux de carbone biogène. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé les flotteurs BioGéoChimique-Argo, plateformes d’observations conçues pour résoudre le problème du sous-échantillonnage, afin d’explorer un mécanisme majeur de la BCP qui est la pompe gravitationnelle. La pompe gravitationnelle est le transport du carbone biogène sous la forme de particules organiques (POC) qui sédimentent de la surface vers l’océan profond. Notre étude de la pompe gravitationnelle se divise en trois axes. Le premier axe consiste au développement d’une méthode pour détecter les floraisons de coccolithophoridés, groupe phytoplanctonique majeur qui a potentiellement un contrôle important sur le transport du POC en profondeur. Le deuxième axe est centré sur la variabilité saisonnière et régionale des flux de POC dans l’Océan Austral, qui est une zone sous-échantillonnée mais dans laquelle plusieurs flotteurs ont été déployés avec une trappe optique à sédiments (OST). Seuls une dizaine de flotteurs sont équipés d’OST, ce qui est faible en comparaison avec l’ensemble de la flotte BGC-Argo (i.e. plusieurs centaines de flotteurs). C’est pourquoi nous avons développé, dans le troisième axe, une méthode pour estimer le flux de POC avec les capteurs standards du programme BGC-Argo. Cette méthode a ensuite été appliquée à une centaine de flotteurs pour décrire la variabilité saisonnière du flux de POC dans de nombreuses régions océaniques. Dans ce travail de thèse, nous mettons également en évidence le lien entre la variabilité des flux et la nature des particules en surface. Par exemple, nous avons calculé des relations entre la composition de la communauté phytoplanctonique et les flux de POC à 1000m. En utilisant ces relations, nous avons ensuite utilisé les observations satellites pour extrapoler les flux de POC à de larges échelles spatiales, comme à l’ensemble de l’Océan Austral et de l’océan global
The ocean plays a key role in the climate by exchanging large quantities of carbon with the atmosphere. Atmospheric carbon is fixed at the ocean surface by phytoplankton that transforms it into biogenic carbon, part of which is transported to the deep ocean by physical and biological mechanisms; this is the Biological Carbon Pump (BCP). A tiny fraction of this biogenic carbon reaches sufficient depths to be sequestered for several centuries before it returns to the atmosphere, thus regulating concentrations of atmospheric CO2. Today, we know enough about the BCP to recognize its importance in climate, but our knowledge of its functioning is limited due to insufficient sampling of biogenic carbon fluxes. Here, we used BioGeoChimical-Argo floats, observational platforms designed to solve the undersampling problem, to explore a major mechanism of the BCP called the gravitational pump. The gravitational pump is the transport of biogenic carbon in the form of organic particles (POC) that sink from the surface into the deep ocean. Our study of the gravitational pump is divided into three axes. The first axis consisted of developing a method to detect blooms of coccolithophores, a major phytoplankton group that potentially has an important control on the transport of POC at depth. The second axis focused on the seasonal and regional variability of POC fluxes in the Southern Ocean, an undersampled area in which several floats have been deployed with an optical sediment trap (OST). Only ten floats were equipped with an OST, which is low compared to the whole BGC-Argo fleet (i.e. several hundred floats). Therefore, in the third axis, we developed a method to estimate the POC flux with the standard sensors of BGC-Argo floats. This method was then applied to hundreds of floats to describe the seasonal variability of the POC flux in many regions. In this study, we also highlighted the link between the POC flux and the nature of surface particles. For example, we calculated relationships between phytoplankton community composition and POC flux at 1000m. Using these relationships, we then used satellite observations to extrapolate POC flux to large spatial scales, such as the entire Southern Ocean and the global ocean

On etudie les concentrations en chrone et vanadium dissous le long de profils verticaux en atlantique nord dans l'ocean indien, dans l'ocean pacifique nord est et en mer mediterranee. Les analyses sont faites par spectrophotometrie d'absorption atomique sans flamme. Des processus de soustraction-remobilisation expliquent les concentrations de chrome dans les bassins profonds: ceux-ci sont parametres a l'aide de modele a 1 dimension ou en boite et de bilans. Le cycle du vanadium est lie a celui des phosphates. Son budget oceanique souligne l'importance du transport particulaire biogenique de la surface vers les eaux profondes

Une importance particuliere a ete apportee a la combinaison entre les informations hydrologiques et chimiques. En effet, le controle de la dynamique actuelle de transferts des elements vers les fleuves est fonction de variations hydroclimatiques qui reglent le cycle de l'eau. Rappelons les principaux resultats acquis. La particularite des bassins de la moselle et de la mossig vient de leur position geographique appartenant a la region dite temperee industrielle. L'etude des facteurs hydrologiques d'un bassin versant necessite une bonne connaissance de divers elements controlant le cycle de l'eau. L'etude de la composition chimique des eaux de surface a permis de deceler l'influence des rejets de pollution des soudieres. Ces pollutions deteriorent completement le signal chimique naturel porte par les eaux. La nature mineralogique des matieres en suspension est caracterisee par une forte contribution des mineraux argileux interstratifies de types 14v-14m, 14c-14m et 14c-14v (40 %) et d'illite (30 %). Le mecacnisme qui regle le piegeage geochimique du phosphore dans les eaux fluviales est l'adsoprtion sur les mineraux argileux. Bien que la sursaturation des eaux vis-a-vis de l'hydroxyapatite est tres elevee, la presence de ce mineral n'a pu etre decelee dans les sediments de la moselle et de la mossig. L'etude des relations debit-concentration a permis de caracteriser l'origine des elements, de calculer les flux de matieres exportees a l'echelle des crues comme a l'echelle d'un cycle hydrologique. Le transport en solution par la moselle et la mossig domine fortement l'exportation solide. Les cycles biogeochimiques des elements majeurs sur le bassin de la moselle sont en grande partie controlee par les pollutions de toutes sortes. La moselle, comme toutes les rivieres des regions soumises a de fortes pollutions, confirme l'action de l'homme comme pertubateur des phenomenes naturels

Les processus biogeochimiques jouent un role essentiel dans le cycle oceanique du carbone, car dans les eaux de surface, les algues phytoplanctoniques transforment par photosynthese le dioxyde de carbone dissous en composes organiques (production primaire), dont une fraction est transferee dans les eaux profondes. La production primaire est gouvernee par la dynamique de l'ocean qui apporte les sels nutritifs necessaires en surface et deplace les cellules de phytoplancton dans le gradient vertical de lumiere. Dans le cadre du programme jgofs (joint global ocean flux studies), dont l'objectif est la quantification des flux de carbone dans l'ocean, l'etude des interactions entre les processus biogeochimiques et la dynamique oceanique est le theme de recherche de ce travail de these. L'axe suivi est celui de la modelisation, ce qui permet d'etudier le systeme dans son ensemble. Ainsi ont ete simules un cycle annuel du systeme biogeochimique a la station fixe dyfamed (etude unidimensionnelle), et le declenchement de la floraison printaniere dans le golfe du lion (etude tridimensionnelle). La validation des resultats est faite par comparaisons aux donnees acquises in situ, ainsi qu'aux images satellitaires du coastal zone color scanner. Les deux approches menees ont permis de mettre en exergue et d'analyser certaines echelles de variabilite du systeme: au premier ordre, la variabilite saisonniere des flux atmospheriques induit la succession de differents regimes de production et d'export dans les regions temperees. Ce signal a grande echelle se trouve etre fortement module par la variabilite a mesoechelle et a haute frequence (echelle de la journee) de la dynamique oceanique et de la couche de melange

Un modele tridimensionnel du golfe du lion a ete developpe afin de decrire la production primaire et le cycle de certains des elements biogeochimiques qui lui sont associes, a l'echelle des variations saisonnieres. La calibration du modele biogeochimique a ete realisee avec une version unidimensionnelle verticale, par comparaison des resultats avec des profils mensuels de temperature, nitrate, silicate et chlorophylle (frontal, 86) sur une duree d'un an. La simulation resultante est utilisee pour decrire les variables du modele aux frontieres ouvertes est et sud. La simulation tridimensionnelle resulte du couplage off-line du module de biogeochimie avec un modele de circulation generale (herbaut, 94). Le rhone est decrit comme une source ponctuelle de sels nutritifs (tusseau and mouchel, 95). Les resultats sont coherents avec les donnees obtenues pendant le projet eros 2000 et permettent de mettre en evidence un comportement different de la marge et de la mer ouverte, principalement du au melange vertical intense qui s'y produit. Une production nouvelle de 49 gc. M#-#2. An#-#1 est calculee pour l'ensemble du domaine, qui s'eleve a 63 gc. M#-#2. An#-#1 au niveau de la marge. On montre que 40% de la production nouvelle de la marge seraient dus aux apports du rhone