Institut Méditerranéen d’Océanologie

AXE4

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Les sédiments ont la capacité d’intégrer dans le temps des informations essentielles sur l’origine et l’importance des apports en matériel organique particulaire. De plus, l’affinité des contaminants pour les particules fines permet d’utiliser les sédiments pour identifier les apports de métaux, ou de polluants organiques persistants, tant à l’échelle du présent que du passé.

L’étude des cycles biogéochimiques marins nécessite la prise en compte simultanée des compartiments "Sédiment" et "Colonne d’eau", en zone côtière où les échelles de temps caractéristiques sont du même ordre de grandeur. En effet la minéralisation du carbone organique au niveau benthique est du même ordre de grandeur que la production pélagique. Ces deux processus sont intimement liés d’autant plus fortement que la profondeur est faible.

Les sédiments peuvent représenter une source non négligeable de matière dissoute pour le compartiment colonne d’eau, alimentée par les processus de minéralisation benthique. Les flux diffusifs de ces éléments quel qu’en soit le sens (sédiment – eau ou vis versa) sont quantifiés selon diverses procédures de mesures in situ, au laboratoire ou via les outils numériques. La description des facteurs de contrôle de ces flux inclut les variables biogéochimiques mais également physiques telles que la turbulence dans la couche limite de fonds (lien avec ATs COUPLAGE ET ECHANGE).

4.1. Caractérisation des sédiments de surface

Les sédiments de surface intègrent sur une échelle de temps de l’ordre de l’année des informations environnementales ce qui permet de s’affranchir de la variabilité temporelle à haute et moyenne fréquence rencontrée dans la masse d’eau. La caractérisation des sédiments de surface constitue donc un aspect essentiel du diagnostic et de la surveillance de l’environnement. Les principales actions envisagées dans ce domaine sont :

4.2. Archives historiques sédimentaires

La reconstitution de l’historique des flux verticaux particulaires permet de reconstituer la dynamique de certains apports anthropiques durant le siècle dernier. Ces approches utilisées avec succès par l’équipe dans les lagons de Polynésie et de Nouvelle-Calédonie, où les informations historiques manquent cruellement, seront développées sur certains chantiers tropicaux. Elles sont basées sur :

  • l’analyse des horloges isotopiques (210Pb, 137Cs) pour mesurer les taux d’accumulation durant le dernier siècle, identifier les principaux événements sédimentaires
  • le traçage de l’origine de la MO sédimentaire par analyse des isotopes stables 13C et 15N
  • l’analyse des concentrations en métaux dans différentes fractions géochimiques du sédiment (extraction séquentielle)
  • la correction des biais induits par les processus dégradatifs lors des estimations de paléotempératures basées sur les alcènones (Rontani et al., 2007 ; 2008).

4.3. Flux à l’interface eau-sédiment

Ces flux des métabolites de l’eau interstitielle des sédiments vers l’interface puis la colonne d’eau permettent de quantifier la fraction minéralisée de la matière organique après sédimentation et d’en déduire la part séquestrée par le sédiment.
Notre objectif est d’identifier les réactions biogéochimiques qui se produisent à l’interface et d’estimer les flux. Ces flux peuvent être estimés soit en appliquant aux eaux interstitielles les modèles d’advection, diffusion, réaction chimique développés par Berner (1980), soit en étudiant les gradients dans l’eau libre juste au-dessus de l’interface, soit en établissant des bilans faisant intervenir les flux de particules recueillies par pièges et mesure des vitesses de sédimentation). Afin de prendre en compte la complexité à la fois biologique (présence de macrofaunes) et hydrodynamique (notion de « diffusive boundary layer », Boudreau & Jorgensen 2001) des Ecosystèmes, les mesures seront effectuées dans une grande variété de sites présentant des caractéristiques différentes. Les flux d’éléments dissous (Oxygène, DOM, Sels nutritifs, polluants métalliques et HAP) seront quantifiés avec des méthodes in situ ou pseudo-in situ (Grenz et al., 2010). Il s’agit de méthode par incubation (Chambres benthiques in situ, Incubations de carottes sédimentaires) ou par profileurs benthiques munis de mini et micro-électrodes polarographiques (O2, Fe2+, Mn2+, I-, H2S), ampérométriques (O2, H2S) ou potentiométriques (pH).
Les chantiers privilégiés seront à la fois en zone tempérée et tropicale dans le cadre des programmes LEFE, EC2CO et ANR en cours et à venir (voir Axe Transverse ECHANGE).

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