TONGA - Productivité océanique et exportation du carbone

Apports d’éléments traces issus de sources hydrothermales peu profondes : impact potentiel sur la productivité marine et la pompe biologique à carbone

Coordination : Sophie Bonnet (DR IRD-M.I.O) & Cécile Guieu (DR CNRS, LOV)

TONGA est un projet pluridisciplinaire consacré à l’étude du contrôle de la productivité océanique et de la séquestration du carbone par les micronutriments d’origine hydrothermale. Il regroupe 90 scientifiques de 19 institutions internationales et s’appuie à la fois sur une expédition océanographique de 37 jours dans le Pacifique Sud-Ouest tropical (Navire Océanographique L’Atalante) et sur des travaux de modélisation. Il implique des océanographes géochimistes, des physiciens, des biogéochimstes, des chimistes des éléments traces (océan et atmosphère), des biologistes et des modélisateurs.

Objectifs & Stratégie

L’océan Pacifique Sud-ouest (WTSP) a récemment été identifié comme un hot spot de fixation d’azote atmosphérique avec des taux parmi les plus élevés mesurés dans l'océan mondial. Les organismes fixateurs d’azote ont des quotas cellulaires en fer (Fe) élevés par rapport au plancton non diazotrophe et leur succès dans cette région a été attribué à des apports importants de Fe. Cependant, nos connaissances sur les sources/distribution de Fe dans le WTSP restent limitées. Lors de la campagne OUTPACE (2015), l’équipe proposante a mis en évidence une source peu profonde (<500 m) de Fe d’origine hydrothermale dans la région de l'Arc volcanique de Tonga, entrainant des concentrations de fer dissous (DFe) élevées (4-60 nM) jusque dans la couche euphotique (~0-150 m). À ce jour, l'impact potentiel de tels apports sur les budgets régionaux de DFe et sur les cycles biogéochimiques n'a jamais été étudié. Dans ce contexte, les objectifs du projet TONGA sont :

de quantifier avec précision les apports de Fe (et d'autres composés biogéochimiquement pertinents) provenant de l’hydrothermalisme peu profond (<500 m) le long de l'arc volcanique de Tonga pour la couche euphotique en comparaison avec le dépôt atmosphérique,
d’étudier le devenir des panaches hydrothermaux peu profonds dans la colonne d'eau à l'échelle locale et régionale,
d’étudier la biodisponibilité et l'impact potentiel de ces apports hydrothermaux sur les communautés planctoniques et les cycles biogéochimiques dans le WTSP

Nous proposons une approche pluridisciplinaire basée sur une campagne océanographique de 37 jours en 2019 (N/O L’Atalante, acceptée par le TGIR FOF) dans le WTSP et sur des travaux de modélisation. Le consortium TONGA comprend 85 scientifiques de 19 institutions internationales, composé de géochimistes, d’océanographes physiciens, de chimistes des éléments traces, de biogéochimistes, de biologistes et de modélisateurs.
La campagne se compose de 31 stations courtes (6h) et de deux études de processus de 5 jours au-dessus de 2 volcans sous-marins actifs peu profonds connus. Les traceurs hydrothermaux et l'ensemble des paramètres physiques/hydrologiques/biogéochimiques/biologiques seront mesurés simultanément au suivi atmosphérique. Des mouillages fixes et dérivants, des profileurs de turbulence et des flotteurs ARGO seront déployés pour déterminer comment les apports hydrothermaux affectent la répartition des éléments traces et des isotopes dans la couche de mélange (Tâche 1) et comment les paramètres physiques affectent la dilution et le transport des panaches (Tâche 2). L'effet potentiel de ces apports sur les communautés planctoniques (fertilisation vs toxicité) dépend de leur biodisponibilité qui sera étudiée en détail. L’impact sur le fonctionnement des écosystèmes et les cycles biogéochimiques (Tâche 3) seront étudiés grâce à des mesures de stocks, flux, et diversité planctonique le long de gradients hydrothermaux, et complétés par des expériences de mélange avec des fluides hydrothermaux dans mes réacteurs trace metal clean. Ces observations alimenteront plusieurs approches de modélisation et vice-versa: (1) une approche multi-échelle permettra de mieux caractériser la dispersion locale et régionale des nutriments d’origine hydrothermale dans le WTSP, (2) une nouvelle approche de modélisation lagrangienne sera utilisée pour quantifier le transport du Fe hydrothermal vers la couche euphotique et (3) une version dynamique couplée du modèle PISCES qui inclut des liaisons dynamiques des ligands du Fe, le Fe colloïdal, et l'apport hydrothermal permettra de caractériser le rôle du Fe hydrothermal sur la production primaire et l'export de carbone.
TONGA a été endorsé en tant que Process study par le programme GEOTRACES et a reçu une lettre de soutien du programme IMBER. Il permettra d'améliorer la compréhension des processus liés à l’impact des sources hydrothermales peu profondes sur le fonctionnement des écosystèmes, question qui a été jusqu’ici très peu abordée.

Le site Web

TONGA est financé par l’ANR, les programmes CNRS INSU LEFE-CYBER et LEFE-GMMC, la Fondation A-MIDEx, la TGIR Flotte Océanographique Française et l’Ifremer, l’IRD et les laboratoires partenaires.

Partenaires scientifiques impliqués

M.I.O Mediterranean Institute of Oceanography (AMU, leading partner)
LOV Laboratoire d’Océanographie de Villefranche (Sorbonnes Université, Villefranche/mer)
GET Laboratoire de Géosciences-Environnement (Université Ppaul Sabatier, Toulouse)
LEMAR Laboratoire des Sciences de l’Environnement Marin (Univ.Bretagne Occ., Brest)
AD2M UMR Adaptation et Diversité en Milieu Marin (Sorbonne Université, Roscoff)
LISA Laboratoire Inter-universitaire des Systèmes Atmosphériques (Universités Paris-Est Creteil, Paris Diderot, Paris)
LOPS Laboratoire d’Océanographie Physique et Spatiale (Université Bretagne Occidentale, Brest),
LOCEAN Laboratoire d’Océanographie et du Climat (Sorbonne Université, Paris),
LEGOS Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie spatiales (Université Toulouse, Toulouse)
AEL Laboratoire d'analyses environnementales (N. Calédonie)
LaMP Laboratoire de Météorologie Physique (Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand)
GEOAZUR (Université Nice Sopha Antipolis),
DIMENC (Direction des Mines et de l’Environnement, N. Caledonie),
IFREMER (Brest)
University of Liverpool (UK)
University of Tasmania (Australia)
New-York University Abu-Dhabi (USA, Emirates)
Leibniz Institute for Baltic Sea Research (Germany)
Florida State University (USA)
University of South Pacific (regional Univ. 12 countries)