APPLICATIONS DES DESEQUILIBRES DU THORIUM DANS LE SECTEUR INDIEN DE L’OCEAN AUSTRAL

La campagne Antares 4 dans le programme ANTARES

Contribution française du programme International JGOFS (“ Joint Global Ocean Flux Studies ”), le projet ANTARES, initié en 1992, a pour objectif de décrire et de modéliser le cycle du carbone et des éléments biogènes associés dans le secteur Indien de l’océan Austral. L’objectif international est de parvenir à une quantification de la part de l’océan Austral dans les stocks et les flux planétaires de matière biogène (C, N, Si) et principalement dans le cycle du carbone en relation avec les échanges de CO2 entre l’océan et l’atmosphère et avec la séquestration d’une fraction du carbone biogène dans les eaux profondes ou les sédiments. La campagne Antares 1 (1993) s’est intéressée aux flux de matière dans l’interface eau- sédiment dans une bande latitudinale du secteur Indien (40-52°S) regroupant plusieurs structures frontales majeures. Les autres programmes Antares 2 et 3 (1994 pendant l’été austral et 1995 pendant le printemps austral, respectivement) ont concerné l’étude et la modélisation des stocks et des flux de matière biogène dans la couche euphotique et en subsurface dans trois zones : la zone du Front Polaire (PFZ), la zone océanique ouverte en permanence (POOZ) et la zone saisonnière des glaces.

L’objectif général d’Antares 4 est la description, la quantification et la modélisation des stocks et des flux de matière biogène (C, N, Si) produite dans la couche euphotique et exportée, en relation avec la pompe biologique de CO2 . La campagne s’est déroulée du 4/01/99 au 23/02/99 à 42-47°S de latitude et à 60-66°E de longitude à bord du N.O. Marion-Dufresne II. La zone d’étude est comprise entre les fronts Subantarctique (SAF) et Subtropical (STF), dans le bassin Kerguelen-Crozet. Les études de paramétrisation des flux de matière dans la colonne d’eau soulignent que certains processus sont mal caractérisés. Pour cela, mon travail de thèse propose d’étudier le devenir du flux vertical des particules marines et les étapes importantes de la chaîne d’échange entre la solution et les particules en se basant sur les déséquilibres des isotopes du thorium. L’intérêt d’une telle étude dans le cadre du programme Antares 4 est d’analyser la variabilité spatiale de la production exportée (estimée à partir du 234Th) en réponse à celle de la productivité des eaux de surface et de la communauté phytoplanctonique. La présence de trois fronts hydrologiques resserrés dans le secteur Indien de l’océan Austral rend complexe l’étude des mouvements de masse d’eau. Au cours de ma thèse, on se propose donc d’estimer un temps de renouvellement des masses d’eaux profondes, affectant le flux vertical de matière, à partir des données de 230Th. Enfin, nous montrerons qu’un couplage entre le 234Th et le 230Th peut apporter des informations nouvelles au sujet de la chute des particules marines et des paramètres contrôlant les échanges dissous-particules.

Au cours de la mission Antares 4, les structures physiques à méso-échelle ont fait l’objet d’une reconnaissance à l’aide de moyens de mesure en continu (XBT, CTD, TOWYO) déployés selon différents transects (XBT) pour une identification rapide des structures frontales ou parallèlement aux traces d’orbites du satellite TOPEX-POSEIDON (CTD, TOWYO) suivant une grille avec résolution spatiale très fine (20 km). La structure hydrologique des zones frontales adjacentes a été étudiée de façon plus détaillée (grille de transects CTD et TOWYO). En outre, la distribution associée des propriétés biologiques a été mesurée en parallèle (cartographie multiparamétrique des eaux de surface, profils multiples dans les différentes zones). Enfin, l’obtention d’images SeaWifs avec très peu de différé a conforté le choix de la zone d’étude et révèle une décroissance continue du signal chlorophyllien depuis le début de la campagne, permettant de situer la période de l’efflorescence avant le début des opérations.

Estimation de la production exportée à Antares 4

Les activités de 234Th des échantillons (dissous et petites particules) ont été mesurées en fonction de la profondeur. En parallèle, nous avons déterminé l’activité de l’238U à partir de la salinité en utilisant la relation 238U (dpm/l) = 0,071×S(‰) avec une précision de ± 5 ‰ (2σ) (Chen et al., 1986). Lorsque l’activité du 234Th total de l’échantillon (la somme des activités dissous et particules) est égale à celle de l’238U, le 234Th total est en équilibre séculaire avec l’238U c’est-à-dire que tout le 234Th produit par désintégration alpha de l’238U est éliminé de la colonne d’eau par désintégration bêta du 234Th. A partir de la base de la couche euphotique, cet équilibre est, en général, atteint jusqu’au fond de la colonne d’eau. Dans le cas où les activités de 234Th total sont différentes de celles de l’238U, il s’agit d’un déséquilibre 234Th/238U. Un déficit en 234Th est souvent and Bruland, 1985; Coale and Bruland, 1987). Cependant, d’autres mécanismes peuvent expliquer ces variations par rapport à l’équilibre séculaire et seront vus dans la partie -3.

Dans le but de mieux cerner les activités du 234Th dissous (obtenues avec un compteur bêta), d’autres mesures ont été effectuées en parallèle par S. Mulsow et al. (2000) à l’aide d’un compteur gamma (prélèvement à l’aide des cartouches de manganèse montées sur les pompes in situ utilisées à Antares 4). Cependant, seuls les échantillons entre 0 et 500 m de profondeur ont été analysés par cela suggère que les activités du 234Th mesurées en bêta sont fiables malgré la faible quantité d’eau de mer utilisée pour le comptage bêta du 234Th dissous (5 litres) par rapport au comptage gamma excès de 234Th total par rapport à l’équilibre séculaire. La présence d’activité bactérienne visible en surface dans la STZ (Panagiotopoulos et al., Submitted) pourrait être responsable d’une reminéralisation importante de la matière organique. En outre, si cette matière est constituée, en majorité, de composés labiles “ jeunes ” (notamment de carbone), cette reminéralisation pourrait .