Enregistrement des isotopes du Sr dans les coquilles et l’eau de mer côtière

Investigations du signal isotopique en Sr des environnements côtiers et des MCS En regard de l’investigation menée sur les MCS, la signature isotopique de l’eau dans laquelle ils précipitent leurs tests carbonatés devait être également investiguée. Ce travail de thèse s’est également intéressé à la signature isotopique en Sr des MCS et des environnements côtiers ouverts et restreints dans lesquels ils prospèrent. Les eaux côtières à l’échelle globale sont concernées à 80 % par des apports fluviaux (fig. 3). Cette carte n’illustre pas les groundwaters, car elles sont difficiles à localiser, mais on peut admettre que plus de 80 % des côtes sont impactées par des apports continentaux induits par les eaux souterraines et/ou les rivières. La signature isotopique en Sr des eaux côtières a été étudiée que de façon très locale, mais n’a jamais été étudiées à l’échelle de la Terre alors que ces eaux côtières semblent être sensibles aux apports continentaux (Andersson et al., 1992; Israelson and Buchardt, 1999; Jones et al., 2014, 2012). Figure 3 Distribution des côtes influencées par des réseaux hydrographiques à travers le monde d’après Milliman & Farnsworth. (2013). 80 Le chapitre 5 de ce travail de recherche s’articule donc autour de l’étude de la signature isotopique et des caractéristiques géochimiques (concentrations en éléments majeurs et traces : Ca, Na, K, Mg, SO4, Br, Cl, Sr, li) de quatre environnements côtiers ouverts et restreints. Parmi ces environnements, un transect réalisé entre Banyuls-sur-Mer et le canyon de Lacaze-Duthiers a permis d’analyser pour la première fois en surface et en profondeur la composition isotopique en Sr de l’eau mer d’une côte ouverte. Deux autres environnements correspondent à des domaines côtiers restreints tous deux bordés et connectés à des aquifères karstiques très importants : la lagune de « méditerranéenne » Salses-Leucates (Pyrénées-Orientales et Aude, France) et la lagune « atlantique » de Oualidia (province de Sidi Bennour, Maroc). Pour finir, l’atoll polynésien de Tatakoto (Archipel des Tuamotu), bordé par une barrière récifale carbonatée, a également été sélectionné car il s’agit d’un environnement restreint, mais cette fois ci en plein domaine océanique. Cet atoll est lui aussi influencé par un système karstique mais de plus petite envergure et sans aucune connexion avec un domaine continental. Ces investigations très régionales décriront donc pour la première fois la composition isotopique en Sr de plusieurs environnements côtiers. Elle a également permis de mettre directement en relation la composition isotopique en Sr de la coquille avec celle de l’eau environnante, et de fait de discuter de la nature exacte du signal isotopique en Sr des MCS. Ces études très locales qui sont à la fois qualitatives et quantitatives ont besoin de s’inscrire dans un cadre plus global. Pour se faire, 86 rapports 87Sr/86Sr correspondant à l’eau de mer oligothrophe et 267 rapports 87Sr/86Sr correspondant à de l’eau de mer côtière ont également été compilés et spatialisés. Cette spatialisation des données côtières apparaît également dans le chapitre 5. Cette synthèse décrit pour la première fois la composition isotopique en Sr de l’océan global côtier et oligothrophe. 

 Présentation des campagnes de terrains et de la stratégie d’échantillonnag

e Les zones d’études ont été décrites en anglais de façon beau coup moins exhaustive dans l’article soumis du chapitre 5. C’est pourquoi les zones d’études ont été re-décrites ici en français, mais de façons plus exhaustives et que les zones d’études sont, dans cette partie, toutes accompagnées des stratégies d’échantillonnages employées au cours des missions de terrains. La lagune de Oualidia 

Présentation du site d’étude

 La lagune de Oualidia, localisée sur la côte Ouest du Maroc dans la région de Abda Doukkala, appartient à un bassin endoréique appelé le Sahel Côtier de Oualidia (CSO) (fig. 4). Cette petite lagune s’étend sur environ 7 km de long et possède une profondeur moyenne de 4 m pour un volume total d’environ 1,12 x 107 m3 . Cette lagune s’est formée en réponse à une diminution du niveau marin il y a environ 8000 où 6000 ans (Ballouche & Carruesco, 1986). Cette lagune est organisée autour d’un chenal principal et de chenaux secondaires. La lagune est orientée selon un axe NE-SW et est connectée à l’océan Atlantique par deux passes Figure 4 Localisation de la lagune de Oualidia, ainsi que la localisations et les caractéristiques des différents échantillons d’eau prélevés dans la lagune. 82 localisées au sud de la lagune (photo 1, fig. 4). La partie nord ne montre aucune ouverture sur l’océan (El Khalidi et al., 2011) et se termine par un marais salant anthropique qui se déverse dans la partie septentrionale de lagune. L’équilibre hydrodynamique de la lagune est influencé par : (1) les apports d’eau de mer de l’océan Atlantique (Hilmi et al., 2017) principalement par l’intermédiaire des passes, (2) les apports d’eaux douces souterraines du karst de l’aquifère côtier du Sahel de Oualidia dont le débit est estimé à 2,3 m3 .s-1 (Hilmi et al., 2017); ainsi que (3) les précipitations et des taux d’évaporation très importants caractéristiques des régions semiarides (avec des taux de précipitations de 30 mm.yr-1, (Hilmi et al., 2009). Les déversements d’eau douce dans la lagune sont d’ailleurs assez prononcés surtout en amont de la lagune. Un gradient de salinité très important de 4 ‰ à 36 ‰ observé du Nord au Sud semblent indiquer la présence de résurgence sous-marine (Hilmi et al., 2017), car au cours de la campagne de terrain aucune rivière se déversant dans la lagune n’a été observée. En effet, ces ressources en eaux souterraines proviennent de l’aquifère karstique du Sahel côtier de Oualidia (Fakir et al., 2002; Kaid Rassou et al., 2005; Bouchaou et al., 2017). Sa partie supérieure (la plus exploitée pour la consommation d’eau douce) est composée d’un grès-calcaire d’âge Plio-Quaternaire de 50 m d’épaisseur recouvrant un niveau perméable d’argiles rouges de l’Hauterivien supérieur (Fig. 5). En dessous de cette formation Hauterivienne, la formation calcaire de Dridrate, d’une épaisseur de 30 m, représente l’aquifère inférieur le moins exploité mais présentant la capacité Photo 1 la passe de la lagune de Oualidia.en eau douce la plus importante (Fakir et al., 2002; Kaid Rassou et al., 2005). Enfin, les marnes supérieures valanginiennes constituent le substrat de l’aquifère de Dridrate, suivi des calcaires berriasiens et des calcaires d’âge Jurassique supérieur. Les calcaires du Jurassique supérieur sont parfois riches en clastes gypseux et minéraux évaporitiques triasiques (Fadili et al., 2015; Fakir et al., 2002).

 Stratégie d’échantillonnage

 Une campagne de terrain a été réalisée en mai 2018 dans le cadre de cette thèse et a permis de récolter plusieurs échantillons de coquilles ‘’vivantes’’, principalement des huîtres Crassostrea Gigas directement cueillies chez l’ostréiculteur, ainsi que des palourdes (Venerupis decussata) et des couteaux (Solen marginatus) (Tableau 2). Ces coquilles ont été choisies car elles présentent des modes de vie et des minéralogies différentes. En effet, les huîtres minéralisent un test en calcite alors que les couteaux et les palourdes synthétisent respectivement un test minéralogiquement mixte (aragonitique et calcitique). Concernant leur mode de vie, les huîtres sont épibenthiques alors que les couteaux et les palourdes sont endobenthiques. Ces organismes ont donc été choisis pour identifier dans leurs coquilles une différence potentielle du rapport 87Sr/86Sr en fonction de leur écologie respective : plus isolés Figure 5 Coupe géologique simplifiée de l’aquifère karstique du Sahel Côtier de Oualidia modifiée d’après Fakir et al., 2002. 84 de la colonne d’eau car fouisseurs ou accrochés à un substrat et donc au contact direct avec l’eau de mer de la lagune. L’échantillonnage de l’eau de la lagune a été réalisé en parallèle de celui des coquilles selon un transect Nord-Sud, de façon à échantillonner de la passe jusqu’au marais salant (Fig. 4). La localisation des résurgences sous-marines d’eau douce dans la lagune n’étant pas connues, il était important d’avoir un échantillonnage de l’ensemble de la lagune afin de pouvoir les localiser. Les échantillons OU 3, 4, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17 ont été récoltés via une barque utilisée pour la pêche par les habitants de Oualidia (Fig. 4, Tableau 2). La majorité des échantillons récoltés sont des échantillons d’eau de surface, et 3 échantillons à l’entrée de la lagune ont été prélevés jusqu’à 3 m de fond. Cette stratégie permettra de différencier le signal géochimique et isotopique de part et d’autre de la lagune mais aussi de vérifier la nature de la stratification (géochimique) verticale de la colonne d’eau. 

Certains échantillons présentés dans le tableau 1 proviennent également de la lagune de Oualidia

Ces échantillons ont été récoltés lors d’une campagne de terrain réalisée par Marc de Rafélis en avril 2006 (échantillons Ma 1 et Ma 2, tableau 1), les analyses géochimiques de ces coquilles ont été mesurée au cours de ce travail de thèse. Ces coquilles ont été prélevées dans les différents parcs à huîtres principalement situés autour des points OU3 et OU4 au milieu de la lagune (fig. 4; Rharbi et al., 2001). Cette campagne de terrain a également permis de prélever l’eau environnante de ces coquilles, mais cette fois-ci une dizaine d’années plus tard, afin de déterminer si la composition isotopique en Sr de l’eau a changé au cours de cette période. La lagune de Salses-leucates 

 Présentation du site d’étude

 La lagune de Salses-Leucate, formée pendant le Flandrien (soit 15 kyr BP; Arnaud & Raimbault, 1969; Clanzig, 1987), correspond à un bassin côtier peu profond séparé de la mer Méditerranée par une barrière sableuse coupée par trois entrées marines étroites et dispersées (deux d’entre elles sont artificielles) (Ladagnous and Le Bec, 1997; Fig. 6). La lagune s’étend sur 14 km de long et 5 km de large, avec une profondeur d’eau moyenne de 1,7 m atteignant parfois 3,7 m dans ses zones les plus profondes (Stieglitz et al., 2013). Figure 6 Localisation de la lagune de Salses-Leucates, ainsi que la localisation et les caractéristiques des différents échantillons d’eau prélevés dans la lagune. 86 La région de Salses-Leucates se caractérise par un climat sec typique du climat méditerranéen, avec des précipitations de 51 mm.an-1 et des taux d’évaporations de 1,5 m.an-1 (Ladagnous and Le Bec, 1997). Les courants éoliens contrôlent essentiellement l’équilibre hydrodynamique de la lagune en provoquant des afflux d’eau de mer méditerranéens, tous deux sur-imprimés par des influences de marées modérées (amplitude des marées de 0,40 m) (Ladagnous et le Bec, 1997). La lagune est également alimentée par les apports d’eau douce provenant de deux résurgences dans sa partie occidentale : les résurgences de Font-Dame et Font-Estramar (Leu 10, 11, fig. 6)) qui sont responsables de 98% des apports d’eau douce dans la lagune, avec des flux respectifs de 8400 et 12500 m3 .h-1 (Ladagnous et Le Bec, 1997; Stieglitz et al., 2013). Au total, ces différents apports en eau produisent des variations de salinité spatiales et saisonnières dans la lagune allant de 20 ‰ à 30 ‰ (Bejannin et al., 2017). Enfin, il convient de noter que les résurgences de Font Estramar et Font Dame appartiennent au domaine karstique du Massif des Corbières. Ce Massif est principalement composé de calcaires et de dolomies d’âge Jurassique et Crétacé qui reposent sur un socle paléozoïque. Ces formations carbonatées constituent l’un des plus grands réseaux karstiques d’Europe (Aunay et al., 2003; Fig. 7). La lagune de Salses-Leucate repose essentiellement sur des sables d’âge Quaternaire. Figure 7 Coupe géologique simplifiée des unités géologiques qui composent le karst du Massif des Corbières. 

 Stratégie d’échantillonnage

 Une campagne de terrain réalisée en avril 2018 avait pour but de prélever simultanément les coquilles et l’eau de la lagune de Salses-Leucates (Tableau 3). L’eau de la lagune au niveau des résurgences a également été prélevée. L’échantillonnage a été réalisé selon un transect EstOuest, de la mer vers le continent. Ce transect a été pensé de façon à mesurer le signal isotopique de l’eau de la lagune depuis la passe jusqu’aux résurgences d’eau douce de Font-Dame et FontEstramar appartenant au système karstique du Massif des Corbières (Fig. 6 et 7). Proche de ces deux résurgences, l’eau de la lagune a été prélevée en surface et en profondeur (jusqu’à 2,50 m), afin de pouvoir, comme pour la lagune de Oualidia, étudier le signal géochimique des eaux de fonds et de surface dans une zone influencée par les résurgences. Les différences de salinité entre la lagune et les résurgences d’eau douce pourraient entraîner une stratification perceptible sur la composition isotopique en Sr et sur la concentration des éléments chimiques. Les coquilles ont été échantillonnées simultanément avec l’eau de la lagune, elles correspondent exclusivement des bivalves épibenthiques (Tableau 3).