Etude de la Matière Organique Dissoute Chromophorique et du rayonnement solaire (UV-visible) dans les eaux de surfaces côtières méditerranéennes et articques

par Julien Para

Thèse de doctorat en Océanographie

Sous la direction de Richard Sempéré et de Bruno Charrière.

Le président du jury était Jean-Christophe Poggiale.

Le jury était composé de Richard Sempéré, Bruno Charrière, Jean-Christophe Poggiale, Olivier Donard, Fabien Joux, Vincent Vantrepotte, Paula Coble.

Les rapporteurs étaient Olivier Donard, Fabien Joux.


  • Résumé

    Afin de comprendre, caractériser et prédire l’évolution des cycles biogéochimiques océaniques face au changement climatique global, il est nécessaire d’appréhender au mieux la dynamique de la matière organique (MO) au niveau des interfaces « terre/océan ». Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse était d’améliorer les connaissances sur la dynamique de la fraction dissoute chromophorique de la MO (CDOM) des eaux de surface côtières méditerranéennes et arctiques, et d’en déterminer l’impact sur l’atténuation du rayonnement UV (UVR) et visible (PAR) sous-marin. Pour cela, l’étude des propriétés optiques d’absorbance et de fluorescence de la CDOM, couplée à des mesures radiométriques atmosphériques et sous-marines, ont été réalisées lors d’un cycle saisonnier en Baie de Marseille (station SOFCOM), et lors d’une mission océanographique en Mer de Beaufort durant l’été 2009. La Baie de Marseille est caractérisée par des quantités de CDOM faibles (aCDOM(350) = 0,10 ± 0,02 m-1), particulièrement à la fin de la période estivale de stratification, à cause de l’intensité de l’éclairement solaire, enrichi en UVR-B, qui dégrade et blanchie cette CDOM (SCDOM = 0,023 ± 0,003 nm-1). Dans cette zone côtière fortement urbanisée, la dynamique de la CDOM est pilotée par des processus biotiques (production biologique in situ et induite par les intrusions épisodiques du panache du Rhône) et abiotiques (photo-blanchiment et brassage). La CDOM est essentiellement d’origine autochtone, même lors d’événements d’intrusion du panache du Rhône (photo-dégradation de la CDOM terrestre durant son transit). Lors des périodes d’efflorescences algales, la CDOM se compose principalement de matériel récent, de type protéique (pic T), qui absorbe préférentiellement les courts UVR. Ces pulses de CDOM récente se superposent à un persistent signal de fond de CDOM composé majoritairement de matériel âgé, de type humique (pics M et C), qui absorbe les UVR et également le PAR. Au niveau du plateau Canadien de la Mer de Beaufort, la CDOM est très abondante (aCDOMmax(350) = 6,36 m-1), fortement influencée par les apports allochtones du Mackenzie (pics A-C et M) et décroit de manière conservatrice avec la salinité. Dans les eaux marines (salinité >25), la CDOM, qui présente de plus faibles concentrations (aCDOM(350) = 0,21 ± 0,13 m-1), provient d’une production biologique in situ récente favorisée par des upwellings ainsi que d’injections de CDOM (pics B-T et M) lors de la formation/fonte de la glace de mer. Etonnamment, la source principale du composé « humique marin » (pic M) n’est pas autochtone. Elle est issue d’apports allochtones provenant du Mackenzie. Celui-ci draine en effet de nombreux lacs qui sont le siège d’une intense activité biologique, et il est proposé dans cette thèse que les macrophytes qui s’y développent seraient à l’origine du pic M. Cette source de CDOM biologique allochtone, couplée aux processus de photo-blanchiment et d’absorption sur les particules de la CDOM terrestre, pourraient expliquer les valeurs élevées de SCDOM (≈ 0,020 nm-1) du Mackenzie en été.


  • Résumé

    To understand, characterize, and predict the evolution of oceanic biogeochemical cycles in relation to the global climate change, it is necessary to better understand the dynamics of organic matter (OM). In this context, the overall objective of this thesis was to get more insights chromophoric dissolved fraction of OM (CDOM) dynamics in surface Mediterranean and Arctic coastal waters and to determine the impact on attenuation of ultraviolet (UVR) and visible (PAR) underwater radiation. For this, the study of optical properties of absorbance and fluorescence of CDOM, coupled with atmospheric and underwater radiometric measurements, were made during a seasonal cycle in the Bay of Marseille (SOFCOM station), and in the Beaufort Sea during summer 2009. The Bay of Marseilles is characterized by low amounts of CDOM (aCDOM(350) = 0.10 ± 0.02 m-1), particularly in end summer stratification period due to the intensity of the solar irradiance, enriched in UVR-B, which degrades and bleaches CDOM (SCDOM = 0.023 ± 0.003 nm-1). In this highly urbanized coastal area, the dynamics of CDOM are driven by biotic processes (in situ biological production and within the Rhône River plume) and abiotic (photo-bleaching and mixing). Our results showed that CDOM is mostly of autochthonous origin, even during Rhône plume intrusion events (photo-degradation of terrestrial CDOM during the transit). During bloom periods, the CDOM consists mainly of a recent type protein (peak T), which preferentially absorbs in the short UVR. These pulses of recent CDOM are superimposed on a persistent background of CDOM mainly composed of aged material, humic-type (peaks M and C), which absorbs UVR and PAR. Over the Canadian shelf of the Beaufort Sea, CDOM is highly abundant (aCDOMmax (350) = 6.36 m-1) and strongly influenced by allochthonous inputs from the Mackenzie (peaks A-C and M) decreasing conservatively with salinity. In marine waters (salinity> 25), CDOM had lower concentrations (aCDOM(350) = 0.21 ± 0.13 m-1) and originated from a recent in situ biological production favored by upwelling and brine injections (peaks B-T and M). Surprisingly, the main source of the marine humic-like component (peak M) was not autochthonous. This material originates from allochthonous inputs from the Mackenzie River, which traverses numerous lakes where intense biological activity occurs. We suggest that this activity is mainly due to the macrophytes development, which may in part explain the origin of the peak M. This source of organic allochthonous CDOM coupled to other processes such as photobleaching and absorption on the particles of terrestrial CDOM, could explain the high values of SCDOM (≈ 0.020 nm-1) recorded in the Mackenzie during summertime.


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