Fluid and gas emissions in a submarine eruption context offshore Mayotte Island : geochemical impact on the water column

Etude des émissions de fluide et de gaz dans un contexte d’éruption sous-marine au large de l’Ile de Mayotte : impact géochimique sur la colonne d’eau

• Auteur / Autrice : Manon Mastin
• Direction : Olivier Rouxel, Emmanuel Rinnert, Cécile Cathalot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance le 12/10/2023
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géo-Océan (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Géraldine Sarthou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Rouxel, Emmanuel Rinnert, Cécile Cathalot, Géraldine Sarthou, Magali Ader, Joseph Anton Resing, Valérie Chavagnac, Andrea Rizzo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Magali Ader, Joseph Anton Resing

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse géochimique

Mayotte

Éruptions sous-marines

Mots clés libres

Géochimie

Volcanisme sous-marin

Fani Maoré

Gaz dissous

CO2 liquide

Colonne d’eau

Geochemistry

Submarine volcanism

Fani Maoré

Dissolved gases

Liquid CO2

Water column

Résumé

Le volcanisme sous-marin émet des flux significatifs d’éléments chimiques (ex. He, CO2, CH4, H2, Fe2+, Mn2+) dans l'océan. Cependant, les processus géochimiques à l'origine de ces émissions et l'impact de ces rejets sur la géochimie de la colonne d'eau sont peu connus. Dans cette thèse, nous avons étudié le nouveau volcan sous-marin Fani Maoré, dont l'activité a débuté en 2018-2019 (île de Mayotte, Archipel des Comores, Océan Indien). Ce système est exceptionnel et unique car il permet d'étudier la géochimie de la colonne d'eau pendant l'éruption et la formation de l’édifice volcanique, ainsi qu'après l'événement éruptif (c.-à-d. pendant la mise en place des coulées de lave et l'initiation de la circulation hydrothermale). Nous avons étudié l'impact des émissions de CO2 sur la géochimie de la colonne d'eau. Nous avons montré un lien entre le niveau d'activité éruptive (c.-à-d. éruption en cours, installation des coulées de lave) et l’impact des émissions de fluides et de gaz dans la colonne d'eau. L'activité volcanique influence également le système carbonaté, bien qu'un retour vers l’état de référence ait été observé un an après l'événement éruptif principal. Les dégazages de CO2 liquide induisent une acidification significative, une augmentation de l'alcalinité et du carbone inorganique dissous. Cet impact sur la colonne d'eau dépend de la morphologie du fond marin et de l'hydrodynamique locale. Globalement, ce travail constitue une avancée vers une meilleure compréhension de l'impact du volcanisme sous-marin sur les processus géochimiques se déroulant dans la colonne d'eau et plus généralement sur la chimie des océans.

Submarine volcanism contributes significant fluxes of chemicals (e.g. He, CO2, CH4, H2, Fe2+, Mn2+) in the ocean. However, the geochemical processes behind these emissions and the impact of these discharges on the water column geochemistry are poorly documented. In this PhD thesis, we took advantage of the Fani Maoré newly born submarine volcano whose activity started in 2018-2019 (Mayotte Island, Comoros Archipelago, Indian Ocean). This exceptional and unique setting offers the opportunity to study the water column geochemistry during the eruption and formation of a new volcanic edifice, and after the eruptive event (i.e. during lava flows installation and hydrothermal circulation initiation). In particular, we investigate the impact of elevated levels of CO2 – major greenhouse gas involved in climate change and associated ocean acidification – on the water column geochemistry. We find evidence of the relationship between the degree of eruptive activity (i.e. ongoing eruption, lava flow installation) and the footprint of fluid and gas emissions within the water column. The volcanic activity also influences the carbonate system although a return toward local background levels was observed a year after the main eruptive event. Continuous discharge of liquid CO2 at venting sites are responsible of significant acidification, increase in alkalinity and in dissolved inorganic carbon. This impact on the water column depends on seafloor morphology and local hydrodynamics. Overall, this work is a step toward a better understanding of the impact of submarine volcanism on geochemical processes taking place within the water column and more generally on the ocean chemistry.