Sofia MULLER - Faculté des Sciences

Titre de la thèse: "Fixed Nitrogen Cycling and Nitrous Oxide Production in the Arctic Ocean: shelf transformation processes and implications for Arctic biogeochemistry"
Résumé:
L’oxyde nitreux (N2O) est un puissant gaz à effet de serre et la principale substance appauvrissant la couche d'ozone stratosphérique, les océans contribuant à environ "~" 26 % des émissions globales. Les plateaux continentaux représentent environ un quart des émissions océaniques, mais l'Arctique, où les plateaux couvrent près de la moitié de la superficie et pourraient contribuer de manière significative aux émissions, reste peu étudié, en particulier dans des régions comme la Mer de Kara, qui reçoit d'importants apports d'azote (N) provenant des rivières, ce qui pourrait augmenter la production de N2O. Cette thèse étudie la dynamique du N2O et les sources du N fixé (i.e., N biodisponible, non-N2), à l’aide de mesures de concentrations de N2O et de mesures isotopiques du N (i.e., δ15N) de nitrate et du N fixé total, dans la Mer de Kara et de l’Arctique Central, à partir d’échantillons collecté lors des expéditions MOSAiC (2019-2020) et Arctic Century (2021). Les profils verticaux de N2O dans la Mer de Kara révèlent une augmentation des concentrations avec la profondeur, qui sont en corrélation avec un déficit en N fixé, ce qui suggère que la dénitrification benthique est la source de production dominante. Les eaux de surface de la Mer de Kara semblaient être découplées des processus benthiques, le N2O était généralement proche de l'équilibre avec l'atmosphère et sa distribution était largement contrôlée par la température des eaux de surface, qui détermine la solubilité de l'eau. Pendant l'été, la Mer de Kara représentait un puits net modéré en N2O. Dans la zone de l’océan ouvert au Nord de la Mer de Kara, près de la lisière de la banquise, les eaux de surface présentaient une sous-saturation marquée (jusqu'à "~" 80%), ce qui suggère que la glace de mer limite les échanges air-mer et favorise la sous-saturation après le refroidissement des eaux de surface lors de leur transit vers l'Arctique. Contrairement aux attentes, les apports de rivières n'ont eu aucun impact perceptible sur la production de N2O. Les mesures de δ15N sur le N total fixé permettent de contraindre les apports de N terrestres ou d’autres apport externes tels que la fixation du N2 et la déposition atmosphérique. Nous estimons une contribution minimale (jusqu'à 10%) des apports externes au réservoir de N fixé dans les régions de la Mer de Kara et de l’Arctique Central. De plus, les mesures de δ15N des nitrates montrent que la bathymétrie exerce un contrôle dominant sur l’expression du fractionnement isotopique lié au cycle interne du N (i.e., l'assimilation, l'export et la reminéralisation), révélant des contrastes systématiques entre les plateaux peu profonds et profonds. Les plateaux peu profonds présentent des valeurs de δ15N des nitrates relativement élevées, tandis que les plateaux plus profonds affichent des valeurs en δ15N plus basses. Dans les deux systèmes, la variabilité du δ15N des nitrates reflète un déséquilibre entre la régénération de l'ammonium et la nitrification, permettant l'expression du fractionnement isotopique lié à la nitrification. Sur les plateaux peu profonds, la contribution relative de reminéralisation et nitrification benthiques est plus importante, ce qui renforce l’empreinte benthique sur le signal du δ15N, tandis que dans les plateaux plus profonds, ces processus se déroulent principalement dans la colonne d’eau. Pour conclure, cette thèse soutient l’hypothèse d’un couplage pélagique-benthique renforcé sur les plateaux peu profonds, qui favoriserait probablement la dénitrification benthique, processus dominant de la perte de N fixé dans l’Océan Arctique, tout en favorisant simultanément la production et l’accumulation de N2O dans les eaux de fond des plateaux.