Journée scientifique SOMLIT, 2 octobre 2014, La Rochelle. Ecosphère Continentale et Côtière MOSLIT. UMR EPOC (Université de Bordeaux / CNRS)

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1 Journée scientifique SOMLIT, 2 octobre 2014, La Rochelle Ecosphère Continentale et Côtière MOSLIT La matière organique particulaire : composition et forçages, du continent à l'océan Nicolas SAVOYE UMR EPOC (Université de Bordeaux / CNRS) Station Marine d Arcachon

2 Matière en suspension et matière organique particulaire Matière en suspension (MES) : matière particulaire présente dans l eau Compartiment lithogène : matière minérale non liée au vivant Argiles Sable Etc Compartiment biogène : matière liée au vivant Estuaire de l Aulne (Rade de Brest) 16/02/99 matière minérale liée au vivant Estuaire de l Aulne (Rade de Brest) 17/08/98

3 Exemple de matière minérale biogène Autotrophes Frustule de diatomée (SiO 2 ) Hétérotrophes Teste de coccolithe (CaCO 3 ) Phytolithe de Brachiaria (SiO 2 ) Sélestite d acanthaire (SrSO 4 )

4 Matière en suspension et matière organique particulaire Matière en suspension (MES) : matière particulaire présente dans l eau Compartiment lithogène : matière minérale non liée au vivant Argiles Sable Etc Compartiment biogène : matière liée au vivant Estuaire de l Aulne (Rade de Brest) 16/02/99 matière minérale liée au vivant Estuaire de l Aulne (Rade de Brest) 17/08/98 matière organique

5 La matière organique particulaire et le cycle global du carbone Matière organique particulaire (MOP) : matière particulaire vivante ou d origine doriginevivante, non minérale Ciais et al. (2013)

6 La matière organique particulaire et le cycle du carbone en zone côtière Estuaire Plateau continental Bauer et al. (2013)

7 Flux de matière organique particulaire en systèmes côtiers Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Production primaire Transfert continent-océan Sédimentation Remise en suspension Reminéralisation Transfert trophique

8 Grande diversité de la matière organique particulaire dans les systèmes côtiers Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Production primaire Transfert continent-océan Sédimentation Remise en suspension Reminéralisation Transfert trophique

9 La labilité de la matière organique particulaire dépend de son origine Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Production primaire Transfert continent-océan Sédimentation Remise en suspension Reminéralisation Transfert trophique Etcheber et al. (2007)

10 La biodisponibilité de la matière organique particulaire dépend de son origine Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Production primaire Transfert continent-océan Sédimentation Remise en suspension Reminéralisation Transfert trophique Sobczak et al. (2005)

11 La biodisponibilité de la matière organique particulaire dépend de son origine Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Production primaire Transfert continent-océan Sédimentation Remise en suspension Reminéralisation Transfert trophique Lobry et al. (2008)

12 Grande diversité d origine, de labilité et de biodisponibilité de la MOP côtière Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Quelles sources composent la MOP et sont impliquées dans les flux en systèmes côtiers? Nécessité de quantifier les contributions relatives des différentes sources à la Nécessité de quantifier les contributions relatives des différentes sources à la composition de la MOP côtière

13 Grande diversité des systèmes côtiers Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Estuaire salin Estuaire fluvial Limite amont de la marée dynamique

14 Les outils d estimation de la composition de la MOP : les rapports élémentaires C/N (mol.mol -1 ) hétérotrophes algues végétaux supérieurs > 12

15 Les outils d estimation de la composition de la MOP : les rapports isotopiques C/N (mol.mol -1 ) hétérotrophes algues végétaux supérieurs δ 13 C / > Macroalgues marines Phanérogames marines Plantes terrestres en C4 Microphytobenthos marin tempérés -20 Phytoplancton marin ystèmes S -25 Plantes terrestres en C Phytoplancton d eau douce δ 13 C = ( 13 C/ 12 C) échantillon 1 ( 13 C/ 12 C) VPDB

16 Les outils d estimation de la composition de la MOP : les rapports isotopiques C/N (mol.mol -1 ) hétérotrophes algues végétaux supérieurs δ 13 C / > Macroalgues marines Phanérogames marines Plantes terrestres en C4 Microphytobenthos marin tempérés -20 Phytoplancton marin ystèmes S -25 Plantes terrestres en C3 Dubois et al (2012) ( 13 C/ 12 C) échantillon δ 13 C = 1 Phytoplancton d eau douce δ 15 N = ( 13 C/ 12 C) VPDB ( 15 N/ 14 N) échantillon 1 ( 15 N/ 14 N) air-n2

17 Les outils d estimation de la composition de la MOP : les modèles de mélange C/N (mol.mol -1 ) hétérotrophes algues végétaux supérieurs δ 13 C / > 12 S ystèmes tempérés -10 Macroalgues marines Phanérogames marines Plantes terrestres en C4-15 Microphytobenthos marin -20 Phytoplancton marin -25 Plantes terrestres en C3 N/C = f 1 N/C source f n N/C source n δ 13 C = f 1 δ 13 C source f n δ 13 C source n δ 15 N = f 1 δ 15 N source f n δ 15 N source n f f n = 1 1 n ( 13 C/ 12 C) échantillon δ 13 C = 1 Phytoplancton d eau douce δ 15 N = ( 13 C/ 12 C) VPDB ( 15 N/ 14 N) échantillon 1 ( 15 N/ 14 N) air-n2

18 Composition de la matière organique particulaire dans les systèmes côtiers Phytoplancton Estuaire de la Loire (limite amont) MOP terrestre 100% 80% 60% 40% 20% 12/08/21 12/10/09 12/12/09 12/02/10 12/04/10 12/06/10 12/08/10 12/10/10 12/12/10 12/02/11 12/04/11 12/06/21 0% AMELIE

19 Composition de la matière organique particulaire dans les systèmes côtiers Phytoplancton MOP terrestre Estuaire de la Loire (limite amont) Estuaire de la Gironde (estuaire halin) Savoye et al. (2012)

20 Composition de la matière organique particulaire dans les systèmes côtiers Phytoplancton MOP terrestre Estuaire de la Loire (limite amont) Estuaire de la Gironde (estuaire halin) 100% Rade de Brest (ria semi-fermée) 80% 60% 40% 20% 0% Macroalgue 1 Macroalgue 2 MOP terrestre Phytoplancton

21 Composition de la matière organique particulaire dans les systèmes côtiers Phytoplancton MOP terrestre Macroalgues Herbier marin Microphytobenthos Estuaire de la Loire (limite amont) Estuaire de la Gironde (estuaire halin) Ecosphère Continentale et Côtière ORIQUART Bassin d Arcachon (lagunebay semi-fermée) of Brest Dubois et al. (subm.)

22 Composition de la matière organique particulaire dans les systèmes côtiers Phytoplancton MOP terrestre Macroalgues Herbier marin Microphytobenthos Estuaire de la Loire (limite amont) Estuaire de la Gironde (estuaire halin) Rade de Brest (ria semi-fermée) Bassin d Arcachon (lagune semi-fermée)

23 Les forçages à la composition de la MOP dans les systèmes côtiers Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Production primaire Transfert continent-océan Sédimentation Remise en suspension Reminéralisation Transfert trophique Température Lumière [nutriment] Marée Débits Salinité Bouchon vaseux Géomorphologie Occupation des sols Pédologie des bassins versants

24 Grande diversité d origine, de labilité et de biodisponibilité de la MOP côtière Plateau Baie Estuaire Rivièreiè Réseau trophique Quelles sources composent la MOP et sont impliquées dans les flux en systèmes côtiers? Nécessité de quantifier les contributions relatives des différentes sources à la Nécessité de quantifier les contributions relatives des différentes sources à la composition de la MOP côtière

25 La matière organique particulaire : composition et forçages Quelles sources composent la MOP et sont impliquées dans les flux en systèmes côtiers ôi? Nécessité de quantifier les contributions relatives des différentes sources à la composition de la MOP côtière Quels sont les forçages à la composition de la MOP dans les systèmes côtiers? Nécessité d identifier les forçages environnementaux pouvant expliquer les variations spatio-temporelles de cette composition à l échelle intra-systémique à l échelle multi-systémique

26 La matière organique particulaire : composition et forçages en milieu estuarien Estuaires salins Estuaires Fluviaux Seine Elorn Aulne Charente Gironde Loire Charente Dordogne Garonne Leyre, Porge, Lanton, Milieu, Canal des Landes, Cirès, Tagon, Ponteil, Renet Gradient salin Echantillonnage mensuel à saisonnier Une station Echantillonnage mensuel à di-mensuel Données issues des thèses de Sophie Dubois, Pierre Polsenare, François Dindinaud, Julien Modéran, Nicolas Savoye

27 16 systèmes présentant de nombreux gradients Estuaires salins Estuaires Fluviaux 1200 MES (mg l -1 ) 600 MES (mg l -1 ) LOIRE GARONNE SEINE GIRONDE 100 Chl a (µg l -1 ) Chl a (µg l -1 ) Turbidité, chlorophylle a, débits, climat, etc.

28 Composition de la MOP dans les estuaires fluviaux 100% Loire 50% 0% oct févr juin oct févr juin sept 100% Garonne 50% 0% févr mars avr mai juin juil août sept oct 100% Leyre 50% 0% févr. juin oct. févr. juin oct. févr. Phytoplancton MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique

29 Forçages à la composition de la MOP échelle intra-systémique 100% Loire 50% 0% oct févr juin oct févr juin sept 100% Garonne 50% 0% févr mars avr mai juin juil août sept oct 100% Leyre 50% 0% févr. juin oct. févr. juin oct. févr. Phytoplancton MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique

30 Composition de la MOP dans les estuaires fluviaux 100% Loire 50% 0% oct févr juin oct févr juin sept Loire 100% Garonne 50% 0% févr mars avr mai juin juil août sept oct Garonne 100% Leyre Leyre 50% 0% févr. juin oct. févr. juin oct. févr. Phytoplancton MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique

31 Composition de la MOP dans les estuaires fluviaux Loire Charente Porge Landes Dordogne Garonne Cires Milieu Tagon Renet Ponteil Lanton Leyre Phytoplancton MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique Microphytobenthos

32 Forçages à la composition de la MOP échelle multi-systémique Loire Charente Porge Landes Dordogne Garonne Cires Milieu Tagon Renet Ponteil Lanton Leyre Phytoplancton MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique Microphytobenthos

33 Composition de la MOP dans les estuaires salins 100% Février Aulne Août 50% 0% % janvier Gironde Août 50% 0% 02 0,2 08 0,8 14 1,4 48 4,8 13,33 24, ,0 45 4,5 59 5,9 91 9,1 22,4 28,9 Phyto estuarien Phyto marin Phyto eau douce MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique Microphytobenthos

34 Composition de la MOP dans les estuaires salins hiver été 92% 98% Aulne 91% 88% Gironde Phyto estuarien Phyto marin Phyto eau douce MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique Microphytobenthos

35 Forçages à la composition de la MOP échelle intra-systémique hiver été 92% 98% Aulne 91% 88% Gironde Phyto estuarien Phyto marin Phyto eau douce MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique Microphytobenthos

36 Composition de la MOP dans les estuaires salins Hiver Printemps Eté Année Seine Elorn Aulne Charente Gironde Phyto estuarien Phyto marin Phyto eau douce MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique Microphytobenthos

37 Forçages à la composition de la MOP échelle intra-systémique Hiver Printemps Eté Seine Elorn Aulne Charente Gironde Phyto estuarien Phyto marin Phyto eau douce MOP terr. labile MOP terr. réfractaire MOP anthropique Microphytobenthos

38 Composition de la MOP dans les estuaires salins échelle multi-systémique Typologies

39 Forçages à la composition de la MOP échelle multi-systémique Données hétérogènes

40 Composition et forçage de la MOP dans les estuaires : une typologie Estuaires peu turbides. Seine, Aulne, Elorn, Loire, tributaires bassin d Arcachon, Charente FORTE SAISONALITE Estuaires turbides. Gironde, Charente, Garonne, Dordogne, FAIBLE SAISONALITE phytoplancton en été MOP terrestre labile en hiver MOP terrestre labile MOP terrestre réfractaire Températures Hydrodynamique (Débits) Hydrodynamique (Débits) Hydrodynamique sédimentaire i mélange des masses d eaux (estuaires halins) mélange des masses d eaux négligeable

41 La MOP: composition et forçages en systèmes côtiers semi-fermés Phytoplancton MOP terrestre Macroalgues Herbier marin Microphytobenthos Rade de Brest (ria semi-fermée) Ecosphère Continentale et Côtière Macroalgae 1 Terrestrial SPOM Macroalgae 2 Phytoplankton NO 3 - SI(OH) 4 PO4 River Flow NO - 2 SPM POC/chl POC Chlorophyll a NH 4 + POC/SPM salinity Temperature ORIQUART Bassin d Arcachon (lagune semi-fermée)

42 La MOP: composition et forçages en systèmes côtiers semi-fermés Phytoplancton MOP terrestre Macroalgues Herbier marin Microphytobenthos Rade de Brest (ria semi-fermée) Macroalgae 1 SI(OH) NO PO4 River Flow Terrestri al Macroalgae SPOM 2 Phytoplankton NO 2 - Chlorophyll a NH 4 + POC/SPM SPM POC POC/chl salinity Temperatur Bassin d Arcachon (lagune semi-fermée) Ecosphère Continentale et Côtière ORIQUART Dubois et al. (subm.)

43 La MOP dans les Systèmes LITtoraux : composition, dynamique et forçages COMPOSITION WP1 Sources WP4 - Analyses numériques MOSLIT MOSLIT WP2 Forçages WP3 Bactéries FORÇAGES BACTERIES Ecosphère Continentale et Côtière

44 La MOP dans les Systèmes LITtoraux : composition, dynamique et forçages COMPOSITION WP1 Sources WP4 - Analyses numériques MOSLIT MOSLIT WP2 Forçages WP3 Bactéries FORÇAGES BACTERIES Ecosphère Continentale et Côtière

45 Composition de la MOP en systèmes côtiers: : quelle évolution à long terme? Goberville et al. (2010)

46 Evolution décennale des débits Milliman et al. (2008)

47 Forçages à l exportation de MOP du continent à l océan Très affecté par le changement climatique le changement d utilisation des sols Bauer et al. (2013)

48 Forçages à l exportation de MOP du continent à l océan Raymond and Oh (2007)

49 Quel impact du changement global sur la composition de la MOP? Cycles biogéochimiques Réseau trophique Bauer et al. (2013)? Changement de l exportation du COP? Changement des apports en nutriments Changement de la production primaire côtière POM composition