VAriabilité du tranfert vertical et tropHIque de l’azote (N2) fixé dans le sud-ouEst Pacifique et impact potentiel sur la pompe biologique à carbone – VAHINE

L’océan fournit un grand nombre de services, tels que la nourriture, l’emploi, l’eau, l’énergie. Il fournit également des services de régulation. Le plus important étant la régulation du climat : l’océan absorbe chaque année 2 Pg de carbone, ce qui représente 1/3 des émissions anthropiques de CO2.

La disponibilité de l’azote est le facteur essentiel qui contrôle la productivité primaire et la séquestration de carbone dans l’océan. La fixation d’azote par les organismes diazotrophes tels que Trichodesmium constitue une des sources majeures d’azote nouveau pour l’océan.

Une question scientifique essentielle qui n’a toujours pas été élucidée est le devenir de l’azote nouvellement fixé par les diazotrophes dans la chaîne alimentaire océanique. L’objectif de VAHINE est de répondre à cette question, qui peut être déclinée par les questions suivantes :

1/ Quelle est la voie de transfert préférentielle de l’azote nouvellement fixé dans l’écosystème planctonique, i.e. l'azote est-il préférentiellement transféré au réseau trophique classique (phytoplancton, zooplancton, larves de poisson), ou au réseau microbien?

2/ Comment évoluent les populations de procaryotes hétérotrophes, de pico-, nano-, microphytoplancton, et de zooplancton, ainsi que les stocks et flux d'éléments biogènes (C, N, P, Si) avant, pendant et après un bloom de Trichodesmium?

3/ Le développement de Trichodesmium augmente-t-il l'efficacité de l'export de carbone?

A ce jour, les connaissances dans le domaine sont limitées par deux verrous scientifiques et techniques parmi lesquels 1/ l'absence de technique permettant de tracer le passage de l’azote dans les différents compartiments du réseau trophique, et 2/ la complexité logistique pour réaliser le suivi durant plusieurs semaines de la dynamique d'un bloom de diazotrophes et du plancton en présence.
Nous proposons ici de surmonter ces difficultés en associant des techniques innovantes développées par l'équipe proposante : 1/ la spectrométrie de masse à haute-résolution et nano-échelle (NanoSIMS) couplée au 2/ tri cellulaire par cytométrie de flux et au 3/ marquage isotopique au 15N2 (Bonnet et al., En rev.).

La stratégie mise en oeuvre combine des approches expérimentale et de modélisation. Le volet expérimental consiste à déployer 3 grands mésocosmes (52 000 L, développés dans le cadre de l’ ANR DUNE) en Nouvelle Calédonie pendant un bloom de Trichodesmium (Task 1). Pour répondre à la question 1, nous combinerons les techniques de marquage aux isotopes stables, tri cellulaire en cytométrie de flux et analyse NanoSIMS (Task 2). La détermination de la composition de l'assemblage planctonique dans les mésocosmes (Task 3, action 1), et la quantification des stocks et des flux d'éléments biogènes (C, N, P, Si) (Task 3, action 2) permettront de répondre à la question 2.
Pour la question 3 (export de carbone), les pièges à sédiment seront collectés chaque jour pour mesurer les flux massiques de C, N, P, et Si particulaire (Task 4), et les distributions en tailles et les abondances des particules seront enregistrées en temps réel à l'aide de caméras immergées dans les mésocosmes (UVP). Enfin, un bilan delta15N sera réalisé pour quantifier la part de production exportée soutenue par la fixation de N2 (Task 4).
La modélisation biogéochimique qui a déjà débuté en 2012 (plateforme Eco3M développée par l'équipe proposante, Task 5) sera utilisée avant l'expérimentation comme outil prospectif et après celle-ci pour aider à réponde aux questions scientifiques soulevées par le projet.

Cinq réunions seront organisées au cours du projet (Task 0, Management) pour faire la synthèse du degré d'avancement de chaque tâche et décider leur validation pour de passer à l'étape suivante.

Les produits finaux (techniques nouvelles, modèle) seront disponibles pour la communauté scientifique (Task 6), les étudiants, et un large public au travers d’un documentaire scientifique qui sera réalisé par CANAL IRD.