Quantifier et démêler les flux des sources et puits d'éléments chimiques dans le système Océan Arctique – FLUXARC

Le projet FLUXARC vise à contribuer à la surveillance des modifications rapides se produisant actuellement dans l'Océan Arctique sous l’effet du changement climatique. Plus précisément, l'objectif général de FLUXARC est d'étudier les sources et puits d'éléments chimiques dans l'Océan Arctique, qui restent mal connus bien qu'ils contribuent à faire de cette zone un paramètre clé pour le climat de la Terre. Par une approche géochimique innovante combinant l'analyse des isotopes du béryllium et du thorium dans des échantillons marins de différentes zones arctiques, j’ambitionne :
o de démêler et quantifier, dans la glace de mer arctique, la fraction des éléments chimiques provenant des dépôts atmosphériques (i.e., du « haut ») de la fraction provenant des décharges fluviales et de la remobilisation des sédiments du plateau et du fond (i.e., « des côtés/du fond ») ;
o de quantifier le transfert de ces fractions chimiques par la fonte de la glace de mer dans la colonne d'eau et la contribution de ces apports indirects par la fonte de la glace de mer par rapport aux apports chimiques directs provenant de l'atmosphère et « des côtés/du fond » ;
o d’évaluer l'origine et les flux de particules dans l'océan Arctique.

J'ai récemment mis au point une méthode permettant l'analyse combinée des isotopes stables ou à longue durée de vie du béryllium (Be) et du thorium (Th) dans des échantillons polaires marins, en partant de l'hypothèse que leurs sources distinctes - atmosphérique pour le Be-10, continentale pour le Be-9 et le Th-232, océanique pour le Th-230 - et leur affinités différentes pour les particules et la composition des particules peuvent être puissamment utilisées pour mieux contraindre les sources et les puits d'éléments chimiques dans l'Océan Arctique et répondre spécifiquement aux objectifs susmentionnés.

Mon projet est basé sur l'analyse d'échantillons provenant de deux campagnes océanographiques (la campagne Arctique canadienne GEOTRACES et la campagne REFUGE-ARCTIC, réalisées en 2015 et 2024, respectivement) qui se sont concentrées sur la sortie occidentale des eaux de l'Océan Arctique vers l'Océan Atlantique, à travers l'Archipel Arctique Canadien et le Détroit de Nares. Ces zones arctiques incluent toute la diversité des sources qui caractérisent l'Océan Arctique : une grande proportion de plateau continental, avec des détroits, des chenaux et des fjords peu profonds, alimentés par des apports fluviaux et glaciaires. Les apports glaciaires sont soit d'origine terrestre (glaciers de l'île d'Ellesmere et du Groenland, principalement), soit issus de la glace de mer de première année et pluriannuelle.

Les analyses combinées des isotopes du Be et du Th dans l'eau de mer arctique, la glace de mer et les différentes sources (glacier, rivière, sédiment) me permettront, avec les rapports élémentaires et les signatures isotopiques des sources, d'affiner notre compréhension des sources et des puits d'éléments chimiques de l'Océan Arctique. Par le couplage de ces analyses aux éléments traces et isotopes complémentaires inclus dans les deux campagnes susmentionnées, FLUXARC fournira la première quantification des flux atmosphériques, de glace de mer, de glaciers, de rivières et de sédiments d'un large éventail d'éléments et isotopes entrant dans l'Océan Arctique, en différenciant également les fractions dissoutes et solides (sources). Le destin dissous-particulaire de ces mêmes éléments et isotopes dans le domaine marin sera établi (puits). Enfin, un bilan bien documenté de ces espèces chimiques sera proposé. L’exceptionnel jeu de données produit par le consortium FLUXARC et ses collaborateurs offrira des perspectives de modélisation passionnantes.