Coastal oceans play an important role in the carbon cycle and are hotspots of ocean primary production and ocean acidification. These coastal regions are strongly influenced by rives, especially in the Arctic. Despite the importance of the riverine delivery of carbon and nutrients, their effect on the Arctic Ocean is still poorly understood due to hostile conditions and the consequently low number of observations. This thesis aims at improving our understanding of the influence of Arctic riverine delivery of carbon and nutrients by using ocean biogeochemical models.The first part of the thesis evaluated the model skills of the ocean biogeochemical model NEMO-PISCES in the Arctic Ocean. By analyzing model results at different horizontal resolutions, the importance of lateral influx from the adjacent oceans for anthropogenic carbon cycle in the Arctic Ocean wasdemonstrated. These results were then used to adjust a previously published data-based estimate of anthropogenic carbon storage in the Arctic Ocean and the corresponding ocean acidification.In the second part, a pan-Arctic observation-based dataset of riverine carbon and nutrient fluxes was created. This dataset was then used to force the ocean biogeochemical model and the river fluxes were quantified. River fluxes have been shown to sustain up to 24% of Arctic Ocean primary production, to reduce the air-sea CO2 uptake by 20%, and to reduce surface ocean acidification seasonally. Eventually, idealized simulations were made to quantify the sensitivity of the Arctic Ocean biogeochemistry to future changes in riverine delivery of carbon and nutrients. Sensitivities are of small magnitude on a pan-Arctic scale, importance in the coastal areas, and the dominant factor close to river mouths. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The northwestern (NW) continental shelf of the Black Sea undergoes seasonal hypoxia. The benthic environment, the exchanges at the water-sediment interface and the diagenetic reactions are influenced by this phenomenon. In the framework of the BENTHOX project, two field cruises were conducted on the shelf in spring 2016 and in summer 2017.The first part of this investigation concerned the study of the impact of low oxygen levels in bottom waters on the diagenetic reactions. The microprofilings of geochemical parameters and the flux measurements showed both spatial and temporal variabilities in the benthic compartment of the NW continental shelf for the two seasons studied. The areas closest to the coasts exhibited the most important fluxes of oxygen consumption and of sulfate. These regions were strongly influenced by riverine inputs inducing a higher productivity and in turn resulting in an increase in the fluxes of organic matter deposited on the seabed.The diagenetic reactions were impacted by seasonal deoxygenation in bottom waters. The oxic respiration was less important in the summer as reflected by the shallower penetration depth of dissolved oxygen. Since 1995, the diffusive oxygen uptake (DOU) reported during hypoxic period indicated that the concentration of dissolved oxygen played an important role in the benthic exchange fluxes. Furthermore, a shallower reduction of sulphate and of Mn- and Fe-oxides observed in the sediments evidenced the impact of low oxygen levels on the diagenetic cascade. As a consequence, the benthic mineralization of organic matter was affected. During summer 2017, the oxic mineralization of organic carbon was less important and the contribution of the reducing species to oxygen consumption increased. The anaerobic mineralization of organic matter became thus the dominant process during the period of deoxygenation.The second part concerned the study of the sulfur and iron cycling in the shelf sediments during the low oxygen event of summer 2017. The sediments from the station close to the mouth of the Danube and that near the Dnieper exhibited a signature of detrital material different from that of the upper crust. The inputs of organic matter, in particular transported by the rivers, could influence the signal. The sediments of the NW shelf investigated were however of marine origin.Following the sulfate reduction already observed and mentioned above, the hydrogen sulfides produced were rapidly consumed as suggested by the low concentrations of acid volatile sulfide (AVS) and of the dissolved sulfide. The presence of pyrite in the upper layers of the sediments close to the water-sediment interface was plausible because the formation of pyrite in the water column had been reported due to the higher resistance of pyrite to oxidation compared to AVS (Wijsman et al. 2001). A non steady-state deposition was observed as suggested by Wijsman et al. (1999). It was characterized by an abrupt drop in the pyrite content caused possibly by fluctuations in salinity, dissolved O2 concentrations and organic matter fluxes.The non-reactive iron constituted the principal fraction of the total iron present in the sediments. Its contribution fell in the range reported for the marine sediments of the continental margins. A spatial variation of the concentration of highly reactive iron was nevertheless observed. Near the Dnieper mouth, the contents of reactive iron were lower and could be attributed to the less important fluvial inputs, to the sorption and/or precipitation processes or yet to the reallocation of the reactive iron of the shelf deposits towards the sediments in deep and euxinic waters.The last part of this thesis concerned the biogeochemistry of metals (Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Hg, Co and Cd) during the early diagenesis and the assessment of enrichment and pollution of these metals in the sediments of the shelf. The results showed that trace metals are probably linked to iron and manganese oxides as well as to sulphides. Ni and Zn could be involved in adsorption onto and co-precipitation with Fe- and Mn-oxides. Cu seemed to be associated preferentially to sulphides but no clear correlation was found. The enrichment and pollution of these metals in the shelf sediments showed spatial variability. The Danube delta area was enriched in Ni, Cu and Zn while the Odessa region was enriched in Co and Cd. The pollution of shelf sediments ranged from “unpolluted” to “very highly polluted”. Since the late 20th century, the heavy metal contents in shelf sediments remained stable in the Odessa region but increased in the Danube delta area. / Le plateau continental du Nord-Ouest de la Mer Noire subit une hypoxie saisonnière. L'environnement benthique, l'échange à l'interface eau-sédiment et les réactions diagénétiques sont influencés par ce phénomène. Dans le cadre du projet BENTHOX, deux campagnes de prélèvement ont été menées sur le plateau au printemps 2016 et à l'été 2017 dans le but de comprendre ces changements.La première partie de cette recherche concerne l’impact des faibles concentrations en oxygène dans les eaux de fond sur les réactions diagénétiques. Les micro-profils de paramètres géochimiques et les mesures de flux ont montré des variabilités spatiales et temporelles dans le compartiment benthique pour les deux saisons étudiées. Les zones les plus proches des côtes ont présenté les flux les plus importants de consommation d'oxygène et de sulfate. Ces régions ont été fortement influencées par les apports fluviaux induisant une productivité plus élevée et entraînant à son tour une augmentation des flux de matière organique déposée sur le fond marin. Les réactions diagénétiques sont affectées par la désoxygénation saisonnière des eaux de fond. La respiration oxique etait moins importante en été comme en témoigne la profondeur de pénétration moins profonde de l’oxygène. Depuis 1995, l’absorption d’oxygène dissous (DOU) rapportée pendant la période limitée en oxygène a indiqué que la concentration d'oxygène dissous jouait un rôle important dans les flux d'échanges benthiques. De plus, une diminution de la profondeur à laquelle la réduction des sulfates et la réduction des oxydes métalliques témoigne de l'impact d'une faible concentration en oxygène sur la cascade diagénétique. En conséquence, la minéralisation benthique de la matière organique a été affectée. Au cours de l'été 2017, la minéralisation oxique du carbone a été moins importante et la contribution des espèces réductrices à la consommation d’oxygène a augmenté. La respiration anaérobie de la matière organique est ainsi devenue le processus dominant pendant la période d'hypoxie.La deuxième partie portait sur l'étude du cycle du soufre et du fer dans les sédiments du plateau lors de l'événement de faible teneur en oxygène de l'été 2017. Les sédiments de la station proche de l'embouchure du Danube et de celle du Dniepr présentaient une signature de matière détritique différente de celle de la croûte supérieure. Les apports de matière organique, notamment transportés par les rivières, pourraient influencer le signal. Les sédiments du plateau nord-ouest étudiés étaient cependant d'origine marine. Suite à la réduction du sulfate déjà observée et mentionnée ci-dessus, les sulfures d'hydrogène produits ont été rapidement consommés comme le suggèrent les faibles concentrations en sulfure acide volatil (AVS) et en sulfure dissous. La présence de pyrite dans les couches supérieures des sédiments près de l'interface eau-sédiment était plausible car la formation de pyrite dans la colonne d'eau avait été signalée en raison de la résistance plus élevée de la pyrite à l'oxydation par rapport à l'AVS (Wijsman et al. 2001). Un dépôt à l'état non stationnaire a été observé comme le suggèrent Wijsman et al. (1999). Elle a été caractérisée par une chute brutale de la teneur en pyrite causée peut-être par des fluctuations de salinité, des concentrations d'O2 dissous et des flux de matière organiqueLe fer non réactif constituait la fraction principale du fer total présent dans les sédiments. Sa contribution est tombée dans la gamme signalée pour les sédiments marins des marges continentales. Une variation spatiale de la concentration en fer hautement réactif a néanmoins été observée. Près de l'embouchure du Dniepr, les teneurs en fer réactif étaient plus faibles et pouvaient être attribuées aux apports fluviaux moins importants, aux processus de sorption et / ou de précipitation ou encore à la réallocation du fer réactif des dépôts du plateau vers les sédiments en profondeur et eaux euxiniques.La dernière partie de cette thèse concerne la biogéochimie des métaux (Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Hg, Co et Cd) lors de la diagenèse précoce et l'évaluation de l'enrichissement et de la pollution de ces métaux dans les sédiments du plateau. Les résultats ont montré que les métaux traces sont probablement liés aux oxydes de fer et de manganèse ainsi qu'aux sulfures. Ni et Zn pourraient être impliqués dans l'adsorption et la coprécipitation avec les oxydes de Fe et de Mn. Le Cu semble être associé préférentiellement aux sulfures mais aucune corrélation claire n'a été trouvée. L'enrichissement et la pollution de ces métaux dans les sédiments du plateau ont montré une variabilité spatiale. La zone du delta du Danube a été enrichie en Ni, Cu et Zn tandis que la région d'Odessa s'est enrichie en Co et Cd. La pollution des sédiments du plateau allait de « non polluée » à « très fortement polluée ». Depuis la fin du 20e siècle, la teneur en métaux lourds des sédiments du plateau est restée stable dans la région d'Odessa mais a augmenté dans la région du delta du Danube. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In the last two decades, particular interest has been given to the cycle of dimethylsulfide (DMS), a climate active gas, and its precursors the dimethylsulfoniopropionate (DMSP) and the dimethylsulfoxide (DMSO). DMS is involved in the Earth’s radiation budget while the DMS(P,O) are produced by a wide variety of micro- and macroalgae, corals, bacteria, or angiosperms in response to diverse environmental stresses. Several functions have been suggested for these sulfur compounds such as antioxidants, cryoprotectants, overflow mechanisms, osmolytes, zooplankton deterrents or signalling compounds. This research aims at improving the knowledge about the antioxidant role of DMS(P,O) within three major phytoplankton groups: diatom (i.e. Skeletonema costatum), Prymnesiophyceae (i.e. Phaeocystis globosa) and dinoflagellate (i.e. Heterocapsa triquetra). The experimental results demonstrate that cellular DMS(P,O) have the ability to lower cellular reactive oxygen species concentrations produced during high-light and chemically-induced oxidative stresses; thus supporting the antioxidant function. However, the initial DMS(P,O) concentrations of each species are not informative of their ability to tolerate a further oxidative stress, and their concentrations do not increase in high-light grown cells. The DMS(P,O) may then act as antioxidants without being part of the antioxidant response of the cell. We recommend analysing more constituents of the antioxidant system (i.e. enzymes, carotenoids, redox buffer) along with DMS(P,O) by-products and DMSP-lyase activity to better understand the cellular function of DMSP. Field measurements in the North Sea, including the Belgian Coastal Zone (BCZ) and the Northern North Sea (NNS), bring additional information on the DMS(P,O) variations. While abiotic parameters (nutrients, temperature, and incident light) influence the Chlorophyll-a (Chl-a) concentrations in the BCZ, this impact is not reflected in the DMS(P,O) concentrations. The latter depend on the succession of low- and high-DMSP producing species (i.e. diatoms and Phaeocystis, respectively). In the NNS in August, no distinct pattern can be drawn for the DMS(P,O) evolution regarding the phytoplankton diversity or abiotic parameters. Investigated by correlations between DMS(P,O), photoprotective pigments and incident light, the antioxidant function is not observed for this short-term period of sampling in a temperate sea. Based on Chl-a linear regressions, DMS(P,O) concentrations are successfully estimated with two distinct relationships for diatoms and Prymnesiophyceae in the BCZ. However, this estimation lacks accuracy in the NNS due to the mixed phytoplankton community observed. Further work will provide a better understanding about the antioxidant function – especially on the field – and its association with the phytoplankton diversity in temperate regions such as the North Sea. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les rivières sont une source importante de constituants biogéochimiques pour les océans. Jusqu’à présent, les modèles océaniques globaux représentaient de manière inadéquate ou ignoraient simplement les apports continentaux de nutriments, de carbone, d’alcalinité provenant des rivières. En particulier, les perturbations anthropiques des apports fluviaux au cours du 20 ème siècle et leurs conséquences sur l’état physique et biogéochimique des océans - notamment la zone côtière - n’ont pas encore été analysées à l’aide d’un modèle global prenant en compte la circulation tridimensionnelle de l’océan. L’objectif principal de cette thèse était donc d’intégrer les apports biogéochimiques provenant des rivières dans un modèle océanique global afin d’améliorer la compréhension du cycle du carbone de l’océan côtier et son évolution au cours du 20 ème siècle. Dans un premier temps, mon travail a visé à l’amélioration des connaissances concernant le rôle des apports biogéochimiques fluviaux sur le cycle du carbone océanique à long-terme, en se focalisant sur la période préindustrielle. Pour cela, j’ai estimé les apports des rivières en utilisant des modèles permettant d’estimer l’érosion chimique et le transfert de matière organique desécosystèmes terrestres à l’océan. Ces apports fluviaux ont ensuite été ajoutés dans le modèle biogéochimique océanique HAMOCC et leurs impacts sur la production primaire océanique et les flux de CO2 entre l’atmosphère et l’océan ont été analysés. Les résultats nous ont permis de quantifier un dégazage de CO 2 préindustriel de 0.23 Pg C yr -1 pour l’océan global, principalement localisé à proximité de l’embouchure des rivières. Le modèle a également démontré l’existence d’un transfert inter-hémisphèrique de carbone, avec un plus grand apport des rivières à l’océan dans l’hémisphère nord, et un transfert de l’hémisphère nord à l’hémisphère sud où un dégazage net se produit. Une augmentation considérable de la production primaire océanique induite par les apports des rivières a également été prédite.La modélisation biogéochimique de l’océan côtier a ensuite été améliorée, en augmentant la vitesse de minéralisation de la matière organique dans les sédiments côtiers et en incluant la dégradation de la matière organique dissoute d’origine terrestre (tDOM) dans l’océan. Par ailleurs, notre analyse suggère un temps de résidence des eaux dans la zone côtière significativement plus courte (14-16 mois en moyenne) que celui estimé jusqu’à présent (>4 ans). Ce temps de courte résidence implique un transfert efficace de matière organiquede l’océan côtier à l’océan ouvert, un état autotrophe net de l’océan côtier, ainsi qu’un puit de CO 2 (0.06-0.08 Pg C yr -1) pour la période préindustrielle, contrairement aux hypothèses précédemment proposées dans la littérature.Dans le dernier chapitre, les perturbations océaniques induites par les changements de la concentration en CO 2 dans l’atmosphère, de la physique de l’océan et des apports biogéochimiques fluviaux au cours du 20 ème siècle ont été analysées. Les résultats indiquent que la réduction de production primaire nette (NPP) observée dans les océans tropicaux et subtropicaux, pourrait être entièrement compensée par une augmentation de la NPP dans l’océan austral et dans les systèmes côtiers de type «EBUS». Les simulations montrent aussi que l’augmentation des apports fluviaux provoque une augmentation de NPP océanique à l’échelle de l’océan côtier (+15 %) et à l’échelle globale (+ 4 %). En conclusion, cette thèse a permis de démontrer l’importance d’inclure la variabilité spatio-temporelle des apports fluviaux et des processus biogéochimiques de l’océan côtier dans la description du cycle du carbone océanique global. Les améliorations apportées au modèle océanique global HAMOCC permettront d’affiner les prédictions du rôle de l’océan dans le cycle du carbone au cours du 21 ème siècle. / River deliver vast amounts of terrestrially derived compounds to the ocean. These fluxes are of particular importance for the coastal ocean, which is recognized as a region of disproportionate contribution to global oceanic biological fluxes. Until now, the riverine carbon, nutrient and alkalinity inputs have been poorly represented or omitted in global ocean biogeochemistry models. In particular, there has yet to be a model that considers the pre-industrial riverine loads of biogeochemical compounds to the ocean, and terrestrial inputs of organic matter are greatly simplified in their composition and reactivities in the ocean. Furthermore, the coastal ocean and its contribution to the globalcarbon cycle have remained enigmatic, with little attention being paid to this area of high biological productivity in global model analysis of carbon fluxes. Lastly, 20 th century perturbations in riverine fluxes as well as of the physical and biogeochemical states of the coastal ocean have remained unexplored in a 3-dimensional model. Thus, the main goals of this thesis are to integrate an improved representation of riverine supplies in a global ocean model, as well as to improve the representation of the coastal ocean in the model, in order to solve open questions with respect its global contributions to carbon cycling.In this thesis, I first aimed to close gaps of knowledge in the long-term implications of pre-industrial riverine loads for the oceanic cycling of carbon in a novel framework. I estimated pre-industrial biogeochemical riverine loads and their spatial distributions derived from Earth System Model variables while using a hierarchy of state-of-the-art weathering and organic matter land-ocean export models. I incorporated these loads into the global ocean biogeochemical model HAMOCC and investigated the induced changes in oceanic biological production and in the air-sea carbon flux, both at the global scale and in a regional shelf analysis. Finally, I summarized the results by assessing the net land sink of atmospheric carbon prescribed by the terrestrial models, and comparing it to the long-term carbon outgassing determined in the ocean model. The study reveals a pre-industrial oceanic outgassing flux of 231 Tg C yr -1 ,which is found to a large degree in proximity to the river mouths. The model also indicates an interhemispheric transfer of carbon from dominant northern hemisphere riverine inputs to outgassing in the southern hemisphere. Furthermore, I observe substantial riverine-induced increases in biological productivity in the tropical West Atlantic (+166 %), the Bay of Bengal (+377 %) and in the East China Sea (+71 %), in comparison to a model simulation which does not consider the riverine inputs.In addition to considering supplies provided by riverine fluxes, the biogeochemical representation of the coastal ocean is improved in HAMOCC, by firstly increasing organic matter remineralization rates in the coastal sediment and by secondly explicitly representing the breakdown process of terrestrial dissolved organic matter (tDOM) in the ocean. In an analysis of the coastal fluxes, the model shows a much shorter residence time of coastal waters (14-16 months) than previously assumed, which leads to an efficient cross-shelf transport of organic matter and a net autotrophic state for both the pre-industrial timeframe and the present day. The coastal ocean is also revealed as a CO2 sink for the pre-industrial time period (0.06-0.08 Pg C yr -1 ) in contrary to to the suggested source in published literature. The sink is however not only caused by the autotrophic state of the coastal ocean, but it is likely also strongly influenced by the effects of biological alkalinity production, as well as both physical and biogeochemical characteristics of open ocean inflows.In the final chapter, 20 th century oceanic perturbations due to changes in atmospheric CO 2 concentrations and in the physical climate, and to increases in riverine nutrient supplies were investigated by using sequential model simulations. The model results show that the decrease in the net primary production (NPP) in the tropical and subtropical oceans due to temperature-induced stratification may be completely compensated by increases in the Southern Ocean and in Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS). The model also reveals that including increases in riverine supplies causes a global ocean NPP increase of +4 %, with the coastal ocean being a particularlystrongly affected region (+15 %).This thesis shows a strong necessity to represent spatio-temporal changes in riverine supplies and of the coastal ocean state in spatially explicit global models in order to assess changes of the global cycling of carbon in the ocean in the past and potentially in the future. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Diatoms constitute a major group of phytoplankton, accounting for ~20% of the world’s primary production. Biological dinitrogen (N2) fixation by diazotrophic cyanobacteria has great biogeochemical implications in nitrogen (N) cycling, being the major source of new N input to the oceans and thereby contributing significantly to carbon (C) export production. It has been shown that iron (Fe) can be the limiting nutrient for phytoplankton growth, in particular, in the HNLC (High Nutrient Low Chlorophyll) regions. Iron plays thus an essential role in governing the marine primary productivity and the efficiency of biological carbon pump. Oceanic systems are undergoing continuous modifications at varying rates and magnitudes as a result of changing climate. The objective of our research is to evaluate the effects of global climate change processes (changing dust deposition, ocean acidification and sea-surface warming) on phytoplankton growth, biological N2 fixation, biogeochemical cycles, and the controlling role of Fe within these impacts. Laboratory culture experiments using a marine diatom Chaetoceros socialis were conducted at two temperatures (13 ℃ and 18 ℃) and two carbon dioxide partial pressures (pCO2, 400 µatm and 800 µatm). The present study clearly highlights the effect of ocean acidification on enhancing the release of Fe upon dust deposition. Our results also confirm that being a potential source of Fe, mineral dust provides in addition a readily utilizable source of macronutrients such as phosphorus (P) and silicon (Si). However, elevated atmospheric CO2 concentrations and ocean acidification may also have an adverse impact on diatom growth, causing a decrease in cell size and possible further changes in phytoplankton composition. Meanwhile, increasing temperature and ocean warming may lead to the reduction of diatom production as well as cell size, inducing poleward shifts in the biogeographic distribution of diatoms. Numerous factors can affect the extent of N2 fixation. A better understanding of the major environmental and nutrient controls governing this process is highly required. Iron and/or phosphorus are thought to be limiting factors in most oceanic regions. Special attention has been given to studying the effects of mineral dust deposition which is believed to promote N2 fixation as it increases the availability of both Fe and P. Three laboratory bioassays (+Fe, +P, +Dust) via incubation experiments were performed on Trichodesmium IMS101, an important contributor to marine N2 fixation. Each addition of Fe, P or desert dust was found to stimulate the growth and the N2 fixation activity of Trichodesmium IMS101. Several adaptive nutrient utilization strategies were observed, such as a Fe luxury uptake mechanism, a P-sparing effect and colony formation. In addition, during a field study in the temperate Northeast Atlantic Ocean using natural phytoplankton assemblages, N2 fixation was remarkably stimulated through the addition of dissolved Fe under low temperature and depleted P conditions, highlighting the critical role of Fe. At the time of this study, no Trichodesmium filaments were found in the region of investigation. The diazotrophic community was dominated by the unicellular cyanobacteria symbiont (prymnesiophyte-UCYN-A1) and heterotrophic diazotrophs, therefore suggesting that Fe could be the ultimate factor limiting N2 fixation of these smaller diazotrophs as well. Recently, the effects of ongoing climate change (ocean warming and acidification) on N2 fixation drew much attention, but various studies led to controversial conclusions. Semi-continuous dilution growth experiments were conducted on Trichodesmium IMS101 under future high pCO2 and warming seawater conditions (800 µatm and 28 °C) and compared to the present-day situations (400 µatm and 24 °C). The results indicate that higher pCO2 and therefore ocean acidification may be beneficial for Trichodesmium growth and N2 fixation. However, the present study suggests that Fe or P limitation in oligotrophic seawaters may offset the stimulation induced on Trichodesmium IMS101 due to ocean acidification. In contrast, ocean warming may not play an important role in Trichodesmium growth and N2 fixation with a 4 °C increase from 24 °C to 28 °C. Nevertheless, ocean warming was previously predicted to cause a shift in the geographical distribution of Trichodesmium toward higher latitudes, extending its niche to subtropical regions and potentially reducing its range in tropical ocean basins.Overall, the biological responses of the marine diatom Chaetoceros socialis and the N2-fixing cyanobacteria Trichodesmium IMS101 to several key climate change processes were presented and discussed in this study. These processes included dust deposition, and ocean acidification and warming, which were shown to have a significant impact on oceanic phytoplankton growth, cell size and primary productivity, biological N2 fixation, phytoplankton distribution and community composition. They would thus affect the C, N, P, Si and Fe biogeochemical cycles in various ways. Iron, as one of the most crucial micronutrients for marine phytoplankton, has in particular strong links to climate change and biogeochemical feedback mechanisms. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Since the beginning of the industrial revolution, a large amount of greenhouse gases such as carbon dioxide (CO2) have been emitted into the atmosphere due to human activities. One of the main consequences of these emissions is a rapid increase in atmospheric CO2 concentration and a profound modification of the Earth's climate system. The ocean plays an important role in the Earth radiative balance since it acts as an important CO2 sink for the atmosphere. By currently absorbing about 25 % of the CO2 emitted by humans it considerably slows down climate change. Understanding the present-day spatial and temporal dynamics of the air-sea CO2 exchange and the different processes that govern this exchange is of critical importance to anticipate the evolution of the oceanic CO2 sink in the future.This thesis was realized in this context and focused on an improved quantification of the exchange of CO2 through the air-sea interface (FCO2) of the global ocean, embracing open ocean waters and coastal regions. The main objective was to fill knowledge gaps in our understanding of the processes that govern the spatial and temporal distribution of FCO2. This objective was mainly achieved through observational approaches and addressed three main aspects: a quantification of the different sources of FCO2 uncertainties at the global scale, an analysis of spatial distribution of the oceanic CO2 exchange with a strong focus on the coastal ocean and a first assessment of the coastal seasonal FCO2 dynamics and its underlying drivers. The latter relied on a data-model fusion approach allowing to decompose the FCO2 seasonality into its main physical and biogeochemical drivers. The quantification of the oceanic FCO2 from observations consists in calculating an air-sea partial pressure CO2 gradient (ΔpCO2) between the atmosphere and the sea surface. Global monthly continuous partial pressure of CO2 (pCO2) products can for example be derived from observational pCO2 databases and statistical interpolation methods. This ΔpCO2 is then multiplied by a gas exchange transfer rate coefficient (k), which depends on wind speed. However, the parametrization of k is still entailed with poorly quantified uncertainties. From a literature review of all k parameterizations available in the literature over the past 25 years, I first quantified the FCO2 uncertainties associated with k globally and regionally for the open ocean. I also quantified the uncertainties associated with the choice of a wind product over another. Our results show that the range of global FCO2, calculated with these k relationships, diverge by 12 % when using CCMP, ERA or NCEP1. Regional discrepancies in FCO2 are more pronounced than global. These global and regional differences significantly increase when using NCEP2 or other k formulations. To minimize uncertainties associated with the choice of wind product, it is possible to recalculate the parametrization of k globally for a given wind product and its spatio-temporal resolution, in order to match the last evaluation of the global k value. In a second step, we improved the quantification and analysis of the dominant patterns and drivers of the FCO2 spatial distribution for the coastal ocean worldwide. This analysis was performed globally (at 0.25° spatial resolution), using a regional segmentation of the coastal ocean, and latitudinally. I found that coastal regions at high latitudes act as a CO2 sink while tropical regions and along the equator tend to act as an atmospheric CO2 source. Globally integrated, I quantified that the coastal seas act currently as a CO2 sink with a value of -0.20 ± 0.02 Pg C yr-1. For the first time, I also compared the spatial patterns of coastal FCO2 to that of the adjacent open ocean, globally. With the exception of some regions such as those dominated by riverine inputs, I demonstrated that they present similar latitudinal distribution of their FCO2 density per unit of surface area, suggesting analogous responses to increasing atmospheric CO2. I also reevaluated the global ocean CO2 budget and estimated a global anthropogenic CO2 uptake ranging between -2.6 ± 0.4 Pg C yr-1 and -2.9 ± 0.5 Pg C yr-1 for the 1998-2015 period. In a third step, I contributed to the first continuous observational pCO2 data product merging the coastal and open ocean in a consistent manner. This study showed that difference between open ocean and coastal ocean estimates along the overlap area increases with latitude but remains close to 0 µatm globally. Stronger discrepancies, however, exist on the regional level resulting in differences that exceed 10 % of the climatological mean pCO2, particularly in regions constrained by fewer observations, paired with biogeochemical complexity, such as the Peruvian upwelling system and ice covered regions.In a fourth step, a temporal analysis of the FCO2 seasonality was performed for the coastal ocean based on an observational approach. I analyzed and quantified the FCO2 seasonal dynamics globally and for different latitudinal bands. Globally, coastal regions act as a CO2 sink with a more intense uptake occurring in summer (-21 Tg C month-1) because of the disproportionate influence of high latitude shelves in the Northern Hemisphere. I also estimated the contribution of different drivers (sea-ice coverage, wind speed, and ΔpCO2 change) to the FCO2 seasonal amplitude. This data-driven approach allowed me to conclude that the ΔpCO2 is the main driver of the FCO2 variability at the seasonal timescale. I then used a global oceanic biogeochemical model to decompose the seasonal coastal pCO2 variability further into its driving physical and biological processes. From a first qualitative assessment, I concluded that the thermal effect associated to sea surface temperature changes is the main effect governing the coastal seasonal pCO2 variability except at high latitudes where the non-thermal effect associated to changes in biology, circulation, fresh water and the air-sea CO2 exchange itself dominate. I also found that, overall, the thermal effect alone should lead to larger seasonal fluctuations, but its influence is partly offset by the non-thermal effect. Throughout this thesis, I also evaluated the extent to which the continuous observational pCO2 products derived from an artificial neuronal network approach and from the global ocean biogeochemical model MOM6-COBALT could reproduce the raw pCO2 fields extracted from global databases. Overall, I showed that at the regional scale, the two products are in relatively good agreement compared to observations. I also identified regions where discrepancies are the largest and where future observational data are needed in the future, as well as regions where agreement is the most satisfactory and, thus, most suitable for further process-based analyses. / Depuis le début de la révolution industrielle, une grande quantité de gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone (CO2) a été émise dans l'atmosphère en raison des activités humaines. L'une des principales conséquences de ces émissions est une augmentation rapide de la concentration en CO2 atmosphérique et une modification profonde du système climatique de la Terre. L'océan joue un rôle important dans l'équilibre radiatif de la Terre car il agit comme un important puits de CO2 pour l'atmosphère. En absorbant actuellement environ 25 % du CO2 émis par l'homme, il ralentit considérablement le changement climatique. Comprendre la dynamique spatiale et temporelle actuelle de l'échange de CO2 air-mer et les différents processus qui régissent cet échange est d'une importance cruciale pour anticiper l'évolution du puits océanique de CO2 à l'avenir.Cette thèse a été réalisée dans ce contexte et s'est concentrée sur une meilleure quantification de l'échange de CO2 à travers l'interface air-mer (FCO2) de l'océan global, considérant à la fois l’océan ouvert et les régions côtières. L'objectif principal était de combler les lacunes dans notre compréhension des processus qui régissent la distribution spatiale et temporelle du FCO2. Cet objectif a été principalement atteint grâce à des approches observationnelles et a abordé trois aspects principaux: une quantification des différentes sources d'incertitudes du FCO2 à l'échelle globale, une analyse de la distribution spatiale de l'échange de CO2 océanique avec un fort accent sur l'océan côtier et une première évaluation de la dynamique saisonnière du FCO2 côtier et de ses moteurs sous-jacents. Ce dernier s'est appuyé sur une approche de fusion de modèles et d’approches observationnelles permettant de décomposer la saisonnalité du FCO2 en ses principaux moteurs physiques et biogéochimiques.La quantification du FCO2 océanique à partir d’observations consiste à calculer un gradient de pression partielle air-mer de CO2 (ΔpCO2) entre l'atmosphère et la surface de la mer. Des produits globaux continus mensuels de la pression partielle de CO2 (pCO2) peuvent par exemple être dérivés à partir de bases de données observationnelles de pCO2 et de méthodes d'interpolation statistique. ΔpCO2 est ensuite multiplié par un coefficient de vitesse de transfert d'échange gazeux (k), qui dépend de la vitesse du vent. Cependant, la paramétrisation de k est sujette à de larges incertitudes et mal quantifiées. À partir d'une synthèse de la littérature de toutes les paramétrisations de k disponibles dans la littérature au cours des 25 dernières années, j'ai d'abord quantifié les incertitudes sur FCO2 associées à k à l'échelle globale et régionale pour l'océan ouvert. J'ai également quantifié les incertitudes associées au choix d'un produit éolien par rapport à un autre. Nos résultats montrent que la gamme du FCO2 global, calculée avec ces différentes paramétrisations de k, diverge de 12 % lors de l'utilisation de CCMP, ERA ou NCEP1. En raison des différences dans les pattern de vent régionaux, les différences régionales sur le FCO2 sont plus prononcés que globalement. Ces différences globales et régionales augmentent de manière significative lors de l'utilisation de NCEP2 ou d'autres formulations de k. Afin de réduire les incertitudes associées au choix du produit de vent, il est possible de recalculer la paramétrisation de k pour un produit de vent donné et à une résolution spatio temporelle.Dans un deuxième temps, nous avons amélioré la quantification et l'analyse des principaux pattern et des différents processus sur la distribution spatiale du FCO2 pour l’ensemble des régions côtières. Cette analyse a été réalisée à l'échelle globale (à une résolution spatiale de 0.25°), en utilisant une segmentation régionale de l'océan côtier, et latitudinalement. J'ai trouvé que les régions côtières aux hautes latitudes agissent comme un puits de CO2 tandis que les régions côtières tropicales et le long de l'équateur ont tendance à agir comme une source de CO2 atmosphérique. Globalement, j'ai quantifié que les régions côtières agissent actuellement en tant que puits de CO2 avec une valeur de -0.20 ± 0.02 Pg C an-1. Pour la première fois, j'ai également comparé la distribution spatiale du FCO2 côtier à celle de l'océan ouvert adjacent, à l'échelle globale. À l'exception de certaines régions telles que celles dominées par les apports fluviaux, j'ai démontré que les régions côtières et l’océan ouvert adjacent présentaient une distribution latitudinale similaire sur leur densité de FCO2 par unité de surface, suggérant des réponses analogues à l'augmentation du CO2 atmosphérique. J'ai également réévalué le budget mondial de CO2 de l'océan et estimé une absorption mondiale de CO2 anthropique comprise entre -2.6 ± 0.4 Pg C an-1 et -2.9 ± 0.5 Pg C an-1 pour la période 1998-2015. Dans un troisième temps, j'ai contribué à la création du premier produit continu de pCO2 observationnelles fusionnant le domaine côtier et l'océan ouvert de manière cohérente. Cette étude a montré que la différence entre les estimations provenant du produit de pCO2 de l’océan ouvert à celles dérivant du produit de pCO2 de l’océan côtier le long de leur zone de chevauchement augmente avec la latitude mais reste proche de 0 µatm globallement. Des divergences plus fortes existent cependant au niveau régional, entraînant des différences qui dépassent 10 % sur la moyenne climatologique de pCO2, en particulier dans les régions contraintes par moins d'observations, associées à une complexité biogéochimique, comme le système d'upwelling péruvien et les régions couvertes de glace.Dans une quatrième étape, une analyse temporelle de la saisonnalité du FCO2 a été réalisée pour l'océan côtier sur la base d'une approche observationnelle. J'ai analysé et quantifié la dynamique saisonnière du FCO2 à l'échelle globale et pour différentes bandes latitudinales. À l'échelle globale, les régions côtières agissent comme un puits de CO2 avec une absorption plus intense se produisant en été (-21 Tg C mois-1) en raison de l'influence disproportionnée des régions côtières des hautes latitudes dans l'hémisphère Nord. J'ai également estimé la contribution de différents processus (couverture de glace de mer, vitesse du vent et changement de ΔpCO2) à l'amplitude saisonnière du FCO2. Cette approche basée sur les données observationnelles m'a permis de conclure que ΔpCO2 est le principal moteur de la variabilité du FCO2 à l'échelle saisonnière. J'ai ensuite utilisé un modèle biogéochimique océanique global pour décomposer davantage la variabilité saisonnière du pCO2 côtier en ses processus physiques et biologiques. À partir d'une première évaluation qualitative, j'ai conclu que l'effet thermique associé aux changements de température de la surface de la mer est le principal effet régissant la variabilité côtière saisonnière du pCO2 sauf aux hautes latitudes où l'effet non thermique associé aux changements de biologie, de circulation, d'eau douce et de l’échange de CO2 air-mer domine. J'ai également constaté que, globalement, l'effet thermique à lui seul devrait entraîner des fluctuations saisonnières plus importantes, mais son influence est en partie compensée par l'effet non thermique.Tout au long de cette thèse, j'ai également évalué dans quelle mesure les produits continus de pCO2 observationnelles dérivés d'une approche de réseau de neurones artificiels et du modèle biogéochimique océanique global MOM6-COBALT pourraient reproduire les champs de pCO2 bruts extraits des bases de données globale. Dans l'ensemble, j'ai montré qu'à l'échelle régionale, les deux produits sont relativement en bon accord par rapport aux observations. J'ai également identifié les régions où les différences sont les plus importantes et où de futures données observationnelles sont nécessaires à l'avenir, ainsi que les régions où les deux produits présentent un accord le plus satisfaisant et, par conséquent, le plus approprié pour de futures analyses de compréhension des différents processus. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Marine sediments are a key component of the global carbon cycle and climate system. They host one of the largest carbon reservoirs on Earth, provide the only long-term sink for atmospheric CO2, recycle nutrients and represent the most important climate archive. Early diagenetic pro- cesses in marine sediments are thus central to our understanding of past, present and future biogeochemical cycling and climate. Because all early diagenetic processes can be directly or indirectly linked back to the degradation of organic matter (OM), advancing this understand- ing requires disentangling the different factors that control the fate of OM (sedimentation, degradation and burial) on different spatial and temporal scales. In general, the heterotrophic degradation of OM in marine sediments is controlled by the quantity and, in particular, by the ap- parent reactivity of OM that settles onto marine sediments. While the potential ((micro)biological, chemical and physical) controls on OM reactivity are increasingly well understood, their relative significance remains difficult to quantify. Traditionally, integrated data-model approaches are used to quantify apparent OM reactivity (i.e. OM degradation rate constants) at well-studied drill-sites. These approaches rely on Reaction-Transport Models (RTMs) that typically account for transport (advection, molecular diffusion, bioturbation, and bioirrigation) and reaction (pro- duction, consumption, equilibrium) processes, but vary in complexity. Apparent OM reactivity (i.e. the OM degradation rate constant) is generally considered as a free parameter that is used to fit observed depth-profiles, reaction rates or benthic-pelagic exchange fluxes. Currently, no quantitative framework exists to predict apparent OM reactivity in areas where comprehensive benthic data sets are not available.To evaluate the impact of this knowledge gap, the sensitivity of benthic biogeochemical reaction rates, as well as benthic-pelagic exchange fluxes to variations in apparent OM reactivity (i.e. reactive continuum model parameters a and ν) is explored by means of a complex, numerical diagenetic model for shelf, slope and deep sea depositional environments. Model results show that apparent OM reactivity exerts a dominant control on the magnitude of biogeochemical reaction rates and benthic-pelagic exchange fluxes across different environments. The lack of a general framework to quantify OM reactivity thus complicates the parametrization of regional and global scale diagenetic models and, thus, compromises our ability to quantify global benthic-pelagic coupling in general and OM degradation dynamics in particular.To make a first step towards an improved systematic and quantitative knowledge of OM reac- tivity, apparent OM reactivity (i.e. reactive continuum model parameters a and ν) is quantified by inverse modelling of organic carbon, sulfate (and methane) sediment profiles, as well as the location of the sulfate-methane transition zone using a complex, numerical diagenetic model for 14 individual sites across different depositional environments. Model results highlight again the dominant control of OM reactivity on biogeochemical reaction rates and benthic exchange fluxes. In addition, results show that, inversely determined ν-values fall within a narrow range (0.1 < ν < 0.2). In contrast, determined a-values span ten orders of magnitude (1 · 10−3 < a < 1·107) and are, thus, the main driver of the global variability in OM reactivity. Exploring these trends in their environmental context reveals that apparent OM reactivity is determined by a dynamic set of environmental controls rather than traditionally proposed single environmental controls (e.g. water depth, sedimentation rate, OM fluxes). However, the high computational demand associated with such a multi-species inverse model approach, as well as the limited availability of comprehensive pore water data, limits the number of apparent OM reactivity estimates. Therefore, while providing important primers for a quantification of OM reactivity on the global scale, inverse model results fall short of providing a predictive framework.To overcome the computational limitations and expand the inverse modelling of apparent OM reactivity to the global scale, the analytical model OMEN-SED is extended by integrating a nG- approximation of the reactive continuum model that is fully consistent with the general structure of OMEN-SED. The new version OMEN-SED-RCM thus provides the computational efficiency required for the inverse determination of apparent OM reactivity (i.e. reactive continuum model parameters a and ν) on the global scale. The abilities of the new model OMEN-SED-RCM in capturing observed local, as well as global patterns of diagenetic dynamics are rigorously tested by model-data, as well as model-model comparison.OMEN-SED-RCM is then used to inversely determine apparent OM reactivity by inverse modelling of 394 individual dissolved oxygen utilisation (DOU) rate measurements. DOU is commonly used as a proxy for OM reactivity, it is more widely available than comprehensive porewater data sets and global/regional benthic maps of dissolved oxygen utilisation rates (DOU) have been derived based on the growing DOU data set. Sensitivity test show that, while inverse modelling of DOU rates fails to provide a robust estimate of RCM parameter ν, it is a good indicator for RCM parameter a. Based on previous findings, parameter ν was thus assumed to be globally constant. Inversely determined a-values vary over order of magnitudes from a = 0.6 years in the South Polar region to a = 5.6 · 106 in the oligotrophic, central South Pacific. Despite a high intra- as well as interregional heterogeneity in apparent benthic OM reactivity, a number of clear regional patterns that broadly agree with previous observations emerge. High apparent OM reactivities are generally observed in regions dominated by marine OM sources and characterized by efficient sinking of OM and a limited degradation during sinking. In contrast, the lowest apparent OM reactivities are observed for regions characterized by low marine primary production rates, in combination with a great distance to the continental shelf and slope, as well as deep water columns. Yet, results also highlight the importance of lateral transport processes for apparent OM reactivity. In particular, deep sea sediments in the vicinity of dynamic continental margin environments or under the influence of strong ocean currents can receive comparably reactive OM inputs from more productive environments and, thus, reveal OM reactivities that are higher than traditionally expected. Finally, based on the observed strong link between apparent OM reactivity (i.e. RCM parameters a) and DOU rate, a transfer function that predicts the order of magnitude of RCM parameter a as a function of DOU is used to derive, to our knowledge, the first global map of apparent OM reactivity.Finally, we use the new global map of apparent OM reactivity to quantify biogeochemical dynamics and benthic-pelagic coupling across 22 benthic provinces that cover the entire global ocean. To this end, the numerical diagenetic model BRNS model is set-up for each province and forced with regionally averaged boundary conditions derived from global data sets, as well as apparent OM reactivities informed by the global OM reactivity map. The 22 regional model set-ups were then used to quantify biogeochemical process rates, as well as benthic carbon and nutrient fluxes in each province and on the global scale. Model results of regional and global fluxes and rates fall well within the range of observed values and also agree with general globally observed patterns. Results also highlight the role of the deeper ocean for benthic-pelagic cycling and indicate towards a large regional variability in benthic cycling at great depth. This is a first step towards a more refined global estimate of benthic biogeochemical cycling that accounts for the global heterogeneity of the seafloor environment. This aspect is critical to improve our understanding of benthic feedbacks on benthic-pelagic coupling and on the carbon-climate system, which can then be incorporated in benthic processes in Earth System Models. / Les sédiments marins sont un élément clé du cycle mondial du carbone et du système climatique. Ils abritent l’un des plus grands réservoirs de carbone sur Terre, fournissent le seul puits à long terme pour le CO2 atmosphérique, recyclent les nutriments et constituent les archives climatiques les plus importantes. Les processus de la diagénèse précoce dans les sédiments marins sont donc au cœur de notre compréhension des cycles et du climat biogéochimiques passés, présents et futurs. Étant donné que tous les processus diagénétiques précoces peuvent être directement ou indirectement liés à la dégradation de la matière organique (MO), faire progresser cette compréhension nécessite de démêler les différents facteurs qui contrôlent le devenir de la MO (sédimentation, dégradation et enfouissement) à différentes échelles spatiales et temporelles. En général, la dégradation hétérotrophique de la MO dans les sédiments marins est contrôlée par la quantité et, en particulier, la réactivité apparente de la MO qui se dépose sur les sédiments marins. Bien que les contrôles potentiels ((micro) biologiques, chimiques et physiques) de la réactivité de la MO soient de mieux en mieux compris, leur importance relative reste difficile à quantifier. Traditionnellement, des approches de modèle de données intégrées sont utilisées pour quantifier la réactivité apparente de la MO (c’est-à-dire les constantes de vitesse de dégradation de la MO) sur des sites de forage bien étudiés. Ces approches reposent sur des modèles de réaction-transport (RTM) qui tiennent généralement compte des processus de transport (advection, diffusion moléculaire, bioturbation et bio-irrigation) et de réaction (production, consommation, équilibre), mais leur complexité varie. La réactivité apparente de la MO est généralement considérée comme un paramètre libre qui est utilisé pour ajuster les profils de profondeur, les taux de réaction ou les flux d’échange benthique-pélagique observés. À l’heure actuelle, aucun cadre quantitatif n’existe pour prédire la réactivité apparente de la MO dans les zones où aucun ensemble complet de données benthiques n’est disponible.Pour évaluer l’impact de ce manque de connaissance, nous avons exploré la sensibilité des taux de réaction biogéochimiques benthiques, ainsi que des flux d’échange benthique-pélagique aux variations de la réactivité apparente de la MO (c.-à-d. les paramètres du modèle de con- tinuum réactif a et ν) au moyen d’un modèle diagénétique numérique complexe appliqué aux zones de dépôts sur les plateaux, les talus et en haute mer. Les résultats du modèle montrent que la réactivité apparente de la MO exerce un contrôle dominant sur l’ampleur des taux de réaction biogéochimiques et des flux d’échange benthique-pélagique dans différents environ- nements. L’absence d’un cadre général pour quantifier la réactivité de la MO complique donc la paramétrisation des modèles diagénétiques à l’échelle régionale et mondiale et, ainsi, compromet notre capacité à quantifier le couplage benthique-pélagique global en général et la dynamique de dégradation de la MO en particulier.Pour tendre à meilleure connaissance systématique et quantitative de la réactivité de la MO, la réactivité apparente OM (c.-à-d. les paramètres du modèle de continuum réactif a et ν) est quantifiée par modélisation inverse des profils de sédiments organiques de carbone, de sulfate (et de méthane), ainsi que localisation de la zone de transition sulfate-méthane à l’aide d’un modèle diagénétique numérique complexe pour 14 sites individuels à travers différents environnements de dépôt. Les résultats du modèle mettent à nouveau en évidence le contrôle dominant de la réactivité de l’OM sur les taux de réaction biogéochimiques et les flux d’échanges benthiques. De plus, les résultats montrent que les valeurs déterminées inversement déterminées se situent dans une plage étroite (0,1 <ν<0,2). En revanche, les valeurs déterminées s’étendent sur dix ordres de grandeur (1 ·10−3 <ν< 1·107) et sont donc le principal moteur de la variabilité globale de la réactivité OM. L’exploration de ces tendances dans leur contexte environnemental révèle que la réactivité apparente de l’OM est déterminée par un ensemble dynamique de contrôles environnementaux plutôt que par des contrôles environnementaux uniques traditionnellement proposés (par exemple, la profondeur de l’eau, le taux de sédimentation, les flux OM). Cependant, la forte demande de calcul associée à une telle approche de modèle inverse multi-espèces, ainsi que la disponibilité limitée de données complètes sur l’eau interstitielle, limitent le nombre d’estimations apparentes de la réactivité OM. Par conséquent, tout en fournissant des amorces importantes pour une quantification de la réactivité de l’OM à l’échelle mondiale, les résultats du modèle inverse sont loin de fournir un cadre prédictif.Pour surmonter les limites de calcul et étendre la modélisation inverse de la réactivité apparente de l’OM à l’échelle mondiale, le modèle analytique OMEN-SED est étendu en intégrant une approximation nG du modèle de continuum réactif qui est pleinement cohérente avec la structure générale d’OMEN-SED. La nouvelle version OMEN-SED-RCM fournit ainsi l’efficacité de calcul requise pour la détermination inverse de la réactivité apparente de l’OM (c’est-à-dire les paramètres du modèle de continuum réactif a et ν) à l’échelle mondiale. Les capacités du nouveau modèle OMEN-SED-RCM à capturer les modèles locaux et globaux de dynamique diagénétique observés sont rigoureusement testés par les données du modèle, ainsi que la comparaison modèle- modèle.OMEN-SED-RCM est ensuite utilisé pour déterminer inversement la réactivité apparente de l’OM par modélisation inverse de 394 mesures individuelles du taux d’utilisation de l’oxygène dissous (DOU). Le DOU est couramment utilisé comme indicateur de la réactivité de l’OM, il est plus largement disponible que les ensembles de données exhaustifs sur l’eau interstitielle et les cartes benthiques mondiales/régionales des taux d’utilisation de l’oxygène dissous (DOU) ont été dérivées sur la base de l’ensemble de données DOU croissant. Le test de sensibilité montre que, bien que la modélisation inverse des taux de DOU ne fournisse pas une estimation robuste du paramètre RCM ν, c’est un bon indicateur pour le paramètre RCM a. Sur la base des résultats précédents, le paramètre ν a donc été supposé être globalement constant. Les valeurs a déterminées à l’inverse varient selon l’ordre de grandeur, de a = 0,6 an dans la région polaire sud à a = 5, 6 · 106 dans le Pacifique sud oligotrophique central. Malgré une forte hétérogénéité intra et interrégionale dans la réactivité apparente de la MO benthique, un certain nombre de schémas régionaux clairs qui correspondent largement aux observations précédentes émergent. Des réactivités apparentes élevées de l’OM sont généralement observées dans les régions dominées par des sources marines de MO et caractérisées par un naufrage efficace de l’OM et une dégradation limitée pendant le naufrage. En revanche, les réactivités MO apparentes les plus faibles sont observées pour les régions caractérisées par de faibles taux de production primaire marine, en combinaison avec une grande distance du plateau continental et de la pente, ainsi que des colonnes d’eau profonde. Pourtant, les résultats mettent également en évidence l’importance des processus de transport latéral pour la réactivité apparente de l’OM.En particulier, les sédiments des mers profondes au voisinage d’environnements de marge continentale dynamiques ou sous l’influence de forts courants océaniques peuvent recevoir des apports OM de réactivité comparable provenant d’environnements plus productifs et, ainsi, révéler des réactivités OM plus élevées que ce qui était traditionnellement prévu. Enfin, sur la base du lien fort observé entre la réactivité apparente de l’OM (c’est-à-dire le paramètre RCM a) et le taux DOU, une fonction de transfert qui prédit l’ordre de grandeur du paramètre RCM a en fonction de DOU est utilisée pour dériver, pour nos connaissances, la première carte mondiale de la réactivité apparente de l’OM. Les résultats du modèle des flux et des taux régionaux et mondiaux se situent bien dans la gamme des valeurs observées et également d’accord avec les tendances générales observées au niveau mondial. Les résultats mettent également en évidence le rôle de l’océan profond pour le cycle benthique-pélagique et indiquent une grande variabilité régionale du cycle benthique à grande profondeur. Il s’agit d’une première étape vers une estimation mondiale plus précise du cycle biogéochimique benthique qui tient compte de l’hétérogénéité mondiale du milieu marin. Cet aspect est essentiel pour améliorer notre compréhension des rétroactions benthiques sur le couplage benthique-pélagique et sur le système carbone-climat, qui peuvent ensuite être incorporées aux processus benthiques dans les modèles du système terrestre. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished