Les eaux modales Subantarctiques (SAMW) sont formées dans la profonde couche de mélange au nord du front Subantarctique (SAF) dans l'Océan Austral. Elles influencent le climat à des échelles décennales et inter-annuelles et jouent un rôle fondamental dans la ventilation de la thermocline de l'Océan Austral. Nous étudions la formation des SAMW en nous fondant sur les récents flotteurs profilants ARGO et sur les dériveurs de surface GDP. Ces jeux de données fournissent une très bonne couverture spatio-temporelle des processus à l'oeuvre dans les couches supérieures de l'Océan Austral. Depuis le lancement du programme international ARGO, le nombre de profils hydrographiques a augmenté de façon considérable dans l'Océan Austral. Une analyse de ces données a montré que les flux air-mer et les flux d'Ekman sont les forçages dominants dans la formation des SAMW. Nous avons trouvé une transition rapide, autour de 70°E, des couches de mélange peu profondes en amont vers des couches de mélange très profondes en aval. Cette transition est associée à un changement de signe de la diffusion tourbillonnaire horizontale dans les couches de surface, et à l'extension méridionale de l'ACC lorsqu'il passe autour du plateau de Kerguelen. Ces effets sont directement liés à la bathymétrie et laissent place à une région de formation des SAMW au Sud-Ouest de l'Australie.<br /><br />La formation des SAMW est intimement liée à la dynamique océanique Australe et à la position des principaux fronts polaires. Une deuxième étude concerne la circulation de l'ACC et la variabilité frontale. Dans cette étude, nous avons tiré parti de la complémentarité des données in situ et altimétriques afin de suivre l'évolution des deux principaux fronts de l'ACC pendant la période 1993-2005. Nous avons comparé leurs mouvements avec les deux principaux modes de variabilité atmosphérique de l'Hémisphère Sud, le mode annulaire Austral (SAM) et l'Oscillation Australe El-Niño (ENSO). La position moyenne des fronts est déterminée avant tout par les fonds océaniques. Cependant, nous avons trouvé que dans les régions à fond plat, les fronts forment de grands méandres dus à l'activité tourbillonnaire et aux forçages atmosphériques.<br /><br />En parallèle, nous avons développé une nouvelle estimation de la distribution circumpolaire de la diffusion dans l'Océan Austral. La diffusion n'a presque jamais été étudiée à partir de données in situ dans cet océan. Nous avons calculé une estimation du coefficient de diffusion tourbillonnaire à partir d'une analyse statistique de dix années de trajectoires de dériveurs de surface. Nous avons cartographié ce coefficient dans l'Océan Austral, puis nous l'avons paramétré à partir de données altimétriques pour pouvoir en étudier l'évolution inter-annuelle et en faciliter l'utilisation dans le futur. Cette étude montre que l'Océan Austral est fortement diffusif au nord de l'ACC, et particulièrement près des courants de bord Ouest, c'est à dire dans la Rétroflexion des Aiguilles, dans la région du plateau de Campbell, et dans le courant de Brésil-Malouines. <br /><br />Ces résultats nous ont menés à une analyse circumpolaire de la formation des SAMW, et à une meilleure conception du lien entre la dynamique océanique Australe et la formation des SAMW. La croissance constante des données hydrologiques du programme ARGO dans l'Océan Austral nous a également permis de mieux représenter la répartition des régions de formation des SAMW. Nous avons trouvé que la diffusion tourbillonnaire joue un rôle majeur dans les budgets de chaleur locaux. Au Sud des courants de bord Ouest, et au nord du SAF, la diffusion tourbillonnaire apporte de la chaleur, équilibrant et même dominant les refroidissements hivernaux dus aux flux d'Ekman et aux flux air-mer. Elle réduit en particulier la déstabilisation de la couche de mélange au nord du SAF dans l'Ouest du bassin Indien, en aval de la Rétroflexion des Aiguilles, et dans l'Ouest du bassin Pacifique, en aval du Plateau de Campbell.

Las cuencas de pendiente atlántica en el Área Pampeana Austral se encuentran representadas por una serie de arroyos y ríos de mediano porte. Estos nacen en áreas elevadas de los sistemas serranos de Ventania y Tandilia como así también en la Llanura Interserrana Bonaerense. Estas cuencas presentan un diseño paralelo, no existiendo actualmente conexión entre ellas. El patrón hidrogeográfico de esta región es el resultado de una combinación de factores tectónicos, climáticos y cambios en el nivel del mar acaecidos desde el Mioceno. La zona presenta un carácter positivo desde el Mioceno medio y podría haber funcionado como una isla durante la ingresión Entrerriana ocurrida en ese período. Por otra parte, los registros paleoclimáticos de la zona para el Cuaternario tardío sugieren una alternancia entre condiciones áridas y húmedas, asociadas principalmente a las glaciaciones y deglaciaciones. Esto probablemente haya afectado el caudal de muchos de los cursos de agua, llegando incluso a extinguirse los de menor porte durante los períodos más áridos. La fauna de peces presente en estas cuencas representa uno de los últimos elencos de la Subregión Brasílica, resultando particularmente interesante el hecho que la composición íctica de estas cuencas es similar a los sistemas hídricos ubicados más al norte, a pesar de que en la actualidad no existe conexión entre dichas cuencas. No obstante, el conocimiento de la ictiofauna del área y de las posibles causas que llevaron a su aislamiento es aún fragmentario. La filogeografía aplica los algoritmos de la filogenia molecular, sólo que a un nivel intraespecífico. Utiliza como herramienta metodológica el análisis espacial o geográfico de genealogías génicas, a partir del cual se extraen conclusiones acerca de los procesos históricos o recurrentes que causaron esa distribución particular de la variabilidad. A nivel filogeográfico la utilidad del análisis de la Región Control del ADN mitocondrial ha sido probadamente útil en estudios recientes sobre diversos taxa. Los peces de agua dulce constituyen un modelo ideal para ilustrar la forma en que los cambios climático-tectónicos actúan sobre la distribución de la variación genética. Los cuerpos de agua dulce son ampliamente afectados a consecuencia de los cambios ambientales, alterando su cauce en los casos más extremos. Estos procesos tienen una gran influencia sobre la persistencia y la distribución de las especies de peces, modificando marcadamente su dinámica poblacional. Esta situación afortunadamente, queda representada en la composición genética de las poblaciones y puede inferirse en la actualidad. En el presente estudio fueron seleccionadas tres especies de teleósteos, Cnesterodon decemmaculatus, Corydoras paleatus y Jenynsia multidentata debido a que, presentan una amplia distribución en las cuencas en estudio así como un tamaño poblacional abundante. Dichas características son fundamentales a la hora de realizar inferencias sobre la secuencia de colonización, distribución y la persistencia de los linajes de genes. El objetivo general de este proyecto es analizar y comparar el patrón filogeográfico de tres especies de teleósteos codistribuidas en las cuencas de pendiente atlántica en el Área Pampeana Austral. En este contexto, se desea examinar la relación entre este patrón y la historia tectónica, geomorfológica y climática de la región. De esta forma se pretende inferir si las condiciones geológicas y paleoclimáticas han influido en la distribución de los linajes de genes de la ictiofauna del Área Pampeana Austral. Para abordar dichos objetivos se parte de las siguientes hipótesis: 1. Hipótesis de refugios: Las especies de peces de agua dulce presentes en el área de estudio se encontraban allí con anterioridad al último período glaciar, resistiendo las condiciones adversas de éste período en refugios ambientales que formaban parte de estas cuencas. 2. Hipótesis de conectividad y colonización: Las especies colonizaron el sistema a través de paleoconexiones actualmente sumergidas en la plataforma continental. La relación filogenética entre las variantes mitocondriales de cada especie se analizó mediante la construcción de árboles filogenéticos y redes de haplotipos. Se estimó para cada especie la diversidad genética y se llevaron a cabo análisis de demografía histórica. Se obtuvo además para cada especie una descripción de la estructura geográfica mediante el Análisis de la Varianza Molecular. Se examinó la posible existencia de un patrón de aislamiento por distancia analizando la correlación entre flujo génico y distancias geográficas pareadas por especie para el área total analizada. Como resultado de este trabajo se desprenden dos patrones filogeográficos contrastantes: Jenynsia multidentata y Corydoras paleatus presentaron haplogrupos muy divergentes entre sí, confinados en algunos casos sólo a unas pequeñas poblaciones. Por otro lado se encontró un haplotipo ampliamente distribuido, el cual no se relaciona directamente con los haplogrupos divergentes. En contraste, en Cnesterodon decemmaculatus se observaron dos grupos principales con escasa divergencia, y amplia distribución geográfica dentro del área. La escasa divergencia hallada entre los haplotipos de Cnesterodon decemmaculatus podría sugerir que su historia es relativamente reciente dentro del área. Los valores hallados en la diversidad genética, junto con los análisis de demografía histórica indican que las poblaciones de Jenynsia multidentata y Corydoras paleatus, parecen haber permanecido estables a lo largo del tiempo, en contraposición a los resultados evidenciados por Cnesterodon decemmaculatus cuyos resultados sustentan un crecimiento poblacional repentino para dicha especie. De lo expuesto hasta el momento podemos concluir que la presencia de las especies analizadas en el Área Pampeana Austral podría haber sido el producto de procesos demográficos independientes pero complementarios. Por un lado se corrobora la presencia de linajes antiguos en el área, que han subsistido a las condiciones climáticas adversas en posibles refugios ambientales, tal es el caso de Jenynsia multidentata y Corydoras paleatus. Esta situación nos acerca a aceptar la Hipótesis de Refugios al menos para estas dos especies. Por otro lado, se infiere la presencia de linajes recientes, que han colonizado el área gracias al mejoramiento climático y la conexión de la red de drenaje. Tal es el caso de un linaje para Jenynsia multidentata y Corydoras paleatus, y el único linaje hallado para Cnesterodon decemmaculatus. En este sentido se propone aceptar la Hipótesis de Conectividad y colonización para las tres especies. La historia tectónica, geológica y climática de la región ha influenciado en gran parte la distribución de la variación genética en las especies estudiadas, promoviendo en ciertos casos la diferenciación poblacional. Estudios futuros incluyendo mayor cantidad de especies de peces que habitan el área, así como mayor número de marcadores moleculares podría contribuir a ampliar el conocimiento sobre la distribución de la variación genética en los linajes de peces dentro del Área Pampeana Austral.

Thesis (M.Phil.) - University of Queensland, 2002. / Includes bibliography.

Tesis para optar al grado de Magíster en Historia / Esta Tesis nace a partir de la pregunta ¿Es posible escribir “otra” historia de la Carretera Austral, una que no preste atención únicamente a su manifestación material sino también a las representaciones sociales que legitimaron su construcción y, en definitiva, le dieron sentido y significado a esta obra en un contexto histórico específico? Este es el propósito al plantear el objetivo de estudiar las representaciones sociales de la Carretera Austral durante la dictadura militar chilena entre 1973 y 1990. El análisis de las representaciones aplicado en este período particular permite acercarse al entendimiento de la obra y su contexto de una manera distinta a la tradicional. Los estudios históricos sobre la Carretera Austral han enfocado su interés en los grandes hitos que dan cuenta de su manifestación material, además la mayoría han sido escritos en clave laudatoria respecto de la obra y del régimen militar que la llevó mayormente a cabo. Aquí se pretende mostrar que la ruta austral se construyó no sólo mediante la apertura de sendas, detonaciones de roca, superación de ríos y lagos, sino también a través de una serie de representaciones que arraigaron -o intentaron arraigar- un significado determinado en el sentido común. Se sostiene que el pensamiento geopolítico, entendido entonces como conocimiento útil para el estadista, fundamentó y condicionó estas representaciones. Asimismo, las representaciones sociales con las que se promociona la obra expresaron principios fundamentales para el régimen en relación a la política del territorio, económica y de gobierno. Mediante ellas se busca no tan solo legitimar la obra vial, sino también el nuevo orden autoritario y su institucionalidad en su totalidad, de ahí el interés en mostrar el camino longitudinal como producto único y representativo del régimen militar. De este modo, sus representaciones sociales revelan que la Carretera Austral está atravesada también por nociones e intereses políticos, ideológicos, simbólicos que trascienden las características ingenieriles y técnicas que siempre han servido como base para su promoción y legitimación. La tesis propone una base metodológica interdisciplinar teniendo como base el estudio histórico del camino desde una perspectiva espacial, cultural y social. Para ello se considera el trabajo de búsqueda, selección, organización, análisis y crítica de fuentes documentales, en paralelo a la utilización de herramientas teóricas y nociones provenientes de la geografía y sociología.

L'océan Austral aux moyennes latitudes est l'un des endroits les plus tempétueux sur Terre. On peut donc supposer que le passage de ces tempêtes intenses sur cette variabilité océanique intense peut avoir un impact fort sur la variabilité intra-saisonnière des couches de surface où vit le phytoplancton. Pour autant, cet impact sur le taux de croissance du phytoplancton et sa variabilité reste encore très méconnu. C'est à cette question que s'efforce de répondre ce travail de thèse visant à faire progresser la compréhension de la variabilité intra-saisonnière de la production primaire de l'océan Austral. Nos expériences de modélisation suggèrent que les apports en Fer dissous (DFe) dans les eaux de surface à l'échelle intra-saisonnière par les tempêtes jouent un rôle bien plus actif et déterminant qu'on ne le pensait pour expliquer la productivité estivale importante de l'océan Austral. Deux idées importantes ressortent: 1. Les interactions tempête-tourbillon peuvent fortement augmenter l'amplitude et l'extension du mélange vertical agissant sur des couches traditionnellement considérées comme superficielles, mais également en subsurface. Ces deux régimes de mélange possèdent des dynamiques différentes mais agissent de concert pour augmenter les flux de DFe à la surface des océans. 2. Les tempêtes génèrent des courants inertiels qui peuvent considérablement renforcer les vitesses verticales w par interaction avec les tourbillons. Cela favorise l'advection verticale de DFe à la surface de l'océan, et avoir un effet plusieurs jours après la tempête. Ces interactions entre les tempêtes et les tourbillons peuvent considérablement intensifier la variabilité production primaire. / The Southern Ocean is one of the stormiest places on earth; here strong mid-latitude storms frequently traverse large distances of this ocean. The presence of the passage of intense storms and meso to sub-mesoscale eddy variability has the potential to strongly impact the intra-seasonal variability of the upper ocean environment where phytoplankton live. Yet, exactly how phytoplankton growth rates and its variability are impacted by the dominance of such features is not clear. Herein, lies the problem addressed by the core of this thesis, which seeks to advance the understanding of intra-seasonal variability of Southern Ocean primary production. Model experiments have suggested that intra-seasonal storm-linked physical supplies of dissolved iron (DFe) during the summer played a considerably more active and influential role in explaining the sustained summer productivity in the surface waters of the Southern Ocean than what was thought previously. This was through two important insights: 1. Storm-eddy interactions may strongly enhance the magnitude and extent of upper-ocean vertical mixing in both the surface mixed layer as traditionally understood as well as in the subsurface ocean. These two mixing regimes have different dynamics but act in concert to amplify the DFe fluxes to the surface ocean. 2. Storm initiated inertial motions may, through interaction with eddies, greatly reinforce w and thus, enhance the vertical advection of DFe to the surface ocean, an effect that may last several days after the storm. Such storm-eddy dynamics may greatly increase the intra-seasonal variability of primary production.

<p align="justify">The Southern Ocean (ca. 20% of the world ocean surface) is a key place for the regulation of Earth climate thanks to its capacity to absorb atmospheric carbon dioxide (CO2) by physico-chemical and biological mechanisms. The biological carbon pump is a major pathway of absorption of CO2 through which the CO2 incorporated into autotrophic microorganisms in surface waters is transferred to deep waters. This process is influenced by the extent of the primary production and by the intensity of the remineralization of organic matter along the water column. So, the annual cycle of sea ice, through its in situ production and remineralization processes but also, through the release of microorganisms, organic and inorganic nutrients (in particular iron)into the ocean has an impact on the carbon cycle of the Southern Ocean, notably by promoting the initiation of phytoplanktonic blooms at time of ice melting.</p><p><p align="justify">The present work focussed on the distribution of organic matter (OM) and its interactions with the microbial network (algae, bacteria and protozoa) in sea ice and ocean, with a special attention to the factors which regulate the biological carbon pump of the Southern Ocean. This thesis gathers data collected from a) late winter to summer in the Western Pacific sector, Western Weddell Sea and Bellingshausen Sea during three sea ice cruises ARISE, ISPOL-drifting station and SIMBA-drifting station and b) summer in the Sub-Antarctic and Polar Front Zone during the oceanographic cruise SAZ-Sense.</p><p><p align="justify">The sea ice covers were typical of first-year pack ice with thickness ranging between 0.3 and 1.2 m, and composed of granular and columnar ice. Sea ice temperature ranging between -8.9°C and -0.4°C, brines volume ranging between 2.9 to 28.2% and brines salinity from 10 to >100 were observed. These extreme physicochemical factors experienced by the microorganisms trapped into the semi-solid sea ice matrix therefore constitute an extreme change as compared to the open ocean. Sea ice algae were mainly composed of diatoms but autotrophic flagellates (such as dinoflagellates or Phaeocystis sp.) were also typically found in surface ice layers. Maximal algal biomass was usually observed in the bottom ice layers except during SIMBA where the maxima was localised in the top ice layers likely because of the snow and ice thickness which limit the light available in the ice cover. During early spring, the algal growth was controlled by the space availability (i.e. brine volume) while in spring/summer (ISPOL, SIMBA) the major nutrients availability inside sea ice may have controlled algal growth. At all seasons, high concentrations of dissolved and particulate organic matter were measured in sea ice as compared to the water column. Dissolved monomers (saccharides and amino acids) were accumulated in sea ice, in particular in winter. During spring and summer, polysaccharides constitute the main fraction of the dissolved saccharides pool. High concentrations of transparent exopolymeric particles (TEP), mainly constituted with saccharides, were present and their gel properties greatly influence the internal habitat of sea ice, by retaining the nutrients and by preventing the protozoa grazing pressure, inducing therefore an algal accumulation. The composition as well as the vertical distribution of OM in sea ice was linked to sea ice algae.</p><p><p align="justify">Besides, the distribution of microorganisms and organic compounds in the sea ice was also greatly influenced by the thermodynamics of the sea ice cover, as evidenced during a melting period for ISPOL and during a floodfreeze cycle for SIMBA. The bacteria distribution in the sea ice was not correlated with those of algae and organic matter. Indeed, the utilization of the accumulated organic matter by bacteria seemed to be limited by an external factor such as temperature, salinity or toxins rather than by the nature of the organic substrates, which are partly composed of labile monomeric saccharides. Thus the disconnection of the microbial loop leading to the OM accumulation was highlighted in sea ice.</p><p><p align="justify">In addition the biofilm formed by TEP was also involved in the retention of cells and other compounds(DOM, POM, and inorganic nutrients such as phosphate and iron) to the brine channels walls and thus in the timing of release of ice constituents when ice melts. The sequence of release in marginal ice zone, as studied in a microcosm experiments realized in controlled and trace-metal clean conditions, was likely favourable to the development of blooms in the marginal ice zone. Moreover microorganisms derived from sea ice (mainly <10 µm) seems able to thrive and grow in the water column as also the supply of organic nutrients and Fe seems to benefit to the pelagic microbial community.</p><p><p align="justify">Finally, the influence of the remineralization of organic matter by heterotrophic bacterioplankton on carbon export and biological carbon pump efficiency was investigated in the epipelagic (0-100 m) and mesopelagic(100-700 m) zones during the summer in the sub-Antarctic and Polar Front zones (SAZ and PFZ) of the Australian sector (Southern Ocean). Opposite to sea ice, bacterial biomass and activities followed Chl a and organic matter distributions. Bacterial abundance, biomass and activities drastically decreased below depths of 100-200 m. Nevertheless, depth-integrated rates through the thickness of the different water masses showed that the mesopelagic contribution of bacteria represents a non-negligible fraction, in particular in a diatom-dominated system./</p><p><br><p><p align="justify">L’océan Antarctique (± 20% de la surface totale des océans) est un endroit essentiel pour la régulation du climat de notre planète grâce à sa capacité d’absorber le dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique par des mécanismes physico-chimique et biologique. La pompe biologique à carbone est un processus majeur de fixation de CO2 par les organismes autotrophes à la surface de l’océan et de transfert de carbone organique vers le fond de l’océan. Ce processus est influencé par l’importance de la production primaire ainsi que par l’intensité de la reminéralisation de la matière organique dans la colonne d’eau. Ainsi, le cycle annuel de la glace via sa production/reminéralisation in situ mais aussi via l’ensemencement de l’océan avec des microorganismes et des nutriments organiques et inorganiques (en particulier le fer) a un impact sur le cycle du carbone dans l’Océan Antarctique, notamment en favorisant l’initiation d’efflorescences phytoplanctoniques dans la zone marginale de glace.</p><p><p align="justify">Plus précisément, nous avons étudié les interactions entre le réseau microbien (algues, bactéries et protozoaires) et la matière organique dans le but d’évaluer leurs impacts potentiels sur la pompe biologique de carbone dans l’Océan Austral. Deux écosystèmes différents ont été étudiés :la glace de mer et le milieu océanique grâce à des échantillons prélevés lors des campagnes de glace ARISE, ISPOL et SIMBA et lors de la campagne océanographique SAZ-Sense, couvrant une période allant de la fin de l’hiver à l’été.</p><p><p align="justify">La glace de mer est un environnement très particulier dans lequel les microorganismes planctoniques se trouvent piégés lors de la formation de la banquise et dans lesquels ils subissent des conditions extrêmes de température et de salinité, notamment. Les banquises en océan ouvert étudiées (0,3 à 1,2 m d’épaisseur, températures de -8.9°C à -0.4°C, volumes relatifs de saumure de 2.9 à 28.2% et salinités de saumures entre 10 et jusque >100) étaient composées de glace columnaire et granulaire. Les algues de glace étaient principalement des diatomées mais des flagellés autotrophes (tels que des dinoflagellés ou Phaeocystis sp.) ont été typiquement observés dans les couches de glace de surface. Les biomasses algales maximales se trouvaient généralement dans la couche de glace de fond sauf à SIMBA où les maxima se trouvaient en surface, probablement en raison de l’épaisseur des couches de neige et de glace, limitant la lumière disponible dans la colonne de glace. Au début du printemps, la croissance algale était contrôlée par l’espace disponible (càd le volume des saumures) tandis qu’au printemps/été, la disponibilité en nutriments majeurs a pu la contrôler. A toutes les saisons, des concentrations élevées en matière organique (MO) dissoute et particulaire on été mesurées dans la glace de mer par rapport à l’océan. Des monomères dissous (sucres et acides aminés) étaient accumulés dans la glace, surtout en hiver. Au printemps et été, les polysaccharides dissous dominaient le réservoir de sucres. La MO était présente sous forme de TEP qui par leurs propriétés de gel modifie l’habitat interne de la glace. Ce biofilm retient les nutriments et gêne le mouvement des microorganismes. La composition et la distribution de la MO dans la glace étaient en partie reliées aux algues de glace. De plus, la thermodynamique de la couverture de glace peut contrôler la distribution des microorganismes et de la MO, comme observé lors de la fonte de la glace à ISPOL et lors du refroidissement de la banquise à SIMBA. La distribution des bactéries n’est pas corrélée avec celle des algues et de la MO dans la glace. En effet, la consommation de la MO par les bactéries semble être limitée non pas par la nature chimique des substrats mais par un facteur extérieur affectant le métabolisme bactérien tel que la température, la salinité ou une toxine. Le dysfonctionnement de la boucle microbienne menant à l’accumulation de la MO dans la glace a donc été mis en évidence dans nos échantillons.</p><p><p align="justify">De plus, le biofilm formé par les TEP est aussi impliquée dans l’attachement des cellules et autres composés aux parois des canaux de saumure et donc dans la séquence de largage lors de la fonte. Cette séquence semble propice au développement d’efflorescences phytoplanctoniques dans la zone marginale de glace. Les microorganismes originaires de la glace (surtout ceux de taille < 10 μm) semblent capables de croître dans la colonne d’eau et l’apport en nutriments organiques et inorganiques apparaît favorable à la croissance des microorganismes pélagiques.</p><p><p align="justify">Enfin, l’influence des activités hétérotrophes sur l’export de carbone et l’efficacité de la pompe biologique à carbone a été évaluée dans la couche de surface (0-100 m) et mésopélagique (100-700 m) de l’océan. Au contraire de la glace, les biomasses et activités bactériennes suivaient les distributions de la chlorophyll a et de la MO. Elles diminuent fortement en dessous de 100-200 m, néanmoins les valeurs intégrées sur la hauteur de la colonne d’eau indiquent que la reminéralisation de la MO par les bactéries dans la zone mésopélagique est loin d’être négligeable, spécialement dans une région dominée par les diatomées.</p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La production primaire (PP) dans l'Océan Austral joue un rôle crucial dans la capacité des océans à absorber le carbon atmosphérique. Elle est caractérisée par une forte limitation en Fer et par un cycle saisonnier très marqué, présentant un bloom planctonique en fin d'hiver, plus ou moins intense selon les régions. Ma thèse est centrée sur la compréhension des mécanismes qui contrôlent ce bloom et sa variabilité, ainsi que sur les éléments, présents et futurs, qui contrôlent son intensité. J'ai abordé le premier aspect (phénologie et mécanismes) en mettant en place une approche mécaniste basée sur une nouvelle configuration du modèle biogéochimique PISCES forcé par un environnement physique 1D idéalisé. Cette méthodologie m'a permis de réconcilier les différentes théories sur la formation des blooms aux hautes-latitudes, d'identifier les spécificités du bloom de l'Océan Austral et de proposer des critères adaptés à sa détection dans les observations. En outre, les résultats de cette étude de modélisation ont été confrontés à ceux issues d'une deuxième approche, basée sur des observations satellitaires, ce qui a permis la localisation géographique des différentes phénologies de bloom que j'ai identifiées dans l'Océan Austral. Pour répondre au deuxième aspect (altération et changements futurs), j'ai également suivi une double approche. J'ai d'abord examiné comment les limitations par la lumière et par le fer se combinent, via la variabilité du cycle saisonnier du mélange vertical, et pilotent ainsi la production primaire dans l'Océan Austral actuel à l'aide de la configuration idéalisée présentée plus haut. Dans un deuxième temps, cette analyse a permis d'aider à l’interprétation des variations de PP observées dans les projections climatiques issues de 8 modèles couplés (CMIP5). L'ensemble de mes résultats permet de mieux comprendre les processus physiques et biologiques qui contrôlent la croissance du phytoplancton dans l'Océan Austral et d'appréhender comment la modification de ces processus peut entraîner des altérations de la PP dans une région clé pour l'évolution future du climat. / Primary production (PP) in the Southern Ocean (SO) plays a crucial role on atmospheric carbon uptake. PP in this ocean is highly iron-limited and presents a marked seasonal cycle. Such a seasonal cycle has a strong productive phase in late winter, called bloom, which distribution and intensity is highly variable. My PhD focus on two specific aspects of the PP in the SO: first, the mechanisms that drive such a bloom and its dynamics and, second, the elements able to control the bloom intensity at present and in the future. The first aspect (bloom phenology and mechanisms) was addressed by setting up a mechanistic approach based on a novel model configuration: a complex biogeochemical model (PISCES) forced by a 1D idealised physical framework. This methodology allowed me to conciliate the different bloom formation theories and to identify the SO bloom specificities. Moreover, I proposed how to use different bloom detection criteria to properly identify bloom from observations. Such criteria were then tested in a complementary observation-based approach (with satellite and in-situ data) to characterise different bloom phenologies and its spatial distribution in the SO. The second aspect (bloom intensity and future change) was also addressed by a twofold approach. First, using the 1D model, I studied how seasonal variability of vertical mixing combine light and Fe limitation to drive PP. Secondly, I used such an analysis to interpret PP trends observed in 8 coupled model climatic projections (CMIP5 models). My PhD thesis results allow for a better understanding of the physical and biological processes controlling phytoplankton growth. My conclusions also suggest how an alteration of these processes by Climate Change may influence PP in the whole SO, a key region for future climate evolution.

La biogéochimie de l’Océan austral joue un rôle crucial dans la régulation de la production primaire marine globale en contrôlant la disponibilité des nutriments dans les eaux de surface des basses latitudes. Les variations du cycle du silicium (Si) sont nombreuses et son couplage avec les autres éléments n’est pas encore bien compris dans cet océan. Les résultats issus de deux approches isotopiques différentes suggèrent qu’une pompe de Si active est rapidement initiée au printemps par la transition d’un mode de production de silice biogénique régénéré à une production dite « nouvelle ». L’évolution saisonnière de la composition isotopique naturelle du Si (δ30Si) est principalement contrôlée par l’équilibre entre les rapports « dissolution/production » et « Si-supply/Si-uptake » qui découplent la dynamique isotopique des réservoirs de Si dissout et particulaire (respectivement DSi et BSi). Nous avons également utilisé les mesures de δ30Si pour retracer les flux saisonniers de BSi vers l’océan profond. Ces résultats confirment que le δ30Si n’est pas altéré durant la sédimentation des particules. L’évolution saisonnière du δ30Si a permis de quantifier pour la première fois certains processus contrôlant la production des diatomées et leur devenir, tels que les évènements de mélange alimentant la ML en nutriments, ou l’évolution saisonnière de la vitesse de sédimentation des particules. Ces résultats confirment que le δ30Si du DSi et de la BSi, combinés aux techniques isotopiques de mesure des flux dans la ML, sont des outils prometteurs dans l’amélioration de nos connaissances du cycle du Si et apportent des informations nouvelles à intégrer aux modèles biogéochimiques. / Southern Ocean biogeochemistry plays a crucial role on global marine primary production by impacting the nutrient availability even in low latitude surface water. Variations in the silicon (Si) cycle are large and its coupling to other nutrient biogeochemical cycles is still not well understood in this ocean. Results of two different isotopic approaches suggested that a strong silicon pump was quickly initiated in spring by a switch from regenerated to new biogenic silica production. The seasonal evolution of natural Si isotopic composition (δ30Si) was mainly driven by the balance between the “dissolution to production” and “Si-supply to Si-uptake” ratios that decoupled the isotopic dynamics of particulate and dissolved Si-pools (DSi and BSi, repectively). We also used δ30Si measurements to track seasonal flows of BSi to the deep sea with. These results confirmed that the δ30Si is well preserved during particles settling. The seasonal evolution of δ30Si signal allows for the first time to quantify important features about the processes controlling the diatoms’ productivity and its fate, such as mixing events that bring nutrient in the ML or the seasonal evolution of particles sinking velocities. These insights confirm that the δ30Si of DSi and BSi, combined to isotopic technics to measure Si fluxes in the ML, are promising tools to improve our understanding on the Si-biogeochemical cycle and provide new constraints for application to biogeochemical models.

Patagonie et la Namibie sont deux sources importantes d'aérosol minéral qui alimente la section Atlantique Sud de l'océan Austral avec les micronutriments.L'objet de ma thèse est d'étudier 1) la concentration atmosphérique et la variation temporel de la poussière en Patagonie, 2) l'hétérogénéité spatiale de composition élémentaire de poussière en Patagonie et en Namibie, et 3) la solubilité élémentaire de poussière en Patagonie et en Namibie. Ces trois aspects sont les principaux enjeux pour modéliser les inventaires des émissions de micronutriments biodisponibles à partir de sources de poussière.La concentration en poussière mesurée en Patagonie montre une variation saisonnière avec un niveau plus bas en hiver. Les données météorologiques suggèrent que cette variation saisonnière est associée à la variation de l'humidité du sol dans les zones source plutôt qu'à la vitesse du vent. Des échantillons d'aérosol minéral ont été générés à partir des sols de Patagonie et de Namibie. La composition élémentaire des poussières diffère de celles des sols parents, en particulier en Namibie en raison de l'effet de dilution par le quartz dans les sols. Des compositions élémentaires varient spatialement aux échelles continentale et régionale en Patagonie et Namibie. Les variations de Ca et Mg sont les principales raisons conduisant à l'hétérogénéité spatiale de la composition élémentaire des poussières. Les solubilités élémentaires des aérosols minéraux de Patagonie et de Namibie augmentent avec l'acidité de la solution altérante. Les poussières riches en calcium présentent une solubilité plus élevée pour les éléments les plus solubles (Ca, etc.) en raison de la présence de carbonate. Le suivi de la concentration en poussières obtenu en Patagonie peut aider à mieux en quantifier les émissions dans la région subantarctique et ainsi à mieux contraindre les modèles. La base de données que nous avons obtenue sur les poussières et leur solubilité contribue également à l'évaluation des émissions d'éléments solubles dans la région Australe. / Mineral dust is considered to be an important supplier of micronutrient for the Southern Ocean where the primary production is limited by insufficient supply of micronutrients. Patagonia (South America) and Namibia (Southern Africa) are two main dust sources for the South Atlantic section of the Southern Ocean. Emission inventories of bioavailable micronutrients from these two regions regulate the final biological impact on marine ecosystem in the South Atlantic Ocean. This thesis is mainly focused on the investigation of 1) the atmospheric dust concentration and its temporal pattern in Patagonia, 2) the spatial heterogeneity of dust elemental composition in Patagonia and Namibia, and 3) the pH dependence of elemental solubility in Patagonian and Namibian dust. These three aspects are the key issues to model the emission inventories of bioavailable micronutrients from dust sources. Dust concentration measurements were conducted in Patagonia-Atlantic Coast and revealed a seasonal pattern of dust concentration with lower dust level in winter than the other three seasons. Meteorological records suggest that this seasonal pattern is associated with the variation of soil moisture in source areas rather than the recurrently high wind speed. Dust samples were generated from Patagonian and Namibian soils to investigate the elemental composition and the elemental solubility of source dust. Dust elemental composition differs to different degrees from their parents soils, particularly in Namibia due to the dilution effect of quartz in soil. Spatial variability of dust elemental composition was observed at both continental scale and regional scale in Patagonia and Namibia. Variations in Ca and Mg content are the main reasons for the spatial heterogeneity of dust elemental composition. Elemental solubility of Patagonian and Namibian dust increased with acidity of leaching solution. More soluble elements namely Ca, K, Mg, Mn, Sr and Ba showed much higher solubility in calcium-rich dust due to the presence of carbonate. The dust concentration record obtained in Patagonia may help to better quantify the dust emission in subantarctic region and to constrain dust models. Database of dust elemental composition and elemental solubility in Patagonia and Namibia also contributes to the evaluation of emission inventories of soluble elements from dust sources to the Southern Ocean.

La biosphère océanique module la concentration de CO2 atmosphérique via la pompe biologique (transfert vertical de carbone organique particulaire - POC - de l'océan de surface vers le fond) et la contre-pompe des carbonates (émission de CO2 lors de la précipitation du carbone inorganique particulaire - PIC). Cette thèse a pour but (1) d'identifier la contribution de différents groupes planctoniques à l'export de POC et PIC à échelle annuelle dans des zones de production contrastée de l'océan Austral et (2) de comprendre comment cette diversité influence la stœchiométrie et la labilité du matériel exporté.Des déploiements de pièges à particules à proximité les iles Kerguelen et de la Géorgie du Sud montrent que la fertilisation naturelle en fer augmente l'intensité mais pas l'efficacité de l'export de POC. Les spores de résistance de diatomées pilotent une fraction importante (40-60 %) de l'export annuel de POC dans chacun des sites productifs. L'analyse taxonomique des diatomées mène à l'identification de groupes consistants qui impactent la séquestration préférentielle du C ou du Si. Lors d'une campagne estivale, nous associons l'abondance relative de diatomées et dinoflagellés à la stœchiométrie N:P de la matière organique et soulignons l'importance des couches de transition pour le découplage des cycles du C et Si. L'étude de la composition en lipides du matériel exporté nous permet d'identifier les spores de diatomées comme des vecteurs de matière organique contenant des acides gras riches en énergie. A Kerguelen, la faible contre-pompe des carbonates est due à dominance des coccolithophoridés dans l'export de PIC au Sud du Front Polaire. / Marine biosphere impacts the atmospheric CO2 concentration by two main processes: the biological pump (vertical transfer of particulate organic carbon - POC - from the surface to the deep ocean) and the carbonate counter pump (CO2 emission during particulate inorganic - PIC - precipitation). The objectives of this PhD are (1) to identify the relative contribution of different plankton groups to POC and PIC export at annual scale in regions of contrasted productivity in the Southern Ocean and (2) to understand how this diversity impacts the elemental stoichiometry and lability of the exported material.Annual sediment trap deployments in the vicinity of the Kerguelen and South Georgia island plateaus have demonstrated that natural iron fertilisation increases the intensity but not the efficiency of export. Diatom resting spore formation drives an important fraction (40-60 %) of the annual carbon export in the productive sites. The taxonomic analyses of exported diatoms lead to the identification of consistent groups that impact the preferential export of C or Si. During a summer cruise, we associate the relative abundance of diatoms and dinoflagellates to the N:P stoichiometry of particulate organic matter and highlight the importance of transition layers for C and Si uncoupling. The study of the lipid composition of export leads to the identification of diatom resting spore as preferential vectors for the export energy-rich fatty acids. At Kerguelen, the low carbonate counter-pump is due to the dominance of coccolithophores contribution to PIC export south of the Polar Front.