Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O Oceano Austral é a região oceânica de maior extensão em que os macronutrientes necessários à produção primária permanecem em níveis elevados por todo ano. Essa condição é conhecida como High Nutrient Low Clorophyll (HNLC) e é determinada, em grande parte, pela relativa escassez de micronutrientes, particularmente o ferro. Diversos experimentos comprovaram que a entrada de ferro neste sistema intensifica a produção biológica, aumentando a fixação do carbono e, eventualmente, sua exportação para águas profundas. Este fenômeno recebeu muita atenção nos últimos 20 anos devido a sua possível influencia no clima, via ciclo do carbono. A relação inversa entre concentração de CO2 na atmosfera e o fluxo de poeira mineral observados em registros glaciais da Antártica Central sugere que a deposição atmosférica pode ser uma importante via para o aporte de micronutrientes. Porém, a contribuição da deposição de poeira mineral para a produção primária nesta região permanece para ser demonstrada e seu possível papel no sistema climático ainda não é conclusivo. No caso do setor Atlântico do Oceano Austral, que recebe influência da Patagônia, os baixos fluxos modernos de poeira mineral e a baixa solubilidade do ferro associado à estrutura dos alumíniossilicato levam muitos autores a postular que fontes oceânicas de micronutrientes sejam mais determinantes. Faltam, no entanto, evidências experimentais. Neste trabalho, abordamos o estudo da fertilização do setor Atlântico do Oceano Austral pela poeira da Patagônia utilizando duas ferramentas: (1) o sensoriamento remoto orbital de aerossóis minerais e clorofila-a em escala interanual; e (2) um experimento de fertilização, com poeira da Patagônia, realizado na Passagem de Drake, considerando fluxos estimados para a era moderna e para o último glacial. Após doze dias de bioensaio, os tratamentos de adição de poeira mostraram a elevação da clorofila-a e da abundância de células em níveis acima dos controles. Níveis intermediários e maiores de adição não diferiram entre si na intensidade de resposta biológica, separando-se apenas da menor adição. Esses resultados indicam que a poeira da Patagônia, mesmo nos fluxos atuais, é capaz de prover os micronutrientes escassos na coluna dágua, com potencial para deflagrar aumentos significativos de biomassa. Através da análise por sensoriamento remoto, identificamos uma região de alta correlação entre poeira e clorofila-a, que está localizada entre a Frente Subtropical e a Frente Polar, se estendendo da Argentina ao sul da África. Esta região difere das águas ao sul da Frente Polar pela menor profundidade da camada de mistura, menor concentração de silicatos, baixa biomassa de diatomáceas e, estima-se, maior estresse fisiológico devido à escassez de ferro e menor aporte oceânico deste nutriente. Em conjunto, essas características parecem criar condições que tornam a resposta biológica mais sensível à deposição de poeira mineral. Estes resultados lançam nova luz sobre o controle atual da produção primária na região e sobre a hipótese da regulação climática pelo fitoplâncton no Oceano Austral, mediado pela deposição de poeira da Patagônia. / The Southern Ocean is the larger ocean region where the macronutrients needed for primary production remain in high levels through the year. This condition is known as High Nutrient Low Chlorophyll (HNLC) and is conditioned, largely, by the relative shortage of micronutrients, particularly iron. Several experiments proved that the supply of iron to this system enhances biological production, increasing carbon fixation and, eventually, its exportation to deep waters. This phenomenon received much attention in the last 20 years due to its possible influence in the climate, through carbon cycle. The inverse relationship between the atmospheric CO2 concentration and the mineral dust flux observed on the Central Antarctic glacial records suggest that atmospheric deposition may be an important source for the supply of micronutrients. However, the contribution of mineral dust deposition for the primary production in this region remains to be demonstrated and its possible hole in the climate system its not yet conclusive. In the case of Atlantic Southern Ocean, thats influenced by Patagonia, the low modern flows of mineral dust and the low iron solubility associated with aluminum-silicate structure led many authors to state that oceanic sources of micronutrients are more determinants. However, experimental evidence are lacking. In the present work, we approach the study of fertilization of Atlantic Southern Ocean by Patagonian dust employing two different tools: (1) orbital remote sensing of mineral aerosols and chlorophyll-a on inter-annual scale; and (2) a fertilization experiment with Patagonian dust, carried through in Drake Passage, considering estimated flux for the modern era and for the last glacial. After twelve days of bioassay, the dust addition treatments showed increase on chlorophyll-a and cell abundance beyond controls levels. Intermediary and higher levels of addition didnt differ between each other regarding the intensity of biological response, separating only of the lower addition treatment. These results indicate that even modern Patagonia dust flux is capable of providing micronutrients that are scarce in the water column, with potential to deflagrate a bloom. Through remote sensing analysis we have identified a region with high correlation between dust and chlorophyll-a, thats located between the Subtropical Front and the Polar Front, extending from Argentina to south of Africa. This region differs from waters south of the Polar Front by means of a deeper mixed layer, lower silicate concentrations, low diatom biomass and, is estimated, greater iron physiological stress and lower iron oceanic supply. Together, these properties seem to create conditions to which biological response would be more sensible to dust deposition. These results cast new light over controls on modern primary production in the region and over the phytoplankton climatic regulation in the Southern Ocean, mediated by Patagonian dust deposition.

As sociedades e instituições arqueológicas, como as demais organizações científicas, são espaços fundamentais no fomento e na manutenção da rede de intelectuais de sua área de pesquisa. Podem, através da veiculação de suas publicações, apontadas na seção editorial de boletins dessas organizações, reafirmar as tradições arqueológicas ou oferecer perspectivas inovadoras. Analisamos trinta e quatro editoriais das publicações The South African Archaeological Bulletin, Nyame Akuma e Nsi, intentando compreender a formação das múltiplas imagens dos arqueólogos africanos e africanistas na era pós-colonial, entre 1987 e 1993, que, a nosso ver, dar-se-ia diante daquilo que essas sociedades através de seus boletins consolidam. Segundo a ótica de seus editores, os boletins do corpus de nossa pesquisa eram meios de comunicação rápidos e eficientes para cumprir funções de possibilitar que os arqueólogos interagissem, que se informassem sobre o andamento das pesquisas de campo e que fossem comunicados quanto à realização de congressos entre seus pares. Nosso recorte temporal define-se pela circulação concomitante dos três boletins, exceto quanto ao Nsi, que foi, um ano antes, em 1992, assimilado ao Nyame Akuma. Esse recorte temporal, a propósito, foi marcado pelas correntes teóricas da Nova Arqueologia, do Pós-Processualismo, dos estudos pós-coloniais e pela divulgação da pesquisa arqueológica na África e sobre a África em face dessas abordagens. Apontamos a título de conclusão da análise que os boletins, sob o pretexto de favorecer os arqueólogos e a produção científica em arqueologia na África durante esse período, veiculavam, na verdade, as imagens ideais ou mesmo as rechaçadas dos arqueólogos interessados na África. Essas imagens eram construídas nos textos dos editores na prática discursiva que formulavam com temas ligados ao ofício do arqueólogo. / The archaeological societies and institutions, like others scientific organizations, they are fundamental spaces in the encouragement and in the support an intellectual\'s network of the research´s area. They can, through the distribution of its publications, like the newsletters, in the editorial section, to reaffirm traditions or offer innovative perspectives. We analyzed thirty and four editorial texts in The South African Archaeological Bulletin, Nyame Akuma and Nsi, intending to understand structure multiple images\' of Africans and Africanists Archaeologists in the post-colonial era, between 1987 and 1993, that, in our opinion, would it is happen before of that societies through its newsletters consolidate. According to the viewpoint their editors, the newsletters of our documental corpus were agile and efficient to fulfill the functions to make possible archaeologists interact, they knew about the fieldwork\'s progress, they were informed about the realization of Congress. Our temporal period is defined by the concomitant movement of the bulletins, with the exception of the year 1993, when Nsi was assimilated to Nyame Akuma. It\'s a period was marked by New Archaeology´s theoretical currents, Post-processualism, postcolonial studies and dissemination of archaeological research in the Africa and about the Africa in face of these approaches. We point as conclusion of the analysis like the bulletins, under the pretext of promoting the archaeologists and the scientific archeology in the Africa, during in this period, they conveyed, in fact, the ideal or rejected images of the interested archaeologists in Africa. These images were constructed in the editor\'s texts in discursive practice that they formulated. They were recurring statements of the contingent themes at the archaeologist´s work.

L'Océan Austral est connu pour être la plus vaste zone "High-Nutrient, Low-Chlorophyll" de l'océan mondial. Bien que les concentrations en nutriments (nitrates, phosphates, silicates) soient élevées, le développement du phytoplancton est paradoxalement limité principalement par les faibles concentrations en fer (Martin et al. 1990). Les archipels de Crozet et des Kerguelen, situés dans le secteur Indien de l'océan Austral, constituent deux obstacles topographiques importants à l'écoulement vers l'Est du Courant Circumpolaire Antarctique. L'interaction du courant avec les sédiments des plateaux peu profonds alimente en fer les eaux en aval de ces îles, générant ainsi d'importants blooms phytoplanctoniques (Blain et al. 2007, Pollard et al. 2007). Ceux-ci constituent des laboratoires à ciel ouvert uniques pour étudier la réponse des écosystèmes et l'impact de la fertilisation naturelle en fer sur les cycles biogéochimiques. Cette thèse s'inscrit sans le cadre du projet KEOPS-2. Les isotopes du radium (223Ra, 224Ra, 226Ra et 228Ra), qui constituent de puissants outils pour étudier la circulation océanique et le mélange, sont les principaux outils utilisés ici. Les quatre isotopes du radium ont des périodes radioactives allant de quelques jours à plus d'un millier d'années et sont produits par la décroissance radioactive du thorium dans le sédiment. Ils sont apportés à l'océan par des processus de diffusion et d'advection où ils se comportent comme des traceurs conservatifs de telle manière que la masse d'eau garde la signature de son contact avec les sédiments modulée par la période radioactive des isotopes du radium. Par conséquent, les isotopes du radium ont été utilisés pour (i) tracer l'origine et la dispersion des éléments chimiques - y compris le fer - libérés par les sédiments et (ii) estimer les échelles de temps du transit des eaux de surface depuis les plateaux continentaux vers le large. Les informations acquises avec les isotopes du radium ont été comparées aux informations issues d'outils physiques (flotteurs dérivant de surface et modèle Lagrangien dérivé de l'altimétrie). Premièrement, la comparaison de ces trois méthodes indépendantes - géochimiques et physiques - dans la région de Crozet a permis de valider leur utilisation. Deuxièmement, nous avons montré que le panache de phytoplancton associé aux îles Crozet est alimenté par deux sources différentes d'eau qui ont interagi avec soit le plateau ouest soit le plateau est. Troisièmement, cette approche couplée physique-géochimique a également été utilisée dans la région des Kerguelen et a aidé à contraindre l'origine de la fertilisation en fer dans cette zone. L'observation d'activités significatives de 223Ra et 224Ra dans les eaux de surface à l'est des îles Kerguelen indique que ces eaux ont récemment interagi avec des sédiments peu profonds. La variabilité spatiale de ces activités en surface au sud du Front Polaire (PF) suggère que le passage des eaux et des éléments chimiques à travers ou via le PF peut varier à la fois spatialement et temporellement. Cette voie constituerait donc un mécanisme de fertilisation (en fer et autres micronutriments) du bloom phytoplanctonique qui se développe au large des îles Kerguelen. Ces résultats indiquent que le PF n'agirait donc pas comme une barrière physique aussi forte qu'on le pensait, pour les masses d'eau et les éléments chimiques. Ces conclusions pourraient également s'appliquer à d'autres systèmes de fronts de l'océan mondial. Finalement, j'ai compilé les distributions de 226Ra et de baryum dissous (Ba) au large des îles Crozet et Kerguelen dans le but de fournir des contraintes supplémentaires sur la circulation locale. En particulier, des variations temporelles des rapports 226Ra/Ba dans la phase dissoute ont été observées. Parmi les hypothèses potentielles, on peut évoquer (i) des changements de la circulation ou (ii) un impact des processus biologiques sur les concentrations de Ra et Ba de la phase dissoute. / The Southern Ocean is known to be the largest High-Nutrient, Low-Chlorophyll region of the global ocean. While nutrient concentrations (nitrate, phosphate, silicate) are high, the phytoplankton development is paradoxically limited mostly because of the low dissolved iron concentrations of the Southern Ocean waters (Martin_iron_1990). The Crozet and Kerguelen Archipelagos, located in the Indian sector of the Southern Ocean, constitute two major topographic obstacles to the eastward-flowing Antarctic Circumpolar Current. The interaction of the current with the sediments of the shallow Crozet and Kerguelen plateaus contributes to the supply of iron downstream of these islands, thus leading to large phytoplankton blooms in these regions (Blain et al. 2007, Pollard et al. 2007). These phytoplankton blooms constitute unique open-air laboratories to study the response of the ecosystems and the impact on biogeochemical cycles to natural iron fertilization. This PhD thesis was done in the framework of the KEOPS-2 project. Radium isotopes (223Ra, 224Ra, 226Ra and 228Ra), that are powerful tools to study the ocean circulation and mixing, are the main tools used here. The four natural occurring isotopes display half-lives ranging from a few days to thousands of years and are produced by the decay of particle-bound thorium isotopes in sediments. They are delivered to the open ocean by diffusion and advection processes where they behave as conservative tracers in such a way that the water body keeps the signature of its contact with the sediments modulated by the half-lives of the radium isotopes. Therefore, we used Ra isotopes to (i) investigate the origin and the dispersion of the sediment-derived inputs - including iron - and (ii) to estimate the timescales of the transfer of surface waters between the shelf and offshore waters. We compared the Ra dataset with data acquired using physical tools (surface drifters and Lagrangian model derived from altimetry). Firstly, the use of three independent methods - including geochemical and physical methods - in the Crozet region allowed us to validate each method. Secondly, we show that the Crozet Island phytoplankton plume is fed by two different flows of water that interacted with either the western plateau or the eastern plateau. Thirdly, this physical-geochemical coupled approach was also used in the Kerguelen region and helped us to constrain the origin of the iron fertilization in that area. The observation of 223Ra and 224Ra in surface waters east of the Kerguelen Islands, south of the polar front (PF), indicates that these waters have recently interacted with shallow sediments. The spatial variability observed in the 223Ra and 224Ra distribution in surface waters south of the PF suggests that the input of waters and associated chemical elements across or via the PF - potentially driven by wind stress or eddies - act as sporadic pulses that may highly vary in both space and time. This pathway may thus constitute a mechanism that contributes to fertilizing the phytoplankton bloom with iron and other micronutrients east of the Kerguelen Islands. This finding also suggest that the PF may not act as a strong barrier for surface waters and associated chemical elements, a finding that may also apply for other frontal systems of the world's ocean. Finally, we investigated the 226Ra and barium (Ba) distributions offshore from the Crozet and Kerguelen islands, with the aim to provide additional constraints on the circulation patterns in this area. In particular, we observed temporal changes in the dissolved 226Ra/Ba ratios. Among potential hypothesis, one can invoke (i) changes in the circulation patterns or (ii) the impact of biological processes on the dissolved Ra and Ba concentrations.

La grande extension méridienne et la faible profondeur du plateau de Kerguelen en font un obstacle majeur à l'écoulement zonal du Courant Circumpolaire Antarctique (CCA) dans le secteur indien de l'océan austral. Tandis que la majorité du transport du CCA est dévié au nord des îles Kerguelen, le reste ( 50 x 106 m3 s1) doit passer plus au sud, probablement par les passages profonds du Fawn Trough (56°S, 77°E, 2650 m) et du Princess Elizabeth Trough (64°S, 82°E, 3650 m). Pourtant, le détail de la circulation autour du plateau est longtemps resté méconnu, en raison des di cultés à récolter des données dans cette région éloignée de toute route commerciale, d'un climat particulièrement rude et de la présence de la banquise recouvrant la moitié du plateau en hiver. L'objectif de cette thèse est d'améliorer notre connaissance de la circulation moyenne autour du plateau de Kerguelen. Pour cela, un large éventail d'outils allant de l'analyse d'observations récentes à l'utilisation de modèles numériques de circulation a été utilisé. Les données obtenues à l'aide d'éléphants de mer instrumentés sont présentées en détail. Une procédure de calibration et de validation de ces pro ls hydrologiques est proposée. Ce jeu de données, constitué d'un grand nombre de sections à haute résolution spatiale, est ensuite combiné avec d'autres observations plus conventionnelles (in situ et satellites) pour construire un nouveau schéma de circulation dans la région. L'existence d'un courant intense traversant le passage du Fawn Trough est alors mise en évidence. Les observations directes du courant du Fawn Trough pendant la campagne récente TRACK (resp. : Y.-H. Park) con rment l'importance de ce courant, qui concentre plus de 40 x 106 m3 s1, soit 30 % du transport total du CCA. La connaissance de la circulation développée à partir des observations est ensuite utilisée pour valider une simulation au 1/4° de résolution (ORCA025-G70, Barnier et al., 2006). A l'aide de tests de sensibilité sur une con guration régionale de l'Océan Indien Sud, l'importance d'une bonne représentation des caractéristiques des masses d'eau profonde et de la bathymétrie pour obtenir une simulation réaliste est mise en évidence. Finalement, une analyse dynamique de la simulation est menée, montrant comment la circulation résulte d'une combinaison des e ets de la bathymétrie et du vent au travers de la balance de Sverdrup topographique. En forçant le passage d'une partie du CCA au niveau de la divergence antarctique (entre 60°S et 65°S), là où le pompage d'Ekman est maximal, le plateau de Kerguelen favorise une intense remontée vers la surface des isopycnes sud du CCA. Ainsi, paradoxalement, le plateau de Kerguelen pourrait être une des principales zones d'accélération du CCA.

Les apports atmosphériques sont suspectés de jouer un rôle important dans les processus biogéochimiques des régions océaniques HNLC. Des échantillons de dépôt atmosphérique total et d'aérosols ont été collectés en continu entre 2009 et 2010 dans l'océan austral indien, aux îles Kerguelen et de Crozet. Ils ont été mesurés par HR-ICP-MS. Les concentrations en surface des aérosols terrigènes sont basses et ne peuvent rendre compte des flux de dépôt de poussières qui sont plus élevés que ceux précédemment observés pour la région mais qui restent en adéquation avec les modèles atmosphériques. Le calcul des coefficients d'abattement suggère que l'aérosol mesuré en surface n'est pas représentatif de celui qui va générer le dépôt et qui est présent plus haut dans la colonne troposphérique, ce qui interdit ici l'estimation du flux à partir de ces mesures. Les flux de dépôt ont été établis pour une large gamme d'éléments identifiés comme venant de source terrigène ou marine. Pour certains d'entre eux (Pb, As, ...), une contribution anthropique a été observée pendant l'hiver austral. Les flux des éléments crustaux Al, Fe, Mn et Si sont similaires pour Kerguelen et Crozet ; ceux des autres éléments non marins sont différents d'un facteur deux à cinq avec un gradient décroissant de Crozet aux Kerguelen. Les rapports isotopiques de plomb montrent que le dépôt reçu aux Kerguelen provient principalement d'Amérique du sud ; le dépôt à Crozet semble fortement influencé par les apports africains. Les profils de REE pourraient confirmer ces observations. Les concentrations de métaux sont très basses dans les pluies avec une solubilité très élevée.

L'océan Austral est un endroit où des changements climatiques importants se sont produits au cours du siècle dernier, accompagnés d'un important niveau d'exploitation des ressources naturelles vivantes par l'homme. Ces changements globaux peuvent potentiellement conduire à des perturbations majeures des écosystèmes de l'océan Austral jusqu'aux prédateurs marins supérieurs. La pêche peut aussi directement affecter les oiseaux de mer par la mortalité accidentelle dans les engins de pêche (prises accessoires) et les ressources alimentaires supplémentaires fournies par les rejets. Lors des 20 dernières années un nombre croissant de recherches ont été effectuées sur les effets du changement climatique et des activités de pêche sur les oiseaux marins de l'océan Austral. L'utilisation de données à long terme d'observations en mer et de populations avec des animaux connus individuellement était essentielle pour détecter ces effets. Ici, nous passons en revue ces études afin d'identifier les tendances dans les changements de distribution, de phénologie, de démographie et de dynamique des populations en réponse aux changements climatiques et aux activités de pêche. Des changements dans la répartition et la phénologie de la reproduction ont été documentés en parallèle à l'augmentation des températures de surface de la mer et des changements dans la couverture de glace de mer dans l'océan Indien du Sud. Des températures de surface de la mer anormalement chaudes semblent principalement avoir un effet négatif sur les paramètres démographiques, bien qu'il existe des exceptions. Les variations de l'étendue de la glace de mer affectent également plusieurs paramètres démographiques et la dynamique des populations. Les relations suggèrent des effets non linéaires, avec des conditions optimales de couverture de glace de mer qui semblent être la règle. L'effort de pêche est principalement négativement relié aux taux de survie des populations et pour quelques espèces positivement relié au succès de la reproduction. Quelques études montrent que les facteurs climatiques et les prises accessoires de la pêche peuvent affecter les paramètres démographiques simultanément d'une manière complexe, qui peut être intégrée dans les modèles de dynamique des populations pour prévoir l'impact sur les populations. Bien que chez les oiseaux marins le taux de croissance démographique soit moins sensible aux variations de la survie des juvéniles qu'à des variations de la survie des adultes, la mortalité chronique des immatures en raison de la pêche peut nuire aux populations. Les modèles de population permettent aussi de projeter des trajectoires de populations dans des conditions climatiques futures. Les études à venir devront intégrer d'autres facteurs environnementaux, d'autres niveaux trophiques, le comportement de recherche de nourriture, les interactions entre climat et pêcheries et les mécanismes sous-jacents à la plasticité phénotypique, comme certaines études pionnières réalisées dans l'hémisphère Nord.

Quels sont les grands patrons de distribution des espèces et quels sont les facteurs qui les contrôlent? Ces questions sont au cœur des problématiques macroécologiques et prennent un intérêt tout particulier au regard du réchauffement climatique global actuel. L'objectif principal de ce travail de thèse était de déterminer les patrons de distribution actuels des espèces d'oursins antarctiques et subantarctiques à l'échelle de l'océan Austral et de mettre en évidence les facteurs qui contrôlent ces distributions. La modélisation des niches écologiques d'une vingtaine d'espèces d'oursins a permis de mettre en évidence deux grands patrons de distribution : (1) un premier représenté par les espèces dont la distribution n'est pas limitée au sud du Front Polaire et s'étend des côtes antarctiques aux zones subantarctiques et tempérées froides et (2) un deuxième constitué d'espèces restreintes à la zone antarctique. Au sein de ces deux patrons, cinq sous-patrons ont également pu être défini sur la base de différences de distribution latitudinale et bathymétrique entre groupes d'espèces. Cette approche biogéographique par modélisation de niche écologique a été complétée par l'analyse de similarité de l'ensemble des faunes d'oursins, de bivalves et de gastéropodes, au niveau spécifique et générique, entre biorégions de l'océan Austral. Cette analyse démontre qu'il existe chez les oursins et les bivalves des connexions fauniques entre l'Amérique du Sud et les zones subantarctiques ainsi qu'une séparation entre l'Est et l'Ouest antarctique. Au contraire, les faunes de gastéropodes subantarctiques montrent des affinités plutôt antarctiques que sud-américaines, l'Antarctique ne formant qu'une unique province pour ce clade. Ces différences entre clades sont interprétées comme étant le résultat d'histoires évolutive et biogéographique distinctes entre oursins et bivalves d'une part et gastéropodes d'autre part. L'hypothèse d'une réponse évolutive différente des clades aux changements environnementaux survenus au cours du Cénozoïque est avancée. Enfin, l'existence de connexions fauniques trans-antarctiques est mise en évidence dans l'étude des trois clades ; celles-ci sont interprétées comme le résultat de la dislocation de la calotte ouest-antarctique et l'ouverture de bras de mer trans-antarctiques au cours du Pléistocène. Parmi les paramètres environnementaux utilisés dans la modélisation des niches écologiques, les résultats montrent que trois paramètres jouent un rôle majeur dans la distribution des oursins : la profondeur, la couverture de glace et la température des eaux de surface. Toutefois, l'importance relative de ces paramètres diffère selon les espèces d'oursins étudiées. L'étude du genre Sterechinus souligne tout particulièrement ces différences. En effet, l'espèce S. neumayeri est plus sensible aux conditions environnementales qui prédominent près des côtes antarctiques (température des eaux de surface et couverture de glace), alors que S. antarcticus semble être beaucoup moins contraint par ces mêmes paramètres. La distribution potentielle de S. antarcticus est d'ailleurs beaucoup plus étendue en latitude. Cependant, S. antarcticus n'est pas présent sur l'ensemble de son aire de distribution potentielle, ceci pouvant être expliqué alternativement par le résultat (1) de facteurs océanographiques (rôle de barrière biogéographique joué par le Front Polaire), (2) d'interactions biotiques (phénomènes de compétition inter-spécifique) et (3) du contexte temporel (colonisation toujours en cours).

Le fer constitue un élément essentiel pour la croissance du phytoplancton en milieu marin. Il est en effet l'élément limitant pour la production primaire dans de nombreuses régions océaniques et, de fait, est impliqué dans le cycle du carbone de la planète. Pourtant, son cycle biogéochimique est encore très mal connu. Les poussières atmosphériques et les sédiments des marges continentales sont considérés à l'heure actuelle comme les deux principales sources potentielles de fer à l'océan ouvert de surface. Ces deux sources ayant montré des compositions isotopiques très contrastées, les isotopes du fer dans la colonne d'eau ont été pressentis comme un traceur prometteur de ces sources. Outre ces apports à l'océan, le fer subit une multitude de processus de transferts entre les différentes formes physico-chimiques sous lesquelles il est présent dans la colonne d'eau. Certains de ces processus étudiés in vitro semblent être à l'origine d'un fractionnement des isotopes du fer. Par conséquent l'étude des isotopes du fer dans la colonne d'eau pourrait aussi nous permettre de clarifier ces échanges. Au commencement de ma thèse, aucune mesure des isotopes du fer dissous dans l'océan n'avait encore été réalisée. Une telle mesure impliquait un réel défi analytique dans la mesure où les quantités de fer disponibles dans un échantillon d'eau de mer sont très faibles alors que la matrice salée dans laquelle il réside est très concentrée. Nous avons donc développé une méthode de mesure des isotopes du fer dissous dans des eaux de mer appauvries en fer, satisfaisant aux exigences requises, à savoir un bon rendement, un blanc de quelques ng, une élimination de la matrice et un moyen précis de corriger des fractionnements isotopiques tout au long de la procédure. Le succès de l'intercalibration du programme GEOTRACES constitue une validation supplémentaire de notre méthode. Cette méthode a permis d'obtenir les premières données de compositions isotopiques (CI) de fer dissous dans l'océan. Nous avons également documenté les particules en suspension, pour lesquelles aucune mesure de compositions isotopiques n'avait encore été réalisée. L'analyse des résultats de ces deux fractions montre des variations systématiques et significatives de δ56Fe, dont les valeurs sont comprises entre -0.71 et +0.58‰ avec une précision de ±0.08‰ (2σ), les plus grandes variations étant observées dans la phase dissoute. A travers des régions étudiées très contrastées, des tendances cohérentes (énoncées ci-après) ont permis de dégager des premières interprétations sur le cycle des isotopes du fer dans l'océan. En dessous de la couche de surface, les variations de CI observées sont à la fois cohérentes i) avec la circulation océanique, i.e., on retrouve des CI semblables dans une même masse d'eau échantillonnée à des sites distants de plusieurs milliers de km, mais semble aussi en cohérence avec ii) les propriétés biogéochimiques de la colonne d'eau. Nous suggérons l'existence de fractionnements isotopiques associés à l'activité phytoplanctonique, à la reminéralisation ainsi qu'aux échanges de sorption, chacun de ces fractionnements présentant une amplitude relativement faible par rapport à certains rapportés dans la littérature. Alors que le mécanisme sédimentaire délivrant du fer dans la colonne d'eau était jusqu'à présent supposé être principalement la dissolution par réduction bactérienne (caractérisé par Δdiss-part≈-3 to -1‰), nos résultats soulignent l'importance d'un autre processus sédimentaire : une dissolution non-réductrice du sédiment dans l'eau de mer, caractérisée par un fractionnement isotopique moyen de Δdiss-part≈+0.2‰, générant des signatures isotopiques lourdes dans la phase dissoute. Par ailleurs, nos mesures de δ56Fe dans les aérosols suggèrent que leur signature isotopique est plus variable qu'auparavant admis, et serait comprise entre la valeur crustale et 0.5‰. Enfin l'étude couplée des CI dans la phase dissoute et particulaire met en évidence la forte interaction qui existe entre ces deux phases, à la fois en milieux abrités d'apports lithogéniques où s'expriment les processus du cycle interne du fer, mais aussi après injection de particules lithogénique qui impriment une signature spécifique dans les masses d'eau. Ainsi les isotopes du fer dans la colonne d'eau constituent un outil très prometteur pour l'étude du cycle du fer dans l'océan.

L'intensification de l'effet de serre due à l'augmentation des concentrations de CO 2 dans l'atmosphère pourrait être plus élevée si ce n'est du rôle important de l'océan en tant que puits pour le CO 2 atmosphérique. Malheureusement, une conséquence de la capacité de l'océan à tamponner le CO 2 est l'acidification des eaux de surface des océans. L'océan Austral est particulièrement vulnérable à ces conséquences en raison de ses basses températures et de sa productivité primaire saisonnière élevée. La présente thèse de doctorat a comme objectif d’analyser le système des carbonates, en particulier l'état de l’acidification des océans, dans le détroit de Gerlache et dans la zone polaire de la région de la Terre Adélie. Ces deux régions présentent des hydrodynamiques différents et, par conséquent, devraient présenter des différences dans la variabilité de leur système carbonaté. À partir des données du programme brésilien NAUTILUS et du programme français MINERVE, la dynamique du système des carbonates a été évaluée dans ces régions de 2015 à 2017. Les résultats sont présentés sous la forme d'articles scientifiques qui ont été assemblés pour structurer cette thèse. Le détroit de Gerlache présentait les plus grandes variations spatiales des propriétés du système des carbonates avec des conditions potentiellement acides durant l'été austral. En comparaison, la zone polaire de Terre Adélie présente des variations interannuelles et spatiales plus importantes associées aux zones frontales. En raison de ses conditions géographiques et hydrodynamiques, le détroit de Gerlache est actuellement plus vulnérable à l'acidification des océans que la région de la Terre Adélie. / The intensification of the greenhouse effect due to increasing atmospheric CO 2 concentrations could be higher if not for the ocean’s important role as a sink for atmospheric CO 2 . A consequence of the ocean’s capacity for buffering CO 2 is the ocean acidification of sea surface waters. The Southern Ocean is particularly vulnerable to these consequences due to its low temperatures and high seasonal primary productivity. The present Ph.D. thesis focus on the analysis of the carbonate system, particularly the ocean acidification state, in the Gerlache Strait and the polar zone off the Adelie Land region. These two regions present different hydrodynamics and, consequently, are expected to present differences in their carbonate system variability. Using data sets from the Brazilian NAUTILUS programme and the French MINERVE programme, the carbonate system dynamic was assessed in these regions from 2015 to 2017. The results are presented as scientific articles, which were assembled to structure this thesis. The Gerlache Strait showed the largest spatial variations of carbonate system properties with potentially acidic conditions during austral summer. In comparison, the polar zone off Adelie Land larger inter-annual and spatial variations associated with frontal zones. Due to its geographical and hydrodynamic conditions, the Gerlache Strait is currently more vulnerable to ocean acidification than the off Adelie Landregion.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O Oceano Austral é a região oceânica de maior extensão em que os macronutrientes necessários à produção primária permanecem em níveis elevados por todo ano. Essa condição é conhecida como High Nutrient Low Clorophyll (HNLC) e é determinada, em grande parte, pela relativa escassez de micronutrientes, particularmente o ferro. Diversos experimentos comprovaram que a entrada de ferro neste sistema intensifica a produção biológica, aumentando a fixação do carbono e, eventualmente, sua exportação para águas profundas. Este fenômeno recebeu muita atenção nos últimos 20 anos devido a sua possível influencia no clima, via ciclo do carbono. A relação inversa entre concentração de CO2 na atmosfera e o fluxo de poeira mineral observados em registros glaciais da Antártica Central sugere que a deposição atmosférica pode ser uma importante via para o aporte de micronutrientes. Porém, a contribuição da deposição de poeira mineral para a produção primária nesta região permanece para ser demonstrada e seu possível papel no sistema climático ainda não é conclusivo. No caso do setor Atlântico do Oceano Austral, que recebe influência da Patagônia, os baixos fluxos modernos de poeira mineral e a baixa solubilidade do ferro associado à estrutura dos alumíniossilicato levam muitos autores a postular que fontes oceânicas de micronutrientes sejam mais determinantes. Faltam, no entanto, evidências experimentais. Neste trabalho, abordamos o estudo da fertilização do setor Atlântico do Oceano Austral pela poeira da Patagônia utilizando duas ferramentas: (1) o sensoriamento remoto orbital de aerossóis minerais e clorofila-a em escala interanual; e (2) um experimento de fertilização, com poeira da Patagônia, realizado na Passagem de Drake, considerando fluxos estimados para a era moderna e para o último glacial. Após doze dias de bioensaio, os tratamentos de adição de poeira mostraram a elevação da clorofila-a e da abundância de células em níveis acima dos controles. Níveis intermediários e maiores de adição não diferiram entre si na intensidade de resposta biológica, separando-se apenas da menor adição. Esses resultados indicam que a poeira da Patagônia, mesmo nos fluxos atuais, é capaz de prover os micronutrientes escassos na coluna dágua, com potencial para deflagrar aumentos significativos de biomassa. Através da análise por sensoriamento remoto, identificamos uma região de alta correlação entre poeira e clorofila-a, que está localizada entre a Frente Subtropical e a Frente Polar, se estendendo da Argentina ao sul da África. Esta região difere das águas ao sul da Frente Polar pela menor profundidade da camada de mistura, menor concentração de silicatos, baixa biomassa de diatomáceas e, estima-se, maior estresse fisiológico devido à escassez de ferro e menor aporte oceânico deste nutriente. Em conjunto, essas características parecem criar condições que tornam a resposta biológica mais sensível à deposição de poeira mineral. Estes resultados lançam nova luz sobre o controle atual da produção primária na região e sobre a hipótese da regulação climática pelo fitoplâncton no Oceano Austral, mediado pela deposição de poeira da Patagônia. / The Southern Ocean is the larger ocean region where the macronutrients needed for primary production remain in high levels through the year. This condition is known as High Nutrient Low Chlorophyll (HNLC) and is conditioned, largely, by the relative shortage of micronutrients, particularly iron. Several experiments proved that the supply of iron to this system enhances biological production, increasing carbon fixation and, eventually, its exportation to deep waters. This phenomenon received much attention in the last 20 years due to its possible influence in the climate, through carbon cycle. The inverse relationship between the atmospheric CO2 concentration and the mineral dust flux observed on the Central Antarctic glacial records suggest that atmospheric deposition may be an important source for the supply of micronutrients. However, the contribution of mineral dust deposition for the primary production in this region remains to be demonstrated and its possible hole in the climate system its not yet conclusive. In the case of Atlantic Southern Ocean, thats influenced by Patagonia, the low modern flows of mineral dust and the low iron solubility associated with aluminum-silicate structure led many authors to state that oceanic sources of micronutrients are more determinants. However, experimental evidence are lacking. In the present work, we approach the study of fertilization of Atlantic Southern Ocean by Patagonian dust employing two different tools: (1) orbital remote sensing of mineral aerosols and chlorophyll-a on inter-annual scale; and (2) a fertilization experiment with Patagonian dust, carried through in Drake Passage, considering estimated flux for the modern era and for the last glacial. After twelve days of bioassay, the dust addition treatments showed increase on chlorophyll-a and cell abundance beyond controls levels. Intermediary and higher levels of addition didnt differ between each other regarding the intensity of biological response, separating only of the lower addition treatment. These results indicate that even modern Patagonia dust flux is capable of providing micronutrients that are scarce in the water column, with potential to deflagrate a bloom. Through remote sensing analysis we have identified a region with high correlation between dust and chlorophyll-a, thats located between the Subtropical Front and the Polar Front, extending from Argentina to south of Africa. This region differs from waters south of the Polar Front by means of a deeper mixed layer, lower silicate concentrations, low diatom biomass and, is estimated, greater iron physiological stress and lower iron oceanic supply. Together, these properties seem to create conditions to which biological response would be more sensible to dust deposition. These results cast new light over controls on modern primary production in the region and over the phytoplankton climatic regulation in the Southern Ocean, mediated by Patagonian dust deposition.