Cette thèse est consacrée à l'étude de l'évolution des propriétés physico-chimiques d'un panache d'aérosols désertiques nord africains au cours de son transport vers l'Europe du Nord. Cet épisode de mai 2008 est considéré comme l'évènement de transport d'aérosols désertiques le plus important de ces cinq dernières années observé sur le continent européen. La propagation de ce panache a été étudiée en combinant des moyens d'observation (sols, aéroportées, spatiales) au modèle de recherche Méso-NH. L'analyse des processus de dépôt a révélée que les quantités éliminées de l'atmosphère par dépôt sec et humide représentent respectivement 7 et 40 % de la quantité émise. Les valeurs d'épaisseur optique mesurées à 440 nm sur l'Europe variaient de 0.1 à 0.8, avec un maximum proche de 1 au-dessus des Pays-Bas. Au-dessus de cette région, les aérosols désertiques sont principalement situés entre 2.5 et 5.2 km d'altitude, mais aussi proche de la surface. La concentration en aérosols désertiques au sein de ces deux couches a été estimée respectivement à 350 et 450 휇g.m-3. Néanmoins, les mesures réalisées ne présentaient pas les caractéristiques optiques habituellement associées à la présence d'aérosols désertiques. En particulier, la présence d'une importante dépendance spectrale a été observée le 30 mai à proximité de Cabauw. L'exploitation des simulations ont permis de montrer que cela résultait d'une efficacité de lessivage plus importante du mode grossier. La présence d'aérosols désertiques coïncide avec une augmentation de la concentration des noyaux de condensation (CCN). Nos résultats suggèrent que le mélange entre le panache et les aérosols de pollution d'origine anthropique a conduit à une augmentation des capacités hygroscopiques des aérosols désertiques. Ce travail de recherche confirme ainsi que les conditions physico-chimiques de l'atmosphère régissent le cycle de vie des aérosols.

Cette thèse est consacrée à l’étude de l’évolution des propriétés physico-chimiques d’un panache d’aérosols désertiques nord africains au cours de son transport vers l’Europe du Nord. Cet épisode de mai 2008 est considéré comme l’évènement de transport d’aérosols désertiques le plus important de ces cinq dernières années observé sur le continent européen. La propagation de ce panache a été étudiée en combinant des moyens d’observation (sols, aéroportées, spatiales) au modèle de recherche Méso-NH. L’analyse des processus de dépôt a révélée que les quantités éliminées de l’atmosphère par dépôt sec et humide représentent respectivement 7 et 40 % de la quantité émise. Les valeurs d’épaisseur optique mesurées à 440 nm sur l’Europe variaient de 0.1 à 0.8, avec un maximum proche de 1 au-dessus des Pays-Bas. Au-dessus de cette région, les aérosols désertiques sont principalement situés entre 2.5 et 5.2 km d’altitude, mais aussi proche de la surface. La concentration en aérosols désertiques au sein de ces deux couches a été estimée respectivement à 350 et 450 ��g.m-3. Néanmoins, les mesures réalisées ne présentaient pas les caractéristiques optiques habituellement associées à la présence d’aérosols désertiques. En particulier, la présence d’une importante dépendance spectrale a été observée le 30 mai à proximité de Cabauw. L’exploitation des simulations ont permis de montrer que cela résultait d’une efficacité de lessivage plus importante du mode grossier. La présence d’aérosols désertiques coïncide avec une augmentation de la concentration des noyaux de condensation (CCN). Nos résultats suggèrent que le mélange entre le panache et les aérosols de pollution d’origine anthropique a conduit à une augmentation des capacités hygroscopiques des aérosols désertiques. Ce travail de recherche confirme ainsi que les conditions physico-chimiques de l'atmosphère régissent le cycle de vie des aérosols. / This thesis focuses on the evolution of the dust physical and chemical properties through a case of long-range transport of Saharan dust over Northern Europe. This episode of May 2008 is considered as the strongest event of Saharan dust transport to Europe observed since these last five years. This spread of dust is investigated by combining observations (ground-based, airborne, satellite) and the meso-scale model Méso-NH.The analysis of the removal processes reveals that the amounts lost by dry and wet deposition represent 7 and 40 % the total dust emitted respectively. The observed aerosol optical thickness ranged from 0.1 to 0.8 at the wavelength of 440 nm, with a maximum value close to 1 is found over the Netherlands. Over that site, the dust layer was mainly located between 2.5 and 5.2 km, moreover dust was also present at 0.5 km. The concentration of dust inside these two layers is estimated to 350 and 450 ��g.m-3 respectively. Nevertheless, the usual optical characteristics of Saharan dust were not observed. In particular, the scattering coefficient measurements revealed a strong spectral dependence observed during the 30th May, close to Cabauw. The analysis of the numerical experiements revealed that this was due to high precipitation scavenging efficiency for the coarse mode. The presence of Saharan dust coincides with an increase of the cloud condensation nuclei (CCN) concentration. Our results suggest that the mixing processes between the Saharan dust and anthropogenic particles have led to an increase of the Saharan dust hygroscopic properties. Thus, this thesis confirms that physical and chemical conditions of the atmosphere govern the life cycle of dust.

Le tourisme est un des enjeux de l’économie mondiale. L’Organisation des Nations Unies (ONU) estimait en 2017 que le tourisme était l’un des secteurs économiques qui connaissait la croissance la plus rapide au monde. Il est souvent le point de référence des rapports des institutions internationales en termes de génération de prospérités économiques, de contributions aux économies locales et d’outil efficace pour la protection de l’environnement (ONU, 2017). On le retrouve, entre autres, dans le Programme 2013, les Objectifs du Millénaire pour le Développement Durable (ODD), la Conférence Rio+20 (ONU, 2017). Ainsi, le tourisme est de plus en plus considéré comme moteur de développement durable (UNWTO, 2015). Il a été mentionné dans la résolution 66/288 de l’Assemblée Générale des Nations Unies (AGNU) comme secteur capable de contribuer significativement aux trois dimensions du développement durable. Le tourisme alternatif a beaucoup été étudié dans les îles et les régions balnéaires, les montagnes, les forêts et les parcs. Peu d’études se sont intéressées à cette activité dans les zones désertiques. Ainsi, cette thèse doctorale a pour ambition de déterminer dans quelle mesure les activités liées au tourisme alternatif dans les régions désertiques de Djanet et de Taghit permettent de traiter des enjeux socio-économiques et environnementaux. Aussi, à travers une analyse documentaire et empirique, il sera question de déterminer si les caractéristiques spécifiques à Djanet et à Taghit permettent de comprendre les pratiques du tourisme alternatif.

Le but de cette étude était de documenter aussi précisément que possible le bilan de masse des aérosols minéraux désertiques qui sont des acteurs importants du système climatique terrestre puisqu'ils présentent un flux en masse annuel égal à environ la moitié du flux d'aérosols total. La mise en évidence de certains cas délicats à modéliser a conduit à mettre l'accent, dans ce travail, sur deux problèmes clefs de l'Afrique du nord : la région de Bodélé, du fait d'une topographie locale complexe, et les lignes de grains sahéliennes dont l'interaction avec les émissions d'aérosols minéraux reste encore largement inconnue.<br />Cette étude a été réalisée à l'échelle méso haute résolution en utilisant le modèle Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) couplé en ligne avec le Dust Production Model (DPM) développé par Marticorena et Bergametti [1995] et Laurent [2005]. Afin d'examiner la capacité de ce modèle à reproduire les émissions d'aérosols minéraux dans la région complexe de Bodélé, nous avons tout d'abord modélisé la période correspondant à la campagne Bodélé Dust Experiment 2005 (BoDEx 2005). Notre modèle a ainsi été capable de reproduire les caractéristiques météorologiques locales (principalement le vent dans les basses couches) ainsi que les concentrations en aérosols minéraux et la structure du panache observées pendant la campagne. Nous avons aussi vérifié que les aérosols émis depuis cette région du monde atteignent le continent sud américain.<br />De plus, cette validation nous a permis de vérifier le constat établi par divers auteurs : les modèles à grande échelle (MCG) ont souvent du mal à reproduire correctement les champs de vent dans la région de Bodélé. Nous avons alors entrepris une étude climatologique (sur l'année 2001) sur une zone étendue autour de la région de Bodélé à différentes résolutions spatiales afin de caractériser les phénomènes de basses couches qui pourraient expliquer ce biais quasi-systématique des MCG. Ce travail a été validé grâce aux données de routine des stations de mesure de surface ainsi que grâce à l'imagerie satellite.<br />Le deuxième cas sur lequel la validation de notre outil était nécessaire est constitué par les événements de ligne de grains qui se succèdent sur la zone sahélienne lors de l'été boréal. Cette validation a été réalisée sur un événement bien documenté des périodes d'observations spéciales 1 et 2 de la campagne Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (AMMA).

Le rapport du Groupe Intergouvernemental d'experts sur l'Evolution du Climat de 2001 soulignait le<br />niveau très imparfait de notre compréhension de l'effet des aérosols atmosphériques sur le climat. Ces<br />particules d'origines naturelles (poussières, aérosols volcaniques...) ou anthropiques (sulfates,<br />suies...) sont une des principales sources d'incertitude sur le changement climatique. Une des raisons<br />à cela est leur très grande variabilité spatio-temporelle. Par nature globale et quasi-continue,<br />l'observation spatiale des aérosols est donc un outil indispensable à leur étude.<br />Si la télédétection dans le domaine visible s'est beaucoup développée pour permettre de mieux<br />caractériser ces particules et leur effet sur le rayonnement solaire, l'utilisation de la télédétection dans<br />le domaine infrarouge est encore sous-exploitée. Or, non seulement la connaissance de l'effet des<br />aérosols sur le rayonnement terrestre est indispensable à l'évaluation de leur forçage radiatif total,<br />mais la télédétection infrarouge permet aussi la mesure de grandeurs inaccessibles à la télédétection<br />visible (observations possibles de nuit comme de jour, sur terre comme sur mer).<br />Dans cette thèse, nous montrons que les observations des sondeurs infrarouges permettent de<br />caractériser les aérosols en épaisseur optique infrarouge, en altitude, et en taille. Après une étude de la<br />sensibilité des propriétés optiques des aérosols à leur microphysique, et le développement d'un code<br />de transfert radiatif pour un milieu diffusant adapté à la haute résolution spectrale du sondeur de<br />nouvelle génération NASA-Aqua/AIRS, nous abordons le problème inverse. Les applications<br />présentées ici couvrent entre autres les aérosols stratosphériques volcaniques du Pinatubo, observés<br />avec le sondeur NOAA/HIRS, et la construction d'une climatologie de 8 ans des poussières<br />désertiques sur mer et sur terre avec ce même instrument. L'inversion des observations AIRS nous a<br />permis ensuite de déterminer l'épaisseur optique à 10 μm, l'altitude moyenne et le rayon effectif du<br />mode grossier des poussières au-dessus des mers.

Notre compréhension de l'interaction entre poussières désertiques et climat est encore limitée, en partie parce que la concentration et les propriétés de cet aérosol présentent une grande variabilité spatiale et temporelle. La télédétection spatiale qui présente l'avantage d'une observation globale est donc un outil indispensable. L'infrarouge thermique (IRT) est un domaine spectral où la détection de l'aérosol désertique est particulièrement efficace. Ainsi, l'utilisation du canal IRT de Météosat au-dessus des terres, a permis le développement d'un indice qualitatif de poussière, appelé IDDI (Infrared Difference Dust Index).<br />L'objectif de cette étude est de corriger les défauts de l'IDDI et d'utiliser les nouveaux canaux dans l'IRT de MSG/SEVIRI pour développer un indice multispectral.<br />Ce travail s'appuie sur l'analyse des effets de la poussière, du vent de surface, de l'élévation solaire et de la vapeur d'eau sur la luminance au sommet de l'atmosphère, à l'aide du code de transfert radiatif MODTRAN. L'influence de l'émissivité de surface sur la luminance en présence de poussière est aussi analysée. Une méthode de correction de l'IDDI est proposée pour tenir compte des perturbations liées au vent de surface et à l'élévation solaire. L'étude est ensuite étendue aux trois canaux MSG/SEVIRI compte tenu des variations spectrales des propriétés de l'aérosol et de l'émissivité. Les résultats montrent une sensibilité accrue dans les canaux 8.7 et 10.8 µm, et un IDDI multispectral est proposé pour améliorer la corrélation entre IDDI et épaisseur optique mesurée par le réseau AERONET sur cinq sites sahéliens. Ce nouvel IDDI permettra d'améliorer le suivi des soulèvements de poussière sur l'Afrique.

Ce travail vise à améliorer notre ‎compréhension de l'impact radiatif des ‎aérosols et de la vapeur d'eau sur la ‎dynamique de la dépression thermique ‎saharienne (Saharan heat low, SHL) en ‎utilisant une combinaison d'observations ‎spatiales (MODIS, OMI et CALIOP) ainsi ‎que le modèle de transfert radiatif ‎STREAMER. La variabilité saisonnière ‎moyenne de l’épaisseur optique des aérosols ‎‎(AOD) et du contenu intégré en vapeur d'eau ‎‎(IWVC) sur le Sahara, moyenné sur les 11 ‎dernières années, est bien corrélée avec ‎l'évolution saisonnière du SHL. Après ‎l'apparition de la SHL, l'IWVC augmente ‎progressivement au dessus du Sahara tandis ‎que l'AOD présente un maximum localisé en ‎août, associé à la présence de systèmes ‎convectifs profonds formant au-dessus des ‎monts Hoggar.‎Pour estimer l'impact radiatif saisonnier de la ‎vapeur d'eau et des aérosols désertiques, le ‎modèle de transfert STREAMER a été utilisé ‎pour calculer le budget radiatif mensuel net ‎de mai à septembre. Des profils verticaux ‎mensuels moyens de température et ‎d'humidité obtenus à partir des analyses du ‎Centre européen pour les prévisions ‎météorologiques à moyen terme (ECMWF) ‎et des profils de coefficients d'extinction ‎dérivés de CALIOP sont utilisés comme ‎paramètres d'entrée pour le calcul du ‎modèle.‎ Nos travaux montrent que le forçage des ‎aérosols dans le Sud-Ouest du massif de ‎Hoggar domine le budget net radiatif de ‎surface, tandis que la vapeur d'eau est le ‎joueur le plus fort en termes de forçage en ‎ondes longues LW. Le forçage en ondes ‎courtes SW et longues LW associé aux ‎aérosols et à la vapeur d'eau, ‎respectivement, contribue au réchauffement de ‎la basse troposphère sur le Sahara pendant ‎l'été (lorsque le SHL est au-dessus du ‎Sahara). A son tour, ce chauffage intensifie ‎la circulation cyclonique du SHL conduisant ‎ainsi à renforcer l’advection de la vapeur ‎d'eau vers le Sahara.‎Par conséquent, l'analyse des tendances ‎décennales de la vapeur d'eau dans les ‎tropiques et sous-tropiques est importante ‎pour accroître la connaissance de la ‎dynamique de la SHL, une caractéristique ‎essentielle de la mousson ouest-africaine.‎Par ailleurs et pour la première fois, nous ‎montrons l'impact de la variabilité ‎saisonnière de la mousson africaine associée ‎à la modulation de la latitude du front ‎intertropicale (FIT), du jet de basse couche ‎‎(LLJ), du vent meridional et zonal, de ‎l’intensité et la position de la dépression ‎thermique saharienne et du jet d’est Africain ‎‎(EAJ) sur le soulèvement de la poussière sur ‎les deux périodes juin 2006 et juin 2011, ‎correspondant respectivement aux ‎campagnes AMMA et FENNEC.‎ / This work aims at enhancing our ‎understanding of the radiative impact of ‎aerosols and water vapor on the dynamics ‎of the Saharan Heat Low (SHL) using a ‎combination of space-borne observations ‎‎(MODIS, OMI, CALIOP) and a radiative ‎transfer model (STREAMER). The mean ‎seasonal variability of aerosol optical depth ‎‎(AOD) and integrated water vapor content ‎‎(IWVC) over the Sahara, averaged over the ‎last 11 years, is found to be well correlated ‎with the seasonal evolution of the SHL. ‎After the onset of the SHL, the IWVC is ‎observed to increase steadily over the ‎Sahara while the AOD exhibits a localized ‎maximum during August associated with the ‎presence of deep convective systems ‎forming over the Hoggar Mountains.‎To estimate the seasonal radiative impact of ‎water vapor and desert aerosols, ‎STREAMER was used to calculate the net ‎monthly radiative budget from May to ‎September. Average monthly temperature ‎and humidity profiles obtained from the ‎European center for medium range weather ‎forecast (ECMWF) analyses and extinction ‎coefficient profiles derived from CALIOP ‎are used as input parameters for the model ‎calculation.‎Our work shows that the aerosols forcing in ‎the shortwave (SW) dominates the net ‎surface radiative budget, while water vapor ‎is the strongest player in terms of longwave ‎‎(LW) forcing. The SW and LW forcing ‎associated with aerosols and water vapor, ‎respectively, contribute to heating the lower ‎troposphere over the Sahara during the ‎summer (when the SHL is over the Sahara).‎ In turn, this heating intensifies the cyclonic ‎circulation of the SHL thereby leading to ‎enhanced advection of water vapor ‎towards the Sahara.‎Hence, analyzing the decadal trends of ‎water vapor in the Tropics and sub-Tropics ‎is important to increase knowledge of the ‎dynamics of the SHL, a pivotal feature of ‎the West African Monsoon system.‎For the first time we show the impact of the ‎variability of ‎the ‎African ‎monsoon ‎associated with the ‎modulation of the latitude of intertropical ‎discontinuity (ITD), the Saharan Heat Low ‎‎(SHL), the low level jet (LLJ) and African ‎Easterly Jet (AEJ) ‎on the uprising of dust ‎during the periods of June 2006 and June ‎‎2011, corresponding to the AMMA and ‎FENNEC field campaigns, respectively.‎

L'étude de la solubilité et de la spéciation redox du fer d'origine désertique en phase aqueuse atmosphérique est essentielle pour estimer l'impact des apports atmosphériques en fer sur la production primaire marine et donc sur le cycle biogéochimique du carbone. Dans ce contexte, l'objectif de ma thèse était d'étudier les relations entre le statut minéralogique du fer et sa solubilité/spéciation redox en phase aqueuse atmosphérique au cours du cycle atmosphérique des particules désertiques. J'ai ainsi mené en parallèle (i) une étude en laboratoire pour caractériser la solubilité et la spéciation rédox du fer dissous issu des différents minéraux qui constituent l'aérosol désertique et (ii) une caractérisation fine sur le terrain de la physico-chimie, de la minéralogie et de la solubilité/spéciation redox du fer dans les aérosols désertiques et dans les pluies en zones sources désertiques et en zones de transport (axe Afrique de l'Ouest-Atlantique tropical). Un des principaux résultats émanant de ces travaux montre que parmi les minéraux typiquement trouvés dans les aérosols désertiques, ce sont les argiles qui contribuent majoritairement à libérer du fer en phase dissoute, au détriment des (hyd)oxydes de fer jusqu'à présent identifiés comme les principaux fournisseurs de fer dissous. Les mesures réalisées sur des aérosols permettent de conclure que cette approche originale, via la composition minéralogique de l'aérosol, pourrait, à terme, permettre de paramétriser la solubilité du fer, voir même son évolution au cours du cycle atmosphérique des particules. Les mesures réalisées dans les pluies révèlent toutefois qu'il est important de prendre en compte l'ensemble des facteurs d'influence et notamment l'effet de l'irradiation ou de la composition chimique de la phase aqueuse.

Les précipitations en Afrique septentrionale se produisent principalement pendant la saison des moussons. Elles résultent de l'interaction des processus atmosphériques dans une large gamme d'échelles, ce qui rend leur prévision difficile. Les mécanismes de contrôle des précipitations sont examinés au cours d'un épisode bien documentée d'émission et de transport de poussières du 9 au 14 juin 2006. La même méthode pour la détection et le suivi des nuages a été appliquée sur les observations par satellite et plusieurs simulations numériques (avec convection explicite ou paramétrée) pour étudier les systèmes précipitants. Parmi les différents types de systèmes identifiés, les systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) produisent la majeure partie de la précipitation totale, avec une contribution observée de 66%. Les plus grands producteurs de précipitation sont les MCS à longue durée de vie (c'est-à-dire de plus de 6 h), à l'origine de 55% des précipitations. Ces MCS deviennent plus organisés, c'est-à-dire plus grands, plus longs et plus rapides, alors qu'ils propagent vers l'ouest. Les simulations permettant la convection reproduisent la partition de pluie, mais ne reproduisent pas complètement l'organisation des MCS à longue durée de vie. La simulation avec convection paramétrée ne parvient pas à représenter correctement la partition de pluie. Cela montre la valeur ajoutée apportée par les simulations permettant la convection. L'effet radiatif des poussières est ensuite analysé en comparant deux simulations permettant la convection, avec et sans interaction poussière-rayonnement. Les effets directs sont un réchauffement de niveau moyen et un refroidissement à proximité de la surface, principalement dans les parties occidentales de l'Afrique septentrionale, qui tendent à stabiliser l'atmosphère inférieure. Un effet semi-direct est une diminution des précipitations. Cette baisse des pluies s'explique par un nombre trop faible de MCS à longue durée de vie qui, néanmoins, ont une durée de vie plus longue et sont plus efficaces en termes de production de précipitations. La diminution du nombre de MCS à longue durée de vie est due à la stabilisation de l'atmosphère qui inhibe le déclenchement de la convection. / Precipitation in northern Africa occurs mainly during the monsoon season. It arises from the interaction of atmospheric processes across a wide range of scales, making its prediction challenging. The control mechanisms on precipitation are examined during a well-documented case study of dust emission and transport on 9-14 June 2006. The same method for cloud detection and tracking was applied on satellite observations and several numerical simulations (with explicit or parameterized convection) to investigate the precipitating systems. Among the various types of systems identified, mesoscale convective systems (MCSs) yield most of the total precipitation, with an observed contribution of 66%. The greatest precipitation producers are the long-lived MCSs (i.e., that last more than 6 h), at the origin of 55% of precipitation. These MCSs become more organized, i.e., larger, longer-lived and faster, as they propagate westward. The convection-permitting simulations capture the rainfall partition, but do not fully reproduce the organization of the long-lived MCSs. The simulation with parameterized convection fails to correctly represent the rain partition. This shows the added-value provided by the convection-permitting simulations. The radiative effect of dust is then analyzed, by comparing two convection-permitting simulations, with and without dust-radiation interaction. The direct effects are a mid-level warming and a near-surface cooling mainly in the western parts of northern Africa, which tend to stabilize the lower atmosphere. One semi-direct effect is a decrease in precipitation. This rainfall drop is explained by a too low number of long-lived MCSs which, nevertheless, are longer-lived and more efficient in terms of precipitation production. The diminution in the number of long-lived MCSs is due to the stabilization of the atmosphere inhibiting the triggering of convection.

La fixation de N2, ou diazotrophie, est un processus biogéochimique majeur en raison de son apport en azote nouveau dans la couche de surface de l’océan. Cependant ses facteurs de contrôle restent mal connus. Le fer, dont les concentrations de surface sont faibles, est un élément potentiellement limitant de la fixation de N2 du fait du contenu en fer important de la nitrogénase. En raison de leur découverte récente, peu d’études ont été menées sur les cyanobactéries diazotrophes unicellulaires (UCYN) pouvant être responsables de ~50% de la fixation de N2 à l’échelle globale. Des expériences en culture ont permis de caractériser et quantifier pour la première fois la réponse d’une UCYN, Crocosphaera watsonii, face à la limitation en fer. En condition de limitation en fer, il a été observé une réduction de la croissance et des taux de fixation de N2 ainsi qu’une stratégie d’adaptation des cellules avec une diminution de leur volume. La stimulation de la croissance et de l’activité de C. watsonii cultivées en condition de limitation en fer suite à l’ajout d’une pluie saharienne artificielle a permis de mettre en évidence qu’une partie au moins du fer issu de poussières désertiques est biodisponible. En Atlantique subtropical Nord, où nous avons déterminé une forte contribution de la fixation de N2 à la production nouvelle, nous avons observé une limitation de la fixation de N2 et de la production primaire principalement par les phosphates et mis en évidence le rôle des métaux traces dans le contrôle de la fixation de N2. Un ajout de pluie saharienne a permis de stimuler systématiquement la fixation de N2 et la production primaire. / Despite the biogeochemical importance of N2 fixation, which represents the largest source of newly-Fixed nitrogen to the open ocean, some uncertainties remain about its controlling factors. Iron (Fe) is widely suspected as a key controlling factor due to the high Fe content of the nitrogenase complex and to its low concentration in oceanic surface seawaters. N2 fixation rates associated with unicellular N2 fixing cyanobacteria (UCYN) were estimated to be ~50% of the total N2 fixation at global scale, but as they have been recently discovered few studies have been conducted on these organisms. We performed culture experiments in order to quantify for the first time the response of an UCYN, Crocosphaera watsonii, to Fe limitation. Reduction of ambient Fe concentration led to significant decreases in growth rate and N2 fixation rates per cell and we observed an adaptive strategy to Fe limitation with a cell volume reduction. Then, the enhancement of growth and activity of C. watsonii under Fe limitation condition after artificial Saharan rain addition highlighted that at least a part of the Fe released by the dust is bioavailable. In subtropical North Atlantic, an important contribution of N2 fixation to new production was observed and we showed that primary production and N2 fixation were globally P-Limited. We revealed that trace metals play a key role in controlling N2 fixation in this area. Saharan rain addition stimulated N2 fixation, presumably by supplying these nutrients. All these results contribute to our knowledge of the control of oceanic N2 fixation and provide new insight about interactions between Fe, nitrogen and carbon biogeochemical cycles.