Davin, Samuel
(2019).
« Oceanographic changes off Canadian coasts in the 20th and 21st centuries : geochemical perspectives from deep-water corals » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère.
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Résumé
En dépit de l'importance stratégique, économique et climatique des hautes latitudes de l'Hémisphère Nord, la compréhension de l'océanographie arctique et subarctique reste entravée par la rareté des archives instrumentales continues et leur brièveté, lorsqu'elles existent. Dans la présente étude, des proxy-données obtenues à partir de squelettes de coraux profonds ont été utilisées pour combler les lacunes des enregistrements instrumentaux. Deux genres d'octocoraliens d'eaux profondes ont été
examinées : Primnoa et Keratoisis. Ces genres représentent deux des taxons de coraux dominants le long des marges canadiennes et ont été choisis pour leur abondance relative, leur longévité potentielle (à l'échelle de la centaines d' années) et pour la présence de stries de croissance protéiniques et carbonatées dans leur squelette, qui recèlent des informations distinctes et complémentaires sur les processus océanographiques gouvernant leur croissance. Alors que la composition isotopique des composants squelettiques protéiques de ces genres sont sensibles à l'écologie trophique des colonies, les éléments en traces et la composition isotopique de la calcite répondent aux propriétés de l'eau de mer ambiante. Dans les pages qui suivent, on trouvera trois chapitres focalisés sur l'interaction des processus biologiques, chimiques et physiques, autour des marges canadiennes, dans le but d'améliorer les connaissances sur les changements océanographiques des mers nordiques. Le chapitre 1 présente une nouvelle approche méthodologique basée sur les teneurs en deutérium des stries protéiniques de croissance de cinq colonies de Primnoa prélevées dans le détroit de Georgie (sur la côte pacifique), le nord-ouest de l'Atlantique Nord et la mer du Labrador. Les teneurs en deutérium et la chimie de deux colonies proximales sont étroitement corrélées, tandis que des différences significatives de teneur en
deutérium (>30%o) sont observées entre les colonies issues de bassins éloignés. A l'aide d'analyses complémentaires des isotopes stables du carbone et de l'azote des spécimens étudiés, on a pu conclure que les teneurs en deutérium des anneaux protéiniques de croissance de Primnoa était liée à la teneur en deutérium de sa diète, elle-même dictée au moins partiellement par les teneurs en deutérium de l'eau de mer de surface. Le plus long enregistrement des teneurs en deutérium dans une colonie de
P. pacifica du détroit de Georgie, âgée de 40 ans, démontre une corrélation étroite avec les enregistrements instrumentaux de la salinité de surface (r = 0.67, p=0,0013) et avec le contraste saisonnier (r = 0,75, p <0,001), conduisant à conclure que les teneurs en deutérium des coraux profonds être utilisées comme « proxy » de la salinité et de l'hydrographie des eaux de surface. Le chapitre II est une étude des conditions hydrographiques à la hauteur du talus continental de Terre-Neuve au cours des 20e et 21 e siècles, basée sur les composants calcite et protéinique de coraux bambous Keratoisis grayi. Dans cette étude, les mesures des rapports élémentaires Ba/Ca et Pb/Ca des segments calcitiques ds squelettes ont été couplées à l'analyse des teneurs en ISN et 13C des anneaux protéiniques de croissance des noeuds intermédiaires. Un bon accord s'observe entre les données extraites de deux colonies distinctes, démontrant la reproductibilité des
enregistrements géochimiques dans Keratoisis. Dans les deux colonies, on observe une augmentation constante des teneurs en IsN et 13C avant 1960, i.e., avant les émissions anthropiques de co2 n'affectent de façon importante la composition isotopique du carbone océanique. Les données Ba/Ca des deux colonies sont positivement corrélées à celles en 13C pendant l'intervalle précédant les changements d'origine anthropique (r = 0,56, p <0,001; r = 0,71, p <0,001), confirmant la validité du rapport Ba/Ca des
squelettes coralliens comme indicateur de la productivité marine. Les deux colonies présentent des pics Pb/Ca synchrones, associés à l'utilisation maximale du plomb dans l'essence. Potentiellement un marqueur de l'âge des spécimens, le pic du rapport Pb/Ca présente un décalage temporel d'environ 20 ans, avec celui de l'utilisation maximale du Pb. L'enrichissement continu en 1sN des deux colonies de coraux est interprétée en relation avec l'intensification de la gyre subpolaire au cours du :xxe siècle, associée à
des décalages modaux à long terme de la NAO. Nous concluons que les coraux
bambous d'eau profonde recueillis vivants peuvent fournir un éventail d'importants indicateurs paléocéanographiques dans les sites de haute latitude septentrionale dépourvus d'enregistrements instrumentaux et qu'ils présentent en particulier des liens avec les oscillations climatiques à grande échelle. Le chapitre III s'éloigne de l'étude directe sur les coraux d'eau profonde, mais a été entrepris dans le but de comprendre les mécanismes qui régissent la composition isotopique de l'azote fixé dans les squelettes coralliens profonds. Ce chapitre aborde les processus de recyclage de l'azote dans la mer du Labrador et le détroit de Davis, en
particulier le long du plateau et du talus continentaux du Labrador. Les nitrates, un nutriment biolimitant dans l'Atlantique Nord, gouvernent la croissance du phytoplancton, qui constitue la base du réseau trophique marin et assure la majeure partie du régime alimentaire des coraux profonds. L'étude a consisté en mesure des compositions isotopiques des nitrates ctsN et 180) de l'eau de mer, à partir d'échantillons l'été et l'automne 2016, à travers de 11 profils bathymétriques, entre 53°
à 68° de latitude nord. À partir de ces données, ainsi que informations complémentaires sur les concentrations en éléments nutritifs, on conclut à une limitation généralisée des nitrates dans la zone épi pélagique le long de la côte du Labrador, bien que l'on relève également un taux de renouvellement des nitrates (fixation et/ou reminéralisation) par
rapport aux pertes (dénitrification) variable géographiquement. Dans le détroit de Davis, le renouvellement des nitrates dans la zone épipélagique est limité par la stratification de la colonne d'eau, surmontée d'un couvert d'eau de mer froide et moins saumâtre. De ce fait, la disponibilité en nitrates dans le détroit de Davis est fortement dépendante recyclage (reminéralisation et nitrification ultérieure) dans la partie supérieure de la colonne d'eau. Plus au sud, dans la mer du Labrador, les eaux sont
moins stratifiées et le renouvellement des nitrates semble facilité. Un flux de nitrates isotopiquement légers, à la sortie du détroit d'Hudson, est notable. Il conduit à un enrichissement en à travers l'action combinée de la fixation de l'azote et des mélanges verticaux. En aval, le long de la péninsule du Labrador, la composition isotopique des nitrates dissous s'enrichit en 15N par rapport aux eaux sortant du détroit d'Hudson. On
en conclut que l'apport de nitrates complémentaires est spécifique du détroit d'Hudson. Alors que le nord du plateau du Labrador bénéficie de l'apport de ces nitrates frais, la composition isotopique des nitrates sur le talus du Labrador suggère que le mélange entre les eaux du plateau et celles du talus est minime. Ces résultats apportent une information importante en ce qui a trait à l'écologie trophique de l'Atlantique du Nord-Ouest.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Corail, Arctique, géochimie
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