Soutenance de thèse de Kahina DJAOUDI

Etablir un lien entre le dépôt atmosphérique et le réservoir de matière organique dissoute (DOM) en mer Méditerranée, est actuellement rendu difficile en raison : (1) d’une faible connaissance du réservoir de phosphate dissous de surface, principalement contraint par les faibles concentrations en phosphate inorganique dissous (DIP), (2) d’un manque critique de données de dépôt atmosphérique de C, N et P organique et (3) d’une absence d’information sur sa biodisponibilité. Cette thèse a tenté de pallier ces manques. (1) A l’aide d’une mesure sensible du DIP, le recouvrement des données valides de phosphate organique dissous (DOP) en mer Méditerranée a été augmenté de 70% par rapport à la méthode classique à la fois sur une échelle spatiale et temporelle, permettant de révéler la dynamique biogéochimique du phosphate dissous au niveau des eaux de surface. En effet, au cours de deux campagnes océanographiques ayant eu lieu en période de stratification, un gradient nano-molaire positif du DIP et une utilisation potentielle du DOP, non observés avec la méthode classique, ont été révélés au niveau des eaux de subsurface. Lors d’un suivi allant d’avril à septembre 2015, une accumulation du réservoir de DOP a été mise en évidence au niveau de la couche de mélange de surface (SML) avec une contribution du réservoir labile de DOP (LDOP) de 27 ± 19%. (2) Les flux atmosphériques en carbone (SOC), azote (SON) et phosphate (SOP) organique soluble ont été quantifiés et ont été de 59 mmol C m-2 an-1, 16,4 mmol N m-2 an-1 et 23,6 μmol P m-2 an-1. La contribution de la fraction organique aux flux atmosphériques totaux en N et P est respectivement de 40% et 25%. La fraction labile du dépôt atmosphérique en phosphate organique soluble (LSOP) a également été quantifiée au cours de la période d’étude et a montré une importante variabilité, allant de 0 à 97%. La quantification couplée des réservoirs de carbone organique dissous (DOC), d’azote organique dissous (DON) et DOP a permis, au cours de cette période de stratification, de contraindre un rapport C:N:P de 1360:102:1. La contribution du dépôt atmosphérique au réservoir de DOC, DON et DOP au niveau de la couche de mélange de surface pendant la période de stratification a été estimée faible pour C (3%), P (4.5%) et modéré pour N (12%). Les flux atmosphériques de LSOP ont contribué pour 7% au réservoir de LDOP de surface et peuvent soutenir jusqu’à 8% de la demande en phosphate des bactéries hétérotrophes au niveau de la SML en Méditerranée Nord Occidentale. (3) La biodisponibilité de la matière organique atmosphérique a été étudiée expérimentalement. Ainsi, la DOM contenue dans une eau de pluie ayant une signature désertique peut à elle seule soutenir l’activité des bactéries hétérotrophes marines, avec une quantité de carbone labile de 29%. La fraction labile du carbone contenue dans les aérosols désertiques et anthropiques est également importante, 26 ± 2% et 15 ± 5%, respectivement. L'efficacité de croissance bactérienne a été plus importante en réponse à un enrichissement en aérosols désertiques (13 ± 4%) qu’en aérosols anthropiques (2 ± 1%), suggérant des différences dans la réponse métabolique des bactéries hétérotrophes suivant la source de carbone. Les résultats issus de cette thèse soulignent le caractère non négligeable du dépôt atmosphérique en matière organique et le rôle déterminant que ces dépôts peuvent avoir dans le cycle de la matière organique dissoute océanique, particulièrement dans les régions oligotrophes.

Establishing a link between atmospheric deposition and the dissolved organic matter (DOM) pool in the Mediterranean Sea, is currently hampered by: (1) a poor knowledge on the surface dissolved phosphate pool, mainly due to low concentrations of dissolved inorganic phosphate (DIP), (2) a critical lack of data on atmospheric fluxes of organic C, N and P and (3) the lack of information on their bioavailability. This PhD thesis aimed at filling these gaps. (1) Relying upon a sensitive determination of DIP, the coverage of the valid dissolved organic phosphate (DOP) data in the Mediterranean Sea was enhanced up to 70% both on a spatial and temporal scale, revealing a vertical pattern in the dissolved phosphate biogeochemistry in surface waters. Indeed, during two cruises that took place during the stratification period, a positive nano-molar gradient of DIP and a potential use of DOP were revealed in subsurface waters. During a stratification period from April to September 2015, an accumulation of the DOP pool was revealed in the surface mixed layer (SML) with a contribution of the labile pool of DOP (LDOP) of 27 ± 19%. (2) Atmospheric fluxes of soluble organic carbon (SOC), nitrogen (SON) and phosphate (SOP) were quantified and were 59 mmol C m-2 yr-1, 16.4 mmol N m-2 yr-1 and 23.6 μmol P m-2 yr-1, respectively. The contribution of the organic fraction to the total atmospheric fluxes of N and P was of 40% and 25%, respectively. The labile fraction of atmospheric deposition of organic phosphate (LSOP) was also quantified during the study period and showed a wide variability, ranging from 0 to 97%. Coupled quantifications of dissolved organic carbon (DOC), dissolved organic nitrogen (DON) and DOP, during this stratification period, allowed to constrain a C:N:P ratio of 1,360:102:1. The contribution of atmospheric deposition to the DOC, DON and DOP pools in the SML during the stratification period was low for C (3%), P (4.5%) and moderate for N (12%). The atmospheric fluxes of LSOP contributed by 7% to the surface LDOP pool and could support up to 8% of the phosphate demand of heterotrophic bacteria at the SML in the NW Mediterranean Sea. (3) The bioavailability of atmospheric organic matter was experimentally assessed. Dissolved organic matter contained in a Saharan rainwater could support the activity of marine heterotrophic bacteria, with an amount of labile carbon of 29%. The labile fraction of carbon contained in desert dust and anthropogenic aerosols was also substantial, 26 ± 2% and 15 ± 5%, respectively. The bacterial growth efficiency was higher in response to desert dust aerosols addition (13 ± 4%) than that of anthropogenic aerosols (2 ± 1%), suggesting differences in the metabolic response of heterotrophic bacteria depending on the carbon source. The results obtained from this PhD thesis emphasize the non-negligible character of atmospheric deposition of organic matter and highlight the key role that this external source could have on the oceanic dissolved organic matter cycle, particularly in the oligotrophic regions.