MISSRHODIA2

Name: MISSRHODIA2
Start: 2018-05-20
End: 2018-06-03
Location: Méditerranée Bassin Occidental

Type	Campagne océanographique
Navire	Téthys II
Propriétaire navire	CNRS jusqu'en 2019 - IFREMER depuis 2020
Dates	20/05/2018 - 03/06/2018
Chef(s) de mission	RABOUILLE Christophe
	LABORATOIRE DES SCIENCES DU CLIMAT ET DE L'ENVIRONNEMENT - UMR 8212 Orme des Merisiers Bâtiment 714 Chemin de Saint Aubin - RD 128 91191 Gif sur Yvette Cedex +33(0)1 69 08 77 11 contact@lsce.ipsl.fr https://www.lsce.ipsl.fr/
DOI	10.17600/18000473
Objectif	Les zones d'estuaires et de deltas sont cruciales dans la compréhension et la quantification du rôle de l'océan dans le cycle du carbone. Ces régions sont caractérisées par de très forts gradients spatiaux liés aux apports des fleuves. En effet, dans les systèmes de delta, la matière particulaire est exportée dans le panache fluvial et sédimente rapidement pour s'accumuler dans les sédiments, donnant lieu à un couplage pélagique-benthique important. Le recyclage de la matière organique et inorganique dans les sédiments superficiels participe à la régulation des flux de carbone et de nutriments dans la zone côtière. Du fait de l'activité humaine dans les bassins fluviaux, les conditions environnementales des deltas sont souvent dégradées par l'hypoxie ou l'acidification côtière. Ces dysfonctionnements rendent ces systèmes vulnérables, ainsi que les services écosystémiques qu'ils apportent. Dans le delta du Rhône, la dynamique biogéochimique du recyclage dans les zones anoxiques du sédiment qui participe aux flux d'alcalinité et donc à la régulation des échanges de carbone océan-atmosphère, est mal connue. Lors de la campagne MissRhoDia2, nous avons étudié le recyclage de la matière particulaire issue du fleuve et de la production marine avec une attention particulière sur les sédiments anoxiques et sur l'interaction carbone organique/carbone inorganique dans les sédiments du delta. Ces travaux cruciaux pour la compréhension de la diagenèse sédimentaire ont été entrepris en période de fin de printemps afin de poursuivre le travail entrepris lors de la campagne DICASE (Juin 2014). La campagne s'est donc déroulée en Mai 2018 avec pour objectifs principaux : - Etudier les processus anoxiques et oxiques dans les sédiments du prodelta du Rhône et mesurer les flux d'échange in situ à l'aide d'incubations de carottes. - Etudier le recyclage du carbone organique et inorganique déposé dans les sédiments en mettant l'accent sur la régulation de l'acidification notamment par l'interaction carbone organique/carbone inorganique, ainsi que les flux d'alcalinité générés par les processus oxiques, anoxiques et l'interaction dissous-particulaire. Les séries de résultats issues des campagnes DICASE, AMOR-BFlux et MissRhoDia2 seront combinées afin d'apporter des informations sur le couplage pélagique-benthique, les transferts de carbone inorganique et d'alcalinité des sédiments vers la mer côtière et l'influence sur les flux de CO₂. Ils sont en cours de valorisation dans le cadre d'une thèse en cours au LSCE (L. Brethous) et serviront à calibrer un modèle avancé de diagenèse développé dans le cadre de cette thèse. Cette campagne a utilisé des technologies avancées basées sur des mesures in situ et ex situ : profileur autonome LSCE, incubation de carotte, station benthique du LSCE. Ces mesures ont été calibrées et complétées par des techniques classiques : extraction d'eaux interstitielles sous azote, prélèvement d'eau sur stations par bouteille Niskin.

Mer/Océan

Méditerranée Bassin Occidental

(Golfe du Lion, embouchure du Rhône)

Ports

Port départ : Port-Saint-Louis-du-Rhône (France)

Port fin : Port-Saint-Louis-du-Rhône (France)

Limites

Nord	Sud	Ouest	Est
43.3	43.1	4.8	4.9

Organisme responsable de la campagne

LABORATOIRE DES SCIENCES DU CLIMAT ET DE L'ENVIRONNEMENT - UMR 8212

Orme des Merisiers

Bâtiment 714

91191 Gif sur Yvette Cedex

+33(0)1 69 08 77 11

contact@lsce.ipsl.fr

https://www.lsce.ipsl.fr/

Organisme(s) participant(s)

CNRS, CEA, UVSQ

Discipline(s)

CHIMIE OCEANIQUE

Code	Libellé	Quantité	Responsable
G046	Carottier d'interface Carottier unitube UWITECH	9 Stations	RABOUILLE Christophe
H09	Bouteilles	-	RABOUILLE Christophe
H21	Oxygène Eau de fond et micro-profils in situ dans les sédiments par micro-electrodes ampérométriques sur profileur autonome LSCE	9 Stations	RABOUILLE Christophe
H22	Phosphates Eau de fond et eaux interstitielles. Méthode colorimétrique.	9 Stations	RABOUILLE Christophe
H27	Alcalinite Eau de fond et eaux interstitielles - titration par HCl	9 Stations	RABOUILLE Christophe
H28	pH eau de fond: Méthode colorimétrique sédiment: micro-profils par éléctrodes potentiométrique calibrée par tampon NBS	9 Stations	RABOUILLE Christophe
H76	Ammonium eau de fond et eaux interstitielles - méthode colorimétrique	9 Stations	RABOUILLE Christophe
H90	Autres mesures chimiques dans l eau Carbone Inorganique Dissous (DIC) - Eaux de fond et eaux interstitielles. Mesuré par acidification, extraction du gaz et mesure par LICOR (Appollo)	9 Stations	RABOUILLE Christophe

Contexte scientifique et programmatique des campagnes

Ce projet visait à mieux comprendre le rôle des échanges à l'interface eau-sédiment dans les perturbations du milieu littoral et côtier telles que l'hypoxie et l'acidification dans des régions influencées par les apports des fleuves et leur impact sur la méiofaune carbonatée. L'hypothèse principale à tester était : l'hypoxie de la colonne d'eau favorise-t-elle les chemins diagénétiques anoxiques et amplifie-t-elle les flux d'oxygène vers le sédiment et les transferts d'alcalinité vers la colonne d'eau ?

Les objectifs généraux de ce projet de recherche étaient doubles :

- la quantification des flux d'échange d'oxygène, de DIC et d'Alcalinité entre les sédiments et l'eau et la compréhension des processus dans les sédiments qui sous-tendent ces échanges dans deux zones contrastées de deltas fluviaux : le Golfe du Mexique et la zone côtière influencée par le Mississippi d'une part et le Golfe du Lion et son plateau continental sous l'influence du Rhône d'autre part.

- l'impact de ces conditions drastiques d'hypoxie et d'acidification induite sur la méiofaune carbonatée fossilisante (les foraminifères benthiques)

La comparaison des deux systèmes (Rhône et Mississippi) dont les deltas ont des morphologies proches (systèmes microtidaux dominés par les vagues) et des apports en nutriments similaires en concentration (Rabouille et al., 2008), mais avec des effets très différents en terme d'hypoxie et d'acidification présentait un élément important dans la compréhension des processus sédimentaires ainsi que les impacts sur la méiofaune. En effet, ces deux environnements contrastés offrent une gamme de forçage assez large permettant de mieux comprendre les mécanismes diagénétiques.

Par ailleurs, la diversité des conditions biogéochimiques attendues qui sont autant d'habitats pour la méiofaune, et particulièrement les foraminifères, devait permettre de mieux comprendre les questions de spéciation et d'endémisme et leur lien avec l'habitat pour cet embranchement dans les zones atteintes par des hypoxies. Une étude phylogénétique des foraminifères dans le prodelta du Mississippi devait nous permettre de comparer en détail les adaptations faunistiques aux hypoxies dans le Golfe du Mexique par contraste au Golfe du Lion, et ainsi, de mieux prévoir les mécanismes de réponse aux conditions environnementales (hypoxie, acidification).

Les questions de recherche visaient donc à mieux contraindre :

- la magnitude des flux d'O₂, de DIC et d'alcalinité entre sédiment et eau de fond dans et hors des zones hypoxiques dans le Golfe du Mexique et dans le prodelta du Rhône

- l'importance relative des processus anoxiques (réduction des oxydes de Fer, sulfato-réduction, précipitation des sulfures de fer, méthanogénèse, oxydation anaérobie du méthane, ¿) dans le recyclage de la matière organique et la consommation d'oxygène

- le rôle des processus anaérobies et de la précipitation/dissolution de carbonate de calcium dans la genèse d'alcalinité et de DIC dans la colonne sédimentaire et la relation avec les flux d'échange à l'interface eau-sédiment.

- la répartition des populations de foraminifères vivants dans les deux deltas et leur lien avec les habitats sédimentaires et la biogéochimie (hypoxie, acidification) en utilisant la description morphologique et l'identification moléculaire (individuelle et ADN environnemental ou ADNe).

Résultats majeurs

Les premiers résultats obtenus montrent que les flux de DIC et d'alcalinité obtenus par les incubations montrent une décroissance forte en direction du large, ce qui avait déjà été avancé suite à des mesures in situ. Ces nouvelles données de flux qui sont corroborées par des mesures de flux d'oxygène entrant dans le sédiment sont en plein accord avec les estimations précédentes montrant une décroissance forte de l'apport et du recyclage dans les sédiments superficiels lorsque la distance au Rhône augmente. Il reste néanmoins un décalage entre les valeurs obtenues et les sorties de modèles diagenétiques dont il faudra rechercher les causes. Les résultats obtenus sur les eaux interstitielles sont très éclairants. Le gradient Rhône-large est très apparent dans ce jeu de données (couplé à un modèle de diagenèse, Ait Ballagh et al., 2021). En effet, ltats peuvent être les stations du prodelta du Rhône situées à des profondeurs de 20m (Station A, Z et AZ) montrent des apports de matière organique très importants tracé par un faible pénétration de l'oxygène dans les sédiments; la sulfato-rédution procède jusqu'à l'épuisement des sulfates à 25 cm (Station Z) produisant des quantités impressionnantes de DIC (>40 mM). En s'éloignant de l'embouchure du Rhône (Stations AK, K et E), l'oxygène pénètre plus dans les sédiments, les sulfates sont moins consommés et lmes concentrations finales de DIC décroissent de 15mM à la station AK, à 7 mM à la station K et 4.5 mM à la station E. Cela est très représentatif de la dispersion limitée des particules du Rhône riches en matière organique dégradable qui sédimentent préférentiellement dans la zone du prodelta proche de l'embouchure et sont dégradées dans cette zone.

Fig.1 : Comparaison des distributions de concentration d'oxygène O2, de nitrate (NO3), de sulfate (SO4), de carbon inorganique dissous (DIC), d'ammonium (NH4) et d'unité de demande d'oxygène-produits réduits (ODU) dans des eaux interstitielles du prodelta du Rhône et du plateau continental adjacent (st. Z, St. AK, St. K, St E)

Données acquises et analyses effectuées en mer et à terre

Données publiées

Ait Ballagh Fatima Ezzahra, Rabouille Christophe, Andrieux Francoise, Soetaert Karline, Lansard Bruno, Bombled Bruno, Monvoisin Gaël, Elkalay Khalid, Khalil Karima, Brethous Laurie, Villedieu Anouk (2020). Spatial variability of organic matter and phosphorus cycling in Rhône River prodelta sediments (NW Mediterranean Sea, France): a data-model approach. https://doi.org/10.17882/73204

Bibliographie

Publications

Dumoulin J-P, Rabouille C, Pourtout S, Bombled B, Lansard B, Caffy I, Hain S, Perron M, Sieudat M, Thellier B, Delqué-Količ E, Moreau C, Beck L (2022). Identification in Pore Waters of Recycled Sediment Organic Matter Using the Dual Isotopic Composition of Carbon (δ13C and Δ14C): New Data From the Continental Shelf Influenced by the Rhône River. Radiocarbon, 64(6), 1617-1627. Publisher's official version : https://doi.org/10.1017/RDC.2022.71 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00808/92046/

Ait Ballagh Fatima Ezzahra, Rabouille Christophe, Andrieux-Loyer Francoise , Soetaert Karline, Lansard Bruno, Bombled Bruno, Monvoisin Gael, Elkalay Khalid, Khalil Karima (2021). Spatial Variability of Organic Matter and Phosphorus Cycling in Rhône River Prodelta Sediments (NW Mediterranean Sea, France): a Model-Data Approach. Estuaries And Coasts, 44(7), 1765-1789. Publisher's official version : https://doi.org/10.1007/s12237-020-00889-9 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00683/79493/