Fertilisation en larges mésocosmes propres : présentation de la campagne DUNE1

1. Fertilisation en larges mésocosmes propres : présentation de la campagne DUNE1 et premiers résultats Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

2. Objectifs du projet DUNE:a DUst experiment in a low Nutrient, low chlorophyll Ecosystem. Apports atmosphériques naturels et anthropiques Réponse de l’écosystème? L’objectif principal de DUNE est d’estimer l’impact des apports atmosphériques sur un écosystème oligotrophe Cycle du carbone particules sahariennes particules pyrogéniques  Choix du système oligotrophe: la Méditerranée, soumise à des apports atmosphériques forts et contrastés RECENT ENDORSEMENT of DUNE by SOLAS Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

3. DUNE: 3 AXES de RECHERCHE • Cycle atmosphérique des particules (notamment transformations physico-chimiques subies durant leur transport). •  Approche expérimentale au laboratoire 2. Processus dans la colonne d’eau: dissolution/biodisponibilité des éléments associés à ces particules - utilisation par les bactéries et le phytoplancton (dont les diazotrophes)  Approche expérimentale: ensemencement en mésocosmes in situ 3. Modélisation de la réponse de l’écosystème  paramétrisation issue des études en mésocosmes et application du modèle sur un site particulier bien documenté (DYFAMED par exemple) Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

4. ACTEURS DU PROJET phase pilote financée LEFE et BQR-PVI projet financé pour 3 ans ANR en Janv 2008 Expérience DUNE1: 6 mésocosmes déployés en Juin 2008. Partenaires: pluridisciplinarité marin/atmosphère/modélisation LOV-OOV LISA Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes atmosphériques, Créteil LOCEAN, Paris 6 LEMAR, UBO IRD-LOPB, COM Marseille LOBB, Banyuls Station Zoologique de Naples Parc Régional Naturel de Corse Laboratoire de Chimie Marine, Observatoire Océanologique de Roscoff Institut des Régions Arides à Médénine 20 personnels permanents et actuellement 4 post-doctorats, 3 Master et 1 thèse + stagiaires Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

5. Campagne JUIN 2008Objectifs: suivre la réponse de l’écosystème après 2 types d’ensemencement1ère expérience: en ajoutant des poussières sahariennes ayant subi une transformation physico-chimique (transport/nuages): imitation d’un dépôt humideDUREE: 9 JOURS2ème expérience: en ajoutant des poussières sahariennes n’ayant pas subi de transformations physico-chimiques (dépôt sec)DUREE: 8 JOURS Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

6. Echantillonner la région source pour produire la poussière nécessaire aux ensemencement.Francois DULAC, LISA La zone ciblée: Sud tunisien, à l’ouest du Chott Djerid Le secteur [Est-Algérie, Tunisie, Ouest-Lybie] au nord de 30°N est connu pour être une source privilégiée de poussières en Corse Emissions annuelles d’aérosols désertiques (en t) moyennés sur la période 1996-2001 (Thèse B. Laurent, LISA, 2005) (Bergametti et al., Kluwer, 1989) Grand erg oriental Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

7. Echantillonner la région source pour produire la poussière nécessaire aux ensemencement. F. DULAC, LISA ~150 kg de sol ± agrégé collectés (tout plastique) >100 µm 20-100 µm Séchage et tamisage à l’IRA. Etuvage (24h à 105°C) et Broyage et tamisage nylon longRécupération de la fraction fine (~500 g) <20 µm

8. Caractérisation fraction fine et traitement chimique.Karine DESBOEUFS, LISA Solubilité in vitro Granulométrie FER PHOSPHORE Concentration élémentaires totales Forte concentration en calcite Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

9. Simulation d’un cycle d’évapocondensation Caractérisation fraction fine et traitement chimiqueKarine DESBOEUFS, LISA Les particules désertiques subissent en moyenne 7 cycles nuageux, alternant ainsi des périodes de condensation et d’évaporation. Reproduire ces effets  • Conditions expérimentales représentatives de la Méditerranée: • en terme de pH et d’acides • pHmoyen = 4,5 • HNO3 (50%) et H2SO4 (50%) • en terme de composés organiques •  présence d’oxalate, succinate et formate; oxalate majoritaire avec [oxalate]moyen=6.10-6 M Sol traité = Douz EC  ensemencement Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

10. LE SITE ‘out’ C3 C1 D2 C2 tuyaux D1 D3 BAIE d’ELBO SCANDOLA Objectif: - installer 6 mésocosmes ‘propres’ avec des TRIPLICATS: 3 contrôles et 3 ensemencés - simuler un flux dans les mésocosmes ‘DUST’: 10 g.m-2 Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

11. QG: Maison de la Mer à Galéria Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

12. FIN du MONTAGE des SACS SUR LA PLAGE de GALERIA Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

13. MONTAGE des 2 STRUCTURES sur la plage d’ELBO puis transport et MOUILLAGE sur le site Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

14. MISE en PLACE des SACS Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

15. CUBI Sondes Température à l’intérieur et à l’extérieur d’un des sacs (3 profondeurs) piège à particules photos David Luquet Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

16. Fertilisation Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

17. ECHANTILLONNAGE Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

18. AUTRE SUIVIS REGULIERS En dehors des mésocosmes: profils T + paramètres biogéochimiques

19. PARAMETRES MESURES • Fer dissous + expériences in vitro dissolution • phosphates • chlorophylle a • respiration bactérienne sur place: • Au retour (en cours...) • PFe, TDFe • DOC • Carbone inorganique dissous et alcalinité • Fixation de N2 • NO3 ° NH4 • Fixation de C • C et N particulaires • Quantification des unicellulaires, identification moléculaire des diazotrophes • Diversité bactérienne (outil moléculaire) • Mesures sur les pièges: flux de masse et traceurs • Pigments • Vitamine B12 et cobalt • Zooplancton Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

20. PARAMETRES MESURES • Fer dissous + expériences in vitro dissolution • phosphates • chlorophylle a • respiration bactérienne sur place: • Au retour (en cours...) • PFe, TDFe • DOC • Carbone inorganique dissous et alcalinité • Fixation de N2 • NO3 ° NH4 • Fixation de C • C et N particulaires • Quantification des unicellulaires, identification moléculaire des diazotrophes • Diversité bactérienne (outil moléculaire) • Mesures sur les pièges: flux de masse et traceurs • Pigments • Vitamine B12 et cobalt • Zooplancton Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

21. un système oligotrophe pour les 2 manips mais des conditions météorologiques très différentes ZONE DUNE Image satelite du 16 juin montrant que la frange littorale de Corse (dont la Baie d’Elbo) présente des conditions bien plus oligotrophe que le centre de la mer Ligure. MODIS. 16 Juin 2008 Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

22. un système oligotrophe pour les 2 manips mais des conditions météorologiques très différentes Données Météo TEMPERATURES dans les SACS et dans l’AIR 1ère expérience 2ème expérience Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

23. 1ère Expérience du 11 juin au 18 juin 2008 Variation de température entre l’intérieur et l’extérieur du mésocosme sonde surface sonde 5m sonde 10m FAIBLE variation de T° entre extérieur et intérieur ΔT° max = 0.6°C

24. 1ère expérience Chlorophylle. Concentration début ~0.10 µg.l-1 CONTROLES FERTILISES CHLOROPHYLLE 8 jours Bonne reproductibilité des triplicats Augmentation très rapide de la Chla dans les ‘+DUST’ (fin x 2.5) Pas de décroissance amorcée au bout de 8 jours

25. 1ère expérience Phosphate. Concentration début ~ 4-6 nM. Elvira Pulido-Villena LOV CONTROLES FERTILISES en dehors de mésocosmes Concentration typique de début de la période de stratification (série DYFAMED; Cf Pulido-villena)) Phosphate C = outside  pas de contamination Augmentation de la concentration de phosphate (12 nM, moyenne des 3 mes.) en surface 7 heures après seeding Retour rapide aux niveaux de départ

26. 1ère expérience Fer Dissous. Concentration début ~ 2.5 nM. Thibaut Wagener LOV CONTROLES FERTILISES FER DISSOUS Bonne reproductibilité des triplicats Pas de contaminations (données ‘outside’ = données ‘contrôles’) Transfert significatif d’une partie du Fer Dissous vers la phase particulaire: diminution de 1 nM de la concentration

27. Comprendre l’export des particules sahariennes et les processus d’adsorption/désorption associés. Thibaut Wagener LOV µg.l-1 Mesure de l’Al particulaire: estimation de la concentration en dust dans la colonne d’eau  temps de résidence des particules nM Comparaison des profils de Fer dissous entre le contrôle et le + DUST Quantification de l’adsorption du fer présent avant l’événement sur les particules sahariennes introduites controles + DUST Calcul de l’Adsorption du DFe par les dust introduites: 0.62 nmol.mg-1

28. 1ère expérience Fixation d’azote moléculaire: résultats préliminaires. Céline Ridame LOCEAN en surface En SURFACE: Réponse nette dans un des mésocosmes fertilisés (Dust 1) immédiatement après ajout des dusts (durée réponse ~ 2 jours) à 5 m à 5 m: Réponse nette dans un des mésocosmes fertilisés (Dust 2) immédiatement après ajout des dusts (durée réponse ~ 5 jours) Pas de reproductibilité entre les triplicats; à compléter avec les données de biologie moléculaire (Biegala) et diversité fonctionnelle du picoplancton (Brunet)

29. 1ère expérience Respiration Bactérienne. Pulido-Villena LOV 3  8 µmol C L-1 d-1 Bonne reproductibilité des triplicats Taux de respiration bactérienne DUST > CONTROL Stimulation très importante de la respiration bactérienne  conséquences pour le bilan C mineralisé vs. C exporté; à compléter avec diversité bactérienne (Obernesterer, Blain)

30. 1ère expérience Abondance bactérienne. Résultats préliminaires Pulido-Villena LOV 106 cell mL-1 Abondance bactéries DUST > CONTROL Valeurs fortes d’abondance de bactéries au début; en attente du reste des mesures et des mesures de DOC

31. 1ère expérience Mesure de dissolution – Protocole. Wagener LOV Effet de la fertilisation sur la dissolution du fer? • Prélèvement d’eau filtrée à 0.2 µm dans les +DUST plusieurs fois au cours de l’expérience • Ajout de Dust in vitro • Mesure de dissolution après 24 et 72h

32. 1ère expérience Mesure de dissolution - Résultats Wagener LOV % dissolution = 0 – 0.12 Augmentation significative de la dissolution quand on prélève d’eau à la fin de l’expérience P : rôle de la fertilisation via l’évolution de la qualité/quantité de matière organique, ligand, bactéries... reproductibilité remarquable!

33. 1ère expérience PIEGES. Rendinella – Leblond En 8 jours d’expérience = 4 séries de godets de pièges • Observation Bino • Tri Swimmers • Flux de masse • C, N • Ca, Al, Fe

34. Méthode 1ère expérience. PIEGES. Rendinella – Leblond DUST CONTROLE Matière claire et collante pour les deux fractions et pour tous les échantillons Matière brune, compacte et filamenteuse pour P1, P2 et P3 P1_C3: f > 1 mm P1_D3: f > 1 mm P4_C2: f > 1 mm P4_D1: f > 1 mm Matière claire, moins filamenteuse pour P4

35. 1ère expérience (Rendinella – Leblond) PIEGES Evolution du FLUX DE MASSE en fonction du temps mg.m-2.j-1 3 ‘+DUST’ 3 CONTROLES numéro d’échantillon Intégration des flux sur toute la durée de collecte Dans les DUST on retrouve 20 g de matières max, à la fin de la manip, sur 40 g qu’on avait mis dans chaque piège

36. 1ère expérience (Rendinella – Leblond) PIEGES Evolution du FLUX de CARBONE en fonction du temps mg.m-2.j-1 3 ‘+DUST’ 3 CONTROLES Intégration des flux sur toute la durée de collecte

37. 1ère expérience (Rendinella – Leblond) PIEGES MASSE et COMPOSITION MOYENNE de la MATIERE RECUEILLIE • on récupère au bout de 8 jours: • 11 g de lithogénique (sur les 40 g introduits): devenir des petites particules? durée de l’expérience? • ‘crée’: 1 g de matière organique • ‘crée’: 6 g de carbonates

38. DUNE 0/ DUNE 1: retour d’expérience. F. Louis, JM Grisoni Structure surface couvercle DUNE 0 DUNE 1 Structure de maintien ouvert des sacs Fond

39. DUNE 0/ DUNE 1: retour d’expérience (Louis/ Grisoni) • Fabrication en résine • tubes carrés pour une plus grande robustess • structure en hexagone • démontables

40. site web http://www.obs-vlfr.fr/LOV/DUNE/ PROCHAINE CAMPAGNE: ETE 2010 • Session ASLO (Guieu/Blain/Baker): 013. Response of oligotrophic marine environments to chemical atmospheric forcing (1 talk; 2 poster sur DUNE) Séminaire du LOV. 15 Janvier 2009

41. Merci de votre attention!

43. St. DYFAMED Chl-a Diazotroph(y) & (s) in the Mediterranean Sea St. DYFAMED Important N2-Fix Total plankton 2003-2004 55% NPP summer Garcia et al. (2006) Important N2-Fix Rees et al. (2006) Unicellular Cyano. Diazotrophes Coastal in summer Fixation N2 Fixation N2 Highest worldwide concentrations of Unicellular Cyanobacterial Diazotrophs (UCYN2-Fix) 20 % 90 % Man-Aharanowich et al.( 2007) Le Moal & Biegala (in rev) N/P = 20 N/P = 24

44. 1rst unicellular diazotrophic cyanobacteria in the Med. Sea Present all the year -99.6 % free picocyanobacteria diazotrophs 104 cell ml-1 : highest concentration of UCN2-Fix so far 10% of picocyanobacteria community / Elsewhere approx. 1% summer summer 0.2 – 3 µm 3 – 10 and > 10 µm SOMLIT Unicellular diazotrophic cyanobacteria (cell.ml-1) 2007 2006 1 – 1.5 µm UCN2-Fix/CYA664 T°C Stratification Pollution 10 µm UCYN2-Fixdiazotrophs in the Med. Sea, diversity, activity and distribution ? Which abiotic factors are controlling their growth and activity?

45. Réponses de la diversité de la communauté bactérienne Stéphane Blain et Ingrid Obernosterer Prochain déploiement De toute facon pas de résultats dispo pour une manip en 2009, si la Marie Curie est acceptée grande préférence pour une manip en 2010. Bilan des échantillons Profondeur : 5 m, tous les mesocosmes Temps de prélèvement 1ere exp : P1, P4, P6, P8 Temps de prélèvement 2eme exp : Q1, Q4, Q7, Q9 Pour tous les echantillons: Flow cytometry Abondance des grands groupes phylogénétiques Des bactéries hétérotrope par FISH (Fluorescent In Situ Hybridization) Empreintes moléculaires par SSCP (Single Strain Conformation Polyphormism) (>0.8 µm et 0.2-0.8 µm) Pour P1, P8, Q1 Q9: Prel. pour banque clone (prefiltre a 0.8 µm) Planning pour les analyses Dépend du succes de la Marie Curie deposée pour Ian Salter

46. An important taxonomic richness was discovered in pico- et nano-planktonic (< 10 µm)diazotrophes Trichodesmium NifH gene Richelia Unicellular < 10 µm Filamentous > 10 µm Zehr et al. (2001) cyanobacteria cyanobacteria Group A Group B Group C N2-Fix Montoya et al. (2004) NPP « heterotroph » Bacteria Archaea

47. To estimate the contribution of unicellular cyanobacteria to overall N2-Fix and NP Quantify the different taxa and mesure their N2 fix activity Molecular tools 15N2 or acetylene incubations Molecular tools PCR or FISH Biegala et al (2002)

48. Bilan Dépôt Site DUNE K. Desboeufs; S. Tran; E. Bon Nguyen, R. Losno, F. Dulac

49. Mesure de dépôt: Mise en oeuvre • Installation prélèvement à Ciuttone (27/03/08): • Collectes hebdomadaires avec pré-acidification (HNO3)

50. Conditions des expériences en mésocosme de DUNE1 • conditions environnementales ont évolué entre les manips P et Q • conditions expérimentales sont différentes (type de particules et de dépôt)