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L’influence de la formation des brines sur les flux de carbone et sur
les rapports isotopiques du carbone et de l’oxygène de l’eau de mer
et des foraminifères
MICHEL Elisabeth1, LANSARD Bruno1, WAELBROECK Claire1, VIVIER
Frédéric2, LOURENCO Antonio2, BOURUET-AUBERTOT Pascale2, CUYPERS
Yannis2, EYMARD Laurence2, VANCOPPENOLLE Martin2,
ROUSSET Clément2, MADEC Gurvan2, BENSHILA Rachid2, BOPP Laurent1,
1
: LSCE-IPSL, Gif-sur-Yvette ; [email protected]
: LOCEAN-ISPL, Paris
3
: LATMOS-IPSL, Paris
2
La formation d’eaux denses par rejet de sel (brines) lors de la formation de glace de
mer a vraisemblablement joué un rôle important dans les changements de circulation et de
concentration en CO2 atmosphérique, que ce soit lors des transitions glaciairesinterglaciaires ou des changements climatiques rapides du dernier glaciaire. Or, d’une part,
une connaissance encore incomplète des mécanismes de formation des brines empêche de
reproduire correctement leur formation dans les modèles de circulation océanique, et d’autre
part la méconnaissance des relations entre la formation des brines et les signaux isotopiques
des foraminifères benthiques qui se développent dans ces eaux rend difficile l’interprétation
de ces signaux dans les sédiments marins.
Le Storfjord est un vaste fjord situé au sud du Svalbard et un laboratoire naturel idéal
pour l’étude de la formation de brines. En effet, de grandes quantités de glace de mer et de
brines y sont formées tous les ans grâce au régime de vents de nord-est entraînant
l’ouverture d’une polynie en hiver. En outre, la présence d’un seuil bathymétrique à environ
120 m retient au nord de ce seuil les eaux très denses formées pendant l’hiver, ce qui
permet de les échantillonner pratiquement à n’importe quel moment de l’année. La formation
de brines dans le Storfjord, a été régulièrement observée depuis une vingtaine d’années et
notamment lors des programmes dirigés par le laboratoire LOCEAN (BRINES et
DAMOCLES, J.-C. Gascard, ICE-Dyn et OPTIMISM, F. Vivier, P Bouruet-Aubertot). Un
mouillage enregistrant de manière continue au cours de l’année les profils de température,
de salinité et les courants au coeur de la polynie par 100m de fond, a ainsi été installé fin
2010 dans le cadre du projet OPTIMISM. Cette polynie fait également l'objet d'un important
effort de modélisation avec la mise en place d'une configuration couplée océan-glace à
haute résolution.
La très grande variabilité intra- et inter-annuelle des conditions de formation de la glace
de mer et de brines implique que les prélèvements réalisés lors de campagnes
océanographiques ponctuelles sont difficiles à interpréter en l’absence de telles séries
temporelles continues. Afin d’étudier l’influence de la formation de brines sur les flux de
carbone et sur les rapports isotopiques du carbone et de l’oxygène de l’eau de mer et des
foraminifères, nous souhaitons donc mettre en place un observatoire multidisciplinaire de la
formation des brines dans le Storfjord. Il s’agira d’installer un mouillage instrumenté
permettant de poursuivre les enregistrements commencés fin 2010, mais également de faire
des mesures de pH, de pCO2, d’oxygène dissous, ainsi que des mesures isotopiques de
l’eau de mer et du carbone inorganique dissous (DIC) pour contraindre les flux de carbone. A
ces séries temporelles continues, s’ajouteront, lors des campagnes de relevage/mouillage de
la ligne, des mesures sur la colonne d’eau (chlorophylle, isotopes, nutritifs, oxygène dissous,
chimie des carbonates) ainsi que sur les premiers cm de sédiment (teneur en oxygène,
isotopes des eaux intersticielles et de leur DIC, isotopes des foraminifères vivants et
fossiles). Un tel programme bénéficiera de collaborations avec nos collègues norvégiens de
Bergen et du Svalbard et pourrait s'inscrire dans une perspective de plus long terme dans le
périmètre du Svalbard integrated Observing System (SiOS), infrastructure européenne en
cours d'élaboration.