Zonation en milieu marin

Les substrats meubles
Pr Francour Patrice
[email protected]
Les substrats meubles
Qu’est-ce que c’est ?
 par opposition, tout ce qui n’est pas un substrat rocheux
 milieu benthique (benthos); opposition avec le pelagos (plancton et necton) ou le seston
 des milieux omniprésents dans tous les océans
 des milieux caractérisés par leur granulométrie
Zonation en milieu marin
limite Néritique et Océanique = limite plateau continental # zone photique
 plancton : passif
 necton : nage active
 seston : flotte en surface
Z < profondeur de compensation
= fin du Circalittoral
= début de la zone aphytale
http://marinebio.org/oceans/deep/
Zonation en milieu marin
Equivalent UK – Fr en zone littorale
http://www.photolib.noaa.gov/bigs/ship3102.jpg
Zones sédimentaires occupent 55% surface de la Terre, donc plus de 75% des Océans
Douglas R.G. 2003. Encyclopedia of Sediments & Sedimentary Rocks
http://ocean.stanford.edu/courses/bomc/chem/lecture_14.pdf
Différents types de sédiments marins
 ice rafted : transportés par les glaces
 carbonate : origine biogénique, majoritairement de carbonates de calcium (+ calcites +
aragonites)
 siliceous : origine biogénique, majoritairement différentes formes de silice (diatomées – hautes
latitudes, radiolaires – zone équatoriale)
 red clay : les argiles rouges contiennent moins de 30% de matériel biogénique; ce qui reste
après dissolution de la fraction calcaire ou siliceuse d’origine organique; en absence de carbone
organique, le fer et le manganèse restent dans un état oxydé et donnent cette couleur brunrouge
CCD: profondeur de compensation des carbonates; la
totalité des carbonates sont dissous en dessous
Lysocline : profondeur à partir de laquelle la solubilité
du calcaire augmente fortement
http://highered.mheducation.com/sites/0073016543/student_view0/chapter5/
 terrigenous : sédiments terrigènes apportés principalement par les fleuves
Importance des différents sédiments marins
dans les bassins océaniques
http://highered.mheducation.com/sites/dl/free/0073016543/398471/chamberlin1e_samplechapter.pdf
rochers
Granulométrie
Echelle de Udden-Wentworth
(échelle logarithmique)
http://highered.mheducation.com/sites/0
073016543/student_view0/chapter5/
cailloux graviers
sable
vase
argile
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 330)
Cailloux et Sable grossier
(photo PF)
Sable grossier
(photo PF)
Sable fin, légèrement vaseux
(photo PF)
http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/image/sedthick9.jpg
Les substrats meubles
Qu’est-ce que c’est ?
 par opposition, tout ce qui n’est pas un substrat rocheux
 milieu benthique (benthos); opposition avec le pelagos (plancton et necton) ou le seston
 des milieux omniprésents dans tous les océans
 des milieux caractérisés par leur granulométrie
Origines des sédiments marins
 une origine terrigène
 mais aussi biologique
 une alimentation permanente des fonds océaniques : la neige océanique
 sédiments pélagiques ou non pélagiques
Origines des sédiments marins
 les fleuves représentent 84% des apports en milieu marin
 l’essentiel est bloqué et retenu en zone côtière : formation de delta ou accumulation sur le plateau
continental
 près de 13 milliards de tonnes/an de sédiment arrivent en mer par les fleuves
 10% de moins depuis le développement des barrages (45 000 barrages de plus de 15 m de haut)
 les différents océans reçoivent approximativement la même quantité de sédiment : 3.4 (Atlantique), 3.3
(Indien) et 4.9 (Pacifique) 109 tonnes/an
 25 fleuves représentent 40% des apports
Coulait à travers l’Algérie actuelle; a servi de voie de passage pour la sortie de l’homme d’Afrique pour la conquête du Moyen-Orient
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 365-366)
Origines des sédiments marins
 les fleuves représentent 84% des apports en milieu marin
 l’essentiel est bloqué et retenu en zone côtière : formation de delta ou accumulation sur le plateau
continental
 près de 13 milliards de tonnes/an de sédiment arrivent en mer par les fleuves
 10% de moins depuis le développement des barrages (45 000 barrages de plus de 15 m de haut)
 les différents océans reçoivent approximativement la même quantité de sédiment : 3.4 (Atlantique), 3.3
(Indien) et 4.9 (Pacifique) 109 tonnes/an
 25 fleuves représentent 40% des apports
 les vents représentent 7% des apports en milieu marin : particules < 10 µm
 des apports moyens de 0.4 109 tonnes/an dans l’océan mondial
http://aeoliandust.blogspot.fr/2014/09/new-paper-saharan-dust-in-mediterranean.html
Origines des sédiments marins
 les fleuves représentent 84% des apports en milieu marin
 l’essentiel est bloqué et retenu en zone côtière : formation de delta ou accumulation sur le plateau
continental
 près de 13 milliards de tonnes/an de sédiment arrivent en mer par les fleuves
 10% de moins depuis le développement des barrages (45 000 barrages de plus de 15 m de haut)
 les différents océans reçoivent approximativement la même quantité de sédiment : 3.4 (Atlantique), 3.3
(Indien) et 4.9 (Pacifique) 109 tonnes/an
 25 fleuves représentent 40% des apports
 les vents représentent 7% des apports en milieu marin : particules < 10 µm
 des apports moyens de 0.4 109 tonnes/an dans l’océan mondial
 les glaces dérivantes représentent 7% des apports en milieu marin : majoritairement particules siliceuses
 à la fonte des glaces, les particules sédimentent : formation de sédiments particuliers
 une origine biogène : organismes morts, pelotes fécales
 une origine volcanique ou extraterrestre (météorites)
Origines des sédiments marins
 origine volcanique : poussières et cendres volcaniques; 1µm de diamètre;
dépôt local ou mondial pour les plus fortes éruptions
 origine extraterrestre (météorites) : 4-6 104 tonnes/an; 0.1 à 1 mm de
diamètre; signature géochimique particulière (3He – isotope d’Helium,
Iridium, Osmium)
http://ocean.stanford.edu/cours
es/bomc/chem/lecture_14.pdf
En résumé :
 sédiments détritiques : apportés depuis l’extérieur – terrigène, volcanique, cosmogénique
 sédiments biogéniques : majoritairement des sédiments à base de carbonates de calcium (calcite
et aragonite) ou de silice
 sédiments authigéniques : précipitation abiotique de sédiments à partir de l’eau de mer (ex : les
évaporites) ou après enfouissement dans les sédiments; très peu importants actuellement;
importance considérable dans les temps géologiques
Remarque : les substrats formés au niveau des zones hydrothermales sont
d’origine authigénique
Circonférence de la Terre : 40 075 km
Neige océanique : agrégation de particules d’origine organique ou non; apport important de C dans les abysses; séquestration de C.
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 337-338)
Origines des sédiments marins
 des épaisseurs différentes
 mais surtout des vitesses d’accumulation différentes
taux d’accumulation sur les fonds :
< 1 cm / 1000 ans : sédiments pélagiques
> 1 cm / 1000 ans : sédiments non-pélagiques
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 341)
Les substrats meubles
Qu’est-ce que c’est ?
 par opposition, tout ce qui n’est pas un substrat rocheux
 milieu benthique; opposition avec le pelagos (plancton et necton) ou le seston
 des milieux omniprésents dans tous les océans
 des milieux caractérisés par leur granulométrie
Origines des sédiments marins
 une origine terrigène
 mais aussi biologique
 une alimentation permanente des fonds océaniques : la neige océanique
 sédiments pélagiques ou non pélagiques
La vie sur les substrats meubles
 90% des espèces marines passent par le benthos ou y vivent
 pelagos = 3D; benthos = 2D
 comment vivre en milieu benthique ? au-dessus, sur ou dans le substrat
 « dans » : plus facile et donc plus fréquent que pour les substrats rocheux
 des biocénoses spécifiques, importantes écologiquement et économiquement
Vive, Trachinus draco
(photo PF)
Rason mâle, Xyrichthys novacula
Caulerpa rprolifera
(photo PF)
Posidonie, Posidonia oceanica
(photo PF)
La vie en 2D ?
 les zones sédimentaires peuvent avoir une épaisseur importante (plusieurs centaines de mètres), donc 3D ?
 mais à part la zone superficielle des sédiments, milieu majoritairement anoxique
 entre couche aérobie et anaérobie, présence de la couche redox ou couche de discontinuité redox
 selon l’oxygénation de la couche superficielle, présence à quelques mm (vases riches en matière organique)
ou cm de profondeur (sable perméable avec peu de matière organique)
 un lien (fréquent) entre la vitesse des courants à la surface des sédiments et la profondeur de la couche redox
(Barnes & Hughes 1999 An introduction to marine ecology)
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 316)
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 192)
La vie en 2D ?
 certaines espèces sont inféodées à la couche anaérobie
 réseaux trophiques anaérobies reposent sur des bactéries sulfato-réductrices comme Desulfovibrio
 communauté = thiobiota
 espèces et communautés très mal connues : difficulté d’échantillonnage = mortalité au contact de l’O2
 rôle important de la bioturbation : une forte bioturbation augmentera l’épaisseur de la couche oxygénée
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 304)
Bioturbation
 organismes fouisseurs variés : mollusques,
annélides, sipuncliens, crustacés, oursins,
poissons …
(Photos PF)
Bioturbation
 organismes fouisseurs variés : mollusques,
annélides, sipuncliens, crustacés, oursins,
poissons …
 Callianasse (crustacé, décapode,
Callianassidae)
 des terriers complexes, atteignant parfois
plusieurs mètres de profondeur.
(Photo PF)
(Photo David Luquet)
(Photo PF)
Des terriers complexes
de Callianasses
(Photos Jean de Vaugelas)
Régimes alimentaires
 les régimes alimentaire vont être fortement influencés par la teneur en matière organique présente
 rappel : la porosité d’un sédiment influence la circulation d’eau, donc l’apport d’oxygène et la réalisation des
processus aérobies (reminéralisation)
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 301)
Régimes alimentaires
http://www.docbrownscience.com/uploads/4/8/7/2/4872895/seagrass_and_kelp_communities.pdf
Biocénoses spécifiques, importantes
 habitat (adultes) et nurseries (juvéniles) de poissons plats : grande importance écologique
 valeur souvent négligée dans les actions de gestion côtière
(Photo PF)
Les substrats meubles
Un milieu facilement mobilisable
 un substrat facilement mobilisable, sur de faibles distances
 sur de longues distances en milieu marin
 de la mer vers la terre
Mobilisation sur de faibles distances
 en zone littorale, les mouvements sédimentaires
peuvent être importants : sédimentation normale ou
remise en suspension de sédiments par la houle et
les vagues
 mesures avec des pièges à particules
 importance écologique majeure : nutrition des
suspension feeders
 mais aussi recouvrement potentiel des organismes
sessiles
(photo PF)
(photo ECOMERS)
Mobilisation sur de faibles distances
Formation de ripple-mark,
perpendiculaires à l’axe du courant
(photo PF)
Courants induits : dérive de Stokes
 en profondeur, une force de sens opposé, due à la force de Coriolis, est présente
 la résultante des 2 forces traduit une dérive vers l’avant, dans le sens de
propagation de la vague
Profil de la vitesse pour
une houle non
déferlante selon
Longuet-Higgins
dérive de Stokes
« contre courant »
induit par la force de
Coriolis (= dérive de
Hasselmann)
Profil de la
vitesse
courant à proximité du
fond
http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0102/travaux/optsee/bei/2/g22/p05.htm
Mobilisation sur de grandes distances
http://oceanservice.noaa.gov/facts/turbidity.html
 courants de turbidité du plateau vers les plaines abyssales : équivalents
des avalanches en milieu montagneux
 lors de la sédimentation des particules les plus fines, transport
horizontal important
http://www.utsc.utoronto.ca/~wells/lab.html
Transferts Mer - Terre
(photo PF)
Transferts Mer - Terre
http://oceans.taraexpeditions.org/m/science/les-actualites/lasequestration-du-co2-dans-locean-un-critere-important-dans-les-modelesclimatiques-actuels/
(photo PF)
Transferts Mer - Terre
 la construction d’ouvrages en mer va entraîner une sédimentation différentielle, influencée par la dérive littorale
 possibilité d’envasement progressif et disparition progressive des biocénoses en place
érosion
accrétion
Trait de côte initial,
avant construction
des épis
https://www.e-education.psu.edu/earth107/node/1075
Les substrats meubles
Un milieu facilement mobilisable
 un substrat facilement mobilisable, sur de faibles distances
 sur de longues distances en milieu marin
 de la mer vers la terre
Des réservoirs secondaires de pollution
Réservoirs secondaires de pollution
 adsorption plus importante de
substances polluantes dans les
sables fins ou les vases que dans les
sables grossiers
Sable : 1 m²
Surface des grains de sédiment de 63 µm :
Vase : 10 m²
 rejets importants de polluants par
lessivage ou émissaire terrestre ou
marin
 accumulation dans les zones
sédimentaires = réservoirs
secondaires de polluants
 diffusion passive dans la colonne
d’eau et/ou accumulation dans les
organismes marins
 effet polluant retardé
(photo PF)
Les substrats meubles
Un milieu facilement mobilisable
 un substrat facilement mobilisable, sur de faibles distances
 sur de longues distances en milieu marin
 de la mer vers la terre
Des réservoirs secondaires de pollution
Importance géologique
 un puits de carbone = processus de séquestration
 formation des roches
Séquestration du carbone
 sédimentation de particules = séquestration
de carbone
 pompe biologique à carbone
 la neige océanique réduit de quelques degré
l’effet de serre anthropique
 les phénomènes de séquestration sont plus
complexes à cause des courants (upwelling,
downwelling, circulation thermohaline) et des
phénomènes de dissolution en profondeur
(CDD)
http://oceans.taraexpeditions.org/m/science/les-actualites/lasequestration-du-co2-dans-locean-un-critere-important-dans-les-modelesclimatiques-actuels/
Formation des roches
 diminution progressive de la porosité
 compactage progressif des couches
sédimentaires
 5% du volume de la croûte continentale
et océanique mais 75% de sa surface
(Libes 2009. Introduction to marine biochemistry; p. 303)
Biarritz, villa Beltza,
calcaire gréseux jaune-ocre
(photo PF)
Les substrats meubles
Un milieu facilement mobilisable
 un substrat facilement mobilisable, sur de faibles distances
 sur de longues distances en milieu marin
 de la mer vers la terre
Des réservoirs secondaires de pollution
Importance géologique
 un puits de carbone = processus de séquestration
 formation des roches
En guise de conclusion
 des milieux très largement répartis dans les océans, à toutes les profondeurs
 des rôles écologiques, biogéochimiques et géologiques importants
 des milieux méconnus en raison des difficultés d’observation, de récolte et
d’expérimentation