Transferts et cycles biogéochimiques dans l’océan profond

La migration de fluides dans la lithosphère, que ce soit au niveau des marges ou des dorsales océaniques, peuvent conduire à la création de panaches de fluides (gaz et liquide de faible densité) dans la colonne d’eau. Suivant leur nature, ces panaches peuvent s’élever sur plusieurs centaines de mètres dans la colonne d’eau, et parcourir des dizaines voire des centaines de km depuis leur zone d’émission.

La nature des panaches dépend fortement du contexte géologique / géodynamique de la structure qui les génère. C’est ainsi que les panaches hydrothermaux sont enrichis en métaux, H2S et gaz (H2, CH4 etc.), alors que les panaches des suintements froids sont constitués principalement de gaz (CO2, hydrocarbures, plus particulièrement le méthane).

Ces panaches, grâce aux substances chimiques qu’ils contiennent, assurent le développement de biosphères uniques et contribuent ainsi aux cycles biogéochimiques du carbone dans l’océan profond. La contribution des flux hydrothermaux et des suintements froids aux cycles océaniques globaux de la silice, du fer, du manganèse, et potentiellement des autres métaux constitue également un domaine d’étude en pleine expansion que nous aborderons dans cet axe transverse.

Les questions qui seront abordées sont structurées de la manière suivante :

  1. Quelle est la nature, l’origine et le devenir des composés organiques des panaches en contexte de marge et de dorsale ?
  2. Quels sont les processus physiques et biogéochimiques régulant le flux de gaz (méthane, dioxyde de carbone et hydrogène) à l’interface fond de mer-océan ?
  3. Quel est le devenir et le bilan du méthane dans la colonne d’eau, et son impact sur la chimie des océans à différentes échelles spatiales ?
  4. Quels sont les processus biogéochimiques de précipitation/re-dissolution, d’adsorption/désorption, d’oxydoréduction, de complexation des panaches hydrothermaux contrôlant les flux de métaux dans l’océan profond ?

De telles études nécessitent une approche couplée in situ / ex situ et modélisation numérique de la distribution des espèces chimiques réactives (e.g. carbone organique, CH4, O2, H2S, Fe, Mn, Cu, terres rares) le long du gradient de mélange entre le fluide hydrothermal et l’eau de mer.

Ces dernières décennies, des progrès considérables ont été réalisés dans le domaine de l’imagerie acoustique et mesure in-situ permettant ainsi de cartographier, voire dans certains cas de dénombrer, les sorties de fluides et suivre leur évolution dans la colonne d’eau. Ces études permettent aussi de tester les hypothèses sur les cycles biogéochimiques en contexte océanique appauvris en oxygène, qui nourrira directement les actions menées dans l'axe Cycles biogéochimiques des océans primitifs.