Les Les coccolithophoridéscoccolithophoridés

Nanoplancton Nanoplancton calcairecalcaire

Structure d’un Structure d’un coccolithophoridécoccolithophoridé

BiologieBiologie• Ce sont des organismes unicellulaires Ce sont des organismes unicellulaires

phytoplanctoniques (algues marines), phytoplanctoniques (algues marines), exclusivement marins, apparus au Trias, exclusivement marins, apparus au Trias, colonisant toutes les surfaces océaniques. colonisant toutes les surfaces océaniques.

• La cellule est globuleuse et entourée par une La cellule est globuleuse et entourée par une enveloppe sphérique : la coccosphère, qui est enveloppe sphérique : la coccosphère, qui est constituée par un assemblage de plaques constituée par un assemblage de plaques calcaires qu’on appelle les coccolithes (entre 10 calcaires qu’on appelle les coccolithes (entre 10 et 30et 30μμ).).

• A la mort de la cellule, les coccolithes sont A la mort de la cellule, les coccolithes sont dissociés et sédimentent dans la colonne d’eau dissociés et sédimentent dans la colonne d’eau pour former une roche calcaire. (exple: la craie)pour former une roche calcaire. (exple: la craie)

MéthodesMéthodes d’étudesd’étudesBiocénose : Biocénose : • échantillonnage dans la colonne d’eau, grâce à échantillonnage dans la colonne d’eau, grâce à

– des bouteilles Niskindes bouteilles Niskin– des pompes in-situ des pompes in-situ – des pièges à particulesdes pièges à particules

• Préparation de l’échantillon  Préparation de l’échantillon  – filtration à 0.8 µm filtration à 0.8 µm – montage sur lame MO (x1000 en immersion et en montage sur lame MO (x1000 en immersion et en

lumière polarisée) lumière polarisée) – montage sur plot au MEB (x5000).montage sur plot au MEB (x5000).

• Observation  Observation  – MO : mesure de biomasse (nbre de cellules par litre). MO : mesure de biomasse (nbre de cellules par litre). – MEB : assemblages (diversité spécifique)MEB : assemblages (diversité spécifique)

Thanatocénose :Thanatocénose :• Echantillonnage  Echantillonnage 

– carottiers carottiers – bennesbennes

• Préparation d’échantillons  Préparation d’échantillons  – sédiments bruts (frottis) sédiments bruts (frottis) – séparation de fraction fine (centrifugation ou séparation de fraction fine (centrifugation ou

décantation)décantation)• Observation : MO essentiellement donnant Observation : MO essentiellement donnant

L’abondance absolue (nbre de coccolithes par L’abondance absolue (nbre de coccolithes par gramme de sédiment) gramme de sédiment)

La diversité spécifiqueLa diversité spécifique

Sédimentation des Sédimentation des coccolithescoccolithes

• Comment s’établit le lien entre Comment s’établit le lien entre biocénose et thanatocénose ?biocénose et thanatocénose ?

• Comment expliquer que la susceptibilité Comment expliquer que la susceptibilité à la dissolution ne soit pas accentuée à la dissolution ne soit pas accentuée par la très petite taille des coccolithes ?par la très petite taille des coccolithes ?(descente lente donc dissolution (descente lente donc dissolution accentuée)accentuée)

• Pourquoi trouve t-on des coccolithes Pourquoi trouve t-on des coccolithes dans les sédiments profonds (prof. dans les sédiments profonds (prof. >CCD) ?>CCD) ?

• Réponses dans les années 80 Réponses dans les années 80 seulement : Les particules sont seulement : Les particules sont piégées dans la colonne d’eau piégées dans la colonne d’eau grâce à des vecteurs de grâce à des vecteurs de transport : transport :

Pelotes fécales + Marine Snow Pelotes fécales + Marine Snow (agrégats amorphes)(agrégats amorphes)

Intérêt :Intérêt : ces vecteurs ces vecteurs• protègent de la dissolutionprotègent de la dissolution

• accélèrent la vitesse de chute  accélèrent la vitesse de chute  – coccolithes coccolithes 13cm / jour 13cm / jour– pelotes fécales pelotes fécales 200 m / jour 200 m / jour– marine snow marine snow 100 m / jour 100 m / jour

• réduisent les déplacements horizontaux au cours de leur réduisent les déplacements horizontaux au cours de leur descente dans la colonne d’eau (chute plus rapide) et induit descente dans la colonne d’eau (chute plus rapide) et induit donc une correspondance fidèle entre biocénose et donc une correspondance fidèle entre biocénose et thanatocénose.thanatocénose.

• 60 à 90 % des coccolithes survivent à la descente dans la 60 à 90 % des coccolithes survivent à la descente dans la colonne d’eau.colonne d’eau.

• Cependant, on note des changements des assemblages dus Cependant, on note des changements des assemblages dus à la dissolution des formes fragiles dans la colonne d’eau et à la dissolution des formes fragiles dans la colonne d’eau et en particulier à l’interface eau –sédiments.en particulier à l’interface eau –sédiments.

Rappels : Précipitation et Rappels : Précipitation et altération des carbonatesaltération des carbonates

• Lorsqu'on on travaille à un instant donné, aujourd'hui par Lorsqu'on on travaille à un instant donné, aujourd'hui par exemple, on écrit l'équation exemple, on écrit l'équation

CaCOCaCO33 + CO + CO22 + H + H22O ↔ 2 HCOO ↔ 2 HCO33-- + Ca + Ca++++

• Cela veut dire, par exemple, que l'eau de pluie absorbe du Cela veut dire, par exemple, que l'eau de pluie absorbe du COCO22 atmosphérique, que c atmosphérique, que cette pluie chargée de ette pluie chargée de COCO22 attaque le calcaire attaque le calcaire, , qui se trouve ainsi transformé en qui se trouve ainsi transformé en HCOHCO33

-- et et CaCa++++..• Il y a donc prélèvement de Il y a donc prélèvement de COCO22 dans l'atmosphère, qui se dans l'atmosphère, qui se

trouve alors transféré vers l'hydrosphère.trouve alors transféré vers l'hydrosphère.• Cela veut dire, dans l'autre sens, que lorsqu'un coccolithe Cela veut dire, dans l'autre sens, que lorsqu'un coccolithe

fabrique son test, il prélève 2 moles de fabrique son test, il prélève 2 moles de HCOHCO33-- de de

l'hydrosphère, pour donner une mole de CaCO3 et une mole l'hydrosphère, pour donner une mole de CaCO3 et une mole COCO22. Il piège donc une mole de . Il piège donc une mole de COCO22..

• De plus, le De plus, le COCO2 2 produit est récupéré pour la produit est récupéré pour la photosynthèse.photosynthèse.

Intérêts pour le lycéeIntérêts pour le lycéeTSTS

Application du principe de l’actualisme Application du principe de l’actualisme 

• Les sédiments dont nous disposons ont été prélevés au large du Cap Vert, Les sédiments dont nous disposons ont été prélevés au large du Cap Vert, c'est-à-dire sous un climat subtropical, en eaux relativement chaudes en c'est-à-dire sous un climat subtropical, en eaux relativement chaudes en surface et peu turbides.surface et peu turbides.

• La présence de coccolithes témoigne donc :La présence de coccolithes témoigne donc :– milieu marinmilieu marin– zone compatible avec la précipitation des carbonates (température zone compatible avec la précipitation des carbonates (température

supérieure à 18 °C et milieu relativement calme)supérieure à 18 °C et milieu relativement calme)– peu d’apports détritiquespeu d’apports détritiques

• Bilan :Bilan :– Leur présence dénote un climat chaud et donc une période Leur présence dénote un climat chaud et donc une période

transgressive pour les moyennes et hautes latitudes.transgressive pour les moyennes et hautes latitudes.– Implication / quaternaire : ce sont des marqueurs des cycles glaciaires Implication / quaternaire : ce sont des marqueurs des cycles glaciaires

et interglaciaires au même titre que les globigérines au cours des et interglaciaires au même titre que les globigérines au cours des évènements d’Heinrich.évènements d’Heinrich.

– Ce sont donc d’excellents indicateurs de la nature des masses d’eau en Ce sont donc d’excellents indicateurs de la nature des masses d’eau en relation avec les cycles climatiques.relation avec les cycles climatiques.

0 400 800 1200 1600 2000

-35,2

-34,8

-34,4

0 400 800 1200 1600 2000Age(ans BP)

8

6

4

2

0

PAG PCM “Agesombres” PCR

2400 2800

2400 2800

Age (ans BP)

Islande

Gephyrocapsa sp.

%

d18O TempératuresAtmosphériques(Groenland)

+

-

Températureseaux de surface(Nord-Islande)

+

-

Coccolithes : traceurs de la naturedes eaux de surface (température)au cours des derniers 3000 ans

J. Giraudeau (CNRS, Univ. Bordeaux1)

Irminger C.

Dérive Nord Atlantique

East Greenland C.

E-Greenland C.

ARCTIC FRONT

SUB-ARCTIC FRONT

Localisation de la carotte sédimentaireIMAGES core Md992269

Circulation de surface et fronts hydrologiques en mers nordiques

Arrivée des Vikingsen Islande et colonisationdu Groenland (Greenland)

Seconde :Seconde :

1- Couplage atmosphère – hydrosphère1- Couplage atmosphère – hydrosphère

• Les restes fossilisés (coccolithes) constituent une masse Les restes fossilisés (coccolithes) constituent une masse sédimentaire particulièrement abondante. Ils fournissent sédimentaire particulièrement abondante. Ils fournissent plus de 60% des carbonates fossiles. plus de 60% des carbonates fossiles.

• Ils jouent ainsi un rôle primordial dans le piégeage du Ils jouent ainsi un rôle primordial dans le piégeage du CO2.CO2.

• Une récente étude suggère que la préservation de la Une récente étude suggère que la préservation de la Matière Organique dans la colonne d’eau jusqu’à Matière Organique dans la colonne d’eau jusqu’à l’enfouissement est améliorée par la chute rapide dans l’enfouissement est améliorée par la chute rapide dans les pelotes fécales et dans les marines snows.les pelotes fécales et dans les marines snows.

• Co-transport coccolithes et MO s’oppose à la dégradation Co-transport coccolithes et MO s’oppose à la dégradation de la MO qui libère donc moins de COde la MO qui libère donc moins de CO22..

2- Impact sur le climat2- Impact sur le climat

• Présence de Blooms de Présence de Blooms de coccolithophoridés repérés coccolithophoridés repérés grâce à l’imagerie satellitaire, grâce à l’imagerie satellitaire, surtout dans les zones surtout dans les zones subpolaires et dans les zones subpolaires et dans les zones de marges.de marges.

• Notamment au large de Terre-Notamment au large de Terre-NeuveNeuve

bloom

Terre-neuve

Océan Atlantique

Golfe du St Laurent

Albédo de l’océan :Albédo de l’océan :•Les blooms de Les blooms de

coccolithophoridés provoquent coccolithophoridés provoquent un effet miroir grâce à leur un effet miroir grâce à leur forte concentrationforte concentration

•Blooms Emiliania Huxleyi = + Blooms Emiliania Huxleyi = + 0.21 % albédo de la planète 0.21 % albédo de la planète soit une perte de – 0.35 W/m2soit une perte de – 0.35 W/m2

Chaleur océaniqueChaleur océanique•Plus de chaleur et de Plus de chaleur et de

lumière sont renvoyées lumière sont renvoyées vers l’atmosphère vers l’atmosphère entraînant globalement un entraînant globalement un refroidissement de la refroidissement de la colonne d’eau.colonne d’eau.

Albédo des nuagesAlbédo des nuages• Les coccolithophoridés sont les espèces qui Les coccolithophoridés sont les espèces qui

produisent le plus de DMS (diméthylsulfure produisent le plus de DMS (diméthylsulfure CH3 S CH3) qui est issu de la décomposition CH3 S CH3) qui est issu de la décomposition des cellules du phytoplancton dans la des cellules du phytoplancton dans la couche supérieure de l’océan et qui couche supérieure de l’océan et qui s’échappe dans l’atmosphère. s’échappe dans l’atmosphère.

• Le DMS s’oxyde en dioxyde SO2 puis en Le DMS s’oxyde en dioxyde SO2 puis en sulfate SO4 qui condense en minuscules sulfate SO4 qui condense en minuscules particules aérosols qui agissent comme des particules aérosols qui agissent comme des noyaux pour la formation des gouttes de noyaux pour la formation des gouttes de pluie et des nuages.pluie et des nuages.

• Les nuages et donc les coccolithophoridés Les nuages et donc les coccolithophoridés participent activement au bilan de l’albédo participent activement au bilan de l’albédo de la planètede la planète