Interaction entre fer et composés organiques dans le dépôt atmosphérique en zone Australe // Interaction between iron and organic compounds in atmospheric deposition in the Southern Oceans region

Les zones de l'océan Indien Sud et de l'océan Austral sont des régions connues pour être riches en nutriments mais limitées en production primaire, du fait d'un manque de fer. Ces zones sont soumises à des masses d'air provenant des continents africain ou australien, chargées d'aérosols issus du désert, de la combustion de la biomasse ou encore de la pollution anthropique. Ces sources produisent des particules riches en fer. Les masses d'air, chargées par ces émissions se déplacent principalement dans des couches d'altitude, ce qui limite la possibilité de dépôts secs. Toutefois, ces particules peuvent être lessivées par les pluies, dont la saisonnalité correspond aux intrusions d'aérosols en altitude. Ainsi ces pluies peuvent représenter une source potentielle de fer pour les océans de cette région.

Pour cela, il faut que le fer fourni soit chimiquement disponible après dépôt, c'est-à-dire que ces formes chimiques permettent qu'ils soient maintenus dissous lors du passage de l'eau atmosphérique à l'eau de mer. Il a été mis en évidence que la complexation avec des ligands organiques atmosphériques présents comme le fer dans les particules pourraient faciliter sa dissolution dans les gouttes de pluie et aussi stabiliser le fer sous forme dissoute. Cette thèse s'inscrit dans la démarche d'estimation des flux atmosphériques de fer dissous, en considérant à la fois les poussières désertiques et les aérosols de biomasse, et en se focalisant notamment sur son interaction avec les espèces organiques dans les pluies, dont les mesures sont encore extrêmement parcellaires.

Pour cela, ce travail de thèse consistera à mener une analyse chimique, la plus exhaustive possible, du fer et des espèces organiques à partir d'échantillons d'aérosols collectées en zone d'émission (Namibie) et en zone de dépôt dans des pluies collectées dans l'Océan austral. Cette thèse utilisera des échantillons de dépôt de deux campagnes de terrain réalisées en mai et septembre 2024 en Namibie dans le cadre du projet AEROFOG, et les prélèvements de pluie menées lors de campagnes en mer dans l'Océan Indien Sud et Austral (en Février 2023 et Juillet 2026). Les prélèvements de la campagne de 2026 seront menés au cours de cette thèse. Afin d'investiguer les liens entre complexation organique et dissolution du fer, ce travail requiert également une étape de mise au point analytique, au laboratoire, de méthodes pour la mesure des complexes organiques du fer dans les pluies.

Les résultats attendus sur ce travail devraient permettre de déterminer les principales formes dissoutes du fer dans le dépôt atmosphérique en fonction de son origine dans l'Océan Indien Sud et Austral et de quantifier le rôle des complexants organiques atmosphériques dans ces flux de fer.
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The Southern Indian Ocean and the Southern Ocean are regions known to be nutrient-rich but limited in primary production due to a lack of iron. These areas are influenced by air masses originating from the African or Australian continents, carrying aerosols derived from desert dust, biomass burning, or anthropogenic pollution. These sources produce iron-rich particles. The air masses, loaded with these emissions, primarily travel at high altitudes, limiting the potential for dry deposition. However, these particles can be scavenged by rainfall. The seasonality of these rains coincides with the intrusions of aerosols at altitude, making rainfall a potential source of iron for the oceans in this region.

For this to occur, the iron supplied must be chemically available after deposition, meaning its chemical forms must allow it to remain dissolved when transitioning from atmospheric water to seawater. It has been shown that complexation with atmospheric organic ligands, present alongside iron in particles, can facilitate its dissolution in rainwater and stabilize the iron in its dissolved form. This thesis aims to estimate the fluxes of dissolved iron from atmospheric sources, considering both desert dust and biomass aerosols, with a particular focus on its interaction with organic species in rainwater, where measurements remain extremely scarce.

To achieve this, the thesis will involve conducting an exhaustive chemical analysis of iron and organic species from aerosol samples collected in emission zones (Namibia) and deposition zones, specifically rain samples from the Southern Ocean. This thesis will use deposition samples from two field campaigns conducted in Namibia in May and September 2024 as part of the AEROFOG project, along with rainwater samples collected during oceanographic campaigns in the Southern and Indian Oceans (in February 2023 and July 2026). Rainwater sampling for the 2026 campaign will be carried out during this thesis. To investigate the links between organic complexation and iron dissolution, the work will also require developing analytical methods in the laboratory to measure iron-organic complexes in rainwater.

The results of this work are expected to determine the main dissolved forms of iron in atmospheric deposition based on its origin in the Southern and Indian Oceans and to quantify the role of atmospheric organic complexing agents in these iron fluxes.

The international dimension of this thesis will be supported by collaborations with international teams involved in the field campaigns. Part of this work will be conducted in collaboration with the marine biology community to compare measured iron fluxes with the requirements of different phytoplankton species.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrats ED : Programme blanc SU-SIM

Université Paris Cité

129 Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France

Le ou la candidat.e devra avoir un master en chimie atmosphérique, sciences de l'atmosphère ou en géochimie et des compétences en chimie analytique. Une grande partie de ce travail devant se faire en conditions d'ultra-propreté, une expérience de travail en salle blanche ou en conditions propres sera également appréciée. Une forte motivation, de la rigueur scientifique, de l'enthousiasme et une volonté de communiquer sont requis.
The candidate should have knowledge of atmospheric chemistry/sciences or geochemistry and skills in analytical chemistry. As a significant portion of this work will need to be conducted under ultra-clean conditions, prior experience working in clean rooms or clean environments would be appreciated. Strong motivation, enthusiasm, scientific rigor and a willingness to communicate are essential.