TOMCAR Thèse 2014

Proposition de thèse ministérielle
Caractérisation moléculaire et isotopique de la matière organique dissoute dans les rivières
arctiques : origine, dynamique et rôle dans le transfert des contaminants métalliques.
Laboratoire d’Écologie Fonctionnelle et Environnement (EcoLab) - UMR5245
Ecole Doctorale "Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace", Université de Toulouse
Sous la direction de :
Roman Teisserenc, Maître de Conférences INP-ENSAT
Jean-Luc Probst, Directeur de recherche CNRS
Contexte
Le changement climatique est une des modifications majeures de l’environnement reliées à l’ère
industrielle. Le réchauffement global n’est pas uniforme et les modèles globaux du climat prédisent un
réchauffement futur relativement plus important dans les hautes latitudes. Jusqu’à présent, ces
environnements étaient largement moins étudiés que ceux situés à des latitudes plus basses. La plupart
des rivières arctiques drainent de vastes zones de pergélisol continu ou discontinu. La partie
supérieure de ces sols, particulièrement riche en carbone organique, fond chaque année pendant la
période estivale. Cette couche active joue un rôle déterminant dans ces régions car l’essentiel des
processus écologique, hydrologique, biogéochimique et pédogénétique y prennent place Avec les
prévisions d’augmentation des températures, la superficie de pergélisol diminue et l’épaisseur de la
couche active augmente. La combinaison de ces deux processus, conséquences du changement
climatique, va grandement modifier les cycles biogéochimiques dans ces régions, notamment celui du
carbone organique. En effet, ces processus vont conduire à une libération importante des flux de
carbone organique des sols et des tourbières et à une augmentation de leurs transferts vers les
écosystèmes aquatiques. L’augmentation des concentrations de carbone organique dissous (COD) est
particulièrement bien documentée dans ces régions mais très peu d’études ont été menées sur la
source (sols forestiers, tourbières, sols agricoles) et la qualité (nature et état de dégradation) de ce
COD. Pourtant, au-delà des quantités de CO carbone organique exportées dans les rivières et les
fleuves vers l’Océan Arctique, il est crucial de déterminer la composition et la qualité de ce flux
supplémentaire de matière organique. En effet, si la plupart du carbone organique transféré vers
l’Océan Arctique est labile et dégradable (disponible pour la dégradation biologique), son évolution
peut modifier considérablement les cycles biogéochimiques des éléments. Il constituerait d’une part
une rétroaction positive au changement climatique avec une émission accrue de CO2 et de CH4 mais
également, il participerait au transfert préférentiel des éléments métalliques qui se sont accumulés dans
les écosystèmes arctiques depuis le début de l’ère industrielle.
Le projet de thèse s’insère dans le cadre du projet européen TOMCAR-Permafrost (Terrestrial
organic matter characterization in Arctic River through molecular and isotopic analyses, FP7PEOPLE-2010-RG), qui porte sur l’analyse moléculaire et isotopique de la matière organique dissoute
des fleuves arctiques. Ce projet participe à la dynamique de recherche du groupement de recherche
international CAR-WET-SIB II et est inclus dans la thématique Climat, Biosphère, Environnement du
Centre Franco-Sibérien de recherche et formation (CFS).
Cadre spécifique
L’analyse de nombreux marqueurs moléculaires (lipides, lignines) et isotopiques de la matière
organique est développée depuis plusieurs années dans les matrices environnementales solides (sols,
tourbières, sédiments) et depuis quelques années dans la fraction particulaire de la colonne d’eau. Les
analyses moléculaires sur la fraction dissoute sont plus rares et sont limitées à des molécules très
résistantes à la dégradation et en quantité importante (e g phénols dérivés de la lignine). Les analyses
isotopiques sur des fractions moléculaires n’ont jusqu’à présent jamais été réalisées. Nous possédons
donc actuellement une vision partielle de la composition de cette matière organique dissoute dans les
rivières arctiques alors qu’elle représente entre 80 à 90% du carbone organique de la colonne d’eau et
que cette composition peut influencer à la fois le cycle global du carbone et le devenir des
contaminants dans l’environnement.
L’objectif de ce projet de thèse est donc de développer une recherche spécifique sur la qualité et les
sources de matière organique dissoute dans les rivières arctiques couplée à une analyse des
contaminants (principalement métalliques). Le recouvrement d’une quantité suffisante de matériel
organique sera réalisé par l’utilisation couplée de filtration tangentielle à flux continu et d’osmose
inverse. L’essentiel du terrain se déroulera sur le fleuve Ienissei en Sibérie centrale à 140km au nord
du cercle polaire. Il comprend aussi des expérimentations locales dans les Pyrénées.
Dans le cadre du projet TOMCAR-Permafrost, le projet de thèse a pour objectifs :
Premièrement, une recherche prospective de marqueurs moléculaires spécifiques
dérivés de la dégradation de la lignine et des cortèges moléculaires lipidiques
potentiellement marqueurs de tourbières qui représentent une part conséquente des
bassins versants arctiques (jusqu’à 30%). Ceci permettra d’amener une plus grande
connaissance des sources et de la qualité de la matière organique dissoute exportée
par les fleuves arctiques. Ces approches seront couplées avec une approche
isotopique (13C et 14C) de ces marqueurs moléculaires.
Deuxièmement, une analyse des contaminants exportés par les fleuves arctiques et
leur couplage avec l’étude de la qualité de la matière organique dissoute (qualité et
source) permettra d’améliorer notre compréhension de la dynamique de ces
contaminants dans des environnements soumis à un changement global rapide et
actuellement très peu explorés.
Profil recherché : Le/La candidat/e devra posséder un diplôme de Master 2 ou équivalent dans le
domaine de la biogéochimie, l’hydrochimie ou des sciences de l’environnement. Des expériences
préalables de terrain en milieu éloigné ainsi que la maîtrise des outils de systèmes d’information
géographique sont un plus. Il/Elle devra démontrer une forte motivation pour des campagnes de
terrain longues (jusqu’à 2 mois) en condition difficile (fleuve arctique), de l’expérimentation en
laboratoire et de la polyvalence sur les diverses techniques analytiques.
Pour candidater : Faire parvenir une lettre de motivation, un CV, vos relevés de notes et le contact
d’une personne référence (ou une lettre de recommandation) avant le 15 mai 2014 à
[email protected], objet : Thèse TOMCAR 2014
Pour plus d’informations :
Roman Teisserenc : [email protected]
Jean-Luc Probst : [email protected]

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