Principales voies d'exportation de la matière organique depuis la zone euphotique, dans le secteur canadien de la mer de Beaufort, à l'été 2008

RÉSUMÉ: L'exceptionnel déclin de l'étendue de glace de mer observé en 2007-2008, l'augmentation du débit des rivières arctiques, de la fréquence et de l'intensité des tempêtes, le réchauffement des eaux de surface et la fonte du pergélisol sont des indices du réchauffement global dans l'océan Arctique. Ces changements soulignent la nécessité d'approfondir notre compréhension du cycle du carbone biogénique et des voies de transfert de la matière et de l'énergie sur les plateaux arctiques et d'étudier leurs impacts sur le fonctionnement de l'écosystème marin arctique. L'objectif central de ce travail était d'étudier les principales voies d'exportation de la matière organique depuis la zone euphotique dans le secteur canadien de la mer de Beaufort durant l'été 2008. Les objectifs spécifiques étaient : (1) de caractériser les patrons spatiaux et temporels de l'amplitude et de la composition de la matière organique particulaire exportée depuis la zone euphotique et d'évaluer les récents changements par rapport aux observations passées dans cette même zone, et (2) d'identifier les sources de la matière organique en sédimentation (allochtone vs autochtone) dans la zone d'étude. Pour ce faire, la production phytoplanctonique des cellules de grande (>5 μm) et de petite (0,7-5 μm) taille a été mesurée à sept profondeurs dans la zone euphotique au moyen du traceur isotopique 14c. Les flux verticaux du matériel particulaire ont été déterminés à l'aide de pièges à particules dérivants, déployés sous la zone euphotique à 100 m de profondeur, en moyenne pendant 18 ± 8 h. Au cours de cette étude, la production primaire était exceptionnellement élevée et dominée par des cellules de grande taille (> 5 μm). Cette forte production serait attribuable au retrait précoce de la glace de mer combiné à des évènements d'upwellings côtiers qui ont enrichi les eaux de surface en nutriments. Cependant, à l'exception d'une station située au nord du cap Bathurst, les flux verticaux de carbone organique par ticulaire (COP) sont demeurés faibles par rapport aux autres plateaux arctiques. Malgré une contribution élevée des substances exopolymériques (EPS) aux flux de COP, les EPS ne semblent pas avoir favorisé l'export des particules vers le benthos. L'utilisation des signatures isotopiques (δ13C et δ15N) et des ratios carbone:azote afin d'identifier les sources du matériel en sédimentation n'a été fructueuse qu'à deux stations caractérisées par une forte signature marine ou terrestre. Nos données suggèrent qu'en moyenne 81 ± 47% de la production primaire journalière a été recyclée avant d'atteindre 100 m de profondeur et, par conséquent, qu'une faible fraction de la production primaire a été exportée vers le benthos. Les résultats de notre étude mettent en évidence le rôle prépondérant des processus de recyclage, à travers le broutage du mésozooplancton (« top-down control », en anglais) et le réseau microbien, sur le devenir de la production primaire dans le secteur canadien de la mer de Beaufort à l'été 2008. -- ABSTRACT: The exceptional decline in the sea ice extent observed in 2007-2008, the inerease Arctic river discharge, the increase in frequency and intensity of storms, the sea surface warming and the thawing of permafrost are all evidences of global warming in Arctic Ocean. These changes stress the need to further our understanding of biogenic carbon cycling and energy transfer pathways on Arctic shelves and to study the impact of the recent intensification of environmental changes taking place in the Arctic. The overall objective of this study was to investigate the main pathways of sinking export of organic material from the euphotic zone in the Canadian Beaufort Sea, in summer 2008. Specific objectives were to: (l) characterize spatial and temporal patterns in the magnitude and composition of particulate organic material exported from the euphotic zone and evaluate recent changes with respect to previous observations in the same area, and (2) identify sources of the sinking organic material (allochthonous vs autochthonous) in the study area. Primary production rates of large (> 5 μm) and small (0.7-5 μm) cells were measured at seven optical depths using the 14C-assimilation method and the sinking export of organic material was measured using short-term free-drifting particle interceptor traps deployed below the euphotic zone at 100 m, during on mean 18 ± 8 h. The combined influence of early ice retrieval and coastal upwelling supplying the surface layer in nutrients contributed to exceptionally high primary production, dominated by large cells (> 5 μm) in summer 2008. However, except for one station located north of Cape Bathurst, the sinking export of particulate organic carbon (POC) was low compared to other Arctic shelves. Exopolymeric substances were abundant in the sinking material but did not appear to accelerate POC sinking export to the benthos. The use of isotopic signatures (δ13C, δ15N) and carbon:nitrogen ratios to identify sources of the sinking material was successful only at two stations with a strong marine or terrestrial signature. Bulk estimates indicate that 81 ± 47% of the primary production in the euphotic zone was recycled in the upper 100 m, and that only a small fraction of primary production was exported to the benthos. This points to a strong influence of recycling processes throughout mesozooplankton grazing (top-down control) and microbial food web in shaping the sinking export and transfer of organic material within the marine food web of the Canadian Beaufort Sea in summer 2008.

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