Thèse Impact des Apports Lithogéniques sur le Cycle du Nd en Mer de Chine du Sud Étude Basée sur les Concentrations en Éléments de Terres Rares et la Composition Isotopique du Nd dans l'Eau de Mer H/F - Doctorat.Gouv.Fr
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Les missions du poste
Établissement : Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France Laboratoire de recherche : Géosciences Paris Saclay Direction de la thèse : Christophe COLIN ORCID 0000000239345191 Début de la thèse : 2027-09-01 Date limite de candidature : 2027-01-21T23:59:59 La composition isotopique du néodyme dissous (143Nd/144Nd, exprimée en Nd) de l'eau de mer constitue un traceur pertinent à la fois de la circulation océanique et des apports de Nd lithogenique liés à l'altération continentale. L'Nd de l'océan moderne présente une forte hétérogénéité spatiale, liée au temps de résidence relativement court du Nd (500-1000 ans) par rapport au temps de renouvellement global de l'océan (~1500 ans). Sa distribution est influencée par différents processus : apports lithogéniques fluviaux et éoliens, absorption/désorption des particules de la colonne d'eau, Processus dits de 'Boundary exchange'' et flux benthiques liés à la diagenèse. Cependant, l'impact de ces apports externes, notamment les interactions entre sédiments et eau de mer, reste mal contraint. Cette lacune limite notre compréhension du cycle moderne du Nd et l'utilisation de l'Nd comme traceur des mélanges des masses d'eau et des apports liés à l'altération continentale, tant dans les études modernes que paléocéanographiques.
Les foraminifères planctoniques sont largement utilisés pour reconstituer les variations passées de la circulation océanique. Plusieurs études montrent que ceux issus de sédiments de surface enregistrent principalement l'Nd des eaux profondes et/ou interstitielles. La signature isotopique initiale des eaux de mer peut en effet être modifiée par des encroutements d'oxydes de Fe-Mn formés sous l'interface sédiment-eau. Des travaux récents sur des pièges à sédiments montrent toutefois que l'Nd incorporé dans les encroutements d'oxydes de Fe-Mn des foraminifères peut également être modifié durant leur chute dans la colonne d'eau. Des variations saisonnières de l'Nd de l'eau de mer, associées aux fluctuations des apports sédimentaires, ont notamment été observées dans le golfe du Bengale et la mer des Philippines. Elles témoignent d'échanges rapides (saisons) entre particules lithogéniques et eau de mer, particulièrement lorsque les apports particulaires sont importants, et dépendent notamment de la minéralogie et de l'état d'altération des matériaux terrigènes. L'influence des apports lithogéniques locaux sur l'Nd de l'eau de mer pourrait ainsi être importante dans les mers marginales, mais les données à haute résolution temporelle et à différentes saisons restent rares.
La mer de Chine du Sud (MCS), mer marginale semi-fermée du Pacifique, constitue un environnement privilégié pour distinguer les effets de la circulation océanique de ceux des apports lithogéniques de Nd. Les eaux profondes du Pacifique (PDW, Nd 4) pénètrent dans la MCS par le détroit de Luzon et ventilent continuellement son bassin profond. Au cours de leur circulation le long des marges nord et ouest de la MCS, la PDW est susceptible d'être modifiée par les importants apports sédimentaires des fleuves asiatiques (Perle, Fleuve Rouge, Mékong), caractérisés par des Nd contrastés (11 à 13).
Cette étude portera sur les concentrations en éléments des terres rares (REE) et les compositions isotopiques du Nd d'échantillons d'eau de mer et de foraminifères planctoniques collectés à différentes profondeurs à l'aide de pièges à sédiments, le long d'un transect Nord-Sud dans la MCS. Les objectifs sont : (i) de mieux contraindre la distribution de l'Nd et des concentrations en REE le long de la trajectoire de la PDW sur la marge occidentale de la MCS, notamment dans les secteurs central et sud encore peu documentés ; (ii) de caractériser les signatures isotopiques du Nd préservées dans les foraminifères planctoniques modernes collectés par des pièges à sédiments ; (iii) d'évaluer l'impact des variations saisonnières des apports lithogéniques sur l'Nd de l'eau de mer dans la colonne d'eau ; et (iv) de mieux comprendre la préservation de la signature isotopique du Nd des foraminifères dans les carottes sédimentaires marines.
The Nd cycle in the ocean remains poorly constrained to date, which limits the use of Nd isotopic composition as a tracer of both modern and past ocean circulation. This PhD project aims to investigate seawater samples and planktonic foraminifera collected throughout the water column at several stations along a north-south transect in the South China Sea. This approach will allow us to conduct a detailed assessment of the impact of seasonal variability in terrigenous inputs on the Nd isotopic composition of seawater, as well as to investigate the processes involved in the incorporation and preservation of this isotopic signature in foraminiferal tests. This PhD project builds on previous oceanographic campaigns, including the HYDROSED cruise aboard the Marion Dufresne in 2018 (PIs: C. Colin and Z. Liu), as well as on recent sampling campaigns conducted by our Chinese colleagues. The project will benefit from an extensive body of previous research that has provided important constraints on the processes controlling terrigenous inputs to the water column. In this study, we will anayzed rare earth element (REE) concentrations and Nd isotope compositions of seawater samples from water stations as well as planktonic foraminifera samples collected in the water column at diffecrent water depth by using trap of sediments following a North to South transect in the South China Sea. Our aim is (1) better constrain the Nd and REE concentration along the PDW flow along the western margin of the SCS, in particulalry in the central and southern SCS which still not well contrain ; (ii) to determine the Nd isotope signatures preserved in modern planktonic foraminifera collected at different depths in the water column; (iii) to assess the impact of changes in lithogenic inputs on seawater Nd throughout the water column in the South China Sea ; (iv) bettern constrain the preservation of the Nd isotopic signature of foraminifera in the marine sediment cores. The samples required for this PhD project have been collected during previous oceanographic cruises. The analytical methods that will be implemented during the thesis are routinely performed at the GEOPS laboratory and will be used to determine rare earth element (REE) concentrations and Nd isotopic compositions in seawater samples (10 L) and planktonic foraminifera collected using sediment traps deployed at several depths throughout the water column. This approach will be complemented by analyses of surface sediments collected using multi-corers and CASQ cores. The dataset acquired over the past ten years has demonstrated that the main sedimentary sources supplying the northern and eastern margins of the South China Sea exhibit contrasting mineralogical and geochemical signatures (Nd). These contrasts allow the different sediment sources to be discriminated and the dispersal pathways of sediments derived from these sources to be reconstructed. This approach will make it possible to assess the influence of lithogenic inputs on the water masses entering the South China Sea, which are characterized by strongly contrasting Nd isotopic signatures. A modelling approach will also be developed to quantify the contribution of lithogenic Nd inputs to the South China Sea.
Les foraminifères planctoniques sont largement utilisés pour reconstituer les variations passées de la circulation océanique. Plusieurs études montrent que ceux issus de sédiments de surface enregistrent principalement l'Nd des eaux profondes et/ou interstitielles. La signature isotopique initiale des eaux de mer peut en effet être modifiée par des encroutements d'oxydes de Fe-Mn formés sous l'interface sédiment-eau. Des travaux récents sur des pièges à sédiments montrent toutefois que l'Nd incorporé dans les encroutements d'oxydes de Fe-Mn des foraminifères peut également être modifié durant leur chute dans la colonne d'eau. Des variations saisonnières de l'Nd de l'eau de mer, associées aux fluctuations des apports sédimentaires, ont notamment été observées dans le golfe du Bengale et la mer des Philippines. Elles témoignent d'échanges rapides (saisons) entre particules lithogéniques et eau de mer, particulièrement lorsque les apports particulaires sont importants, et dépendent notamment de la minéralogie et de l'état d'altération des matériaux terrigènes. L'influence des apports lithogéniques locaux sur l'Nd de l'eau de mer pourrait ainsi être importante dans les mers marginales, mais les données à haute résolution temporelle et à différentes saisons restent rares.
La mer de Chine du Sud (MCS), mer marginale semi-fermée du Pacifique, constitue un environnement privilégié pour distinguer les effets de la circulation océanique de ceux des apports lithogéniques de Nd. Les eaux profondes du Pacifique (PDW, Nd 4) pénètrent dans la MCS par le détroit de Luzon et ventilent continuellement son bassin profond. Au cours de leur circulation le long des marges nord et ouest de la MCS, la PDW est susceptible d'être modifiée par les importants apports sédimentaires des fleuves asiatiques (Perle, Fleuve Rouge, Mékong), caractérisés par des Nd contrastés (11 à 13).
Cette étude portera sur les concentrations en éléments des terres rares (REE) et les compositions isotopiques du Nd d'échantillons d'eau de mer et de foraminifères planctoniques collectés à différentes profondeurs à l'aide de pièges à sédiments, le long d'un transect Nord-Sud dans la MCS. Les objectifs sont : (i) de mieux contraindre la distribution de l'Nd et des concentrations en REE le long de la trajectoire de la PDW sur la marge occidentale de la MCS, notamment dans les secteurs central et sud encore peu documentés ; (ii) de caractériser les signatures isotopiques du Nd préservées dans les foraminifères planctoniques modernes collectés par des pièges à sédiments ; (iii) d'évaluer l'impact des variations saisonnières des apports lithogéniques sur l'Nd de l'eau de mer dans la colonne d'eau ; et (iv) de mieux comprendre la préservation de la signature isotopique du Nd des foraminifères dans les carottes sédimentaires marines.
The Nd cycle in the ocean remains poorly constrained to date, which limits the use of Nd isotopic composition as a tracer of both modern and past ocean circulation. This PhD project aims to investigate seawater samples and planktonic foraminifera collected throughout the water column at several stations along a north-south transect in the South China Sea. This approach will allow us to conduct a detailed assessment of the impact of seasonal variability in terrigenous inputs on the Nd isotopic composition of seawater, as well as to investigate the processes involved in the incorporation and preservation of this isotopic signature in foraminiferal tests. This PhD project builds on previous oceanographic campaigns, including the HYDROSED cruise aboard the Marion Dufresne in 2018 (PIs: C. Colin and Z. Liu), as well as on recent sampling campaigns conducted by our Chinese colleagues. The project will benefit from an extensive body of previous research that has provided important constraints on the processes controlling terrigenous inputs to the water column. In this study, we will anayzed rare earth element (REE) concentrations and Nd isotope compositions of seawater samples from water stations as well as planktonic foraminifera samples collected in the water column at diffecrent water depth by using trap of sediments following a North to South transect in the South China Sea. Our aim is (1) better constrain the Nd and REE concentration along the PDW flow along the western margin of the SCS, in particulalry in the central and southern SCS which still not well contrain ; (ii) to determine the Nd isotope signatures preserved in modern planktonic foraminifera collected at different depths in the water column; (iii) to assess the impact of changes in lithogenic inputs on seawater Nd throughout the water column in the South China Sea ; (iv) bettern constrain the preservation of the Nd isotopic signature of foraminifera in the marine sediment cores. The samples required for this PhD project have been collected during previous oceanographic cruises. The analytical methods that will be implemented during the thesis are routinely performed at the GEOPS laboratory and will be used to determine rare earth element (REE) concentrations and Nd isotopic compositions in seawater samples (10 L) and planktonic foraminifera collected using sediment traps deployed at several depths throughout the water column. This approach will be complemented by analyses of surface sediments collected using multi-corers and CASQ cores. The dataset acquired over the past ten years has demonstrated that the main sedimentary sources supplying the northern and eastern margins of the South China Sea exhibit contrasting mineralogical and geochemical signatures (Nd). These contrasts allow the different sediment sources to be discriminated and the dispersal pathways of sediments derived from these sources to be reconstructed. This approach will make it possible to assess the influence of lithogenic inputs on the water masses entering the South China Sea, which are characterized by strongly contrasting Nd isotopic signatures. A modelling approach will also be developed to quantify the contribution of lithogenic Nd inputs to the South China Sea.
Le profil recherché
Le candidat devra avoir une formation en géosciences, idéalement en géochimie et sédimentologie. Des compétences en paléoclimatologie et/ou en géologie marine sédimentaire seraient un plus. Le candidat travaillera sur plusieurs plateformes analytiques et obtiendra ses résultats par différentes techniques de pointe. Le candidat aura un travail de recherche et de synthèse bibliographique à mener, devra rédiger des résumés et articles et avoir un bon niveau d'anglais.
Compétences requises
- Anglais