L’océan constitue aujourd’hui le plus grand puits de carbone de la planète, absorbant près d’un quart des émissions anthropiques de CO₂. Cette capacité repose en grande partie sur l’activité du phytoplancton, dont la photosynthèse alimente la pompe biologique océanique et contribue à réguler les concentrations atmosphériques de CO₂ sur des échelles de temps allant de quelques années à plusieurs milliers d’années. Comprendre comment la biosphère marine répond aux changements environnementaux est donc essentiel pour prédire l’évolution future du cycle du carbone, mais également pour mieux interpréter les variations climatiques du passé.

Le dioxygène et sa composition isotopique (δ¹⁸O et Δ¹⁷O) sont parmi les principaux traceurs uniques directs de l’activité biologique (respiration et photosynthèse) et ils sont notamment utilisés pour tracer les variations passées de la productivité biologique à partir des gaz piégés dans les carottes de glace. Pourtant, leur interprétation reste encore limitée par une connaissance insuffisante des fractionnements isotopiques associés aux organismes marins. Pour déterminer les coefficients de fractionnement isotopique de l’O2 dans la biosphère marine, un dispositif expérimental de laboratoire a été développé et validé permettant de cultiver des espèces différentes de phytoplancton dans des conditions réalistes (Bienville et al., 2026). 

L’objectif de ce stage de master est d’étudier le fractionnement isotopique du dioxygène pour 3 espèces marines (diatomées et cyanobactéries) dans plusieurs conditions environnementales différentes (niveau de CO2, température). Une première partie du stage de master consistera en un travail expérimental impliquant la culture de ces espèces marines (CEREEP Ile de France) et la mesure des coefficients de fractionnements sur les chambres biologiques instrumentées (LSCE) par des techniques de spectrométrie de masse et de spectroscopie optique. La deuxième partie du stage consistera à interpréter les données obtenues au regard des spécificités fonctionnelles des espèces étudiées (collaboration avec le MNHN) et à discuter l’implication de ces résultats pour l’interprétation des variations passées de la composition isotopique du dioxygène au cours des derniers 1,2 million d’années, contribuant ainsi à mieux reconstruire l’évolution de la productivité océanique et du cycle du carbone au cours des grands changements climatiques.

L’étudiant(e) sélectionné(e) bénéficiera d’un soutien technique pour la culture des espèces et la mise en place des expériences en chambres biologiques contrôlées. Il/elle bénéficiera d’un encadrement quotidien sur les différents aspects scientifiques de la thèse (écologie, géochimie appliquée à l’environnement, climat, cycle du carbone et de l’oxygène) et sera pleinement intégré(e) dans les équipes de recherche du LSCE et du CEREEP.

Reference : Bienville, N., Landais, A., Fiorini, S., Piel, C., Sauze, J., Lemaire, B., Geyskens, N., Prie, F., Jossoud, O., Paul, C., Chaillot, J., Lauwers, T., Chollet, S., Abiven, S., and Dapoigny, A.: An intermediary scale setup to measure O2 fractionation factors of aquatic biosphere, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2026-1369, 2026.