Etude du cycle d'un micronutriment éssentiel, le fer, par la modélisation couplée physique biogéochimie dans l'océan // Study of the cycle of an essential micronutrient, iron, using coupled physical-biogeochemical modeling in the ocean

Le fer est un micronutriment essentiel qui limite la productivité primaire dans de vastes régions océaniques, jouant ainsi un rôle clé dans la pompe biologique de carbone et la régulation du climat. Malgré ce rôle important, de nombreuses questions restent posée sur son cycle. Quelles sont les sources dominantes du fer (sédiments, poussière, hydrothermalisme) ? Comment le cycle du fer est contrôlé au sein de la colonne d'eau océanique (consommation par le phytoplancton, reminéralisation, notamment) ?
Le développement des études des isotopes de cet élément a ouvert une nouvelle dimension sur ces questions. Le LEGOS a été le premier laboratoire au monde à publier ce type de données dans l'océan1 et possède une expertise internationalement reconnue sur cette thématique scientifique.
Aujourd'hui pour comprendre et interpréter le grand nombre de données disponibles (programme international GEOTRACES https://www.geotraces.org/), la modélisation numérique est l'outil incontournable. Le LEGOS possède aussi une très forte expertise sur ces outils.

Dans ce cadre, le LEGOS a créé une forte dynamique sur la modélisation des traceurs et isotopes, avec le recrutement d'un ingénieur de recherche spécialiste en 2025 et la création d'un axe scientifique transverse 'MOBIOTO - modélisation couplée biogéochimie traceurs et isotopes dans l'océan' 2. Nous souhaitons réaliser pour la première fois à l'échelle internationale une modélisation multi-traceurs, isotopes du fer (Fe), du radium (Ra), du protactinium (Pa), du thorium (Th), du néodyme (Nd) et du lithium (Li), à l'échelle globale et régionale en Atlantique Nord. Ce projet serait réalisé en collaboration avec les laboratoires LSCE-IPSL (Saclay) et LOPS (Brest).

Le sujet de thèse porte spécifiquement sur la modélisation des isotopes du fer (modèle NEMO/PISCES), à la fois à l'échelle globale et régionale. Un travail de comparaison modèle données sera réalisé, notamment en lien avec la campagne en mer GEOVIDE, dans laquelle le LEGOS est très impliqué. L'impact des variations de la circulation thermohaline au cours des 2 dernières décennies sera aussi étudié, grâce à la série temporelle OVIDE en Atlantique nord. Dans un cadre collaboratif, la doctorante ou le doctorant contribuera aux travaux de modélisation des autres traceurs (Ra, Pa, Th, Nd et Li).

La doctorante ou le doctorant bénéficiera d'un encadrant de grande qualité en modélisation (pole numérique du LEGOS) mais aussi d'une expertise reconnue sur les cycles naturels au sein de l'équipe d'accueil, 'TIM – Toulouse Isotopie Marine' (https://www.legos.omp.eu/research-team/tim/) 3.
Il participera à des conférences internationales et rédigera des publications scientifiques.

1. Lacan, F., A. Radic, C. Jeandel, F. Poitrasson, G. Sarthou, C. Pradoux, and R. Freydier. 2008. Measurement of the isotopic composition of dissolved iron in the open ocean, Geophys. Res. Lett., 35, L24610, doi:10.1029/2008GL035841.
2. Ayache et al., 2021 : Evaluate the impact of Mediterranean overflow on the large-scale circulation using IPSL-CM5 https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2021.110359
3. Camin, M. Labatut, C. Pradoux, J.W. Murray, F. Lacan, Iron isotope insights into equatorial Pacific biogeochemistry, Ocean Science 22 (2026) 791–820. https://doi.org/10.5194/os-22-791-2026
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Iron is an essential micronutrient that limits primary productivity across vast ocean regions, thereby playing a key role in the biological carbon pump and climate regulation. Despite this important role, many questions remain about its cycle. What are the dominant sources of iron (sediments, dust, hydrothermal activity)? How is the iron cycle controlled within the ocean water column (phytoplankton uptake, remineralization, among other processes)?
The development of isotopic studies of this element has opened up a new dimension to these questions. LEGOS was the first laboratory in the world to publish this type of data in the ocean¹ and possesses internationally recognized expertise in this scientific field.
Today, to understand and interpret the vast amount of available data (the international GEOTRACES program https://www.geotraces.org/), numerical modeling is an indispensable tool. LEGOS also possesses extensive expertise in these tools.

In this context, LEGOS has created a strong momentum in tracer and isotope modeling, with the recruitment of a specialist research engineer in 2025 and the creation of a cross-disciplinary research focus, “MOBIOTO—coupled biogeochemical modeling of tracers and isotopes in the ocean” 2. We aim to conduct, for the first time on an international scale, a multi-tracer modeling study using isotopes of iron (Fe), radium (Ra), protactinium (Pa), thorium (Th), neodymium (Nd), and lithium (Li) at both global and regional scales in the North Atlantic. This project would be carried out in collaboration with the LSCE-IPSL (Saclay) and LOPS (Brest) laboratories.

The thesis topic specifically focuses on the modeling of iron isotopes (NEMO/PISCES model), at both the global and regional scales. A model-data comparison study will be conducted, particularly in connection with the GEOVIDE ocean campaign, in which LEGOS is heavily involved. The impact of variations in thermohaline circulation over the past two decades will also be studied, using the OVIDE time series in the North Atlantic. Within a collaborative framework, the doctoral student will contribute to modeling work on other tracers (Ra, Pa, Th, Nd, and Li).

The PhD student will benefit from high-quality supervision in modeling (LEGOS's numerical center) as well as recognized expertise on natural cycles within the host team, ‘TIM – Toulouse Isotopie Marine' (https://www.legos.omp.eu/research-team/tim/) 3.
They will participate in international conferences and author scientific publications.

4. Lacan, F., A. Radic, C. Jeandel, F. Poitrasson, G. Sarthou, C. Pradoux, and R. Freydier. 2008. Measurement of the isotopic composition of dissolved iron in the open ocean, Geophys. Res. Lett., 35, L24610, doi:10.1029/2008GL035841.
5. Ayache et al., 2021 : Evaluate the impact of Mediterranean overflow on the large-scale circulation using IPSL-CM5 https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2021.110359
6. Camin, M. Labatut, C. Pradoux, J.W. Murray, F. Lacan, Iron isotope insights into equatorial Pacific biogeochemistry, Ocean Science 22 (2026) 791–820. https://doi.org/10.5194/os-22-791-2026
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Toulouse

173 SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace

Master en océanographie. Formation initiale en physique ou mathématique. Attrait pour les cycles biogéochimiques et la modélisation numérique
Master's degree in oceanography. Undergraduate degree in physics or mathematics. Interest in biogeochemical cycles and numerical modeling