Atmosphère

Les diatomées : une capacité sous-estimée à stocker le carbone dans l’océan profond

18 décembre 2017 by osuadmin

Les océans, en absorbant une partie du CO2 présent dans l’atmosphère, contribuent à réguler le climat à l’échelle mondiale. Par photosynthèse, les micro-algues des eaux de surface transforment ce CO2 en carbone organique. Celui-ci est ensuite transféré vers l’océan profond où il est séquestré pour plus d’un siècle. Dans ce transfert qui constitue une véritable « pompe biologique de carbone », les diatomées (micro-algues à carapace siliceuse) jouent un rôle essentiel. Une équipe internationale ¹, menée par des chercheurs de l’Institut universitaire européen de la mer (UBO, CNRS, IRD), a montré que le transfert de carbone dans l’océan profond dû aux diatomées avait été sous-estimé. Les scientifiques révèlent également que toutes les espèces de diatomées n’ont pas le même potentiel dans ce transfert. Enfin, ils démontrent que les prédictions du devenir des diatomées dans l’océan du futur reposent sur des modèles trop simplifiés du système océan. Cette étude, qui combine des approches novatrices pluridisciplinaires, est parue dans la revue Nature Geoscience, le 18 décembre 2017.

1. Laboratoire des sciences de l’environnement marin (LEMAR, UBO/CNRS /IRD/Ifremer) de l’Institut universitaire européen de la mer (IUEM, UBO/CNRS/IRD), Institut de biologie de l’Ecole Normale Supérieure (IBENS, CNRS/ENS Paris/Inserm), Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE, UVSQ/CNRS/CEA) et Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN, UPMC/CNRS/MNHN/IRD) à l’Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), Evolution Paris Seine (CNRS/UPMC), Laboratoire d’océanographie de Villefranche (LOV, UPMC/CNRS), Institut méditerranéen d’océanologie (MIO, CNRS/IRD/AMU/Université de Toulon), Massachusetts Institute of Technology (DEAPS), en coopération, la SZN (Italie), la SFSU (Etats-Unis) et la MAU (Canada)..

Pollution atmosphérique en Méditerranée occidentale

21 novembre 2017 by osuadmin

Pour la première fois, une équipe internationale ¹ de chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) et du Laboratoire de chimie de l’environnement (CNRS / AMU) ont réalisé une analyse comparative de l’occurrence atmosphérique des polluants organiques persistants au niveau des marges africaines et européennes de la Méditerranée occidentale. Cette étude met en évidence une pollution différenciée entre Bizerte (Tunisie) et Marseille (France), dépendant de la nature des polluants.

Il est admis que la mer Méditerranée est largement impactée par les polluants organiques persistants (POPs), mais leurs effets sur les écosystèmes et le cycle du carbone sont encore peu étudiés. La présence atmosphérique de POPs sur la côte nord-ouest de la Méditerranée africaine est quant à elle très mal documentée. Par ailleurs, des observations comparatives sur les marges africaine et européenne de la mer Méditerranée n’avaient encore jamais été réalisées.

Des échantillons d’aérosols atmosphériques, collectés simultanément en 2015 – 2016 dans deux villes côtières de référence, en Afrique (Bizerte, Tunisie) et en Europe (Marseille, France), ont été analysés pour 62 contaminants organiques toxiques appartenant aux trois plus importantes familles de POPs :

les polychloro dibenzo-p-dioxines et les dibenzofuranes (PCDD/Fs), connus sous le nom générique de « dioxines » et produits dans les processus de combustion ;
les polychlorobiphényles (PCBs), considérés comme des contaminants industriels classiques ;
les polybromodiphényléthers (PBDE) qui, contrairement aux PCDD/Fs et aux PCBs, sont considérés comme une première génération de « contaminants émergents » (seulement récemment interdits) et plus associés à la période actuelle.

**Représentation des apports atmosphériques**
Représentation des apports atmosphériques des PCDD/Fs, des PCBs et des PBDEs à Bizerte (en jaune) et Marseille (en bleu) et du transfert éventuel de l’Europe vers l’Afrique des stocks atmosphériques de PBDEs en mer Méditerranée côtière du Nord-Ouest (une des hypothèses proposées).
*Crédit : MIO*

L’étude révèle des valeurs médianes ² de concentrations et d’apports atmosphériques des dioxines et des PCBs plus élevées du côté africain (exposition potentielle plus élevée), tandis que les niveaux médians de concentrations et d’apports des PBDE « émergents » sont plus élevés du côté européen. Par ailleurs, bien que des sources locales sur le bord nord-ouest méditerranéen de l’Afrique ne soient pas écartées, les auteurs avancent comme hypothèse un éventuel transfert de l’Europe vers l’Afrique des stocks atmosphériques de PBDE (ceci reste à confirmer avec des observations supplémentaires).

Ce travail répond à un objectif majeur du programme MERMEX-MERITE/MISTRALS d’études sur l’intercomparaison des produits chimiques toxiques sur les côtes africaines et européennes de l’ouest de la Méditerranée. Réalisé sous la responsabilité du MIO et dans le cadre global du Labex OT-MED (MEDPOP), ce travail est le fruit d’une collaboration avec plusieurs laboratoires espagnols et tunisiens dans le cadre du LMI-Cosysmed de l’IRD. D’autres travaux sur l’impact de ces contaminants sur les écosystèmes marins sont en cours au MIO.

1. Les institutions étrangères impliquées sont l’université de Carthage (Tunisie) et l’Institute of organic chemistry - CSIC (Espagne).

2. Valeur centrale de la série de données

Le cycle caché de l’oxygène au sein des Zones de minimum d’oxygène (OMZ)

17 septembre 2017 by osuadmin

Dans de larges régions des océans tropicaux appauvries en oxygène (les Zones de minimum d’oxygène ou OMZ), une variation, même faible, de la concentration en oxygène induit d’importants changements de la diversité microbienne et des cycles biogéochimiques. Dans le cade du projet AMOP (Activités de recherche dédiées au minimum d’oxygène dans le Pacifique), une équipe internationale comprenant des chercheurs français du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD) et de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) a montré pour la première fois, à partir de campagnes dans le Pacifique oriental (Pérou, Mexique), que de l’oxygène était produit à quelques dizaines de mètres sous la surface sans être néanmoins directement observable. En effet, cette production d’oxygène ne s’accumule pas, car elle active des processus microbiens qui la consomment aussitôt.

Situées entre quelques dizaines et 1000 m de profondeur dans l’océan Indien Nord et le Pacifique Est, les OMZ représentent 7 % du volume océanique total. Elles s’étendent en réponse au réchauffement climatique, car globalement moins ventilées du fait de l’augmentation de la stratification et de la diminution de la solubilité de l’oxygène. Or, les OMZ constituent des habitats où s’abritent les micro-organismes qui vivent sans oxygène et dont le métabolisme contribue aux cycles globaux des nutriments, par exemple à hauteur de 30 à 50% de l’azote que l’océan perd sous forme gazeuse. Le paradigme traditionnel considère que la production primaire de surface alimente en substrats les processus microbiens des OMZ.

Cartes de stations représentatives de la présence d’un Maximum Secondaire de Chlorophylle (SCM) durant les campagnes AMOP au large du Pérou (RV L’Atalante) et OMZoMBiE2 au large du Mexique (RV New Horizon) en 2014. Tiré de Garcia-Robledo et coll. (2017)
*Crédit : Ocean data view*

Cette étude au large du Mexique et du Pérou, basée en particulier sur la campagne AMOP (Activités de recherche dédiées au minimum d’oxygène dans le Pacifique Est), démontre que des pics de chlorophylle profonds (entre 20 et 120 m) sont photosynthétiquement actifs et rejettent des quantités significatives d’oxygène dans l’OMZ.

Dispositif d’incubation permettant de mesurer l’activité des colonies bactériennes dans des échantillons à très faibles teneurs d’oxygène durant la campagne AMOP à bord de L’Atalante.
*Crédit : Aurélien Paulmier, LEGOS/OMP*

Ce travail, qui a nécessité une approche couplant incubations à bord et mesures de teneurs ultra-faibles d’oxygène, révèle que l’oxygène produit durant le jour dans la couche supérieure de l’OMZ est associé à une communauté bactérienne spécifique, les Prochlorococcus spp. Cet oxygène est rapidement consommé, en réponse à l’activation de métabolismes microbiens aérobies comme l’oxydation des nitrites, maintenant ainsi l’oxygène à des concentrations indétectables par les techniques conventionnelles. Les OMZ sont donc le siège d’un cycle caché de l’oxygène. La production ou l’intrusion d’oxygène est potentiellement compensée ou masquée par sa consommation quasi immédiate, reflétant en conditions d’apparente anoxie le couplage étroit entre l’apport d’oxygène et son utilisation par les processus aérobies. Le renouvellement de l’oxygène et les taux de fixation de carbone sont comparables à ceux reportés pour les autres processus des OMZ recyclant les particules organiques par réduction des nitrates et des sulfates. Ceci suggère le rôle important du cycle interne de l’oxygène dans les transformations de la matière et l’énergie au sein des OMZ.

Profils des principales caractéristiques dans la partie supérieure de l’OMZ (O2 nanomolaire, H ; concentration de chlorophylle, I ; abondance de Prochlorococcus, J. , et microalgues totales (Prochlorococcus, Synechococcus et pico-eucaryotes par cytométrie de flux), K) pour trois stations représentatives au large du Pérou.
*Crédit : Tiré de Garcia-Robledo et coll. (2017).*

Identifier des goulets d’étranglement comme pivots du système de transport de la circulation océanique

8 octobre 2021 by osuadmin

Une équipe scientifique internationale vient de mettre au point une nouvelle méthode d’analyse des flux de fluides dans l’océan inspirée de la théorie des réseaux. Celle-ci permet de mettre en évidence l’existence de goulets d’étranglement dans la circulation océanique et donc de mieux comprendre le transport des masses d’eau et la dispersion des organismes qui y vivent, notamment le plancton.

L’océan offre un environnement fluide hétérogène avec des schémas complexes et chaotique d’écoulement. La façon dont ces flux redistribuent la chaleur et les organismes dans l’océan ont des implications importantes pour le climat et la santé des écosystèmes. Une équipe internationale présente une nouvelle mesure qui permet de caractériser la nature dispersive des flux de fluides, y compris des courants marins, afin d’y détecter des « hubs » ou zones pivots du transport océanique.

La centralité intermédiaire (« betweenness centrality »), un concept issu de la théorie des réseaux utilisé pour identifier les goulets d’étranglement qui gouvernent la dynamique de divers systèmes complexes allant des réseaux de transport aérien au cerveau humain, a été appliquée pour la première fois à la mécanique des fluides géophysiques. Les régions présentant un degré de centralité intermédiaire élevé voient les courants marins de diverses origines converger dans un espace relativement restreint puis se re-disperser à nouveau vers des destinations variées, facilitant ainsi le brassage et la dispersion des traceurs océaniques et des organismes marins.

Jusqu’ici ignorés, l’équipe a montré que de tels goulets d’étranglement sont à la fois présents dans les courants marins de surface, et étonnamment persistants à différentes échelles spatio-temporelles, illustrant le rôle prépondérant que jouent ces zones dans le transport des fluides sur de vastes régions océaniques.

Ces schémas de transport, qui sont relativement stables en dépit de la turbulence apparente, permettent de mieux appréhender comment se meuvent et se mélangent les masses d’eau dans l’océan. Les chercheurs prévoient que cette nouvelle méthode sera un outil utile pour cartographier et interpréter la biodiversité marine à l’échelle mondiale. En outre, des réseaux de surveillance installés au sein de ces goulets d’étranglement amélioreraient significativement l’efficacité des suivis environnementaux.


Carte instantanée de « centralité lagrangienne » calculée en Mer Adriatique pour le 1er décembre 2013

Voir en ligne : L’annonce sur le site de l’INSU

Les variations orbitales comme forçage majeur du climat Éocène-Oligocène

7 décembre 2021 by osuadmin

Des études récentes évoquent la forte sensibilité du climat de la transition Éocène-Oligocène, aussi appelée « Grande Coupure », aux variations orbitales terrestres. À cette époque, il y a environ 34 millions d’années, le CO₂ atmosphérique diminue, la température de la Terre baisse, la calotte de glace antarctique se forme et de nombreuses espèces végétales et animales disparaissent. Cependant, les indicateurs paléo-environnementaux continentaux (sédiments et fossiles qu’ils contiennent) sont généralement datés avec trop peu de précision pour rendre compte de ce phénomène. Les compilations de ces indicateurs – des catalogues recensant les fossiles datés d’une même période – sont supposées représenter le climat « moyen » de la période considérée, tout en rassemblant des plantes ayant vécu dans des conditions potentiellement très différentes. Par ailleurs, les modèles de climat étant complexes, ils sont coûteux en temps de calcul. C’est pourquoi ils utilisent généralement des simulations paléoclimatiques qui ont des paramètres orbitaux actuels et négligent donc la variabilité orbitale.

Cette étude a cherché à évaluer à quel point l’absence de prise en compte des variations orbitales par les modèles et les compilations botaniques biaise la représentation des paléoclimats de cette époque. À l’aide du modèle de système-terre français IPSL-CM5A2 récemment optimisé pour l’étude des paléoclimats, et du modèle de surface continentale ORCHIDEE, les chercheurs ont réalisé un large panel de simulations testant différentes configurations orbitales. Ces simulations permettent d’améliorer nettement la correspondance aux données botaniques disponibles et de proposer une cartographie globale de la sensibilité de la végétation au forçage orbital pour l’Éocène et l’Oligocène.

Les résultats montrent que l’impact conjugué de la baisse de CO₂ et des variations de l’obliquité (qui caractérise l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre) induit une fragmentation des corridors bioclimatiques en Anatolie et en Sibérie. Les implications biogéographiques de ces résultats sont importantes, car ces couloirs migratoires reliant l’Europe à l’Asie ont étés déterminants dans la migration des faunes asiatiques vers l’Europe de l’Ouest lors de la Grande Coupure. L’étude montre également que la végétation des tropiques, à CO₂ constant, aurait pu osciller entre des conditions de forêt tropicale humide et de forêt arbustive ouverte, voire de désert. Ces changements environnementaux majeurs sont liés à l’impact de la précession (le changement graduel d’orientation de l’axe de rotation de la Terre), et dans une moindre mesure de l’obliquité, sur les gradients de température intertropicaux, permettant la mise en place intermittente d’un climat de type mousson. Cela confirme les études récente postulant l’existence d’une mousson périodique en Chine de l’Est, et permet d’étendre la question à l’ensemble des tropiques.

Rôle des tourbillons océaniques sur le transport des masses d’eau en mer de Corail

8 décembre 2016 by osuadmin

Des chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanologie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université de Toulon / IRD / AMU) et du Laboratoire d’océanographie physique et spatiale (LOPS/IUEM, CNRS / Ifremer / IRD / UBO) ont montré que les tourbillons de moyenne échelle en mer de Corail contribuaient à un échange de masses d’eau entre deux courants supposés jusqu’alors indépendants, remettant ainsi en question la circulation des masses d’eau et leur transit en mer de Corail.

La formation de tourbillons océaniques peut être due à l’interaction et la déstabilisation des grands courants océaniques, ou à la rencontre d’un courant avec une île. Ces tourbillons dits de « moyenne échelle » (d’un diamètre de l’ordre d’une centaine de kilomètres) ont des durées de vie variables (de quelques jours à quelques mois) et peuvent parcourir des centaines de kilomètres en suivant les courants moyens, avant de se dissiper. Du fait de leur rotation, ces structures dynamiques agissent comme des « cylindres poreux » qui piègent des masses d’eau en leur cœur et les transportent au gré de leurs voyages. Les eaux piégées au bord du tourbillon peuvent se mélanger avec les eaux environnantes le long du parcours du tourbillon (d’où l’aspect « poreux » du cylindre), tandis que les eaux du cœur conservent, elles, la signature de la masse d’eau piégée lors de la formation du tourbillon. Ainsi les tourbillons océaniques peuvent participer à des échanges de chaleur et d’eau douce entre des masses d’eau éloignées et aux caractéristiques hydrologiques bien différentes et traçables.

La mer de Corail, située dans le Pacifique Sud-Ouest entre l’Australie et la Nouvelle-Calédonie, est une zone d’échange privilégiée entre les courants zonaux équatoriaux et les courants de bord ouest, que ce soit vers l’équateur ou vers le pôle. Le Jet Nord Vanuatais (JNV) qui circule d’est en ouest aux alentours de 12°S et le Jet Nord Calédonien (JNC) de même direction que le JNV mais vers 18°S alimentent notamment le Courant Est Australien, évoqué dans le film Némo. Ces deux courants transportent des eaux de caractéristiques bien différentes (température, salinité, concentration en oxygène dissous…) et n’ont jamais été identifiés comme interagissant l’un avec l’autre. La mer de Corail est aussi une zone pertinente pour étudier les tourbillons océaniques de moyenne échelle. En effet, la présence de nombreuses petites îles induit la formation de nombreux tourbillons qui se propagent dans l’ensemble d’est en ouest jusqu’à se dissiper aux abords des côtes australiennes.

En étudiant les détails de la circulation de plusieurs tourbillons de moyenne échelle en mer de Corail, des chercheurs du MIO et du LOPS ont pourtant identifié des déplacements méridiens de ces tourbillons entre le JNV et le JNC. Les eaux piégées par l’un de ces tourbillons ont été échantillonnées lors d’une campagne océanographique en septembre 2012 (la campagne Bifurcation1 dans le cadre du projet international SPICE http://www.clivar.org/clivar-panels/pacific/spice). L’analyse des données in situ montre que les eaux piégées dans le cœur du tourbillon présentent des caractéristiques différentes des eaux environnantes. Grâce aux données des profileurs dérivant du programme Argo, les chercheurs ont pu mettre en évidence que les eaux piégées par le tourbillon portent la signature d’eaux typiques du JNV alors que les eaux environnantes sont caractéristiques du JNC. Le calcul de la trajectoire du tourbillon à l’aide de données satellite du niveau de la mer leur a permis de montrer que ce tourbillon s’est formé dans la zone de circulation du JNV et a ensuite transporté ses eaux vers le sud de la mer de Corail où circulent les eaux du JNC aux caractéristiques différentes.

Cette observation permet pour la première fois d’identifier un lien entre les deux puissants courants qui entrent en mer de Corail et qui étaient jusqu’alors supposés dissociés. Les chercheurs ont également analysé de manière lagrangienne les résultats d’une simulation numérique pour étudier les trajectoires de particules circulant en mer de Corail pendant deux ans. Ils ont pu vérifier que certaines particules piégées dans des tourbillons connectent de la même façon les deux courants marins. Ils montrent en particulier que les tourbillons anticycloniques (tournant dans le sens antihoraire dans l’hémisphère sud) contribuent de 70 à 90% de cette connexion. Ainsi, cette étude montre l’importance des tourbillons de moyenne échelle dans la circulation et les échanges de masses d’eau à grande échelle dans l’océan, et permet également de reconsidérer la circulation générale en mer de Corail en identifiant un nouveau trajet des masses d’eau par un transport méridien réalisé par les tourbillons. D’un point de vue biologique, le transport de masses d’eau par les tourbillons peut favoriser le développement du phytoplancton en apportant des éléments nutritifs limitant leur croissance dans des régions oligotrophes (pauvres en nutriments) telles que le Pacifique Sud-Ouest.