Ressources - OSU Institut Pytheas

Ressources

Océan

Les variations orbitales comme forçage majeur du climat Éocène-Oligocène

by

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.

PNG - 156.2 ko

 

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

by

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.

A gauche : hauteur de la surface de la mer [m] et courants marins associés [m/s] ; Sont également indiqués la route de la campagne Bifurcation (marron), la position des stations CTD d’intérêt (bleu et rouge), ainsi que la trajectoire d’un flotteur Argo (orange) et la position de ses profils utilisés pour cette étude (vert et violet). A droite : diagramme salinité-oxygène dissous des profils CTD (bleu et rouge) et Argo (violet et vert).
Crédit : M.I.O 2016

Prévision des séismes : une technique innovante pour observer les failles sous-marines

by

Pour surveiller un segment de la faille sismique nord-anatolienne près d’Istanbul, une équipe internationale de chercheurs, notamment du CNRS et de l’université de Bretagne occidentale, a déployé un réseau de balises au fond de la mer de Marmara. Objectif : mesurer les mouvements des fonds marins de part et d’autre de ce segment. Les données récoltées lors des six premiers mois révèlent que la faille serait bloquée au niveau de ce segment, suggérant une accumulation progressive d’énergie susceptible d’être libérée brusquement. Ce qui pourrait provoquer un séisme de forte magnitude à proximité d’Istanbul. Cette étude, issue d’une collaboration entre des chercheurs français, allemands et turcs, vient d’être publiée dans Geophysical Research Letters..

La faille nord-anatolienne, responsable de tremblements de terre destructeurs en 1999 en Turquie, est comparable à la faille de San Andreas en Californie. Elle constitue la limite des plaques tectoniques eurasiatique et anatolienne, qui se déplacent l’une par rapport à l’autre d’environ 2 cm par an. Le comportement d’un segment sous-marin de cette faille, situé à quelques dizaines de kilomètres au large d’Istanbul, en mer de Marmara, intrigue particulièrement les chercheurs, car il semble exempt de sismicité depuis le 18e siècle. Comment se comporte ce segment ? Glisse-t-il en continu, cède-t-il régulièrement, provoquant de petits séismes épisodiques de faible magnitude ou est-il bloqué, laissant présager une future rupture et donc un fort séisme ? Observer in situ le mouvement d’une faille sous-marine sur plusieurs années est un vrai défi. Pour le relever, les chercheurs testent une méthode de télédétection sous-marine innovante, à l’aide de balises acoustiques actives, autonomes et interrogeables à distance depuis la surface de la mer. Posées sur le fond marin de part et d’autre de la faille à 800 mètres de profondeur, ces balises s’interrogent à tour de rôle par paire et mesurent le temps aller-retour d’un signal acoustique entre elles. Ces laps de temps sont ensuite convertis en distances entre les balises. C’est la variation de ces distances dans le temps qui permet de détecter un mouvement des fonds marins et la déformation du réseau de balises, de déduire les déplacements de la faille. Concrètement, un réseau de dix balises françaises et allemandes a été déployé lors d’une première campagne en mer1 en octobre 2014. Les six premiers mois de données (temps de parcours, température, pression et stabilité)2 confirment les performances de la méthode. Après calculs, les données ne révèlent aucun mouvement significatif de la faille surveillée, dans la limite de résolution du réseau. Les distances entre balises, séparées de 350 à 1700 mètres, sont mesurées avec une résolution de 1,5 à 2,5 mm. Ce segment serait donc bloqué ou quasi-bloqué, et accumulerait des contraintes susceptibles de générer un séisme. L’acquisition d’information sur plusieurs années sera cependant nécessaire pour confirmer cette observation ou caractériser un fonctionnement plus complexe de cette portion de faille. Si, au-delà de cette démonstration, cette approche dite de « géodésie acoustique fond de mer » s’avère robuste sur le long terme (ici 3 à 5 ans sont envisagés dans la limite d’autonomie des batteries), elle pourrait être intégrée dans un observatoire sous-marin permanent en complément d’autres observations (sismologie, émission de bulles, …) pour surveiller in situ et en temps réel l’activité de cette faille en particulier, ou d’autres failles actives sous-marines dans le monde. Ces travaux sont menés par le Laboratoire Domaines océaniques3 (LDO, CNRS/Université de Bretagne occidentale), en collaboration avec le Laboratoire Littoral environnement et sociétés (CNRS/Université de La Rochelle), l’Institut Geomar à Kiel (Allemagne), le Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CNRS/Collège de France/AMU/IRD), le Laboratoire Géosciences marines de l’Ifremer, l’Eurasian Institute of Earth Sciences de l’Université Technique d’Istanbul (Turquie) et le Kandilli Observatory and Earthquake Research Institute de l’Université Bogazici d’Istanbul. Cet article est dédié à la mémoire d’Anne Deschamps, chargée de recherche CNRS au LDO, initiatrice et responsable du projet, décédée peu après avoir conduit avec succès le déploiement de ces balises.

Zones et années de rupture de la faille nord-anatolienne. Le segment sous-marin au sud d’Istanbul n’aurait pas généré de séismes majeurs depuis le 18ème siècle. Le rectangle noir situe la zone d’étude.
Crédit : © J-Y Royer / CNRS-UBO LDO

 

Réseau de balises acoustiques (françaises en rouge, allemandes en jaune) déployées en mer de Marmara, de part et d’autre d’un segment sous-marin de la faille nord-anatolienne (FNA), dont la trace présumée est soulignée par des tirets
Crédit : © J-Y Royer / CNRS-UBO LDO

Où sont passés les anchois et les sardines ?

by

En dix ans en Méditerranée, la biomasse des sardines a été divisée par trois, passant de plus de 200 000 tonnes à moins de 67 000 tonnes. On retrouve ces mêmes proportions chez les anchois. Mais où ces petits poissons – également appelés « petits pélagiques » – sont-ils donc passés ? Pour comprendre le phénomène qui a des impacts économiques importants, les scientifiques se sont associés aux pêcheurs. Chaque mois, les pêcheurs ont prélevé des anchois et sardines selon un protocole scientifique bien précis (lieu, date, heure, méthode de pêche). Le projet EcoPelGol a décrypté pendant trois ans les fluctuations des stocks de petits pélagiques dans le golfe du Lion. La faute n’incombe ni aux prédateurs, ni aux virus mais bien à l’environnement. Face à la baisse de qualité du plancton, les poissons utilisent plus leur énergie pour se reproduire que pour grandir… Financé par France Filière Pêche, EcoPelGol été réalisé par l’unité mixte de recherche MARBEC (IRD / Ifremer / CNRS / Université de Montpellier) 1 en partenariat avec l’Université de Gérone (Espagne) et l’Institut Méditerranéen d’Océanologie – MIO (Aix Marseille Université/Université de Toulon / CNRS / IRD).

Chalutage et tri de petits poissons pendant la campagne PELMED – Gros plan de sardines
Crédit : Isabelle Cheret / Ifremer – Olivier Barbaroux / Ifremer
1. L’Unité Mixte de Recherche (UMR) MARBEC, MARine Biodiversity, Exploitation and Conservation, est l’un des plus importants laboratoires travaillant sur la biodiversité marine et ses usages en France avec environ 230 agents, dont 80 chercheurs et enseignants-chercheurs. MARBEC est implantée à Sète, Montpellier et Palavas-les-Flots, ainsi que dans l’océan Indien, en Asie, en Afrique et en Amérique du Sud. Elle étudie la biodiversité marine des écosystèmes lagunaires, côtiers et hauturiers, principalement méditerranéens et tropicaux.

Les algues microscopiques privilégient la photosynthèse plutôt que la calcification des coquilles en cas de baisse du CO2 océanique

by

Une nouvelle étude pilotée par des chercheurs du Département de Géologie de l’Université d’Oviedo (Espagne) et du CEREGE (CNRS – Université d’Aix-Marseille – IRD / France) laisse supposer qu’un taux de CO2 atmosphérique élevé n’est pas forcément une mauvaise nouvelle pour les algues microscopiques que sont les coccolithophores. Cette recherche, publiée dans le journal Nature Communications le 14/01/2016, montre pour la première fois que l’épaisseur des coquilles de coccolithophores a diminué d’environ de moitié au cours des 10 derniers millions d’années. Étonnamment, cette diminution suit la baisse sur le long terme de la concentration de CO2 dans les océans ; pour les auteurs ceci suggère qu’une importante quantité de CO2 pourrait aider les coccolithophores à construire des coquilles plus épaisses, au moins sur les échelles temporelles de plusieurs millions d’années. En apportant des données nouvelles sur les changements passés dans le CO2, cette étude apporte également la preuve du lien étroit existant entre taux du CO2 et les climats chauds.

Les organismes marins qui fabriquent des coquilles de carbonate de calcium – des moules aux coraux en passant par les algues microscopiques – sont emblématiques de la vie dans l’océan et risquent d’être les premières victimes des changements climatiques. En effet, les océans absorbent des quantités toujours plus grandes du dioxyde de carbone (CO2) émis par les activités humaines, et s’acidifient à l’échelle globale. Cette acidification pourrait empêcher la formation des coquilles ou squelettes calcaires ou les amincir.

Coccolithophores cultivées en laboratoire, photographiés sur un filtre en cellulose avec un microscope à balayage électronique (MEB).
Crédit : Lorena Abrevaya (Univ. Oviedo)
Zoom
Crédit : Lorena Abrevaya (Univ. Oviedo)

Pour étudier les relations entre changements climatiques et organismes à coquilles calcaires, les chercheurs se sont intéressés aux coccolithophores, un groupe de minuscules algues unicellulaires du phytoplancton dont les coquilles fossiles s’accumulent au fond des océans constituant d’inestimables archives de l’histoire de la Terre. C’est à ces organismes que l’on doit les grandes falaises de craie de la côte normande. De même, l’étude de ces coquilles fossiles les aide à mieux comprendre comment ces organismes, à la base de la chaine alimentaire océanique, se sont adaptés aux changements de l’océan dans le passé géologique.

Pour cette nouvelle étude, les chercheurs ont extrait les minuscules coquilles fossiles de carottes sédimentaires prélevées dans l’océan Indien et dans l’océan Atlantique tropical. En mesurant la quantité de lumière passant à travers les coquilles avec un microscope spécialisé, ils ont déterminé l’épaisseur de chaque coquille. En combinant de telles mesures effectuées pour des milliers de coquilles, ils ont pu montrer que simultanément, dans les deux océans, les coquilles ont commencé s’amincir il y a environ 9 millions d’années. La synchronicité de ce changement dans deux zones considérablement éloignées indique qu’il est probable que la cause de l’amincissement des coquilles est due à un changement global de l’état de l’océan.

Pour comprendre les causes de ce changement global de l’épaisseur des coquilles, l’équipe a effectué des mesures géochimiques des coquilles et des résidus de matière grasse appelés alcénones, produite par les algues conservés dans les mêmes sédiments pendant des millions d’années. Les mesures de la chimie des alcénones témoignent de changements dans la concentration de CO2 dans l’océan, une ressource essentielle pour la croissance des algues. Les mesures des types de carbone dans les coquilles ont permis de montrer comment la cellule est capable de répartir le carbone prélevé de l’eau de mer entre les processus de calcification et de photosynthèse qui en consomment tous les deux. Ces résultats confirment que les coquilles se sont amincies alors que le CO2 global diminuait et que les coccolithophores se sont adaptées en détournant le carbone disponible vers la photosynthèse au détriment de la fabrication de la coquille. Ces résultats sont en accord avec une étude précédente datant de 2013 *, montrant qu’avec peu de CO2 ces algues s’adaptent en réduisant le carbone réservé pour la formation des coquilles.

En même temps, la démonstration d’une diminution du CO2 sur cette période de temps permet de mieux comprendre la sensibilité du climat aux variations de CO2 sur des échelles de temps longues dans le passé. Des preuves d’un fort refroidissement des océans au cours des 15 derniers millions d’années ont été accumulées par de nombreuses équipes de scientifiques au cours de la dernière décennie. En montrant clairement un important déclin de la concentration de CO2 dans l’océan dans cet intervalle de temps, les nouvelles données prouvent le lien suspecté par de nombreux scientifiques entre CO2 et climat sur cette période, et permettent d’expliquer le refroidissement. Les conditions chaudes et le haut niveau de la mer d’il y a 10 à 15 millions d’années, comparé à aujourd’hui, ont très probablement été causés par une plus forte concentration en CO2 atmosphérique à cette époque.

Le fait que les algues calcifiantes étudiées synthétisent des coquilles plus épaisses pendant les périodes pendant lesquelles le CO2 est élevé, ne signifie pas qu’il n’y a pas de danger pour tous les organismes calcifiants de l’océan. Les coccolithophores font figure d’exception parmi les organismes calcifiants océaniques : ce sont des plantes, et ont donc besoin de carbone à la fois pour la photosynthèse et pour la calcification. Les organismes calcifiants qui ne font pas de photosynthèse, comme les coraux, les huîtres et certains planctons (les foraminifères par exemple), répondront très probablement de manière spécifique pour la calcification et les adaptations potentielles à un fort taux de CO2. De plus, les vitesses de changement de la chimie des océans sont bien plus graduelles dans cette étude que celles des changements en cours et prédits pour les prochaines centaines d’années.

Les aimants : des pièges pour les requins bleus ?

by

Dans un souci de préservation des requins peau bleue, une espèce aujourd’hui presque menacée d’extinction, des chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/OSU Institut Pythéas, CNRS / AMU / IRD / UTLN) et de l’Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre (IRPHE, AMU / CNRS / École Centrale Marseille) se sont intéressés à l’utilisation d’aimants pour limiter leur prise au cours de la pêche à la palangre. Hélas ! Il s’avère que ces aimants attirent les requins peau bleue plutôt qu’ils ne les repoussent.

Fortement exploité depuis plusieurs années par rapport à son abondance dans l’Atlantique Nord, le requin peau bleue (Prionace glauca) est une espèce presque menacée d’extinction (statut IUCN 2013). Il constitue en effet l’une des principales prises de la pêche à la palangre 1 que mènent les armateurs espagnols et portugais dans l’Atlantique Nord, même lorsqu’il n’est pas l’espèce ciblée par les pêcheurs qui préféreraient trouver sur leurs hameçons, pour des raisons de rentabilité, des espadons ou des thons.

Requin peau bleue capturé par la palangre de surface en Atlantique Nord-Est
Crédit : Sébastien Biton Porsmoguer

Les requins sont dotés d’un organe électro-sensoriel appelé ampoules de Lorenzini, constitué d’un système complexe de capteurs reliés à des récepteurs positionnés autour de leur museau et de leur tête et capables de détecter les ondes électromagnétiques. Du fait que tout être vivant émet un faible champ magnétique, les requins peuvent ainsi localiser leurs proies.

Des chercheurs ayant remarqué de manière fortuite en laboratoire que leur requin cherchait à fuir un aimant placé près de lui, des tests ont été réalisés avec différentes espèces de requins. Il s’avère que ce comportement vis-à-vis des aimants n’est pas le même pour toutes les espèces. Qu’en est-il pour le requin peau bleue ? Ce requin ne pouvant vivre en captivité, son comportement n’a jamais été testé. Se pourrait-il que les aimants fassent fuir ces requins et puissent ainsi être utilisés dans la pêche à la palangre pour en limiter la prise ?

Position de l’aimant sur l’hameçon
Crédit : Christophe Almarcha

C’est à cette question que des chercheurs du MIO et de l’IRPHE ont cherché à répondre en testant pendant 3 jours, dans des conditions réelles de pêche à la palangre, l’effet de deux modèles d’aimants en néodyme, à haute résistance dans le temps et à puissance magnétique élevée, mais de taille différente. Un hameçon sur deux a été équipé d’un aimant. La palangre a été divisée en trois zones qui ont été plongées dans l’eau successivement, de manière à pouvoir étudier trois durées d’immersion.

Ces tests ont permis de montrer que, quelle que soit la durée d’immersion des hameçons, les captures de requins peau bleue étaient plus élevées au niveau des hameçons munis d’aimants qu’au niveau des hameçons sans aimant, et d’autant plus élevées que l’aimant utilisé était plus grand et donc plus puissant. Ainsi, les aimants auraient un effet attractif sur les requins peau bleue et leur utilisation dans la pêche à la palangre ne pourrait que les piéger !

En outre, les mesures physiques réalisées durant cette étude ont révélé un aspect pratique important à prendre en compte : à leur sortie de l´usine de fabrication, les hameçons sont déjà légèrement aimantés et pourraient donc attirer le requin peau bleue, même en l’absence d’aimant !

1. La palangre de surface est une ligne-mère de 50-90 km de long sur laquelle sont fixées des lignes dotées à leur extrémité d´un hameçon et d´un appât, qui est plongée dans l’eau à une profondeur de 20 m environ.