Océan

Des caméras sous-marines pour estimer la répartition mondiale du zooplancton

8 septembre 2022 by osuadmin

Pour la première fois, dans le cadre d’une collaboration internationale, une équipe de recherche du Laboratoire d’Océanographie de Villefranche sur Mer (LOV, Sorbonne Université/CNRS) a rassemblé un immense jeu de données sur le zooplancton acquis par des caméras sous-marines à l’échelle globale. Son analyse1 a permis de modéliser la composition et la biomasse océanique du zooplancton. Les estimations montrent des valeurs de biomasse maximales dans les zones productives équatoriales, tempérées et polaires, ainsi que des valeurs minimales au niveau des déserts océaniques. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Frontiers of Marine Science le 9 août 2022.

Voir en ligne : L’annonce sur le site du CNRS

Le changement climatique pourrait favoriser le développement du plancton de petite taille en Méditerranée Nord-Occidentale

22 septembre 2014 by osuadmin

Une équipe constituée de chercheurs du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD), du Laboratoire d’aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS), de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université du Sud – Toulon – Var / IRD / Université Aix-Marseille) et du Groupe d’étude de l’atmosphère météorologique (CNRM-GAME, Météo-France / CNRS) a examiné, par modélisation à l’aide d’un modèle couplé hydrodynamique – biogéochimie, la réponse de l’écosystème planctonique de Méditerranée Nord-Occidentale à l’évolution des conditions atmosphériques et hydrodynamiques d’ici la fin du XXIe siècle. La contribution de cet écosystème au stockage du carbone ne montrerait pas de changement significatif. En revanche, le réchauffement et l’appauvrissement en sels nutritifs de la couche de surface favoriseraient le développement du plancton de petite taille. Il ressort également que le choix des conditions biogéochimiques initiales et aux frontières imposées au modèle couplé induit de fortes incertitudes.

La Méditerranée a été identifiée comme l’un des « points chauds » du changement climatique car compte tenu de sa petite taille, les impacts des variations climatiques sur la circulation océanique et les écosystèmes marins se ressentent rapidement sur l’ensemble du bassin. En Méditerranée Nord-Occidentale, l’une des zones biologiquement les plus productives de Méditerranée, la convection profonde est l’un des mécanismes hydrodynamiques clefs :

en hiver, les épisodes de vent du nord (Mistral et Tramontane) y provoquent un refroidissement, et donc une densification, des eaux de surface, induisant un fort mélange vertical de la colonne d’eau qui permet d’apporter à la surface les sels nutritifs initialement présents dans les couches profondes de l’océan ;
au printemps, le mélange cesse et la chlorophylle peut de nouveau se développer par photosynthèse dans la couche de surface enrichie en nutritifs et stabilisée ; c’est le « bloom » phytoplanctonique.

Or la plupart des études de modélisation prévoient un affaiblissement du mélange vertical hivernal et un réchauffement de la couche de surface d’ici la fin du XXIe siècle en Méditerranée. Quel impact cette évolution aura-t-elle sur l’écosystème planctonique ? Cette question est importante car le plancton joue un rôle majeur dans la biodiversité et les ressources halieutiques locales, en tant que premier maillon de la chaine alimentaire marine, ainsi que dans le climat global via sa contribution à la séquestration océanique du carbone.

Cycle annuel de la concentration en carbone (mmolC.m-3) des groupes planctoniques de petite taille (pico-phytoplancton, nano-zooplancton et bactéries) et du carbone organique dissous (COD). L’enveloppe bleue (rouge) représente le groupe des 7 années de la période 1961-1990 (respectivement 2070-2099). Le cadre au-dessus des courbes donne la valeur de la p-value : si celle-ci est inférieure à 0,05 (zones grisées), la différence entre les périodes future et présente est significative. Pour comprendre la réponse de l’écosystème planctonique de Méditerranée Nord-Occidentale aux variabilités atmosphérique et hydrodynamique à plus ou moins long terme, des chercheurs du LEGOS, du LA, du MIO et du GAME ont réalisé deux jeux de sept simulations annuelles représentatives respectivement des périodes 1961-1990 et 2070-2099 au moyen d’un modèle numérique couplé hydrodynamique (SYMPHONIE) – biogéochimie (Eco3M).

De ces simulations, il ressort que l’affaiblissement du mélange vertical entre le XXe et la fin du XXIe siècle conduirait à une diminution de la disponibilité en sels nutritifs et qu’en parallèle, le réchauffement de la couche de surface provoquerait une augmentation de la production primaire brute (qui dépend de la température), c’est-à-dire de la fixation de carbone par photosynthèse chlorophyllienne. Cette combinaison de l’appauvrissement nutritif et de l’augmentation de la production primaire donnerait lieu à une augmentation de l’exsudation phytoplanctonique, un processus permettant aux organismes phytoplanctoniques de se « débarrasser » de leur trop-plein de carbone, par rapport aux autres éléments chimiques (azote, phosphore, silicium), sous forme de carbone organique dissous (COD) (perte de biomasse). La forte augmentation de concentration en COD qui en découlerait favoriserait alors le développement de bactéries ¹ consommatrices de COD et productrices d’ammonium, et conduirait ainsi à une augmentation de la biomasse du pico-phytoplancton (le plus petit groupe de phytoplancton qui consomme préférentiellement de l’ammonium) et du nano-zooplancton (le plus petit groupe de zooplancton qui consomme bactéries et pico-phytoplancton). Au final, seuls les groupes planctoniques de petite taille (pico-phytoplancton, nano-zooplancton et bactéries) subiraient une augmentation significative de leur biomasse entre le XXe et la fin du XXIe siècle, une évolution qui induirait une modification de la composition de l’écosystème planctonique mais pas d’augmentation de la biomasse globale, la biomasse des groupes de petite taille ne représentant qu’une faible fraction de la biomasse totale. En outre, la contribution de cet écosystème au cycle du carbone ne subirait pas de changement significatif entre les périodes présente et future. En effet, les simulations montrent :

que l’augmentation du rejet de dioxyde de carbone, en grande partie lié à la respiration bactérienne, compense presque exactement celle de la fixation liée à la production primaire, et que donc la fixation nette de dioxyde de carbone par l’écosystème reste inchangée ;
que l’affaiblissement du transport vertical des masses d’eau est compensé par l’augmentation de leur concentration en COD, et que donc l’export en profondeur de carbone organique ne varie pas de façon significative.

Les chercheurs ont également effectué des exercices de sensibilité pour évaluer l’influence des différentes sources d’incertitudes associées à la stratégie de modélisation mise en œuvre. Les incertitudes associées au choix des conditions biogéochimiques initiales et aux frontières sont très élevées : elles peuvent atteindre 70 % et sont donc du même ordre ou d’un ordre de grandeur supérieur à celles associées à la variabilité interannuelle et à l’évolution à long terme de l’écosystème. Quant aux incertitudes liées au choix du forçage atmosphérique de surface [flux de chaleur, d’eau (évaporation et précipitation) et de quantité de mouvement (vent)], du forçage hydrologique et du scénario socio-économique, elles restent inférieures à 7 %, tandis que celle liée au forçage hydrodynamique peut aller jusqu’à 30 %, les évolutions simulées entre présent et futur allant toujours dans le même sens quel que soit le forçage considéré.

1. Ces bactéries, qui font partie du groupe planctonique de petite taille, consomment une fraction importante de la matière organique dissoute. Inversement, elles rejettent des sels nutritifs inorganiques (ammonium, phosphates…) au cours d’un mécanisme dit d’excrétion, ainsi que du CO2 au cours de la respiration bactérienne. L’ensemble de ces processus est appelé boucle microbienne.

Et si nos océans (sub)tropicaux captaient plus de CO2 que prévu ?

10 octobre 2022 by osuadmin

L’océan constitue un puits de carbone, porteur d’enjeux majeurs dans l’évolution du climat. Parmi les phénomènes impliqués dans le piégeage de CO₂ par l’océan, le plancton végétal (ou phytoplancton) absorbe le CO₂ par photosynthèse, fabrique de la matière organique constituée de carbone, qui est transférée le long de la chaine alimentaire marine. A la mort des organismes, une partie de ce carbone sédimente au fond des océans sous forme de neige marine, soustrayant ainsi du CO₂ à l’atmosphère. C’est ce que l’on appelle la pompe biologique à carbone. De nouvelles études montrent que cette pompe pourrait capter plus de carbone que prévu.

L’océan (sub)tropical (environ 50% de la surface de l’océan global) est considéré comme peu efficace à piéger du CO₂, car il est pauvre en azote (un nutriment essentiel), ce qui limite la croissance du phytoplancton. Ces vastes régions abritent pourtant des organismes appelés ‘diazotrophes’, qui fixent du CO₂ et fertilisent aussi les eaux de surface en azote, soutenant ainsi la chaîne alimentaire. Cependant, il est aujourd’hui admis que les diazotrophes ne chutent pas vers l’océan profond, mais sont recyclés dans la couche de surface, restituant leur CO₂ à l’atmosphère. Des études menées dans le cadre du projet TONGA (Pacifique Sud) remettent en cause ce paradigme : c’est en effectuant des mesures dans l’océan profond à l’aide d’un couplage d’outils collectant la neige marine qu’une équipe de recherche d’un domaine INSU (voir encadré) a démontré que les diazotrophes chutent vers l’océan profond, contribuant à la majeure partie du flux d’export de carbone. L’étude révèle en outre que les organismes sont peu dégradés, voire quasi intacts à cette profondeur, suggérant une chute rapide et donc un faible recyclage en CO₂ pendant la descente. Une étude complémentaire révèle que certains de ces organismes (Trichodesmium) sont encore vivants à 1000 m de profondeur, confirmant leur chute rapide (plusieurs centaines de mètres par jour) vers l’océan profond, où ce carbone sera piégé sur le long terme. Ces travaux appellent à explorer en détail le rôle des diazotrophes dans la pompe biologique à carbone, afin de comprendre leur rôle potentiel dans l’océan du futur, ce qui sera réalisé dans le cadre du projet HOPE [1].


Neige marine: Crédit : Newatlas

Voir en ligne : Le communiqué sur le site de l’INSU

Hausse récente du niveau de la mer

23 mars 2014 by osuadmin

Les satellites altimétriques (Topex/Poseidon, Jason-1&2, Envisat) nous indiquent que depuis deux décennies, le niveau de la mer s’est élevé d’environ 3 mm/an en moyenne globale. Cependant, si on estime séparément la hausse de la 1ère et la 2ème de ces deux décennies, on obtient des valeurs assez contrastées, de l’ordre de 3.5 mm/an et 2.4 mm/an respectivement. Ce ralentissement de la hausse de la mer depuis le début des années 2000 a été mis en parallèle avec la ‘pause’ de l’évolution de la température moyenne de la Terre depuis 10-15 ans et a alimenté les débats sur un possible ralentissement du réchauffement climatique global.

Dans un article publié fin mars dans Nature Climate Change, une équipe regroupant des chercheurs du LEGOS (Observatoire Midi-Pyrénées), du CNRM (CNRS, Météo-France) et du MIO (Université de Aix-Marseille et Toulon) a montré que les contrastes entre les années 1990 et 2000 résultent essentiellement de la variabilité climatique interne et plus particulièrement de l’impact des évènements ENSO, El Niño et la Nina.

Durant El Nino, on observe un excès de précipitations sur l’océan Pacifique tropical et un déficit de pluie sur les continents des régions tropicales. Ceci crée une augmentation temporaire de la masse de l’océan et donc du niveau de la mer. Le phénomène inverse est observé durant La Nina.

Au cours des années 1990, plusieurs évènements El Nino ont eu lieu, dont l’intense El Nino de 1997-1998, alors que les 10 années qui ont suivi ont été marquées par une succession d’épisode La Nina, induisant des baisses temporaires de la mer. Ces anomalies positives et négatives du niveau moyen global de la mer ont un impact sur la tendance.

**Courbes des variations du niveau de la mer et de ces contributions**
Courbes des variations du niveau de la mer et de ces contributions une fois que les tendances sur 18 ans ont été supprimées. En noir, Les variations inter-annuelles du niveau de la mer et en bleu les variations du contenu en eau sur les continents estimées à partir du modèle ISBA/TRIP. Aux données de cette courbe bleue ont été ajoutées les variations inter-annuelle de la composante thermostérique (qui traduit l’effet sur le hausse du niveau de la mer du réchauffement océans déduits de mesures in situ) pour aboutir à la courbe rouge.
*Crédit : LEGOS, CNRS, MIO*

En corrigeant de façon quantitative la variabilité interannuelle liée à ENSO, l’équipe a montré que la hausse de la mer des deux décennies est alors identique, de 3.3 mm/an. Cette étude montre qu’une fois la variabilité climatique interne corrigée, on n’observe pas de ralentissement de la hausse de la mer au cours de la dernière décennie, donc des contributions climatiques (expansion thermique de l’océan, fonte des glaces). Ce résultat est cohérent avec des fortes pertes de masse des glaciers et calottes (notamment de la calotte groenlandaise au cours des dernières années) et suggère de plus une contribution non négligeable du réchauffement de l’océan profond à la hausse récente de la mer. Il semble confirmer enfin qu’il n’y a pas de ‘pause’ du réchauffement global, mais que la variabilité naturelle à court terme peut parfois masquer ses effets.

Parution dans Nature : « Reconciliation of the carbon budget in the ocean’s twilight zone »

19 mars 2014 by osuadmin

Publié en ligne dans la revue Nature le 19 mars 2014, cet article qui implique Christian Tamburini, chercheur du MIO et Mehdi Boutrif, doctorant, traite du rôle de l’océan profond dans le cycle du carbone.

Environ 100 gigatonnes de carbone organique sont produits chaque année, sous l’effet de la photosynthèse dans l’océan de surface. Cinq à quinze pour cent sont exportés dans l’océan profond. Le taux de conversion de ce carbone en dioxyde de carbone par des organismes hétérotrophes en profondeur est un important élément de contrôle du stock de carbone dans l’océan.

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Cap sur les fronts marins

10 décembre 2013 by osuadmin

Omniprésents dans l’océan mais difficilement accessibles en tant que phénomènes ponctuels de petite échelle, les fronts ont un impact sur le climat de la planète. Des chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanologie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université d’Aix-Marseille / Université de Toulon / IRD) et du Laboratoire d’océanographie et du climat expérimentation et approches numériques (LOCEAN/IPSL, UPMC / CNRS / MNHN / IRD) ont mis en place une stratégie adaptée pour approcher un front lors d’une campagne océanographique qui s’est déroulée dans le golfe du Lion. Ils ont ainsi pu repérer et étudier précisément les mouvements en surface d’un front d’une largeur de 1 à 4 km, un travail de mesures in situ rarement effectué sur de tels phénomènes.

Avec le développement des modèles climatiques à large échelle, le rôle des échanges d’eaux océaniques dans la régulation du climat est de mieux en mieux connu. Cependant, ces échanges se produisant au niveau des structures de petite échelle que sont les fronts, il n’est possible de bien les appréhender qu’en travaillant à cette petite échelle. Depuis une dizaine d’années, l’augmentation de la puissance des moyens de calcul a favorisé l’émergence de modèles numériques régionaux de haute résolution, capables de rendre compte des phénomènes de petite échelle et de leur rôle dans les transports d’énergie et de matière, ce qui a permis d’améliorer la compréhension de la dynamique de sub-mesoéchelle. Toutefois, pour que le rôle des fronts soit pris en compte dans les modèles climatiques prédictifs à grande échelle, il est nécessaire de quantifier des paramètres clés à l’aide de mesures in situ, ce qui reste un véritable défi, les fronts étant par essence chaotiques, aléatoires et évanescents.

Afin de relever ce défi, plusieurs laboratoires se sont mobilisés pour organiser la campagne océanographique LATEX10 ¹ qui s’est déroulée dans le golfe du Lion à bord du Téthys II, du 7 au 24 septembre 2010. L’objectif de cette campagne était d’évaluer un coefficient représentatif de la dispersion et du mélange des eaux dus aux écoulements turbulents au niveau d’un front, coefficient qui impacte la dynamique et la régulation des processus biologiques ainsi que les flux de carbone vers l’océan profond.

Une stratégie adaptée, basée sur une observation intense et continue du golfe du Lion combinant données satellitaires, données issues des modèles régionaux et mesures in situ, a été mise en place pour repérer les écoulements turbulents. Les informations émises par les vigiles satellitaires ² parvenaient en temps quasi réel aux scientifiques embarqués et étaient traitées aussitôt. Ces calculs immédiats amenaient à programmer des changements de cap toutes les six heures afin de diriger le bateau vers la zone d’écoulement turbulent. Une fois le front atteint, les informations renvoyées par les différents capteurs de température et salinité installés sur le navire ainsi que par les bouées dérivantes lâchées dans la zone étaient traitées à bord, mixées aux modèles prévisionnels et aux données satellitaires, pour redéfinir une nouvelle stratégie d’approche du front.

Cette stratégie s’est avérée fructueuse. Elle a permis aux scientifiques de repérer un front d’une largeur de 1 à 4 km et d’étudier d’une façon précise les mouvements créés en surface. En revanche, l’activité en profondeur au niveau du front n’a pu être prise en compte avec l’instrumentation utilisée, car les capteurs altimétriques dont sont équipés les satellites actuels ne sont capables de sonder les courants sous la surface qu’avec une résolution de plusieurs dizaines de kilomètres, ce qui est insuffisant pour travailler à l’échelle des fronts.

Pour étudier l’activité en profondeur, un profileur à la pointe du progrès, le Moving Vessel Profiler (MVP), sera utilisé lors des futures campagnes SeaGoLSWOT. Organisées en collaboration avec la NASA et le CNES, ces campagnes viendront en support de la mission SWOT/AirSWOT, dont l’objectif est le développement d’un capteur satellitaire altimétrique de nouvelle génération à très haute résolution qui devrait permettre de déterminer avec plus de précision la dynamique de fronts, même près des côtes. Outre leur importance en océanographie et en climatologie, de telles recherches peuvent aussi aider à appréhender des phénomènes tels que la dispersion des polluants dans les eaux océaniques ou la sécurité en mer.

1. Cette campagne s’inscrit dans le cadre du programme LATEX financé par LEFE/IDAO – CYBER et la Région PACA. Ce programme vise à caractériser et quantifier les transferts de matière entre la côte et le large dans la partie ouest du talus continental du golfe du Lion (Méditerranée occidentale), en liaison avec les processus hydrodynamiques.

2. Les informations satellitaires utilisées étaient la température de surface et la couleur de l’eau, cette dernière informant sur l’activité biogéochimique de la masse d’eau, dont les variations brusques et simultanées permettent de localiser les fronts.