Résultat scientifique

Impact biogéochimique et écologique des îles du Pacifique

9 juin 2022 by osuadmin

Dans les eaux pauvres du Pacifique tropical, les îles sont des sources de nutriments pour les algues photosynthétiques microscopiques, ou phytoplancton, des eaux alentour. Il en résulte un enrichissement en phytoplancton – un « bloom » – proche des îles, qui supporte les niveaux trophiques supérieurs, y compris les poissons qui sont essentiels à la survie des habitants des îles. Cet effet fertilisant, dit « effet d’île », se traduit par une augmentation de la concentration en chlorophylle (un indicateur de la biomasse phytoplanctonique) ce qui permet de l’identifier par observations satellitaires de couleur de l’eau. Les chercheurs ont développé un algorithme qui identifie automatiquement la zone enrichie par les îles à partir d’une carte de concentration en chlorophylle et l’ont appliqué à une base de données de toutes les îles du Pacifique. L’algorithme détecte des enrichissements saisonniers pour 99 % des îles, représentant 3 % de la surface du Pacifique tropical alors que les îles n’en représentent que 0.4 %. Les chercheurs ont quantifié les augmentations locales et à l’échelle du bassin de la chlorophylle et de la production primaire en comparant les eaux enrichies par effet d’île avec les eaux voisines. Ils ont aussi découvert, pour la première fois, des impacts significatifs sur la structure de la communauté phytoplanctonique et sur sa biodiversité, visibles dans les anomalies du signal de couleur de l’eau. Ces résultats suggèrent qu’en plus de forts impacts biogéochimiques locaux, les îles peuvent avoir des impacts écologiques encore plus importants.


Effets d’île détectés à partir de données satellitaires de chlorophylle.: Les effets d’îles sont entourés en rouge, la couleur indiquant l’augmentation en chlorophylle à côté des îles (carte moyenne et agrandissements pour certains mois de l’année).

Crédit : MIO

Une nouvelle vision de la formation de Jupiter

12 juillet 2022 by osuadmin

En 1995, la sonde atmosphérique Galileo de la NASA réalise la première mesure in situ de la composition de l’atmosphère de Jupiter. Elle révèle que l’atmosphère est enrichie en éléments volatils, tel que le carbone, l’azote, le phosphore ou les gaz nobles, mais que l’oxygène, présent sous forme d’eau, est moins abondant. De nombreuses théories sont développées pour expliquer ces observations, mais certains scientifiques remettent également en question les mesures.

Après 15 ans de préparation et 5 ans de trajet Terre-Jupiter, la sonde Juno de la NASA effectue une nouvelle mesure en 2020. Les données confirment les enrichissements mesurés par Galileo, mais elles indiquent aussi un enrichissement en oxygène. Il devient donc nécessaire de réviser les théories de la formation du système jovien.

Pour tenter d’expliquer la composition de l’atmosphère de Jupiter, une équipe de recherche, comprenant des chercheurs du laboratoire d’astrophysique de Marseille de l’INSU, propose une nouvelle théorie pour la formation de Jupiter, compatible avec les mesures de Juno. Leur modèle simule l’évolution de la nébuleuse protosolaire, disque de gaz et de poussières en orbite autour du Soleil avant la formation des planètes. Les planètes se créent à partir de la matière contenue dans ce disque, qui peut être sous forme solide ou gazeuse. Jusqu’à maintenant, l’enrichissement en volatils dans Jupiter était attribué à un bombardement de son enveloppe par une masse importante de roches et de glaces au cours de sa croissance. Les résultats de ce modèle montrent que l’enveloppe de Jupiter aurait pu se former directement en amassant du gaz enrichi en volatils, sans qu’un apport en matériaux solides soit requis au cours de sa croissance.

: Vue d’artiste de la sonde atmosphérique Galileo (au centre) entrant dans l’atmosphère de Jupiter le 13 juillet 1995. L’orbiteur (à gauche) est resté en orbite pour recevoir les données de la sonde et les envoyer vers la Terre.

Crédit : NASA

Superbe image du survol de Rosetta : l’ombre de la sonde sur la comète

3 mars 2015 by osuadmin

Quelques jours après le passage en “rase-motte” – 6 kilomètres tout de même – de Rosetta sur la comète Chury le 14 février 2015, les images prises par l’instrument OSIRIS, ont été reçues. Avec une résolution sans précédent de 11 centimètres par pixels, ces données de la NAC ¹ nous révèle des structures de surface cométaire vue depuis la sonde avec un niveau détail encore jamais atteint. Étant donné qu’au point le plus rapproché de ce survol, le Soleil, Rosetta et la comète étaient presque parfaitement alignés l’ombre, ou plus exactement la pénombre de la sonde est visible sur l’image.

L’alignement entre le soleil, la sonde et la comète offre des conditions d’observation tout à fait singulières qui permettent de mieux caractériser les propriétés de la surface. On note en particulier la présence d’une vaste zone circulaire centrée sur l’ombre de Rosetta légèrement plus brillante que le reste de la surface. Cela s’explique par le phénomène bien connu d’opposition, dû à la rétrodiffusion de la lumière qui est amplifiée par la présence de petites particules à la surface de la comète (ce phénomène est observé sur la lune et d’autres petits corps recouverts d’une couche de fines poussières appelée régolithe). L’étude de cet effet d’opposition permettra de caractériser les propriétés de la poussière cométaire.

**Vue rapprochée de la région d’Imhotep prise par la Narrow angle camera de instrument OSIRIS le 14 février 2015**
Prise de vue lors du survol à basse altitude (6 kilomètres) de Rosetta sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Les pixels correspondent à 11 centimètres sur la surface du noyau. On peut voir l’ombre de la sonde, qui se projette sur le bas de l’image.
*Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA*

L’ombre de Rosetta que l’on voit très bien en bas de l’image forme un rectangle de 20 mètres par 50. Ces dimensions correspondent à la pénombre créée par la sonde qui est éclairée par une source lumineuse étendue, en l’occurrence le Soleil.

**Région d’Imhotep**
Sur cette modélisation, le carré rouge montre la zone de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko photographiée par OSIRIS-NAC lors du survole. Il s’agit de la région d’Imhotep.
*Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA*

1. La NAC, Narrow Angle Camera d’OSIRIS, est un instrument imageur à haute résolution spatiale conçu et développé par le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS / Aix-Marseille Université) en partenariat avec la société ASTRIUM et plusieurs laboratoires européens. Le système d’imagerie OSIRIS a été réalisé par un consortium mené par le Max Planck Institute for Solar System Research (Allemagne) en collaboration avec le CISAS, l’Université de Padova (Italie), le Laboratoire d’astrophysique de Marseille, l’Instituto de Astrofísica de Andalucia (Espagne), le CSIC (Espagne), le Scientific Support Office of the European Space Agency (Pays-Bas), l’Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (Espagne), l’Universidad Politéchnica de Madrid (Espagne), le Department of Physics and Astronomy of Uppsala University (Suède), et l’Institute of Computer and Network Engineering of the TU Braunschweig (Allemagne). OSIRIS a reçu le soutien financier du DLR (Allemagne), le CNES, l’ASI (Italie), MEC (Espagne), le SNSB (Suède) et le Directoire technique de l’ESA.

L’intensification des vents d’ouest responsable d’une augmentation de la fonte en Antarctique

5 septembre 2022 by osuadmin

La calotte glaciaire antarctique représente le plus grand contributeur potentiel à l’élévation globale du niveau des mers. Cette contribution est largement contrôlée par la fonte basale des plateformes de glace (extensions flottantes de la calotte glaciaire ou ice shelves). L’impact des variations climatiques, et tout particulièrement des variations de régime des vents circumpolaires, sur la fonte basale est encore mal connu. Ainsi, on ne sait pas comment l’augmentation du Mode Annulaire Austral (SAM en anglais) va influencer la fonte basale des ice shelves. L’indice SAM est une mesure de la différence de pression atmosphérique entre les moyennes et hautes latitudes de l’hémisphère sud. Les phases positives du SAM sont caractérisées par une intensité accrue et un déplacement vers le sud de la ceinture de vents d’ouest. Elles entraînent un apport accru d’eaux chaudes et salées (upwelling) vers les ice shelves, ainsi qu’une augmentation de la température et de la salinité de l’océan de subsurface près de la base des ice shelves. Le contraire se produit pour les phases négatives du SAM.

Une nouvelle étude, menée par un consortium international impliquant des scientifiques de l’Université Catholique de Louvain en Belgique, du CEREGE, de l’IGE et de l’Université de Northumbria au Royaume-Uni, a étudié l’intensification du SAM. Pour cela, l’équipe a réalisé des expériences numériques idéalisées à l’échelle de l’Antarctique avec un modèle simulant les interactions entre l’océan et la glace de mer, tout en prenant en compte la circulation océanique sous les ice shelves pour différentes phases du SAM. L’étude montre qu’une augmentation d’environ 30 % du SAM entraîne une perte nette de masse basale de 40 Gt an-1 (c’est-à-dire environ la moitié du changement de masse de la calotte glaciaire antarctique sur la période 1992-2011), avec de forts contrastes régionaux autour de l’Antarctique. La compréhension des facteurs physiques à l’origine de cette fonte contrastée fournit des informations essentielles pour appréhender l’élévation future du niveau des mers.

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

Une nouvelle compréhension du cycle du mercure dans l’Océan Arctique

5 septembre 2022 by osuadmin

La faune arctique contient des niveaux de mercure des plus élevés. La compréhension de l’Océan Arctique est essentielle pour en comprendre les raisons, car le méthylemercure, une neurotoxine bioaccumulable, est formé à partir de mercure inorganique dans l’océan lui-même. Une nouvelle étude révise le bilan du mercure dans l’océan Arctique. Ces travaux constatent que le bilan révisé du mercure dans l’Océan Arctique (environ 1 870 tonnes) est inférieur aux estimations précédentes (2 847 à 7 920 tonnes), ce qui implique une plus grande sensibilité au changement climatique et aux émissions anthropiques. Les résultats mettent à jour la compréhension actuelle du cycle du mercure dans l’Arctique.

La sédimentation du mercure particulaire (122 ± 55 tonnes par an) des eaux de surface vers les sédiments du plateau continentale est le plus grand mécanisme d’élimination du mercure dans l’Océan Arctique. Le bilan révisé de l’Océan Arctique suggère que l’enfouissement du mercure dans les sédiments du plateau continentale (42 ± 31 tonnes par an) pourrait être sous-estimé de plus de 100% (52,2 ± 43,5 tonnes par an). Des chercheurs de l’institut méditerranéen d’océanologie (MIO / CNRS / Aix-Marseille Université / IRD / Université de Toulon), de l’université norvégienne de la science et technologie (NTNU), de l’institut norvégien pour la recherche pour l’eau (NIVA) ont organisé plusieurs expéditions océanographiques en mer de Barents, jusqu’à présent seulement possible en été.

Les premières observations pendent la nuit polaire, publiée le 18 Juillet 2022 dans Nature Geoscience, montrent une perte d’un tiers du mercure total entre l’été et l’hiver, et mettent en évidence un nouveau mécanisme d’enlèvement par le manganèse provenant des sédiments. Aucun changement des concentrations de méthylmercure sont observées, probablement dues à une plus faible affinité pour les particules et à la présence d’espèces gazeuses (dimethylemercure). L’étude du cycle du mercure montre qu’il faudrait réévaluer les budgets et les modèles en considérant l’aspect saisonnier. Le temps de vie du méthylemercure dans l’océan arctique est plus long (25 ans) que celui du mercure inorganique (3 ans), et cette étude suggérée des niveaux élevés de méthylmercure à l’avenir.

Le doctorant Stephen G. Kohler sur la glace de mer arctique.

Crédit : Christian Morel

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

Tchouri sous l’œil de Rosetta

22 janvier 2015 by osuadmin

De forme surprenante en deux lobes et de forte porosité, le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (surnommée Tchouri) révèle une large gamme de caractéristiques grâce aux instruments MIRO, VIRTIS et OSIRIS de la mission Rosetta de l’ESA, à laquelle participent notamment des chercheurs du CNRS et de plusieurs universités ¹, avec le soutien du CNES. On notera notamment pour ce qui concerne notre région la forte implication du Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) ². Au nombre de sept, leurs études, publiées le 23 janvier 2015 dans Science, montrent également que la comète est riche en matériaux organiques et que les structures géologiques observées en surface résultent principalement des phénomènes d’érosion. L’instrument RPC-ICA a quant à lui retracé l’évolution de la magnétosphère de la comète alors que l’instrument ROSINA cherche les témoins de la naissance du système Solaire.

Le noyau de 67P/Churyumov-Gerasimenko

**Exemple de trou circulaire observé sur le noyau de la comète 67P.** L’augmentation du contraste révèle la présence d’activité Image prise par la caméra OSIRIS-NAC le 28 août 2014 depuis une distance de 60 km, avec une résolution spatiale de 1 m/pixel. *Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA*

Les images de la comète 67P prises par la caméra OSIRIS montrent une forme globale inhabituelle composée de deux lobes séparés par un « cou » dont l’origine demeure inexpliquée. Sa surface de composition globalement homogène présente une grande diversité de structures géologiques qui résultent des phénomènes d’érosion, d’effondrement et de redéposition. L’activité de la comète, surprenante à grande distance du Soleil, se concentre actuellement dans la région du « cou ». L’ensemble des images a permis de réaliser un modèle en trois dimensions de la comète et la topographie détaillée du site original d’atterrissage de Philae. Combiné avec la mesure de la masse, ce modèle a donné la première détermination directe de la densité d’un noyau cométaire qui implique une très forte porosité. Ce modèle fournit également le contexte « cartographique » pour l’interprétation des résultats des autres expériences.

Les propriétés de surface de 67P/Churyumov-Gerasimenko

L’instrument MIRO a permis aux chercheurs d’établir une carte de la température sous la surface de 67P. Celle-ci montre des variations saisonnières et diurnes de température qui laissent supposer que la surface de 67P est faiblement conductrice au niveau thermique, en raison d’une structure poreuse et peu dense. Les chercheurs ont également effectué des mesures du taux de production d’eau de la comète. Celui-ci varie au cours de la rotation du noyau, l’eau dégagée par la comète étant localisée dans la zone de son « cou ».

Une comète riche en matériaux organiques

VIRTIS a fourni les premières détections de matériaux organiques sur un noyau cométaire. Ses mesures de spectroscopie indiquent la présence de divers matériaux contenant des liaisons carbone-hydrogène et/ou oxygène-hydrogène, la liaison azote-hydrogène n’étant pas détectée à l’heure actuelle. Ces espèces sont associées avec des minéraux opaques et sombres tels que des sulfures de fer (pyrrhotite ou troïlite). Par ailleurs, ces mesures indiquent qu’aucune zone riche en glace de taille supérieure à une vingtaine de mètres n’est observée dans les régions illuminées par le Soleil, ce qui indique une forte déshydratation des premiers centimètres de la surface.

La naissance de la magnétosphère d’une comète En utilisant l’instrument RPC-ICA, les chercheurs ont retracé la naissance de la magnétosphère, depuis les premières détections d’ions aqueux jusqu’au moment où l’atmosphère cométaire a commencé à stopper le vent solaire (aux alentours de 3,3 UA ³). Ils ont ainsi enregistré la configuration spatiale de l’interaction précoce entre le vent solaire et la fine atmosphère cométaire, à l’origine de la formation de la magnétosphère de « Tchouri ».

**Carte de température sous la surface du noyau (en iso-contours) mesurée par l’instrument MIRO**
L’illumination de la surface du noyau est représentée en arrière-plan. Les plus basses températures (-250 °C, en bleu) sont sur la face non ensoleillée (à gauche sur la figure).
*Crédit : Gulkis et al.*

67P/Churyumov-Gerasimenko, témoin de la naissance du système Solaire

Formées il y a environ 4,5 milliards d’années et restées congelées depuis, les comètes conservent les traces de la matière primitive du système Solaire. La composition de leurs noyaux et de leurs comae donne donc des indices sur les conditions physico-chimiques du système Solaire primitif. L’instrument ROSINA de la sonde Rosetta a mesuré la composition de la coma de 67P (la coma, ou chevelure, est une sorte d’atmosphère assez dense entourant le noyau, elle est composée d’un mélange de poussières et de molécules de gaz) en suivant la rotation de la comète. Ces résultats indiquent de grandes fluctuations de la composition de la coma hétérogène et une relation coma-noyau complexe où les variations saisonnières pourraient être induites par des différences de températures existant juste sous la surface de la comète.

**Surface de la comète**
La composition de la surface de la comète est très homogène avec une petite différence au niveau de la région du cou qui serait peut-être en glace.
*Crédit : F. Capaccioni et al.*

Les poussières de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Le détecteur de poussière GIADA a déjà récolté une moisson de données (taille, vitesse, direction, composition) sur les poussières de dimensions de 0,1 à quelques millimètres émises directement par le noyau. En complément, les images d’OSIRIS ont permis de détecter des poussières plus grosses en orbite autour du noyau, probablement émises lors du précédent passage de la comète.

**Mesures ROSINA**
Rapport CO2/H2O mesuré par ROSINA sur la comète durant la période du 17 août au 22 septembre 2014.
*Crédit : ESA/Rosetta/ROSINA/UBern, BIRA, LATMOS, LMM, IRAP, MPS, SwRI, TUB, Umich*

Les laboratoires français impliqués dans ces études sont
Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/ Aix-Marseille Université)
Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC/Université Paris Diderot)
Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/UPMC/UVSQ)
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier)
Laboratoire de physique et de chimie de l’environnement et de l’espace (CNRS/Université d’Orléans)
Institut de planétologie et astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier)
Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC/ENS/Université de Cergy-Pontoise)
Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud)
Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS/Université de Lorraine)

1. Aix-Marseille Université, UPMC, Université Paris Diderot, UVSQ, Université Toulouse III – Paul Sabatier, Université d’Orléans, Université Joseph Fourier, Université de Cergy-Pontoise, Université Paris-Sud, Université de Lorraine ainsi que l’Ecole Normale Supérieure. Des laboratoires mixtes de l’Observatoire de Paris sont également impliqués.

2. Le LAM a notamment conçu et développé la caméra OSIRIS-NAC, instrument imageur à haute résolution spatiale en partenariat avec la société ASTRIUM et plusieurs laboratoires européens.

3. L’unité astronomique (UA) représente la distance moyenne Terre-Soleil. La valeur de 150 millions de kilomètres est communément admise pour 1 UA.