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Posté par Adrien le Lundi 12/02/2018 à 00:00
La physique marine, chef de l'orchestre phytoplanctonique !

Images satellite de la mer Ligure le 2 novembre 2015. À gauche la concentration en Chl-a, à droite température de surface. La zone d'étude est représentée par le cadre noir. Données issues du CMEMS-Copernicus Marine Environment Monitoring Service (http://marine.copernicus.eu/)
Quand biologistes et physiciens de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) méditerranéen d'océanographie (L’océanographie (de « océan » et du grec γρ?φειν / gráphein, écrire) est l'étude des océans et des mers de la Terre. Les océanographes étudient un très grand nombre de sujets, incluant...) (MIO/PYTHÉAS, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université de Toulon (L' Université du Sud Toulon-Var est une université publique située à Toulon en France. Sa création remonte à 1968, et possède des lieux d'implantation à Toulon, La Garde, Saint-Raphaël, La...) / IRD / AMU) et de la Station biologique de Roscoff (Roscoff est une commune du département du Finistère, en région Bretagne, en France. Elle est aujourd'hui une station balnéaire dynamique. Les habitants s'appellent les Roscovites.) (SBR, CNRS / UPMC) ont mis en commun leurs expertises pour observer la variabilité du phytoplancton océanique à une très fine échelle spatio-temporelle. Biologistes et physiciens du MIO (Mediterranean institute of oceanography) et de la SBR ont voulu en savoir plus sur la composition de la communauté phytoplanctonique et sa variabilité associées à de petites structures dynamiques à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) de l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.).

C'est ainsi que la campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est...) océanographique OSCAHR (Observing submesoscale coupling at high resolution) a vu le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...). Grâce au développement d'un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement,...) (SPASSO - Software package for an adaptive satellite-based sampling for ocean campaigns) permettant de suivre en quasi-temps réel la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) de l'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des courants...), les chercheurs ont pu cibler une structure d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) plus froide (16°C) entourée d'eau plus chaude (18.5°C) s'étant formée en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) Ligure, entre la France, l'Italie et la Corse (La Corse (Corsica en corse) est une île de la mer Méditerranée et une région française, ayant toutefois un statut spécial (officiellement « collectivité territoriale de...), début novembre 2015. Fait intéressant, l'abondance phytoplanctonique observée par satellite (Satellite peut faire référence à :) à l'intérieur du coeur d'eau froide était bien plus importante qu'à la périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou d'une chose.). Décision a donc été prise d'aller échantillonner cette zone à bord du N/O Téthys II du CNRS/INSU, en embarquant un cytomètre en flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) automatisé de dernière génération (un appareil permettant de compter une à une les cellules phytoplanctoniques) et en déployant un "poisson (Dans la classification classique, les poissons sont des animaux vertébrés aquatiques à branchies, pourvus de nageoires et dont le corps est...) plongeur" (MVP Moving vessel profiler) capable d'effectuer des profils verticaux de la colonne d'eau (jusqu'à environ 300 m), toutes les milles nautiques le long du trajet du navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de s'appliquer les règlements...).


Mesures de température (SST) et de salinité (SSS) des eaux de surface pendant la campagne OSCAHR (haut). Mesures de la température et de la salinité en continu jusqu'à 300 m de profondeur acquises avec le MVP lors du transect Sud/Nord mis en évidence par le rectangle (En géométrie, un rectangle est un quadrilatère dont les quatre angles sont des angles droits.) noir.


Variabilité des abondances de Prochlorococcus, Synechococcus, pico- et nano-eucaryotes mesurées toutes les 20 minutes le long du trajet du navire.
Le cytomètre automatisé a permis d'observer en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) réel et à une période de 20 minutes la composition phytoplanctonique des eaux de surface. Pour la première fois avec ce type de cytomètre embarqué, nous avons pu clairement observer et dénombrer les plus petits organismes photosynthétiques sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...), des cyanobactéries de type Prochlorococcus. Les trois autres groupes majoritaires observés sont les Synechococcus, les picoeucaryotes (< 2 µm) et les nanoeucaryotes (2-20 µm). De plus, grâce à la haute fréquence des observations, les propriétés physiques, chimiques et biologiques de la zone d'étude on pu être décrites, de la surface jusqu'à 300 m de profondeur, avec une résolution horizontale de l'ordre du kilomètre. La structure étudiée est caractérisée par une remontée d'eau froide au centre de la zone d'étude. Les analyses des nutriments, réalisées en flux continu par l'équipe de chimie marine de la SBR, ont mis en évidence un enrichissement associé à cette remontée. Outre la concentration plus importante en chlorophylle-a (indicateur de l'abondance phytoplanctonique), la cytométrie en flux a mis en évidence des variations importantes de l'abondance des quatre principaux groupes phytoplanctoniques entre le centre de la structure et sa périphérie.

Cette capacité à observer en quasi-temps réel la structure de la communauté phytoplanctonique à une très haute résolution ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la dynamique des océans à fine échelle. Il apparaît en effet que ces variations jouent un rôle prépondérant dans le fonctionnement des océans. Bien que mises en évidence dans des études numériques, elles étaient jusque-là largement sous-estimées du fait de l'incapacité à accéder in situ à une si fine échelle spatio-temporelle et simultanément à une gamme de paramètres environnementaux aussi complète. Ces variations observées au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) de la communauté phytoplanctonique sont principalement contrôlées par la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) océanique à fine échelle. Notre approche multidisciplinaire s'appuyant sur les derniers progrès faits en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et possède...) de plateforme d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la...), de développement de capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) innovant et de stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) d'observation adaptative s'est donc révélée une avancée majeure pour enfin mieux comprendre ce qui contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) la diversité des assemblages phytoplanctoniques à très petite échelle.


Variation du volume des picocyanobactéries Prochlorococcus et Synechococcus pendant 24h dans les eaux de surface chaudes situées en périphérie de la structure plus froide.
Enfin, en combinant un suivi lagrangien (Le lagrangien d'un système dynamique, dont le nom vient de Joseph Louis Lagrange, est une fonction des variables dynamiques qui décrit de manière concise les équations du...) de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) d'eau par satellite et une exploitation maximale des capacités du cytomètre automatisé, nous sommes même parvenus à observer les variations de tailles infinitésimales des deux plus abondantes espèces phytoplanctoniques, Procholorococcus et Synechococcus, au cours de la journée (Figure 4 [ICI dipositive5.png]). Ces variations nous apportent de précieuses informations sur leurs taux de croissance et de production primaire, si difficiles à obtenir in situ.

La campagne OSCAHR (Doglioli A. (2015), RV Téthys II, http://dx.doi.org/10.17600/15008800) a été financée par l'Axe Transverse AT_COUPLAGE du MIO (PIs A. Doglioli et G. Grégori) et par les projets suivants: CHROME (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.) (PI M. Thyssen, AMIDEX), BIOSWOT (PI F. d'Ovidio, TOSCA/CNES), NeXOS (PI M. Goutx, EU FP7-Research, technological development (Development est une revue scientifique bimensuelle à comité de lecture couvrant tous les champs de la génétique évolutive du développement allant de la biologie...) and demonstration,grant agreement No 614102), SeaQUEST (PI O. Ross, EU FP7-People) et AMICO (PI C. Pinazo, Copernicus - MEDDE).

Nous remercions l'équipage du Tethys II, le personnel de la DT INSU de La Seyne et le groupe MVP de Genavir, en particulier, J. Fenouil. Le MVP et ses capteurs ont été achetés dans le cadre du CETSM Contrat de Projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de...) Etat-Région 2007-2013 en PACA) et de l'ANR FOCEA (ANR-09-CEX-006-01, PIs M. Zhou et F. Carlotti).

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Source: CNRS-INSU
 
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