La variabilité des stocks biologiques de carbone dans l'océan Austral révélée par les flotteurs BGC-Argo
Publié par Adrien le 19/10/2017 à 00:00
Source: CNRS-INSU

Déploiement d'un profileur BGC-Argo pendant la campagne SOCLIM en octobre 2017 sur le Marion Dufresne. © Christophe Penkerc'h, LOV/OOV
Plusieurs décennies de recherche ont été nécessaires pour faire émerger le rôle majeur joué par l'océan Austral (L'océan Austral ou océan Antarctique ou océan glacial Antarctique est l'étendue d'eau qui entoure l'Antarctique. C'est en surface le quatrième océan, et le dernier défini, puisque c'est une...) dans le cycle du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) et le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il...). Toutefois, son éloignement et les conditions météorologiques extrêmes ont rapidement imposé de sérieuses limites à l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de nouvelles données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) par les approches classiques, essentiellement basées sur des campagnes océanographiques. Des chercheurs du Laboratoire 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...) de Villefranche (LOV/OOV, 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).) / UPMC) et du Laboratoire d'océanographie microbienne (LOMIC/OOB, CNRS / UPMC) ont relevé ce défi dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) SOCLIM (Southern ocean and climate) en utilisant principalement des instruments autonomes pour étudier le cycle du carbone dans cet 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...). Les premiers résultats démontrent qu'il est possible de décrire la répartition des stocks de carbone entre différents compartiments biologiques à partir de la nouvelle génération de profileurs instrumentés BGC-Argo, avec une résolution spatiale et temporelle jamais atteinte jusqu'à présent. Cette connaissance est essentielle pour comprendre les mécanismes par lesquels 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...) Austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) absorbe le CO2 atmosphérique.

La pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) biologique du carbone représente un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise...) de processus qui transporte le carbone de la couche de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) des océans vers les profondeurs et les sédiments. La première étape de ces processus repose sur la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus bioénergétique qui permet aux plantes et...) réalisée par le phytoplancton. Cette transformation du carbone inorganique dissous en carbone organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) particulaire se déroule dans la couche éclairée des océans. Elle est donc fortement influencée par le cycle saisonnier, en particulier aux hautes latitudes. L'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) de la pompe biologique (c.-à-d. la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) de carbone transporté dans l'océan profond) et son efficacité (la fraction du carbone synthétisé qui est transféré en profondeur) sont des grandeurs critiques pour estimer le rôle de la pompe biologique sur le contrôle du CO2 atmosphérique. Ces grandeurs sont étroitement liées à la composition des communautés phytoplanctoniques qui varient au fil des saisons. Notre connaissance de la variabilité spatiale et temporelle de cette composition est très limitée par les possibilités d'échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante en métrologie : lorsqu'on ne peut pas saisir un événement dans son ensemble, il faut effectuer des mesures...), en particulier dans l'océan Austral. Le déploiement de moyens 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 très grande participation des...) autonomes tels que les flotteurs profileurs a considérablement étendu le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) des observations pour des paramètres physiques tels que la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) et la salinité, mais aussi et plus récemment pour des paramètres chimiques (oxygène). Ce n'est que très récemment qu'une nouvelle génération de flotteurs a été équipée 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 aiguille…. On fait souvent...) dits bio-optiques. Ces capteurs mesurent des grandeurs telles que l'atténuation (Perte d'intensité et amplitude d'un signal...), la rétrodiffusion ou encore la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir...) qui sont liées aux propriétés des particules présentes dans l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.). Un défi majeur reste l'établissement des liens entre d'une part la nature et l'abondance de ces particules et d'autre part la mesure de ces grandeurs optiques.

Dans le cadre du projet SOCLIM, 8 flotteurs ont été déployés dans dans le secteur indien de l'océan Austral. Par ailleurs, lors d'une des campagnes océanographiques de déploiement, des mesures d'échantillons de référence ont systématiquement été réalisées parallèlement aux relevés des flotteurs BGC-Argo. À cette occasion, les microorganismes qui composent la communauté de surface ont été dénombrés par cytométrie 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....), ou comptés et mesurés par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) et convertis en quantité de carbone présente dans quatre grandes catégories de plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec ancien πλαγκτός / planktós ou « errant »). Selon Hensen (en)...): bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le...), et pico-, nano-, micro-phytoplancton (trois classes de taille de phytoplancton). Une méthode statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une...) d'analyse multivariée a ensuite été utilisée pour prédire au mieux la répartition des stocks de carbone pour ces quatre catégories à partir des seules mesures réalisées par les capteurs physiques et optiques.


Variabilité spatiale et temporelle de la contribution du micro-phytoplancton au stock de carbone dans l'océan Austral.

Cette relation a alors été appliquée aux flotteurs BGC-Argo présents dans la zone d'étude. La variabilité spatiale et temporelle de la répartition des stocks de carbone selon les quatre grandes classes a pu être décrite avec une résolution inédite. Par ailleurs, la saisonnalité de la composition des communautés phytoplanctoniques dans la zone éclairée de l'océan a pu être comparée avec la variabilité d'un indicateur d'export de carbone, la présence d'agrégats, également mesurée par les flotteurs BGC-Argo dans les couches plus profondes (entre 200 et 1000m). Le potentiel des deux approches, combinant robotique marine et mesures de référence par bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer, dirigé ou non par ses occupants. Il répond aux...), est confirmé par leur grande cohérence. Leur mise en oeuvre dans d'autres régions océaniques permettra une meilleure connaissance de la variabilité spatiale et temporelle de la pompe biologique du carbone.

Le projet SOCLIM est soutenu par le programme LEFE-CYBER de l'INSU, la fondation BNP Paribas, le CNRS, l'ENS, l'UMPC et l'IPEV.
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