Quand les phoques aident à mieux observer et comprendre l’océan Austral

Lundi, 3 février 2014

Une équipe internationale, impliquant des chercheurs de 8 pays différents dont des chercheurs français du Centre d’études biologiques de Chizé (CEBC, CNRS / Université de la Rochelle) et du Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN/IPSL, UPMC / CNRS / MNHN / IRD), a collecté un grand nombre de profils de température et salinité dans un vaste secteur de l’océan Austral en utilisant des phoques antarctiques équipés d’une nouvelle génération de balises océanographiques. Ces chercheurs ont démontré l’importance de la contribution de ces nouvelles données à la compréhension du comportement de l’océan Austral.

Outre d’abriter des ressources marines d’une très grande valeur économique et patrimoniale, l’océan Austral joue un rôle fondamental dans la régulation du climat mondial. Pour étudier son rôle à grande échelle dans les processus climatiques et prévoir sa réponse aux changements climatiques globaux, de très gros efforts nationaux et internationaux de modélisation des processus d’océanographie physique sont mis en œuvre. Cependant, ces efforts de modélisation sont considérablement limités par le manque de mesures in situ, en particulier dans les zones de hautes latitudes et plus encore durant les périodes hivernales.
L'outil de mesure standard pour étudier la circulation des océans est la CTD (Conductivity-Temperature-Depth), qui permet d’établir des profils verticaux de température et de salinité de l’eau de mer, dont on peut déduire des profils de densité. Les CTDs sont généralement soit mises en œuvre à partir de navires océanographiques conventionnels au coût élevé et qui ne permettent pas de garantir l’accès aux zones de glace de mer pendant les mois hivernaux, soit déployées sur des profileurs autonomes ARGO (balises dérivant au grès des courants) qui sont une bonne alternative aux navires mais pas plus efficaces dans les zones englacées.

Dans ce contexte, la collecte de profils hydrographiques à partir de CTDs montées sur des mammifères marins s’avère très avantageuse. Un choix judicieux de l’espèce et du sexe permet en effet d’obtenir des données dans des régions d’accès difficile, voire impossible, et donc particulièrement sous-échantillonnées, telles que les zones de banquise ou de plateaux continentaux. Parmi les mammifères marins, les éléphants de mer sont particulièrement intéressants car ils présentent la particularité de plonger continuellement à de grandes profondeurs (régulièrement entre 400 et 800 m, et jusqu’à près de 2000 m) et longuement (durant 25 min en moyenne, et jusqu’à 80 min).



Grace à une collaboration internationale unique, impliquant des équipes allemandes, américaines, australiennes, brésiliennes, britanniques, norvégiennes, sud-africaines et françaises(1), 349 phoques antarctiques, tout particulièrement des éléphants de mer, ont été équipés d’une nouvelle génération de CTDs(2) à partir d’une dizaine de sites différents de la zone antarctiques et sur la période 2004 - 2010. Plus de 165 000 profils de température et salinité ont ainsi pu être collectés sur l’ensemble de l’océan Austral. Bien que moins précis que ceux obtenus par les profileurs autonomes ARGO ou à partir des navires océanographiques, ils constituent aujourd’hui la principale source de données océanographiques disponible pour l’océan Austral, en particulier pour la zone de banquise antarctique pendant les mois hivernaux. Ces profils ont tous été vérifiés, inter-comparés avec d’autres profils in situ et inter-calibrés, et ils ont été mis à disposition de l’ensemble de la communauté scientifique via le centre de données océanographiques CORIOLIS.

Distribution spatiale du nombre de profils température et salinité acquis avec les phoques austraux (à gauche) et les profileurs dérivants ARGO (à droite). Les limites nord et sud du courant circum Antarctique sont indiquées en rose. Au sud de 60°S, la très grande majorité des profils température/salinité sont obtenus par les phoques.

Afin d’évaluer objectivement l’apport de ces données dans l’observation de l’océan Austral, les chercheurs ont comparé la circulation océanique estimée par le modèle numérique ECCO à partir des données ARGO seules à celle obtenue en utilisant de surcroit les données de phoque. Il s’avère que la prise en compte des données de phoques induit notamment une diminution des températures de surface près du continent Antarctique et une augmentation sensible de la salinité à l'ouest de la péninsule antarctique. Les chercheurs ont pu montrer que l’incorporation des données collectées par les phoques amène le modèle à produire une plus grande étendue de banquise sur le pourtour du continent, une situation qui est en meilleur accord avec les observations satellitaires. Cette évaluation montre que l’inclusion de ces données dans le modèle améliore sensiblement ses performances pour la zone Antarctique.

Un nombre croissant d’études de disciplines très diverses porte sur l’océan Austral, du fait notamment des enjeux liés au changement climatique et de l’importance de cet océan dans les grands équilibres climatiques mondiaux. Dans ce contexte, l’apport de ces données mises à la disposition de tous et dont le potentiel reste encore largement inexploré est d’un intérêt tout particulier pour la communauté scientifique.

Note(s): 
  1. En France, outre le CEBE et le LOCEAN, cette collaboration a impliqué le Système d’observation MEMO (Mammifères échantillonneurs du milieu océanique) et le Système d'observation et d'expérimentation pour la recherche en environnement CTD-02 (Coriolis-temps différé observations océaniques). Elle a bénéficié du soutien des deux instituts INSU et INEE du CNRS, de l'IPEV, du CNES (programme TOSCA), de la fondation Total  et  de l'ANR.
  2. Ces CTDs de nouvelle génération ont été développées par le Sea mammal research unit (Écosse) avec une forte contribution de la communauté française pour ce qui avait trait à l’optimisation des algorithmes de compression des données transmises et au contrôle qualité des données collectées.
Source(s): 

Fabien Roquet, Carl Wunsch, Gael Forget, Patrick Heimbach, Christophe Guinet, Gilles Reverdin, Jean-Benoit Charrassin, Frederic Bailleul, Daniel P. Costa, Luis A. Huckstadt, Kimberly T. Goetz, Kit M. Kovacs, Christian Lydersen, Martin Biuw, Ole A. Nøst, Horst Bornemann, Joachim Ploetz, Alfred-Wegener-Institut, Marthan N. Bester, Trevor McIntyre, Monica C. Muelbert, Mark A. Hindell, Clive R. McMahon, Guy Williams, Robert Harcourt, Iain C. Field, Leon Chafik, Keith W. Nicholls, Lars Boehme, and Mike A. Fedak (2013). Estimates of the Southern Ocean General Circulation Improved by Animal-Borne Instruments. Geophysical Research Letters, VOL. 40, 6176–6180, doi:10.1002/2013GL058304, 2013

Contact(s):
  • Fabien Roquet, Département de météorologie de l’université de Stockholm
    fabien [dot] roquet [at] gmail [dot] com, (+46) 08 16 42 32
  • Christophe Guinet, CEBC
    christophe [dot] guinet [at] cebc [dot] cnrs [dot] fr, 05 49 09 78 39
  • Gilles Réverdin, LOCEAN/IPSL
    gilles [dot] reverdin [at] locean-ipsl [dot] upmc [dot] fr, 01 44 27 23 42

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