Des nutriments pour le phytoplancton dès la fin décembre en Méditerranée Nord Occidentale

Mercredi, 17 décembre 2014

Une équipe constituée de chercheurs du Laboratoire d’océanographie de Villefranche (LOV/OOV, UPMC / CNRS), du laboratoire Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / Université du Sud - Toulon - Var / IRD / Université Aix-Marseille), du Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN.IPSL, UPMC / CNRS / MNHN / IRD), du Laboratoire détection, capteurs et mesures (Ifremer) et de l’Institut polaire français Paul Émile Victor (IPEV) associé à la société Nke Instrumentation, vient d’analyser les données recueillies durant une année, en Méditerranée Nord Occidentale, par deux prototypes de flotteurs profileurs Argo équipés de sondes de mesure de la concentration en nitrates. Les résultats obtenus remettent en question l’idée couramment admise selon laquelle le processus hivernal de convection profonde serait la cause principale de la disponibilité des nitrates en surface et donc de la floraison printanière du phytoplancton.

Lancé en 2000, le réseau Argo, premier réseau global d’observation in situ et en temps réel des océans, est aujourd’hui constitué de plus de 3000 flotteurs profileurs répartis dans l’océan mondial où ils mesurent en continu la température et la salinité des eaux entre la surface et 2000 m de profondeur. La surveillance des écosystèmes marins étant devenue une priorité de la recherche océanographique, la communauté française s’est fortement engagée dans la construction d’un réseau Bio-Argo de flotteurs profileurs de type Argo équipés en outre d’instruments de mesure de paramètres biogéochimiques marins. Dans ce contexte, elle s’est notamment investie dans la réalisation de flotteurs équipés  de capteurs de la concentration en nitrates.

Les nitrates sont les "sel nutritifs" les plus importants pour le phytoplancton, premier échelon du réseau tropique marin. Toutefois, la prise d’échantillons en milieu océanique étant onéreuse et difficile, les variabilités saisonnière et interannuelle des concentrations en nitrate sont très mal connues, ce qui empêche une validation efficace et donc une amélioration des modèles existants.
Dans ce contexte, deux prototypes de flotteurs profileurs Argo équipés de sondes de mesure de la concentration en nitrates (appelés PRONUTS) ont été déployés en 2009 en Méditerranée Nord Occidentale. Ces deux prototypes n’ont pas d’équivalent en Europe, et, à l’époque de leur mise à l’eau, seuls deux engins similaires avaient été fabriqués aux États-Unis. Contre toute attente, les 2 PRONUTS, initialement prévus pour fonctionner durant une très courte durée et être ensuite récupérés, ont fonctionné pendant plus de 2 ans. Ils ont ainsi pu recueillir un jeu de données unique, car à haute fréquence (initialement un profil tous les 5 jours, puis tous les 2 jours) et couvrant 2 cycles annuels complets, sur la concentration des nitrates en Méditerranée Nord Occidentale.

Cartes des concentration en chlorophylle de la Méditerranée Nord Occidentale (données du satellite MODIS), montrant les positions des 2 PRONUTS (cercles rouges et diamants blancs) ainsi que, dans la première image, les trajectoires qu’ils ont suivies de juillet 2001 à juillet 2012 (lignes continues blanches et noires). La Méditerranée Nord Occidentale est le siège chaque hiver d’un processus de convection profonde (plongée des eaux de surface jusqu’à une profondeur pouvant varier entre 100 et 2500 mètres)(1). Ce phénomène, qui exerce un forçage sur toute la circulation du bassin, provoque un mélange complet de la colonne d’eau et de ce fait une redistribution des sels nutritifs initialement présents en profondeur. Il est souvent évoqué comme le plus important processus permettant d’augmenter la disponibilité en sels nutritifs en surface. Cette disponibilité exceptionnelle est quant à elle considérée comme primordiale pour expliquer la vaste (en terme d’intensité et d’étendue) floraison phytoplanctonique observée pratiquement chaque printemps dans toute la Méditerranée Nord Occidentale.

Séries temporelles de la profondeur de la couche mélangée (gris) et de la concentration des nitrates dans cette couche (rouge), toutes deux issues des observations des 2 PRONUTS, ISUS (en haut) et SUNA(en bas), ainsi que de la concentration en chlorophylle de surface (vert) à la position des flotteurs, obtenue par le satellite MODIS. Une équipe constituée de chercheurs de plusieurs laboratoires français a étudié les données recueillies par les deux PRONUTS durant la première année. Cette analyse a montré que l’augmentation des concentrations en nitrates apparaissait dès décembre/janvier, soit un mois environ avant l’établissement de la convection profonde observé en février. Par ailleurs, l’analyse complémentaire de données satellitaires de chlorophylle de surface a montré que le phytoplancton répondait rapidement à cette disponibilité anticipée en nitrates, sa biomasse doublant, par rapport aux concentrations observées en été (les plus faibles de l’année), dès le mois de décembre c’est-à-dire avant l’observation de la convection profonde, pour n’atteindre cependant son maximum annuel qu’en mars c’est-à-dire après l’établissement de la convection profonde.
Cette augmentation anticipée des concentrations en nitrates par rapport à l’établissement de la convection profonde remet en question le rapport de causalité entre la convection profonde et l’augmentation des concentrations en nitrates, et donc entre la convection profonde et la floraison phytoplanctonique, le lien de causalité entre l’augmentation des concentrations en nitrates et la floraison phytoplanctonique étant confirmé.

Pour expliquer ce résultat, qui remet en question un paradigme sur le développement de la floraison printanière observé en Méditerranée Nord Occidentale, les chercheurs suggèrent que, plus que la convection profonde, c’est la circulation large échelle de la Méditerranée Nord Occidentale qui provoquerait l’augmentation, dés le mois de décembre, de la disponibilité des nitrates dans les couches de surface et de sous-surface et donc la croissance phytoplanctonique. La convection profonde de février apparaît toutefois importante pour renforcer cette disponibilité au début du printemps.

Ce travail a été sélectionnée comme " AGU Research Highlight" par l’éditeur,
Il a impliqué des personnels d’horizons divers : des équipes techniques, des spécialistes des nitrates ainsi que des physiciens océanographes. Il s’est achevé dans le cadre du système MOOSE d’observation de la façade méditerranéenne et du programme MSTRALS du CNRS.
Les flotteurs Argo ont été fournis par le programme national GMMC et les capteurs nitrates ont été financés par la région PACA.

Note(s): 
  1. Bien que ne se produisant que dans très peu de régions de l’océan global, la convection profonde a des répercutions avérées sur la circulation générale de l’océan et donc sur le climat.
Source(s): 

D’Ortenzio, F. et al. (2014), Observing mixed layer depth, nitrate and chlorophyll concentrations in the northwestern Mediterranean: A combined satellite and NO3 profiling floats experiment, Geophys. Res. Lett., 41, 6443–6451, doi:10.1002/2014GL061020.

Contact(s):
  • Fabrizio D Ortenzio, LOV/OOV
    dortenzio [at] obs-vlfr [dot] fr, 04 93 76 37 15

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