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Campagne SWINGS dans l'Austral

L’expédition océanographique SWINGS, parcourt actuellement le sud de l’Océan Indien à bord du navire Marion Dufresne. L’objectif de cette campagne est multidisciplinaires en étudiant les transformations physique, chimique et biologique des éléments traces. Les services du pôle Océan ODATIS se retrouvent impliqués dans quelques-unes des études de la campagne.

L’expédition océanographique SWINGS (South West indian Geotraces Section), sillonne l’Océan Indien sud, pour 54 jours (11 janvier - 8 mars 2021) à bord du navire Marion Dufresne. L’objectif de cette campagne est multidisciplinaires en étudiant les transformations physique, chimique et biologique des éléments traces « géochimiques »  depuis leur origine (atmosphérique, sédimentaire, hydrothermale, …) jusqu’à leur assimilation par les organismes et leur chute et séquestration dans les profondeurs océaniques. Les services du pôle Océan ODATIS se retrouvent impliqués dans quelques-unes des études de la campagne : pour la cytométrie en flux, pour le support aux campagnes en mer et pour la bancarisation des données.

SWINGS est une contribution française au programme international GEOTRACES qui compile depuis 2010 les données des éléments traces géochimiques. Le centre d’assemblage français de ce programme GEOTRACES est la base de données biogéochimiques LEFE-CYBER, intégrée au centre de données in situ CDS-IS-IMEV du pôle ODATIS.

Des éléments chimiques fixés par le phytoplancton

Certains des éléments traces sous forme dissoute jouent un rôle très important dans l’activité photosynthétique. Le phytoplancton, en utilisant le rayonnement solaire comme source d’énergie, convertit le carbone inorganique dissous en matière organique. Une partie de ce carbone inorganique particulaire quitte les couches océaniques de surface et précipite sous forme de neige marine vers l’océan profond avant d’être reminéralisé par des bactéries marines. L’ensemble de ces microorganismes affectent les cycles du carbone, de l’azote, du phosphore et d’autres éléments clés. Dans un contexte de changement climatique global, leur étude est donc fondamentale.

Cytométrie en flux

Le cytomète en flux de type Cytobuoy (N.L.), installé à bord du Marion Dufresne, analyse l'eau pompée à 7 m de profondeur, et est capable de caractériser la communauté du phytoplancton: compter les cellules et estimer des classes de tailles comprises entre 0.6 µm et 800 µm qui peuvent être finalement associées à des groupes fonctionnels propres. Les plus grosses cellules peuvent être reconnues à l'échelle taxonomique grâce à la prise d'image de grande qualité.

L'estimation des classes de tailles du phytoplancton et de leur abondances permet de quantifier la biomasse produite par ce producteur primaire majeur, qui possède la capacité à transformer la matière minérale dissoute en matière organique particulaire.

Deux cytogrammes réalisés à bord au début du mois de février, illustrent la distribution des cellules du phytoplancton dans deux zones distinctes, le premier avant le Front Subtropical, le second avant le Front Polaire. La diffusion, liée à la taille peut se lire en abscisse. La fluorescence liée au contenu pigmentaire du phytoplancton se lit en ordonnée. Ces 2 cytogrammes montrent des communautés de taille et de fluorescence différentes permettant d'identifier les groupes fonctionnels tels que : des cyanobacteries picoplanctoniques (en bleu), des picoeucaryotes, (en rouge et en vert), des nanoeucaryotes (en jaune) et du microphytoplancton (en bleu clair). Les points gris traduisent le bruit de fond de l'appareil.

 

Les mesures automatisées du cytomètre, en continu sur la trajectoire du navire océanographique augmentent considérablement la fréquence d’acquisition des mesures, comparativement à des prélèvements manuels. Cette résolution améliorée, il est ainsi plus facile de comparer la distribution des microorganismes observée par cytométrie avec des mesures colocalisées de variables physiques.

Support aux campagnes en mer

Pour comprendre ce lien entre physique et biologie, des données satellite en temps quasi-réel de chlorophylle ont notamment été utilisées, via le service de support aux campagnes en mer du pôle ODATIS. CLS apporte son support pour des produits de chlorophylle haute résolution, intégrées à l’outil SPASSO du MIO, avec d’autres produits satellite et modèle. L'objectif spécifique d'un tel produit haute résolution est d'identifier la présence et l'effet de structures physiques d'échelle fine tels des tourbillons et des filaments, dont les échelles spatio-temporelles sont comprises entre 10-100km et de l’ordre de la semaine. Ces structures physiques jouent un rôle essentiel dans le transport ascendant de nutriments vers la couche euphotique, dans le transport descendant du carbone organique vers les profondeurs, et dans la redistribution horizontale du phytoplancton.

La carte ci-dessus montre la teneur en chlorophylle-a issue du produit haute résolution en date du 17 janvier 2021 près de Durban. En blanc les stations effectuées pendant la campagne SWINGS. Ces données haute résolution en temps-réel ont été particulièrement utile pour identifier la zone de recirculation au sud de Durban et positionner les stations sur les structures en filament de chlorophylle-a. Crédits SWINGS, communication de Sara Sergi / Francesco d'Ovidio (LOCEAN-IPSL).

MAP-IO, un observatoire Océan-Atmosphère

Le cytomètre en flux installé à bord, restera en place pour servir au volet océanographique du programme MAP-IO (Marion Dufresne Atmospheric programm-Indian Ocean), un observatoire océan-atmosphère qui profitera des rotations régulières du Marion Dufresne vers les TAAF et des opportunités des campagnes à la mer, comme SWINGS. La bancarisation des données sera assurée avec le soutien des pôles AERIS pour l’atmosphère et ODATIS pour l’océan.

Plus d'information

Photo prise dans la tempête par Christophe Cassou, à bord du Marion Dufresne, 21/02/2021

Remerciement à C.Cassou pour cette photo prise à bord du Marion Dufresne, le 21/02/2021 : "le vent souffle a 80 nœuds et soulève des embruns formant une lentille à l'interface entre air et eau devenus indivisibles. Le soleil célèbre leur union par des irisations, tels des arcs en ciel de surface. Les maitres de cérémonie sont les Damiers du Cap". Crédits C.Cassou, @cassouman40