Programme " PROcessus biogéochimiques dans l'Océan et Flux"
(Proof)
APPEL D'OFFRES 2004

I Cadre général

Au cours de la dernière décennie, le programme JGOFS nous a permis de comprendre que la variabilité du forçage physique océanique à toutes les échelles influence de manière significative la structure des écosystèmes et les cycles biogéochimiques. Le programme Proof développera ces recherches en les inscrivant de manière plus explicite dans le contexte du changement de climat planétaire et de ses répercussions sur le milieu naturel.

Cinq contraintes physiques ou chimiques majeures résultant du changement du climat planétaire et des perturbations de nature anthropique sont identifiées :

• · l'augmentation des rejets d'origine anthropique
• · l'augmentation de la température
• · les modifications de la circulation océanique
• · les modifications des dépôt éoliens d'origine désertique
• · l’augmentation des radiations UV à la surface de l’océan

Le programme Proof encourage donc l’émergence de projets visant, d'une part à étudier, quantifier et éventuellement prédire l'influence de ces forçages sur la réponse biologique et biogéochimique de l’océan et, d'autre part, à identifier, quantifier et éventuellement prédire les mécanismes de rétroaction du système océanique sur le climat.

Néanmoins, pour comprendre et éventuellement pronostiquer ces effets, il demeure essentiel de continuer à documenter et à inventorier les effets de la variabilité dite naturelle ou encore d'identifier et de comprendre les processus responsables de la stabilité des écosystèmes. Ces études devront être menées non seulement au niveau saisonnier mais aussi et surtout au niveau inter-annuel et décennal. Dans ce contexte, les services d’observation ainsi que les bases de données internationales (de terrain, satellitales) devront être considérés comme des supports essentiels à ces recherches.

II Les thèmes de recherche

THEME 1: Interactions entre changements climatiques et cycles biogéochimiques marins via l'interface océan / atmosphère

L'évolution admise du climat global a accru notre besoin de comprendre d'une part, comment ces changements influencent les processus physiques et biogéochimiques dans le système couplé océan-atmosphère, et d'autre part, comment ce système couplé rétroagit sur le climat. Dans ce thème, il est attendu qu'océanographes et atmosphériciens ayant, notamment, une expertise sur les gaz "climatiquement actifs", les aérosols, le transfert radiatif et la photochimie, joignent leurs efforts pour améliorer notre compréhension des processus responsables des sources et puits de ces gaz dans l'océan superficiel, leur échange au travers de l'interface air- mer ainsi que leur influence sur la chimie de l'atmosphère. Ces objectifs sont pour une grande partie ceux affichés par le programme international SOLAS (Surface Ocean Lower Atmopshere Study) et la communauté française devrait s'engager sur quatre objectifs prioritaires.

• · les flux de CO2 à l'interface air-mer. Le programme encourage les approches pluridisciplinaires et "pluri-outils" (voir section II) visant à étudier la variabilité des flux ainsi que les causes essentielles, physiques et biologiques.
• · les effets des dépôts d'origine désertique sur l'océan superficiel. Ces études incluront celles relatives à la variabilité du transport et des dépôts d'origine désertiques, à la fixation de CO2 et d'azote atmosphérique, à l'altération de la composition des communautés planctoniques, et aux conséquences sur l'exportation de carbone en profondeur et sur la production de bio-gaz.
• · le cycle des gaz à impact climatique. Les études viseront à mieux comprendre et quantifier les processus biologiques et abiotiques contrôlant la production et les concentrations marines de ces gaz (en particulier le DMS) ainsi que les facteurs chimiques et physiques modulant les flux de ces gaz vers l'atmosphère.
• · l'impact des radiations UV sur l'océan superficiel. Les études relatives aux effets directs et indirects des radiations UV sur les cycles biogéochimique des bio-gaz, la photo-oxydation du DOC en CO2 et l'altération des communautés vivantes sont encouragées.

THEME 2 : Les effets respectifs du changement climatique et de la variabilité naturelle sur la structure fonctionnelle des écosystèmes marins et sur les cycles biogéochimiques.

Afin d'aborder les études de rétroaction des cycles biogéochimiques océaniques sur le climat, un préalable est de comprendre la manière dont les communautés vivantes dans l'océan vont "intégrer" les modifications de l'environnement et, en retour, contribuer à la modification des cycles. Dans ce thème, il est attendu un regroupement des communautés de biologistes, chimistes et physiciens qui ambitionnent de comprendre et de quantifier la réponse des organismes vivants et des cycles biogéochimiques à la variabilité du forçage physique et chimique. Dans ce cadre, Proof souhaite voir l'émergence d'études dans quatre domaines:

• · la biodiversité (taxonomie et composition des communautés auto- et hétérotrophes) et la diversité et l'efficacité des fonctions biologiques : (production primaire, biocalcification, diazotrophie, biominéralisation, production de biogaz).
• · les facteurs contrôlant la fertilité océanique. Les études s'attacheront à comprendre et à quantifier la manière dont les sels nutritifs et les métaux agissent sur la production primaire en favorisant ou en inhibant le métabolisme de certains groupes fonctionnels du phytoplancton.
• · le domaine du "non-vivant" avec des études sur les variables (par exemple les bio-détritus, les colloïdes, le carbone organique dissous) et les processus (transferts entre les phases dissoute et particulaire ou entre les phases organique et minérale, taux de mortalité des communautés auto- et hétérotrophes) dont la connaissance est essentielle pour comprendre et modéliser les flux d'exportation de matière et les taux de reminéralisation.
• · la représentation des interactions trophiques. La compréhension des mécanismes, physiques chimiques et biologiques, présidant à l'établissement, au maintien ou au remplacement d'un type de réseau trophique devra être abordée en même temps que les répercussions éventuelles sur les ressources vivantes exploitables.

Différences - synergies attendues entre les thèmes 1 & 2

Les thèmes 1 et 2 ne sont pas indépendants : les réponses des écosystèmes aux changements climatiques peuvent influencer les échanges de gaz à effet de serre. Il s'ensuit que le comité scientifique souhaite que les recherches sur les deux thèmes soient, dans la mesure du possible, menées sur les mêmes chantiers (voir section III.2).

THEME 3 : Les "proxies" paléo oceanographiques dans l'océan actuel

L'objectif de cette thématique est de favoriser les synergies entre, la communauté scientifique intéressée par les cycles biogéochimiques dans l'océan actuel et la communauté intéressée par la reconstruction de l'évolution passée de l'océan, en particulier de la paléo-productivité. Ce thème fait appel au concept de "proxies", c'est-à-dire d'indicateurs (biologiques, géochimiques et sédimentaires) permettant de quantifier (empiriquement) les paramètres climatiques et environnementaux utilisés pour les reconstitutions paléo-climatiques. Il faut dégager ces relations empiriques dans l'océan actuel pour les extrapoler ensuite à l'analyse des carottes sédimentaires. Dans ce contexte, Proof encourage la soumission de projets de deux types :

· la calibration des indicateurs. Il existe une palette variée de "proxies” caractérisant ou décrivant des processus océaniques clés tels que l'utilisation des sels nutritifs, la production exportée (quantité et qualité). Néanmoins, leur interprétation souffre encore d'incertitudes majeures; en particulier, ils ne prennent pas en compte la variabilité saisonnière et annuelle des systèmes. Les limites d'applicabilité de ces indicateurs doivent donc être rigoureusement testées et évaluées en étudiant notamment les conditions de leur formation et de leur transformation dans l'océan superficiel, dans la colonne d'eau et à la surface des sédiments.

· l'identification de nouveaux "proxies". Il existe d'autres processus océaniques qui font actuellement l'objet d'études approfondies dans l'océan moderne (cf. thèmes 1 et 2) mais pour lesquels il n'existe pas de "proxies". Il en est ainsi des apports atmosphériques de fer, de la fixation d'azote atmosphérique ou de la modification des communautés phytoplanctoniques. De nouveaux indicateurs doivent donc être développés pour permettre l'étude de ces processus. En particulier, les modifications du compartiment biologique pourraient être identifiées en utilisant les biomarqueurs et les outils de la génétique moléculaire (interaction avec le thème 2).

Ces recherches aboutiront seulement en étudiant la relation entre "proxies" et processus cibles dans l'océan actuel. Il est donc nécessaire que les observations de terrain permettent l'identification et la calibration de nouveaux indicateurs (voir également III.2).

III Les outils, les méthodes

Proof identifie cinq outils essentiels aux recherches pluridisciplinaires en biogéochimie marine. Pour l’utilisation de chaque "outil", le comité scientifique émet les recommandations suivantes.

III.1 L'expérimentation de laboratoire / mésocosmes

L'objectif premier de ces recherches est de comprendre certains processus biogéochimiques clé dans le cadre d'un forçage maîtrisé. Dans un deuxième temps, l'objectif sera de transférer les résultats ou les approches au milieu océanique. Il est donc important de prendre en compte, dès la conception des expériences, les problèmes de transfert d'échelle.

III.2 L'observation de terrain, les chantiers

Proof a identifié quatre zones chantiers prioritaires sur lesquelles il est souhaité que la majorité des programmes à la mer se concentrent :

1) La Méditerranée,
2) L'océan austral,
3) L'Atlantique Nord-Est / Golfe de Gascogne,
4) L'océan tropical

· Dans le cadre des observations de terrain, Proof n’impose pas de paramètres de base à mesurer. Toutefois, la constitution de bases de données requiert souvent des mesures "systématiques" qui ne sont pas forcément utiles à un projet ciblé. Au cas par cas, le comité scientifique pourra demander aux responsables de projet d’acquérir certaines mesures. Dans ce cas, le Comité scientifique s'engage à trouver les accompagnements nécessaires à la réalisation de ces dernières.

· Les observations non-intrusives des processus biogéochimiques (par exemple à l’aide de la biologie moléculaire, de la chimie des isotopes naturels, ou de l’optique in situ) doivent continuer à être développées.

III.3 Les données satellitales

Dans le domaine de l’observation satellitale, seront particulièrement encouragés les travaux visant à :

• · combiner les données de différents satellites « couleur de l’eau » pour assurer des archives continues à partir desquelles les variabilités naturelles et anthropiques pourront être extraites ;
• · extraire de nouveaux produits géophysiques et biogéochimiques pouvant être assimilés dans des modélisations régionales ou globales ;
• · combiner les données de différents satellites (couleur de la mer, température, altimétrie) permettant des descriptions de la variabilité et des études du couplage physique-biologie à moyenne échelle ;
• · piloter les observations de terrain.

On veillera en particulier à ce que les travaux sur les données satellitales soient développés en étroite liaison avec les utilisateurs des produits qui pourraient en être dérivés.

III.4 Les bases de données

· Le programme Proof considère comme essentiel que la communauté française s'engage dans la synthèse sur des thèmes relatifs au cycle du carbone et des éléments associés. Dans ce cadre, le comité scientifique encourage très fortement la soumission de projets utilisant les bases de données (internationales) existantes, en particulier, celles collectées durant la décennie JGOFS.

· La constitution de base de données accessible à la communauté est une nécessité pour chaque projet. C'est pourquoi, dans la sélection des projets, le Comité scientifique attachera une importance particulière à la stratégie de mise à disposition des données. Il adaptera les financements en cas de dysfonctionnement.

III.5 La modélisation

Dans le domaine de la modélisation, le comité scientifique sera particulièrement attentif aux travaux visant à développer :

· la modélisation couplée physique-biologie en considérant explicitement le transfert d'échelles entre la mesoéchelle et le bassin océanique. En particulier, sont encouragés les développements s'appuyant sur le projet Pomme, dont la phase expérimentale est achevée.
· grâce à l'aide de mathématiciens et de théoriciens, des outils de modélisation permettant, d'une part de mieux rendre compte de la non-linéarité des phénomènes biogéochimiques et biologiques et, d'autre part, de contourner le problème du sous-échantillonnage "chronique" des variables et processus servant de paramètres d'entrée ou de validation aux modèles.

· la modélisation des transferts entre dissous et particulaire, entre organique et minéral et entre colonne d'eau et sédiment.

III.6 Développements des approches "pluri-outils"

Proof souhaite recevoir des projets tirant parti de l'utilisation couplée de différents outils. En particulier, sont encouragés les projets mettant en œuvre un système intégré modèles-observations qui développe des méthodes d'inversion et d'assimilation de données (en particulier satellitales) adaptées à l'estimation des paramètres dans les modèles.

Remarque: Le comité scientifique soutiendra des projets sur le développement et l’amélioration des outils (dans un des cinq domaines exposés ci-dessus). Ces projets méthodologiques doivent néanmoins déboucher sur des propositions scientifiques à part entière.

IV Le fonctionnement du Programme

IV.1 Réponse à l'appel d'offre

Procédures de soumission
· Afin d'élargir l'évaluation des projets aux scientifiques non francophones, la soumission de propositions en anglais est encouragée. La soumission de projets en français reste néanmoins possible (voir formulaires).
· Le programme soutiendra en priorité des propositions coordonnées réunissant plusieurs équipes avec des compétences complémentaires.
· Pour les projets comportant une campagne en mer sur un navire de l'IFREMER, les proposants devront également remplir l'annexe1. Le programme PROOF a en effet mis en place une procédure visant, à terme, à avoir un formulaire commun INSUE – Navires hauturiers.
· Pour permettre l’évaluation financière du projet, les proposants devront fournir un échéancier pluri-annuel. Pour les projets reposant sur des analyses (in situ ou au laboratoire), la justification détaillée (e.g. coût unitaire de l’analyse et nombre d’analyses prévues, coût total par poste) des dépenses envisagées est demandée (remplir l'annexe 2).

Evaluations

· Une liste de cinq arbitres potentiels, dont trois étrangers, sera produite à l'appui de la demande Les projets seront évalués par un membre du Comité scientifique et un rapporteur extérieur.
· L'évaluation approfondie (fiche détaillée et fiche abrégée) des projets pluri-annuels se fait de la façon suivante, N étant l'année de soumission :
- à N+2 pour les projets sur deux ans,
- à N+2 et N+3 pour les projets sur trois ans,
- à N+2 et N+4 pour les projets sur quatre ans.

· L'année où il n'y aura pas d'évaluation approfondie, seule une fiche abrégée sera demandée. Cette fiche permettra également au proposant d'apporter des compléments d'information en réponse aux recommandations du comité scientifique.

IV.2 Interaction avec les autres programmes

· Au niveau national
Le thème 1 doit permettre la mise en place d'interactions fortes avec les programmes PNTS, PNCA, PNEDC et PATOM.
Le thème 2 doit également permettre des échanges avec les communautés PNEC et PATOM.
Le thème 3 permettra les échanges avec le PNEC et le PNEDC.

· Au niveau international
1. Le thème 1 doit permettre l'émergence d'une communauté se structurant, à terme, au sein d'une composante SOLAS-France.
2. Le thème 2 doit, de la même manière, favoriser l'émergence d'un groupe pouvant contribuer aux futurs programmes post-JGOFS (IMBER) notamment ceux accordant une importance plus marquée aux études à l'interface de l'écologie et des cycles biogéochimiques, y compris le programme GLOBEC.
3. Le thème 3 pourra devenir la composante française de Paleo Jgofs Task Team (PJTT).
4. Les projets relevant de la synthèse et de l'utilisation des bases de données entrent dans le cadre de l'effort international de synthèse accompagné par Jgofs.

IV.3 La communication du programme Proof

?Un site Web Proof est désormais à la disposition de la communauté à l'adresse suivante http://www.obs-vlfr.fr/proof/index_vt.htm.
La vocation de ce site est double
· Ce site permet l'accès aux données des projets soutenus par PROOF. Pour les projets nouveaux, une charte "base de données" a été publiée (rubrique information générale) afin de mettre en place une politique efficace de collecte et de mise à disposition des données. Les proposants sont tenus de se conformer à cette chartre.
· Il constitue une "porte d'entrée" pour chacun des projets financés. Les responsables de projets soutenus par PROOF sont encouragés à fournir les éléments d'information sur la vie du projet (résultats importants, actualisation des publications, annonce, programmes et compte rendus des réunions, documents power points, posters).

Toute interaction avec les responsables de la base de données et/ou du site PROOF se fera au travers de l'adresse email dm_proof@obs-vlfr.fr

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La date limite de réponse est fixée au 23 octobre 2003 délai de rigueur. Aucun projet soumis après cette date ne sera examiné.

Les formulaires sont disponibles sur le serveur de l'INSU (www.insu.cnrs-dir.fr) dans la rubrique Récapitulatif des Appels d'offres.

La fiche détaillée et/ou la fiche abrégée devront être adressées sous format RTF à l'adresse électronique suivante:
martine.revillon@cnrs-dir.fr, en document attaché.
Le document attaché doit être nommé avec les informations minimum suivantes:
PROOF_nom du demandeur.

Un dossier papier comprenant obligatoirement l'avis du responsable de la formation doit être adressé, par courrier à:

Martine Révillon
Institut National des Sciences de l'Univers
3, rue Michel Ange
BP 287-16
75766 Paris cedex 16.