Compte tenu du travail mené jusqu’à présent dans la zone frontale de l’océan Austral et de la démarche présentée dans la partie précédente, notre plan de recherche peut être représenté de manière schématique sur la figure ci-dessous en fonction des zones océaniques privilégiées dans dans l’exploration de l’espace des paramètres et des programmes auxquelles elles se rattachent. Deux étapes principales sont envisagées, l’une pour 2002-2003, l’autre pour 2003-2005. Le contenu de chacune de ces étapes est détaillé ci-après.

 

Etape 1 (2002-2003)

 

En suivant la démarche exposée précédemment, et compte tenu de nos travaux réalisés jusqu’à présent, la première étape de ce projet sera d’explorer l’espace des paramètres dans la zone correspondant au secteur indien de l’Océan Austral. La zone frontale sépare deux systèmes biogéochimiques très différents résultant notamment des forts gradients méridiens en sels nutritifs (N et Si) : l’un est à caractère oligotrophe au nord et l’autre à caractère HNLC au sud. L’activité méso-échelle de la zone induit un échange continu mais fortement variable entre ces deux systèmes et il est particulièrement important de comprendre son effet sur la structure de l’écosystème. Dans ce type de système il est montré que le silicium et le fer sont les facteurs limitants principaux de la croissance des diatomées.

Afin de répondre aux questions exposées dans la section précédente, on s’attachera donc dans cette première étape à explorer l’espace des paramètres en privilégiant :

-          le nombre de compartiments phytoplanctoniques : diatomées – flagellés

-          les ressources en éléments nutritifs (N,Si)

-          la sensibilité du modèle aux valeurs des coefficients physiologiques (taux de croissance et paramètres de co-limitation N-Si-Fe), notamment par classe de taille.

-          la sensibilité au rapport mélange/lumière

On ne considérera dans cette première approche qu’un seul groupe de brouteurs. La dynamique méso-échelle sera du même type dans les différentes simulations afin de conserver les mêmes échelles spatio-temporelles et permettre de caractériser la réponse des écosystèmes selon leurs échelles de temps propres.

Une réflexion est entamée en collaboration avec  S. L'Helguen (LCM, IUEM) concernant les coefficients physiologiques par classe de taille de phytoplancton (uptake de l’azote). Cette collaboration sera continuée dans l’étape 2 sur la zone Atlantique Nord Est.

Nous introduirons également une paramétrisation de la colimitation Fe-Si et étudierons la sensibilité du système à cette paramétrisation en collaboration avec S. Blain et G. Sarthou (LEMAR).

On s’attachera à quantifier ces résultats en terme d’impact sur les cycles biogéochimiques (production primaire et exportée).

Le travail de DEA qu’effectueront H. Legall et S. Roudesly pendant leurs stages de DEA en 2002 s’inscrit dans cette étape. Par ailleurs une demande de financement pour un Post-doc en collaboration avec H.Y.Park (MNHN) est en cours dans le cadre de l’analyse des données physiques de la campagne ANTARES 4 visant à caractériser la dynamique 3D de la zone. Ce travail qui serait mené au Muséum d’Histoire Naturelle doit permettre une meilleure compréhension de la physique de la zone frontale à l’échelle du méandre observé lors de la campagne ANTARES 4 en lien avec nos études de processus.

 

Etape 2 (2003-2005)

 

Nous explorerons ensuite une zone plus large de l’espace des paramètres correspondant à des caractéristiques proches de celles de l’Atlantique Nord-Est (POMME) et de la mer des Sargasses (BATS). Dans cette partie nous ferons varier les échelles spatiales et temporelles associées à la dynamique méso-échelle, en particulier en faisant varier la stratification et les caractéristiques de la zone frontale. Les autres directions de variations dans l’espace des paramètres seront choisies en fonction des résultats obtenus à l’étape 1.

De même que dans l’étape 1 on s’attachera à quantifier ces résultats en terme d’impact sur les cycles biogéochimiques (production primaire et exportée).

La finalité de cette étude consiste à obtenir une vue globale dans l’espace des paramètres décrit de la réponse des écosystèmes planctoniques. En particulier un des buts est de converger vers les modèles biologiques plus complexes tels que ceux utilisés dans les modèles couplés réalistes. L’originalité du projet sera d’évaluer l’impact d’une complexification de la structure du réseau trophique sur la réponse de l’écosystème à la variabilité océanique à méso-échelle. Dans cette étape il est donc envisagé de faire varier également le nombre de groupes fonctionnels (par la prise en compte d’un 3^ième goupe de phytoplancton et/ou d’un 2^nd groupe de zooplancton).

Une rationalisation globale dans l’espace des paramètres sera proposée d’après les résultats obtenus dans les différentes étapes de ce projet concernant notamment l’augmentation de la diversité planctonique dans les différents modèles de complexité croissante utilisés.

Cette étape se fera notamment en liaison directe avec les études de modélisation menées dans le cadre du programme POMME, et notamment L.Memery et M.Levy (LODYC).

 

Chercheurs et laboratoires impliqués

 

 

La nature clairement pluridisciplinaire de ce projet implique un travail d’équipe regroupant à la fois des physiciens modélisateurs (P.Rivière, C.Fravalo) et un biologiste modélisateur (P.Pondaven). La modélisation couplée physique-biogéochimie ainsi que l’analyse des résultats utilisera par conséquent les compétences de chacun des intervenants et le travail sera réalisé en commun.

Deux stages de DEA ont lieu en 2002 dans notre équipe sur la problématique développée dans ce projet, et nous prévoyons une thèse sur cette problématique.

Le développement du modèle biologique sera parallèlement continué, notamment dans le cadre du programme NSF avec la thèse de M.Mongin. Cette approche est indispensable afin de mieux paramétriser le modèle 3D dans le cadre de ce projet. Une attention particulière sera portée à l’identification des mécanismes impliqués dans la formation du maximum profond de chlorophylle observé dans la zone HNLC de l’Océan Austral (Tréguer et al., Woods Hole, 2001)

 

Par ailleurs la thématique de ce projet met en jeu différentes collaborations sur le plan local, national et international :

 

LEMAR - UMR 6539 :

-          S. Blain, P. Tréguer, A.Leynaert, G.Sarthou, J. Le Fèvre

 

Chimie Marine, IUEM

-          S. L'Helguen

 

National :

-          P. Klein, A.M. Tréguier (LPO, Brest)

-          M.Lévy, L.Memery (LODYC, Paris)

-          H.Y.Park (MNHN, Paris)

 

International :

-          P. Sedwick (CSIRO, Australie)

-          M. Brzezinski, D. Nelson (UCSB & OSU, USA)

-          M. Fasham, T. Anderson (SOC, UK)

 

2.       Equipement disponible pour la réalisation du projet

 

Le laboratoire LEMAR possède une station de travail SUN Ultra60, et une allocation d’heures de calculs sur la machine vectorielle du centre IDRIS a été renouvelée pour l’année 2002 sur cette thématique. Une utilisation des moyens de calculs du nouveau Pôle de Calcul Mer de Brest est également envisagée.