Animateurs : Giovanni Aloisi et Marina Levy

Les cycles biogéochimiques marins jouent un rôle fondamental dans le système climatique, tandis que les changements climatiques encours sont susceptibles d’affecter fortement la structure et le fonctionnement des écosystèmes. Le principal enjeu du thème « Cycles biogéochimiques et écosystèmes » est de créer un terrain de discussion et d’échanges afin d'aborder des recherches ambitieuses suivant deux axes majeurs : 1) l’importance de la biogéochimie marine dans le système climatique et 2) l’impact du changement climatique sur les écosystèmes marins et les flux de CO2.

La réflexion du thème se déroulera selon trois axes

  • Les flux air-mer de CO2 et évolution du Carbone anthropique dans l’océan

La concentration de CO2 atmosphérique globale est aujourd’hui supérieure à 390 ppm, soit près de 120 ppm de plus qu’à la période pré-industrielle. Sur environ 530 PgC injectés par les activités humaines, on estime que l’océan en a absorbé environ 150 PgC. C’est une bonne nouvelle (pour le climat) car sans ce puits océanique, la concentration de CO2 dans l’atmosphère serait augmentée de +75 ppm. Toutefois (moins bonne nouvelle), l’accumulation de CO2 observée dans tous les océans et les mers intérieures s’accompagne d’un phénomène d’acidification des eaux marines.

  • Les processus biogéochimiques importants pour le climat

Notre compréhension actuelle du rôle de la biogéochimie sur le climat repose sur une approche intégrée qui inclut des études de physiologie cellulaire, la caractérisation des processus biogéochimiques in-situ et la modélisation biogéochimique aux échelles régionales et globale. La compréhension des facteurs physiologiques (mécanismes d’acquisition des nutriments, sensibilité à la lumière et au pH….) qui règlent la compétition entre groupes de microorganismes phototrophes planctoniques et benthiques (diatomées, coccolithophoridés, cyanobactéries, diazotrophes, micro algues perforantes) est essentielle pour comprendre la composition des écosystèmes et leur rôle dans les cycles biogéochimiques. Ces aspects physiologiques fondamentaux sont étudiés au LOCEAN en couplant des expériences in situ et de culture sous des conditions environnementales contrôlées avec des modèles numériques de physiologie cellulaire.

En conjonction avec l’étude des composées organiques produits par le phytoplancton, la mesure in-situ de la composition isotopique d’éléments d’intérêt biologique dans la colonne d’eau (30Si, 13C et 15N) permet aujourd’hui de fournir des estimations plus précises du flux de carbone exporté vers l’océan profond. Le modèle PISCES permet d’étudier le couplage entre physique et biogéochimie aux échelles globales et régionales. Il repose sur un certain nombre d’hypothèses simplificatrices qui commencent à être remises en cause, en particulier sur les paramètres qui régissent la compétition entre groupes de phytoplancton, sur la représentation de l’export de carbone vers l’océan profond, mais aussi sur la stœchiométrie du plancton.

  • Les processus de méso et sub-méso-échelle

Les processus physiques de méso et sub-méso-échelle influencent fortement l’environnement physico-chimique dans lequel évoluent les organismes marins,

déterminant à la fois leur rôle dans les cycles biogéochimiques et la composition et l’évolution des écosystèmes à tous les niveaux trophiques.

S’agissant de la modélisation, la résolution des modèles de biogéochimie marine augmentera dans les années et venir et il est certain qu'une résolution de 1/10° en global se généralisera dans la prochaine décennie. L'augmentation de la résolution a un intérêt fort pour les études liées à l'impact du changement climatique sur des régions particulières. Des développements numériques sont en cours au LOCEAN pour faciliter l’exécution et le traitement de ce type de simulations. La double compétence du LOCEAN en modélisation physique et biogéochimique, ainsi que la proximité avec NEMO, permettra d’être à la pointe dans le domaine de la modélisation couplée physique-biogéochimie à haute résolution.

 




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