ARVAM PARETO Caracteristique Eau Profonde ETM Sainte Rose

Energies de l’océan à la Réunion. Caractérisation de la ressource du point de vue physico-chimique (0 à -1 500m) au large de la commune de Sainte-Rose.

A349

Avril 2009

ARVAM/PARETO (2009). Energies de l’océan à la Réunion. Caractérisation de la ressource

profonde (0 à -1 500m) au large de la commune du Port, 28 pages + annexe. Expertise pour

le compte de la commune de Sainte-Rose et de l’ARER.

Commune de Sainte-Rose 193 route Nationale 97 439 Sainte-Rose Tél : 02 62 47 20 22

Agence Régionale de l’Energie Réunion 40, avenue de Soweto BP 226 97 456 Saint-Pierre Tél. : 02 62 38 39 38

Agence pour la Recherche et de Valorisation Marine 16 rue Albert Lougnon, Technopole de la Réunion, 97490, Ste Clotilde, Réunion Tél : 02 62 28 39 08 [email protected]

PARETO Ecoconsult 15, Impasse des Hyménées 97438 Sainte Marie Tél/Fax : 02 62 29 70 68 [email protected]

Terrain

CAMBERT Harold NICET Jean-Benoît Rédaction

NICET Jean-Benoît CAMBERT Harold TURQUET Jean

Coordination

QUOD Jean-Pascal

Commune de Sainte-Rose/ARER Caractérisation masse d’eau 0-1 500m au large de Sainte-Rose

ARVAM / PARETO Avril 2009

- Sommaire -

1 CONTEXTE ET OBJECTIFS 1

1.1 CONTEXTE 1

1.2 OBJECTIFS 1

2 MATÉRIELS ET METHODES 2

2.1 PLAN D’ECHANTILLONNAGE 2

2.2 PARAMETRES MESURES 4

3 RESULTATS 7

3.1 TEMPERATURE, SALINITE, OXYGENE DISSOUS, PH ET CARACTERISATION DES DIFFERENTES

MASSES D’EAU RENCONTREES 7

3.1.1 TEMPERATURE 7

3.1.2 SALINITE 11

3.1.3 IDENTIFICATION DES MASSES D’EAU RENCONTREES 12

3.1.4 OXYGENE DISSOUS 16

3.1.5 PH 18

3.2 MES ET TURBIDITE 19

3.3 TENEUR EN SELS NUTRITIFS 20

3.3.1 TENEUR EN SELS NUTRITIFS AZOTES 20

3.3.2 TENEUR EN PHOSPHATE 22

3.3.3 TENEUR EN SILICE 24

4 SYNTHESE 26

PRINCIPALES REFERENCES 28

ANNEXE

ANNEXE 1 : DONNEES BRUTES DES PRELEVEMENTS D’EAU REALISES LE 24 AVRIL AU LARGE DE LA

COMMUNE DE SAINTE ROSE


ARVAM / PARETO Avril 2009

Figures

Figure 1 : Plan d'échantillonnage.............................................................................................................. 3 Figure 2 : Température potentielle (°C) en fonction de la profondeur. ........................................................ 8 Figure 3 : Température potentielle (°C) en fonction de la profondeur (en bleu foncée mesures in situ et en

bleu claire et pointillé données issues de Garcia et al., 2006) .............................................................. 8 Figure 4 : Température (°C) à -200m en mars (a) et en août (b) dans l'océan Indien. On note qu’autour de

l’île de La Réunion les isothermes ne changent pas, la température à -200m étant de 19°C ................ 10 Figure 5 : Salinité (PSU) en fonction de la profondeur en orange mesures in situ et en marron foncé et

pointillé données issues de Garcia et al., 2006.................................................................................. 11 Figure 6 : Diagramme T/S (°C/PSU) de la colonne d'eau 0m-fond (en jaune mesures in situ et en rose

données bibliographiques issues Tomczak et Godfrey, 2003)............................................................. 13 Figure 7 : Température potentielle (en °C) dans l'Océan Indien à -4 000m de fond (masse d’eau AABW),

d’après Tomczak et Godfrey, 2003................................................................................................... 14 Figure 8 : Pompage d'Ekman 10-3kg.m2.s-1. Les valeur positives traduisent un pompage d’Ekman positif

(divergence) et les valeurs négatives un pompage d’Ekman négatifs (convergence). La zone cerclée de rouge dans le sud ouest de l’océan Indien est la ZCS, d’après Tomczak et Godfrey, 2003. .................. 14

Figure 9 : Exemple de formation de l'Indian Central Water (ICW) à partir de la Zone de Convergence Subtropicale, d’après Tomczak et Godfrey, 2003. ............................................................................. 15

Figure 10 : Caractérisation des masses d'eau AAMW (Australasian Mediterranean Water) et Indian Central Water (ICW), d’après Tomczak et Godfrey, 2003.............................................................................. 15

Figure 11 : Teneur en oxygène dissous par rapport à la saturation (%) pour chaque profondeur échantillonnée................................................................................................................................ 16

Figure 12 : pH pour chaque profondeur échantillonnée............................................................................ 18 Figure 13 : Concentration en nitrate (µM), en marron foncée mesures in situ et en marron claire et pointillé

données issues de Garcia et al., 2006 .............................................................................................. 21 Figure 14 : Concentration en phosphate (µM), en rose mesures in situ et en fuchsia et pointillés données

issues de Garcia et al., 2006 ........................................................................................................... 22 Figure 15 : Concentration en silice (µM), en vert foncé mesures in situ et en vert clair et pointillé données

issues de Garcia et al., 2006 ........................................................................................................... 24

Tableaux

Tableau 1 : Profondeur d'échantillonnage visée et profondeur atteinte lors des mesures in situ. En grisée les profondeurs où la différence entre les profondeurs visées et atteintes sont supérieures ou égales à 10%........................................................................................................................................................ 2

Tableau 2 : Température in situ et température potentielle (°C) en fonction de la profondeur ..................... 9 Tableau 3 : Différences entre la moyenne des températures mensuelle de surface sur la période 2000-2003

(Conand et al, 2007) et la température potentielle mesurée à certaines profondeur échantillonnée (°C). En grisé un ∆T supérieur ou égale à 20°C. ......................................................................................... 9

Tableau 4 : Salinité (PSU) en fonction de la profondeur........................................................................... 11 Tableau 5 : Oxygène (% de saturation) en fonction de la profondeur....................................................... 17 Tableau 6 : pH en fonction de la profondeur........................................................................................... 18 Tableau 7 : Concentration en ammonium, nitrite et nitrate (µM) en fonction de la profondeur ................... 21 Tableau 8 : Concentration en phosphate (µM) en fonction de la profondeur ............................................. 23 Tableau 9 : Concentration en silice (µM) en fonction de la profondeur...................................................... 25


ARVAM / PARETO Avril 2009 1/28

1 CONTEXTE ET OBJECTIFS

1.1 CONTEXTE

La problématique énergétique actuelle encourage la mise en place de filières s’appuyant sur des énergies

renouvelables et vertes, parmi lesquelles figure plusieurs ressources issues de l’océan (houles, courants,

température…).

L’extraction d’eau intermédiaire ou profonde peut avoir plusieurs objectifs selon l’utilisation que l’on désire

en faire. Ainsi, la différence de température entre les eaux profondes et les eaux de surfaces peut fournir de

l’énergie (Energie Thermique des mers). D’autre part, la faible température des eaux intermédiaires pourrait

permettre, après pompage, la climatisation de bureaux, pôles industriels, centres commerciaux de

nombreuses zones littorales (l’hôtel Intercontinental à Bora-Bora utilise déjà cette technique pour sa

climatisation). Cette eau profonde a également une composition riche en sels nutritifs qui pourrait en faire

une ressource de choix, en particulier pour l'aquaculture. Enfin, cette eau pourrait faire l’objet d’une

exportation en tant qu'eau alimentaire vers le marché asiatique (un projet similaire existe déjà à Hawaï).

Dans le cadre d’une éventuelle exploitation des eaux intermédiaires (environ -1 000 à -1 500 m), la

commune de Sainte-Rose souhaite disposer de données précises sur la structure des masses d’eau

comprises entre 0 et 1 500m de fond. La caractérisation de ces masses d’eau a donc été confiée au

groupement ARVAM/PARETO, lequel dispose d’une expertise reconnue sur cette thématique puisqu’ils ont

mené un projet similaire pour la commune du Port et le TCO.

1.2 OBJECTIFS

L’objectif principal de cette expertise est de caractériser les propriétés physiques et chimiques des masses

d’eau entre 0 et -1 500 m au large de la ville de Sainte Rose.

Les objectifs spécifiques sont de :

� Mesurer précisément la température et la salinité entre 0 et -1 500m, ainsi que l’oxygène et le

pH ;

� Identifier les différentes masses d’eau rencontrées dans le contexte de l’Océan Indien ;

� Déterminer les teneurs en sels nutritifs, matières en suspension (MES) et turbidité sur la colonne

d’eau et ainsi comparer les valeurs observées avec celles mesurées dans l’ensemble du Sud-

Ouest de l’Océan Indien.



Profondeur d'échantillonnage souhaitée (en m)

Profondeur d'échantillonnage réelle

(en m)-1 600

-1 500 -1 500-1 400 -1 400-1 300 -1 300-1 200 -1 150-1 100 -1 120-1 000 -1 030-800 -845-750 -750-500 -450-250 -210-40 -40-30 -30-20 -20-10 -10

subsurface -2

2 MATÉRIELS ET METHODES

2.1 PLAN D’ECHANTILLONNAGE

Une seule station a été échantillonnée au large de la commune de Sainte Rose, le 9 janvier

2009, sur une bathymétrie de -1 800 m (Figure 1), à une distance de 6,63km du port de Sainte-

Rose et à 6,15km au plus près des côtes (embouchure de la rivière de l’Est). La position GPS

(WGS84) de la station est : 55°49,34 Est / 21°04,24 Sud.

Au total, 16 profondeurs ont été échantillonnées : surface, -10m, -20m, -30m, -40m, -210 m

(au lieu de -250m), -450m (au lieu de -500m), -750m, -850m (au lieu de -800m), -1000m, -1

100m, -1 200m, -1 300m, -1 400m, -1 500m et -1 600m. Le Tableau 1 montre une très bonne

adéquation entre les profondeurs d’échantillonnage visées et celles réellement atteintes lors de la mission de

collecte (moyenne de l’erreur de profondeur : 2,9 % de la profondeur visée). Les immersions ont été

déterminées par la longueur de fil déployée (notée à l’aide d’une poulie compteuse) et contrôlée en surface

par l’analyse des données obtenues avec un capteur de pression. L’absence de courant et le vent faible

pendant la majeure partie de l’opération ont permis de réaliser les profils sans l’utilisation de facteur de

correction pour estimer les profondeurs d’immersion vraie. Il semblerait que pour la fin de l’échantillonnage,

l’augmentation de l’intensité du courant ait induit une légère sous évaluation de la profondeur

d’échantillonnage (pour les profondeurs -500 m et -200 m notamment). Toutefois, cela n’impacte en rien les

résultats obtenus et le respect des objectifs fixés.

Tableau 1 : Profondeur d'échantillonnage visée et profondeur atteinte lors des mesures in situ. En grisée les profondeurs où la différence entre les profondeurs visées et atteintes sont supérieures ou égales à 10%.



Figure 1 : Plan d'échantillonnage

2 000 m



2.2 PARAMETRES MESURES

Les paramètres physico-chimique mesurés sont :

� La température, la salinité, l’oxygène dissous et le pH ;

� La Matière En Suspension (MES) et la turbidité ;

� Les sels nutritifs : nitrate/nitrite/ammonium, phosphate et silice.

Les mesures de température, de salinité et d’oxygène dissous ont été réalisées à l’aide d’une sonde

Aanderaa RCM 9 MkII (photo 1). Cette sonde dispose de plusieurs capteurs ayant les caractéristiques

suivantes :

� La température (°C) : mesure in situ : capteur 3621, résolution 0,01 °C, précision ± 0,05% ;

� La Pression (Pa) : mesure in situ : capteur 4017 D, 0 - 20 000 kPa, résolution 0,02%,

précision ± 0,04% ;

� L’oxygène dissous (en %) : mesure in situ : capteur 3675, 0-20 mg/l, résolution ± 0,8 mg/l.

Remarque : Afin de comparer les différentes masses d’eau, la température utilisée sera la température

potentielle, notée θ (c’est-à-dire la température de l’échantillon d’eau remonté de manière adiabatique en

surface).

L’analyse des autres paramètres se faisant au laboratoire, des échantillons d’eau ont été prélevés à chaque

profondeur cible, au moyen d’une bouteille « Niskin » » (photo 2.a). Une fois à bord, des aliquotes sont

traités, conditionnés et stockés suivant les procédures décrites dans l'ouvrage d'Aminot et Kérouel (2004).

Les paramètres mesurés au laboratoire sont :

� La salinité (PSU) : Ce paramètre a été analysé à l’ARVAM par mesure de la conductivité à

l’aide d’une sonde YSI 600QS. résolution 0,001mS/m, précision ± 0,5%. Le calcul de la salinité

est intégré à l’électronique de l’appareil et suit les règles données par UNESCO International

Equation of State, IES 80, Unesco 27 ;

� Le pH : Ce paramètre a été analysé à l’ARVAM à l’aide d’une sonde YSI 600QS. résolution 0,01

unité pH, précision ± 0,5% ;

� L’ammonium (photo 2.b) : Ce paramètre a été analysé à l’ARVAM par la méthode

spectrophotométrique au bleu d'indophénol (spectrophotomètre JENWAY équipé de cuves de 10

cm de trajet optique), telle que décrite dans l'ouvrage d'Aminot et Kérouel (2004). Limite de

détection : 0,05 µmol/l, précision 5% ;

� Le phosphate : Il a été analysé à l’ARVAM par la méthode spectrophotométrique au bleu

phosphomolybdique (spectrophotomètre JENWAY équipé de cuves de 10 cm de trajet optique),

telle que décrite dans l'ouvrage d'Aminot et Kérouel (2004). Limite de détection : 0,02 µmol/l,

précision : 0,015 µmol/l ;



� Les nitrates, nitrites et la silice : Ces paramètres ont été sous-traités en métropole au

Laboratoire de Rouen, faute de moyens techniques correspondant au laboratoire ARVAM. Une

attention particulière a été portée sur le conditionnement pour le transfert des échantillons en

métropole, au Laboratoire de Rouen. Le laboratoire de Rouen est accrédité COFRAC pour ces

paramètres. Il participe aux exercices d’inter comparaison organisés par Quasimeme

annuellement ;

� La MES a été mesurée au laboratoire de l’ARVAM par la méthode de filtration sous vide

(méthode décrite par Aminot et Kérouel, 2004). Remarque : Les valeurs de MES étant très

faibles, les échantillons des différentes stations ont été regroupés par profondeur

d’échantillonnage, ce afin d’augmenter le volume filtré et ainsi diminuer le seuil de détection;

� La turbidité a été mesurée au laboratoire à l’aide d’un turbidimètre selon la norme NF EN

27027 (WTW Turb 335 IR, limite de détection 0,02 FNU).



(a) (b)

Photo 1 : Mise à l’eau de la sonde « Aanderaa » RCM 9 MkII

Photo 2 : Mise à l’eau de la bouteille « Niskin » permettant des prélèvements en profondeur (a) et conditionnement d’un échantillon pour analyse de la teneur en ammonium (b)



3 RESULTATS

Toutes les données brutes sont présentées dans un tableau figurant à l’annexe 1

3.1 TEMPERATURE, SALINITE, OXYGENE DISSOUS, PH ET CARACTERISATION DES

DIFFERENTES MASSES D’EAU RENCONTREES

3.1.1 Température

La température potentielle mesurée varie entre 28,6°C (surface) et 2,8°C (-1 600 m, Figure 2 et

Tableau 2). Elle diminue de manière à peu près linéaire entre 0 et -1 000m, pour ensuite diminuée plus

lentement entre -1 000m et -1 500m. L’analyse bibliographique (Garcia et al., 2006) confirme la diminution

lente de la température entre -1 000 et -1 500m, cette diminution ralentissant encore entre -1 500 et -4

000m (Figure 3). Ainsi, à partir de – 1000m et à fortiori de -1 500m, pour capter de l’eau 0,1°C plus froide

l’ « effort » à fournir est beaucoup plus important que dans la couche 0 à -1 000m.

La différence de température avec la surface augmente logiquement en même temps que la profondeur.

Ainsi, la différence de température (∆∆∆∆T) entre l’eau de surface et l’eau se trouvant à -1 600m

était de 25,8°C lors de l’échantillonnage (janvier). Entre l’eau située à -10m et l’eau se trouvant

à -1 600m la différence était de 25,1 °C. La température étant pratiquement constante pour des

profondeurs supérieures ou égales à -200m (Garcia et al., 2006, Figure 4), le ∆T entre l’eau de surface et

l’eau plus profonde (entre -200m et -1 500m) va osciller essentiellement en fonction des variations

saisonnières et inter-annuelles de la température de surface. Sur la base des données acquises par une

sonde de mesure automatique située au Port Ouest entre 2000 et 2003, soit 4 années de suivi (Conand et

al., 2007), des moyennes mensuelles types de la température de surface ont été calculées. Ainsi, le ∆∆∆∆T

entre la surface et les eaux plus profondes est toujours supérieur à 20°C à partir d’une

profondeur de -1 300m. A l’inverse, à -450 m et pour des profondeurs inférieures, le ∆∆∆∆T est

inférieur à 20°C tout au long de l’année(Tableau 3).



-1800

-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

0

0 5 10 15 20 25 30

Température potentielle (°C)

-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

00 5 10 15 20 25 30

Température potentielle (°C)

Figure 2 : Température potentielle (°C) en fonction de la profondeur.

Figure 3 : Température potentielle (°C) en fonction de la profondeur (en bleu foncée mesures in situ et en

bleu claire et pointillé données issues de Garcia et al., 2006)



Mois 1 600 1 500 1 400 1 300 1 200 1 100 1 000 850 750 450Janvier 24,6 24,4 24,1 24,1 23,0 23,0 22,4 22,4 20,3 15,6Février 25,1 24,9 24,6 24,6 23,5 23,5 22,9 22,9 20,8 16,1Mars 25,2 25,0 24,7 24,7 23,6 23,6 23,0 23,0 20,9 16,2Avril 24,8 24,6 24,3 24,3 23,2 23,2 22,6 22,6 20,5 15,8Mai 23,8 23,6 23,3 23,3 22,2 22,2 21,6 21,6 19,5 14,8Juin 21,9 21,7 21,4 21,4 20,3 20,3 19,7 19,7 17,6 12,9Juillet 20,7 20,5 20,2 20,2 19,1 19,1 18,5 18,5 16,4 11,7Août 20,8 20,6 20,3 20,3 19,2 19,2 18,6 18,6 16,5 11,8Septembre 21,4 21,2 20,9 20,9 19,8 19,8 19,2 19,2 17,1 12,4Octobre 22,3 22,1 21,8 21,8 20,7 20,7 20,1 20,1 18,0 13,3Novembre 23,7 23,5 23,2 23,2 22,1 22,1 21,5 21,5 19,4 14,7Décembre 23,0 22,8 22,5 22,5 21,4 21,4 20,8 20,8 18,7 14,0

Profondeur (m)

Profondeur (en m)Tempˇrature

( C)

1600 2,91

1500 3,07

1400 3,41

1300 3,94

1150 4,49

1120 4,77

1030 5,11

845 7,16

750 8,79

450 11,85

300 17,20

210 18,67

40 25,30

30 25,70

20 27,01

10 27,92

sub surface 28,56

Tableau 2 : Température in situ et température potentielle (°C) en fonction de la profondeur

Tableau 3 : Différences entre la moyenne des températures mensuelles de surface sur la période 2000-2003

(Conand et al, 2007) et la température potentielle mesurée à certaines profondeur échantillonnée (°C). En

grisé un ∆T supérieur ou égale à 20°C.



(a) (b)

Figure 4 : Température (°C) à -200m en mars (a) et en août (b) dans l'océan Indien. On note qu’autour de

l’île de La Réunion les isothermes ne changent pas, la température à -200m étant de 19°C



-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

034,4 34,6 34,8 35,0 35,2 35,4 35,6

Salinité (PSU)

Profondeur (en m) Salinitˇ (psu)

1600 NA

1300 NA

1030 34,48

210 35,45

20 35,10

sub surface 35,19

3.1.2 Salinité

La salinité mesurée varie entre 35,45 PSU (-200 m) et 34,49 PSU (-1 000 m, Figure 5 et Tableau 4).

La salinité est de 35,19 PSU en surface, atteint son maximum à -200m (35,45 PSU). Elle diminue

ensuite en même temps que la profondeur augmente pour atteindre jusqu’à -1 000m puis augmente ensuite

jusqu’à -1 500m pour atteindre 34,66 à -1 500 m (du fait d’un dysfonctionnement de la sonde, les salinités

de -1 300 et -1 500 sont issues Garcia et al., 2006).

Figure 5 : Salinité (PSU) en fonction de la profondeur en orange mesures in situ et en marron foncé et

pointillé données issues de Garcia et al., 2006

Tableau 4 : Salinité (PSU) en fonction de la profondeur



3.1.3 Identification des masses d’eau rencontrées

Les diagrammes TS (température-salinité) complètent de manière pertinente les informations données par

les paramètres individuels décrits ci-dessus. Ils permettent de faire ressortir les différentes masses d’eaux

présentes le long de la colonne d’eau échantillonnée (Figure 6).

À l’aide de la bibliographie existante (Tomczak et Godfrey, 2003 ), il est possible de caractériser les masses

d’eau présentes au large de la commune du Port par rapport à celles décrites dans la région, y compris les

masses d’eau profondes non échantillonnées dans la présente étude. Ainsi, ce sont cinq masses d’eau

qui peuvent être rencontrées autour de l’île de La Réunion :

� Une masse d’eau superficielle. Cette masse d’eau est localisée entre la surface et -300m. La

température y décroît de 28,6°C à 17°C, et la salinité augmente avec la profondeur jusque 35,5

PSU.

� L’Indian Central Water (ICW). Cette masse d’eau se forme au niveau de la zone de

Convergence Subtropical (ZCS ; Figure 8, et exemple de processus de formation Figure 9). Elle

occupe la thermocline permanente et s’étend entre – 300 m et -1000 à -1500 m où elle atteint la

température de 4°C. Les mesures effectuées lors de cette étude montrent une température et

une salinité décroissantes entre -300 m (17,1°C ; 35,5 PSU) et -1000 m (5,1°C et 34,5 PSU)

suivant ainsi une ligne de masse volumique constante proche de celle caractéristique de la

masse d’eau ICW. Vers cette profondeur, une autre masse d’eau est répertoriée dans l’océan

indien : l’Australasian Mediterranean Water (AAMW) . Tout comme l’ICW, cette masse d‘eau se

forme au niveau de la ZCS et occupe la thermocline permanente. Mais elle présente une salinité

plus stable et donc un diagramme TS significativement différent de l’ICW (Figure 10). Ainsi en

comparant ces caractéristiques avec celles des masses d’eau échantillonnées, il semble que la

masse d’eau AAMW n’ait pas d’influence autour de l’île de La Réunion (son influence se fait

sentir en réalité plus au Nord de l’océan Indien).

� L’Antarctic intermediate Water (AAIW). Cette masse d’eau se forme dans la partie sud du

bassin atlantique. Les mesures effectuées indiquent que cette masse d’eau se fait ressentir vers

-1 000/-1 500m (minimum de salinité à -1 000m : 34,48 PSU).

� L’Indian Deep Water (IDW). Cette masse d’eau correspond à la masse d’eau North Atlantic

Deep Water (NADW) qui se retrouve dans l’Océan Indien après avoir été entraînée par le

courant circumpolaire antarctique. L’IDW présente une température potentielle de 2 à 2,5 °C et

une salinité de 34,8 PSU, elle n’a donc pas été échantillonnée dans le cadre de cette étude

(température potentielle la plus faible mesurée : 2,8°C). Le prélèvement à -1 600m représente

la transition entre l’AAIW et l’IDW. Autour de La Réunion, cette masse d’eau s’étend entre -3

800 m et -1 700m environ.

� L’Antarctic Bottom Water (AABW). Cette masse d’eau se forme au niveau du courant

circumpolaire antarctique et entre dans l’Océan Indien par le bassin de Madagascar. Elle

présente une température potentielle de 0,8°C et une salinité de 34,7 PSU (Figure 7). Elle



0

5

10

15

20

25

30

34,4 34,6 34,8 35,0 35,2 35,4 35,6

Salinité (PSU)

Surface

-20m

-200m

-1 000m-1 500m -3 000m

-4 000m

-300m

Masse d'eau superficielle de 0 -300m

Masse d'eau ICW de -300m -1 000m

Masse d'eau AAIWvers -1 000/-1 500m

Msse d'eau IDW de -1 500m -3 800m

Masse d'eau AABW de-3 800m au fond

s’étend entre le fond et -3 800 m de profondeur. Elle n’a donc pas été échantillonnée dans le

cadre de cette étude.

D’autres masses d’eau sont présentes dans l’ouest de l’Océan indien mais leur répartition est

sensiblement différente selon que l’on se trouve au nord ou au sud du parallèle 10°S. En effet,

au nord de 10°S, les masses d’eau de la mer Rouge et du golfe Persique exercent une forte influence sur

l’Océan Indien, influence qui disparaît au sud de 10°S. La Réunion (21 °S) n’est donc pas influencée par ces

masses d’eaux.

Figure 6 : Diagramme T/S (°C/PSU) de la colonne d'eau 0m-fond (en jaune mesures in situ et en rose données bibliographiques issues Tomczak et Godfrey, 2003).



Figure 7 : Température potentielle (en °C) dans l'Océan Indien à -4 000m de fond (masse d’eau AABW), d’après Tomczak et Godfrey, 2003.

Figure 8 : Pompage d'Ekman 10-3kg.m2.s-1. Les valeurs positives traduisent un pompage d’Ekman positif (divergence) et les valeurs négatives un pompage d’Ekman négatif (convergence). La zone cerclée de rouge

dans le sud ouest de l’océan Indien est la ZCS, d’après Tomczak et Godfrey, 2003.



Figure 9 : Exemple de formation de l'Indian Central Water (ICW) à partir de la Zone de Convergence Subtropicale, d’après Tomczak et Godfrey, 2003.

Figure 10 : Caractérisation des masses d'eau AAMW (Australasian Mediterranean Water) et Indian Central Water (ICW), d’après Tomczak et Godfrey, 2003.



-1600

-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

00 20 40 60 80 100 120

Teneur en oxygène dissous (par rapport à la saturation, en %)

3.1.4 Oxygène dissous

La teneur en oxygène dissous (en pourcentage de saturation) sur la colonne d’eau dépend principalement de

3 facteurs : la possibilité d’un échange océan/atmosphère (eaux de surface), l’activité biologique et l’origine

des eaux intermédiaires et profondes. De manière générale, les eaux de surface ayant un échange

permanent ou fréquent avec l’atmosphère (pour La Réunion, les 100 premiers mètres environ) ont une

teneur en oxygène dissous proche de la saturation (100%). Les eaux situées immédiatement en

dessous des eaux de surface (à partir d’environ -100m), n’ont plus de contact direct avec l’atmosphère et

sont le siège d’une activité biologique importante (dégradation de la matière organique) consommatrice

d’oxygène. Ainsi, la teneur en oxygène dissous diminue rapidement dans cette couche d’eau. Autour de La

Réunion, l’oxygène dissous diminue ainsi très rapidement (passant de 100% à 75% de saturation)

entre environ 100m (pas de mesure in situ) et 200m (Figure 11 et Tableau 5). La teneur en oxygène

dissous reste ensuite stable jusqu’à environ 750m (63% de saturation à 750m). Cette stabilité peut

être liée à l’incursion d’eaux formées en surface dans des régions plus tempérées. Entre -750 et -1 000m

la teneur en oxygène dissous diminue de nouveau fortement pour atteindre 30% de saturation à -1

000m. Au delà de -1 000m (et jusqu’à -1 600m) la concentration en oxygène dissous reste stable (28% de

saturation à -1 600m). En effet, l’activité biologique diminuant très fortement à partir de -1 000m , la

consommation d’oxygène est alors très faible.

Figure 11 : Teneur en oxygène dissous par rapport à la saturation (%) pour chaque profondeur

échantillonnée



Profondeur (en m) Oxyg¸ne (%)

1600 28

1500 27

1400 27

1300 28

1150 26

1120 28

1030 31

845 48

750 63

450 73

210 76

40 101

30 101

20 100

10 99

sub surface 98

Tableau 5 : Oxygène (% de saturation) en fonction de la profondeur



-1400

-1200

-1000

-800

-600

-400

-200

07,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 7,9 8,0 8,1 8,2

pH

Profondeur (en m) pH

1600 NA

1300 7,4

1030 7,4

210 7,8

20 8,1

sub surface 8,2

3.1.5 PH

Le pH mesuré varie entre 8,15 (surface) et 7,39 (-1 300 m, Figure 12 et Tableau 6). Le pH diminue

fortement entre 0 et -1 000m. Cette diminution du pH est à relier à la dégradation de la matière

organique par les bactéries. Ces mécanismes engendrent un relargage de CO2, modifiant l’équilibre des ions

carbonates et donc induisant une diminution du pH. Entre -1 000m et -1 300m (pas de mesure à -1

600m) le pH se stabilise. En effet, la dégradation de la matière organique ralentit fortement et par la

même la production de CO2.

Figure 12 : pH pour chaque profondeur échantillonnée

Tableau 6 : pH en fonction de la profondeur



3.2 MES ET TURBIDITE

Les mesures de MES et de turbidité montrent des valeurs très faibles, puisque inférieures au seuil de

détection (respectivement 0,1mg/L et 0,02 FSU) et ce quelle que soit la profondeur échantillonnée (annexe

1). Ces faibles valeurs montrent la quasi absence de substances non dissoutes (c’est-à-dire matériel

particulaire > à 0,7 µm), lesquelles peuvent être constituées d’organismes vivants et/ou de matériels

détritiques de natures diverses (organique ou minéral). Ces faibles apports de matière non dissoute

montre l’influence quasi nulle de l’île de La Réunion (pas d’influence terrigène) sur ces eaux et

le caractère océanique de celles-ci.



3.3 TENEUR EN SELS NUTRITIFS

La distribution des sels nutritifs en fonction de la profondeur est principalement régie d’une

part, par les phénomènes de consommation des sels nutritifs et, d’autre part, par la

dégradation de la matière organique. En milieu océanique, les concentrations de sels nutritifs sont

faibles dans la couche de surface (0 à 100 m). En effet, dans cette couche dite «euphotique », les sels

nutritifs sont consommés par les organismes autotrophes (le phytoplancton). Une partie de la matière

organique produite en surface (plancton, détritus et excrétions) sédimente vers les zones profondes et se

trouve progressivement minéralisée (transformation en sels nutritifs). Ainsi, les eaux profondes

s’avèrent plus riches en sels nutritifs que les eaux de surface. Les différents sels nutritifs résultants

de la dégradation la matière organique verront leur concentration maximale répartie à différentes

profondeurs.

3.3.1 Teneur en sels nutritifs azotés

Les sels nutritifs azotés sont composés d’ammonium (NH4+), de nitrite (NO2-) et de nitrate

(NO3-). La forme stable est la forme nitrate, obtenue après ammonification et nitrification.

Le nitrite présente des concentrations très faibles puisque toujours inférieures au seuil de

détection (donc inférieures à 0,08 µM, annexe 1). De même, les concentrations en ammonium

sont faibles, d’autant plus en les comparants relativement aux teneurs en nitrate qui deviennent très fortes

avec la profondeur. Ainsi, seul le nitrate varie dans des gammes importantes de valeurs et est discuté ci-

dessous.

Le nitrate présente des valeurs assez faibles en surface (0,58 µM), caractéristiques des eaux

oligotrophes non soumises à des apports terrigènes (Figure 13 et Tableau 7). Puis la concentration

augmente parallèlement à la profondeur pour atteindre son maximum à -1 300m (36,9 µM).

Cette augmentation en sels nutritifs est liée à la dégradation de la matière organique. Les données pour des

profondeurs plus importantes issues du « World Ocean Atlas » montrent que la concentration maximale

de sels nutritifs azotés est atteinte à -1 300m et se stabilise ensuite à des valeurs proches de 34 µM et

ce jusqu’au fond (Figure 13). La profondeur de la concentration maximale en sels nutritifs azotés est

directement reliée à la cinétique de la matière organique azotée.



-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

00 5 10 15 20 25 30 35 40

Concentration en NO3 (µM)

Profondeur (en m)Ammonium

(µM)Nitrate (µM) Nitrite (µM)

Nitrate + Nitrite (µM)

1600 0,17 35,40 <0,04 35,5

1300 0,11 36,40 <0,04 36,4

1030 0,18 34,90 <0,04 34,9

210 0,15 4,40 <0,04 4,42

20 0,09 0,08 <0,04 0,09

sub surface 0,14 <0,08 <0,04 0,08

Figure 13 : Concentration en nitrate (µM), en marron foncée mesures in situ et en marron claire et pointillé données issues de Garcia et al., 2006

Tableau 7 : Concentration en ammonium, nitrite et nitrate (µM) en fonction de la profondeur



-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

00,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

Concentration en P04 (µM)

3.3.2 Teneur en phosphate

La concentration en phosphate suit la même distribution que la concentration en azote avec

toutefois des concentrations beaucoup plus faibles (Figure 14 et Tableau 8). La concentration est

faible en surface (0,07 µM), caractéristique des eaux oligotrophes et non soumises à des apports

terrigènes, et augmente pour atteindre un maximum de 2,57 µµµµM à -1 300m. De même, les données

issues du « World Ocean Atlas » montrent que la concentration maximale de phosphate est atteinte

à -1 300m et se stabilise ensuite jusqu’au fond à 2,4 µµµµM.

Figure 14 : Concentration en phosphate (µM), en rose mesures in situ et en fuchsia et pointillés données issues de Garcia et al., 2006



Profondeur (en m)Phosphates

(µM)

1600 2,50

1300 2,57

1030 2,40

210 0,45

20 0,09

sub surface 0,07

Tableau 8 : Concentration en phosphate (µM) en fonction de la profondeur



-4500

-4000

-3500

-3000

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

00 20 40 60 80 100 120 140

Concentration en Silice (µM)

3.3.3 Teneur en silice

Comme pour l’azote et le phosphate, la teneur en silice augmente avec la profondeur.

Toutefois, entre 0 et -700 m, la concentration augmente faiblement passant de 2,5 µmole/l en

surface (caractéristique des eaux oligotrophes) pour atteindre environ 10 µmole/l à -700 m. La teneur en

silice augmente ensuite fortement entre -700 et -1 300m pour atteindre à cette profondeur 79,1 µM

(Figure 15).

Contrairement à l’azote et au phosphate, la teneur en silice continue à augmenter pour

atteindre son maximum autour de -3 000 m (130 µM, données issues du « World Ocean Atlas »,

Figure 15). Cette différence de distribution de la concentration selon la profondeur s’explique par la plus

lente dégradation de la matière organique contenant de la silice.

Figure 15 : Concentration en silice (µM), en vert foncé mesures in situ et en vert clair et pointillé données issues de Garcia et al., 2006



Profondeur (en m) Silice (µM)

1600 NA

1300 79,1

1030 57,7

210 2,04

20 0,82

sub surface 1,06

Tableau 9 : Concentration en silice (µM) en fonction de la profondeur



4 SYNTHESE

La présente expertise réalisée au large du port de Sainte Rose a permis, au travers de l’analyse des données

collectées lors de la campagne en mer du 09 janvier 2009, de caractériser les propriétés physico-chimiques

des eaux marines comprises entre 0 et -1 600 m.

De l’expertise réalisée en relation avec l’identification de la ressource au regard de l’énergie thermique des

océans (ETM), il ressort les éléments clés suivants pour les propriétés physiques (température, salinité, pH,

oxygène dissous) et chimiques (MES-turbidité, sels nutritifs) de l’eau de mer de la Réunion :

� La température décroît avec la profondeur et un minimum de 2,8°C (température potentielle)

a été mesuré à 1 600 m de profondeur. Le différentiel surface/-1600m était donc de 25,8°C lors

de l’échantillonnage. Considérant les données de référence pour les eaux de sub-surface

(Conand et al., 2007), la différence de température entre la surface et est toujours supérieur à

20°C à partir de 1300m. A l’inverse, pour les eaux situées entre la surface et 450m de

profondeur, la différence de température est toujours inférieure à 20°C.

� La salinité augmente jusqu’à 200 m de profondeur (35,45 PSU) avant de diminuer et

d’atteindre un minimum à -1 000 m avec 34,49 PSU. Les caractéristiques des différentes masses

d’eaux rencontrées sont sur la côte Est de la Réunion sont conformes avec la littérature.

L’échantillonnage semble avoir concerné plus particulièrement la masse d’eau ICW ( Indian

Central Water) avec l’influence de la masse d’eau AAIW (Antartic Intermediate Water) à partir

de -1 000m.

� L’oxygène dissous, présente un pourcentage de saturation qui diminue avec la profondeur :

100% de saturation en surface et 28-30 % de saturation à partir de -1 000m jusqu’à -1 500m.

� Le pH diminue avec la profondeur passant de 8,15 en surface à 7,39 à 1300m.

� Les MES et la turbidité présentent des valeurs inférieures au seuil de détection et ce même

en surface. Ceci indique des eaux à caractère océanique où l’influence de l’île de La Réunion est

quasi nulle (pas d’influence terrigène).

� Les sels nutritifs (azote, phosphore, silice) présentent en surface des concentrations faibles,

caractéristique d’une eau oligotrophe, ce qui confirme l’influence côtière quasi nulle. Une

augmentation du nitrate, du phosphate et de la silice est observée parallèlement à

l’augmentation de la profondeur. Les concentrations maximales de la colonne d’eau

échantillonnée sont atteintes à la plus grande profondeur (-1 500 m) avec des concentrations

respectives de 35,40 µmole/l en nitrate, 2,5 µmole/l en phosphate et 88 µmole/l en silice. Cette

augmentation en sels nutritifs est directement liée à la dégradation de la matière organique qui

sédimente. A titre de référentiel et concernant l’ensemble de la colonne d’eau, les données

issues du « World Ocean Atlas » indiquent une concentration maximale de nitrate et phosphate

à -1 000 m et une concentration maximale de silice à -3 000 m. Cette variabilité de la



profondeur de concentration maximale est liée à la cinétique de dégradation de la matière

organique (plus lente pour la matière organique contenant de la silice).

En conclusion et au regard de ce corpus de données acquises in situ, il apparaît que les eaux

échantillonnées au large de la commune de Sainte Rose appartiennent à 3 types de masses d’eau décrites

dans la région : (i) la masse d’eau superficielle (0 à -300m) et (ii) la masse d’eau ICW (Indian Central Water)

occupant la thermocline permanente (-300 à -1 000m) puis l’influence de la masse d’eau AAIW (Antartic

Intermediate Water) vers -1 000 à -1 500m. Le prélèvement effectué à -1 600m reflète la transition entre

l’AAIW et l’Indian Deep Water (IDW).

Les données collectées confirment que la structuration des eaux observée est conforme à celle décrite dans

la bibliographie consultée, ce qui permet d’envisager des axes de développement similaires à ceux mis en

œuvre par exemple à Hawaii.

Parmi les recommandations qui peuvent être faites pour disposer d’un système d’information et d’aide à la

décision pertinent sur la ressource marine en relation avec la stratégie de développement durable d’une

politique énergétique figurent tout particulièrement la réalisation d’expertises complémentaires en d’autre

régions de l’île (notamment côtes Ouest et Sud).

En sus et compte tenu de potentialités avérées mais non encore explorées sur d’autres pistes (deutérium par

exemple), des interventions spécifiques sont à envisager.



PRINCIPALES REFERENCES

ARVAM, 2004. Résultats des Campagne 2003 et 2004 du Réseau National d’Observation (RNO). Pour le

compte de la DIREN Réunion.

Conand, F., Marsac, F., Tessier, E. et Conand, C., 2007. A Ten-year Period of Daily Sea Surface

Temperature at a Coastal Station in Reunion Island, Indian Ocean (July 1993 – April 2004): Patterns of

Variability and Biological Responses. Western Indian Ocean J. Mar. Sci. Vol. 6, No. 1, pp. 1–16.

Garcia, H. E., R. A. Locarnini, T. P. Boyer, and J. I. Antonov, 2006. World Ocean Atlas 2005, Volume

4: Nutrients (phosphate, nitrate, silicate). S. Levitus, Ed. NOAA Atlas NESDIS 64, U.S. Government Printing

Office, Washington, D.C., 396 pp.

Tomczak, Matthias & J Stuart Godfrey, 2003. Regional Oceanography: an Introduction 2nd edn,

xi+390p.


ARVAM / PARETO Annexe Avril 2009

ANNEXE


ARVAM / PARETO Annexe Avril 2009

Profondeur atteinte (en m)

Profondeur souhaitˇe (en m)

Tempˇrature in situ ( C)

Tempˇrature potentielle ( C)

Densitˇ potentielle

Oxyg¸ne (%) Salinitˇ (psu) pHTurbiditˇ

(FSU)MES (mg/l) Ammonium (µM) Nitrate (µM) Nitrite (µM)

Nitrate + Nitrite (µM)

Phosphates (µM) Silice (µM)

1600 -1600 2,91 2,79 NA 28,05 NA NA <0,02 < 0,1 mg/l 0,17 35,40 <0,04 35,5 2,50 NA

1500 -1500 3,07 2,96 27,50

1400 -1400 3,41 3,31 26,56

1300 -1300 3,94 3,84 27,33 27,84 NA 7,39 <0,02 < 0,1 mg/l 0,11 36,40 <0,04 36,4 2,57 79,1

1150 -1150 4,49 4,39 26,16

1120 -1120 4,77 4,68 28,11

1030 -1030 5,11 5,02 27,26 30,89 34,48 7,41 <0,02 < 0,1 mg/l 0,18 34,90 <0,04 34,9 2,40 57,7

845 -845 7,16 7,08 47,54

750 -750 8,79 8,71 62,91

450 -450 11,85 11,79 73,26

300 -300 17,20 17,00 25,91

210 -210 18,67 18,63 25,46 75,86 35,45 7,82 <0,02 < 0,1 mg/l 0,15 4,40 <0,04 4,42 0,45 2,04

40 -40 25,30 25,29 101,30

30 -30 25,70 25,69 101,30

20 -20 27,01 27,01 22,79 100,07 35,10 8,06 <0,02 < 0,1 mg/l 0,09 0,08 <0,04 0,09 0,09 0,82

10 -10 27,92 27,92 98,98

sub surface subsurface 28,56 28,56 22,36 98,20 35,19 8,15 <0,02 < 0,1 mg/l 0,14 <0,08 <0,04 0,08 0,07 1,06

ANNEXE 1 : DONNEES BRUTES DES PRELEVEMENTS D’EAU REALISES LE 24 AVRIL AU LARGE DE LA COMMUNE DE SAINTE ROSE

Documents

ARVAM PARETO Caracteristique Eau Profonde ETM Sainte Rose