Problématiques et Technologies d'observation en milieu pélagique

PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE

Bernard Quéguiner, Madeleine Goutx, Dominique Lefèvre, Patrick Raimbault, Melilotus Thyssen

Ø  Le projet MEUST

23/06/2015

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Ø  L’observation du milieu marin à l’AMU

Ø  Le projet CHROME

Ø  Le projet FUI Sea Explorer

PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE

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Ø  L’observation du milieu marin à l’AMU

•  une mission de l’OSU -‐ InsBtut Pythéas

•  mission assurée au sein de l’UMR MIO

•  à l’échelle locale

•  à l’échelle régionale

•  à l’échelle du bassin méditerranéen

PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø  L’observation du milieu marin à l’AMU


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LA BAIE DE MARSEILLE : UN SITE ATELIER POUR ÉTUDIER L’IMPACT ANTHROPIQUE D’UNE GRANDE AGGLOMÉRATION MÉDITERRANÉENNE …

L’OBSERVATION INTÉGRÉE À L’ÉCHELLE LOCALE

•  DES INTÉRÊTS SOCIO−ÉCONOMIQUES •  DES INTÉRÊTS SCIENTIFIQUES

Influence du Rhône

salinité de surface

Apports atmosphériques

site instrumenté du Frioul Hydrologie Biodiversité

Hydrologie Biodiversité OpKque

Radiomètres

triplette wetlabs

CTD

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L’OBSERVATION INTÉGRÉE À L’ÉCHELLE RÉGIONALE


Radars HF

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L’OBSERVATION INTÉGRÉE À L’ÉCHELLE RÉGIONALE

Apports du Rhône

Dérive panache Baie de Marseille

Etang de Berre

Site ANTARES Technologies

Programmes

Services labellisés

Partenaires

AUV, gliders, collecteurs, capteurs in situ, temps réel…

MISTRALS (HYMEX, MERMEX (SPEciMed), CHARMEX), FixO3, AT MIO…

SOMLIT, MOOSE

Agence de l’Eau, GIPREB, IFREMER, IRSN, Phares & Balises, Service MariKme…

Un réseau d’observation unique, support à la recherche et une réponse à la demande sociétale

CIESM, Région PACA, Ville de Marseille…


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L’OBSERVATION INTÉGRÉE À L’ÉCHELLE DU BASSIN MÉDITERRANÉEN

•  SUPPORT AUX PROGRAMMES (HYMEX) •  COLLABORATIONS EUROPÉENNES ET PARTENARIATS VIA LA CIESM •  OUVERTURE AU SUD : UNIVERSITÉ DE TANGER, ISTPM, ENSMAL

HYDROCHANGES

TRANSMED


Ø  Le projet MEUST 23/06/2015

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Mediterranean Eurocentre for Underwater Sciences and Technologies

•  Suivi du domaine méso-‐ et bathypélagique en relaKon avec le changement global : Température, salinité, courant, oxygène dissous, etc …

PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø  Le projet MEUST

•  MEUST est une plateforme sous-‐marine pluridisciplinaire scienKfique et techno-‐logique, intégrée aux réseaux européens de télescopes à neutrinos KM3NeT et d’observatoires sous-‐marins EMSO, développée par le CNRS (INSU, IN2P3)

•  Structure d’hébergement pour de nouvelles expériences et nouvelles technologies dédiées à l’observaKon du milieu


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•  Une ligne de mouillage autonome de 2 000 m (ALBATROSS)


•  Un module d’interface instrumenté câblé (MII)

Communica)on induc)ve et acous)que pour le temps réel

MII ALBATROSS

ALBATROSS

CTD May 2015 CTD Sept 2014

2329m ALBATROSS 2130m ALBATROSS 1928m ALBATROSS 1726m ALBATROSS 1524m ALBATROSS

EvoluKon temporelle des propriétés hydrologi-‐ques dans le milieu pélagique à 5 profondeurs observées à haute fréquence (1500-‐2400 m) de septembre 2014 à avril 2015 (Lefèvre et al., 2015)


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EvoluKon temporelle de l’oxygène dissous dans le milieu pélagique à 5 profondeurs observées à haute fréquence (1500-‐2400 m) de septembre 2014 à avril 2015 (Lefèvre et al., 2015)

2300m IL07 & IL13 2000m IODA6000

2329m ALBATROSS 2130m ALBATROSS 1928m ALBATROSS 1726m ALBATROSS 1524m ALBATROSS

In situ Oxygen Dynamics Auto-‐sampler (IODA)

Développé en partenariat MIO/LPPM

Ø  Le projet CHROME 23/06/2015

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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø  Le projet CHROME

Con<nuous High Resolu<on Observa<on of the Mediterranean Sea

•  Le phytoplancton produit la moiKé de l’oxygène sur Terre mais à un instant donné il ne représente que 2 % de la biomasse végétale terrestre …

•  Le taux de renouvellement des micro-‐organismes est de l’ordre de la jour-‐née à la semaine alors que pour les plantes terrestres il est de l’ordre de la décennie

LE PHYTOPLANCTON : RÔLE DANS LE FONCTIONNEMENT DES ÉCOSYSTÈMES

MARINS

L’étude des micro-‐organismes marins est indispensable pour comprendre leurs foncBons en tant que bâKsseurs du réseaux trophique mais aussi à l’échelle climaBque grâce à leurs

influences sur les échanges de maKère.

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Plus de 15 000 espèces

L’OBSERVATION DU PHYTOPLANCTON EST COMPLEXE ET MULTIFACTORIELLE

Plusieurs ordres de grandeur

Apports atmosphériques

Profondeur de la couche de mélange

Apports pulsés de nutriments

OscillaKons de température

Phytoplancton

Tempêtes

Apports terrestres

Milieu marin : dynamique impulsionnelle Patchiness du phytoplancton

J1

J2

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J4

J5

J6

MulKplicaKon rapide

UNE OBSERVATION DU COMPARTIMENT MICROBIEN PAR UNE APPROCHE À L’ÉCHELLE DE LA CELLULE, DE L’HEURE ET DU KM

EST NÉCESSAIRE POUR RÉSOUDRE SA DYNAMIQUE ET ATTEINDRE LA MÊME ÉCHELLE DE RÉSOLUTION QUE LES

VARIABLES PHYSIQUES ET CHIMIQUES

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LES MOYENS : LA CYTOMÉTRIE EN FLUX AUTOMATISÉE ET IN SITU Analyse des assemblages de phytoplancton par une approche à l’échelle

individuelle des cellules et à l’échelle de l’heure

Enregistrement du signal op<que émis par chaque cellule

Laser

Diffusion

Fluo

rescen

ce

Bouée/points fixes

Navires scienKfiques Navires d’opportunités

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Gymnodinium sp.

Abo

ndan

ce

Bio

volu

me

Taux

de

cr

oiss

ance

ApplicaKon de modèle de croissances cellulaire Dugenne et al (2014)

Thyssen et al (2015)

ExtrapolaKon de la communauté à l’échelle régionale par couplages entre analyses in situ et algorithmes de couleur de l’océan

Mer du Nord, semaine du 8 Mai 2011 Communautés dominées par le picoplancton et les cryptophytes

Ditylum

EXEMPLE : Dynamique spaKo-‐temporelle à haute résoluKon des groupes foncKonnels du phytoplancton et étude de leur capacité de réponses aux

variabilités du milieu

Etude des effets impulsionnels sur la mise en place de l’efflorescence algale printanière

Abo

ndan

ce

Picoeucaryotes Nanophytoplancton Microphytoplancton

Pic de Nitrates Pluie

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PicoFLO

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Picoeukaryote

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Picoeukaryote

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HighSWS

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HighSWS

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HighFLO

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HighFLO

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NanophytoplanktonNanophytoplankton

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MicrophytoplanktonMicrophytoplankton

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Picoeukaryote

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Picoeukaryote

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HighSWS

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HighSWS

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HighFLO

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PicoFLO

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Picoeukaryote

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HighSWS

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HighFLO

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Thyssen et al (2014)

Ø  Le projet CHROME 23/06/2015

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ETUDE DE L’EFFET DU CHANGEMENT GLOBAL SUR LA CIRCULATION ET LES ÉCOSYSTÈMES : SUIVI HAUTE RÉSOLUTION (KM, HEURE) DES PROPRIÉTÉS HYDROLOGIQUES ET BIOGÉOCHIMIQUES SUR

DES NAVIRES D’OPPORTUNITÉ

Salinité de surface de 2005 à 2014

CAPTEURS AUTOMATISÉS : •  Température/salinité •  CO2 •  O2 •  pH •  Phytoplancton •  Turbidité/MaKère organique

Images satellites et modélisaKon mathémaKque

IntégraKon mulK–échelles et mulKfactorielle des processus

AmélioraKon de l’opéraKonnel

Ø  Le projet FUI Sea Explorer 23/06/2015

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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø  Le projet FUI Sea Explorer

MISE AU POINT DU CAPTEUR DE FLUORESCENCE ‘MINIFLUO−UV’ POUR LA SURVEILLANCE DES ENVIRONNEMENTS CÔTIERS ET OCÉANIQUES À L’AIDE DE PROFILEURS, DE GLIDERS OU DES

PLATEFORMES FERRYBOX

•  Les ouKls uKlisant la fluorescence in situ de certains composés permevent de résoudre la variabilité spaKo−temporelle de variables biogéochimiques afin de mieux comprendre le foncKonnement des écosystèmes

•  Depuis plus de deux décennies, la fluorescence a été uKlisée avec succès pour étudier la composiKon et la dynamique de la maKère organique dissoute (MOD)dans les milieux aquaKques

•  Le projet FUI Sea Explorer a permis de développer un fluorimètre submersible miniaturisé à excitaKon UV permevant l’acquisiKon en temps réel et à haute fréquence de mesures des concentraKons de composés ciblés dans le MOD

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HISTORIQUE DES PROJETS

•  2007-‐2011 FUI−SEA EXPLORER ConsKtuKon du consorKum entreprises – InsKtuts de recherche et EPIC (ACSA PI, IFREMER, ACRI, CNRS−MIO, CNRS−LOV) Ø  Développements du glider Sea Explorer et du capteur MiniFluo-‐UV (brevet) SouKen Pôle Mer, CG13, Région PACA

•  2009-‐2013 Projets conjoints §  ANR/ADEME/OSEO IBISCUS (Indicateurs Biologiques et ChImiqueS de ContaminaKons UrbaineS) (MIO PI, OOB, MMODULE, ACSA)

§  DGCIS VASQUE (Véhicule Autonome de Surveillance de la Qualité des eaux) ) (ACSA PI, IFREMER, ACRI, LOV, MIO)

Ø  Finalisa<on du glider Sea Explorer et du capteur MiniFluo

•  2013-‐2017 NEXOS CE PCRD 7 "The Ocean of Tomorrow 2013" Next generaKon, Cost-‐effecKve, Compact, MulKfuncKonal Web Enabled Ocean Sensor Systems Empowering Marine, MariKme and Fisheries Management (21 partenaires) don’t MIO et ACSA (ALSEAMAR) Ø  Produc<on du glider et du capteur et applica<on au milieu dans le cadre de scénarios

d’étude biogéochimique marine et d’étude d’impact

Quartz right-angle prism

Deep UV LED (255 or 280 nm)

Excitation section

Quartz double-convex lens

Quartz window

Reference silicon photodiode

Optical fiber

Bandpass filter (360 or 340 nm)


Silicon photodiode

Excitation lightFluorescence light

Detection section

Monitoring section

SampleQuartz right-angle prism

Deep UV LED (255 or 280 nm)

Excitation section


Quartz window

Reference silicon photodiode

Optical fiber

Bandpass filter (360 or 340 nm)


Silicon photodiode

Excitation lightFluorescence light

Detection section

Monitoring section

Sample

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ARCHITECTURE DU MINIFLUO−UV

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PROTOTYPES DE CAPTEURS MINIFLUO DétecKon de composés aromaKques (Try), d’hycrocarbures (Naph, Fluo, Phe, Pyr)

et de pesKcides (Car, PheNol)

MF3 : Ph

e/Try

MF1 : Ph

e/Naph

MF2 : Fluo

/Pyr

MF4 : Car/Ph

eNol

CaractérisBques : •  Mesures de 2 fluorophores •  Technologie LED •  MiniaturisaKon, faible consommaKon d ’énergie (600 mW à 12 VDC) à Charge uBle du glider!

•  CommunicaKon en modes numérique/analogique

Tede{, Joffre, Goutx (2013) Tede{ et Goutx (2012, 2014) brevets CNRS

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EXEMPLE : CaractérisaKon de la MOD dans un environnement côKer anthropisé − baie de Marseille)

Rhône

Huveaune Marseille

émissaire de Cortiou

Complexe pétrochimique de Fos/mer

Etang de Berre

Saumaty

Stations échantillonnées • échantillons discrets

(EEMs, GC–MS,…) • mesures par capteurs

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Glider SeaExplorer ALSEAMAR-‐ALCEN

Capteurs : T, S, O2, Chl a, Turb, CDOM, MiniFluo

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Rhône

•  Les concentraKons en tryptophane augmentent à la staKon Mesurho dans le panache du Rhône,

•  Au cours du dernier transect, pendant une période de pluies, les concentraKons en tryptophane augmentent vers le sud dans la baie de Marseille.

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•  La distribuKon des concentraKons en phénanthrène montre des apports de contaminants depuis la zone Fos−Rhône ainsi que des patchs de fortes concentraKon sà divers endroits des radiales.

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PLUSIEURS PROJETS D’OBSERVATION EN COURS DE DÉVELOPPEMENT OU EN GESTATION …

AIX-‐MARSEILLE METROPOLIS OBSERVATORY FOR CO2 (AMMOCO2) D. LEFÈVRE

CONTACTS :

SERVICE D’OBSERVATION OSU PYTHEAS : [email protected] PROJET MEUST : [email protected] PROJET CHROME : [email protected] PROJET SEA EXPLORER / MINIFLUO : [email protected]

REMERCIEMENTS À L’ENSEMBLE DES PERSONNELS DU MIO …

Documents

Problématiques et Technologies d'observation en milieu pélagique