Couplage physique-biogéochimie à différentes échelles spatiales et temporelles : le cas du courant Ligure étudié par un planeur sous-marin bio-optique

par Katarzyna Niewiadomska

Thèse de doctorat en Optique marine

Sous la direction de Hervé Claustre.

Soutenue en 2008

à Paris 6 .

mots clés

• Planeurs AUV
• Radiométrie
• Optique marine et bio-optique
• Couplage physique-biogéochimie
• Courant Ligure
• Circulation secondaire
• Transition saisonnière
• Méditerranée NO

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Titre traduit

Physical-biogeochemical coupling at different time and space scales : the case of the Ligurian current studied using a bio-optical glider

Résumé

Un planeur sous-marin autonome (autonomous underwater gliding vehicle AUGV) équipé de capteurs physiques, bio-optiques et biogéochimiques a été développé pour étudier le couplage entre forçage physique et réponse biogéochimique à des échelles spatiales ou temporelles jusqu’à présent peu ou pas abordées, faute de système d’observation adapté. Il a été utilisé pour caractériser ce couplage au niveau du courant Ligure et le système frontal qui lui est associé en méditerranée Nord occidentale. Ce planeur comprend une sonde CTD (capteurs de température, conductivité et profondeur), un capteur d’oxygène, quatre rétrodiffusiomètres (470, 532, 660, 880 nm), deux fluorimètres pour les matières organiques colorées dissoutes (CDOM) et pour la chlorophylle-a, et deux radiomètres mesurant les éclairements descendants et remontants à quatre longueurs d’ondes (412, 443, 490 et 550 nm). Dans un premier temps, les différents paramètres physiques et certaines propriétés optiques inhérentes (IOPs) obtenus par le planeur ont été calibrés et validés. Une méthode d’inversion des propriétés optiques apparentes (AOPS) utilisant les mesures du coefficient de rétrodiffusion a ensuite été développée pour quantifier le coefficient d’absorption sur la dimension verticale. L’application de cette méthode d’inversion à des données obtenues par le glider a requis la qualification et validation des données acquises par le glider, notamment en étudiant et quantifiant les biais induit par le planeur sur les mesures radiométriques (auto-ombrage de l’instrument). Une analyse rétrospective de 10 ans d’acquisition de données de courant (mesuré par ADCP) sur la radiale Nice-Dyfamed a été ensuite entreprise. Elle permet de clairement détailler l’évolution saisonnière du courant Ligure (position, largeur, magnitude) et fournir ainsi un contexte physique « local » nécessaire pour interpréter les données acquises par le planeur sur cette même radiale. Cinq transects « planeur » de 50 km ont été réalisés entre janvier et mai de 2007 au travers du courant Ligure. Les données obtenues en hiver révèlent un étroit couplage physique-biogéochimie à sub-mesoéchelle (quelques km). Une covariance cohérente des différentes variables mesurées est observée, en particulier dans la zone frontale. Des anomalies de distribution verticale de certaines variables le long du transect sont interprétées comme des signatures de convergences ou de divergences locales. Par ailleurs, lors de la transition printanière, une stratification très rapide de la colonne d’eau (quelques jours) est observée. Elle est interprétée dans le contexte de l’évolution saisonnière du couplage physique-biogéochimie, dont les mécanismes moteurs sont déterminés à partir de l'analyse de plusieurs transects. De telles signatures biogéochimiques intimement liées aux processus physiques n’ont pas été observées par d’autres technologies jusqu'à présent. Ces résultats confirment donc définitivement le besoin de mener des études couplées physique-biogéochimie à haute résolution, non seulement pour étudier les processus biogéochimiques, mais également pour commencer en retour à mieux caractériser des processus physiques (vitesses verticales) difficilement appréhendables par les méthodes actuelles.