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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
23/06/2015
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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
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
PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø L’observation du milieu marin à l’AMU
Radars HF
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23/06/2015
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…
PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø L’observation du milieu marin à l’AMU
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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
PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø L’observation du milieu marin à l’AMU
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
Ø Le projet MEUST 23/06/2015
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• Une ligne de mouillage autonome de 2 000 m (ALBATROSS)
PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet MEUST
• 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)
Ø Le projet MEUST 23/06/2015
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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet MEUST
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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet CHROME
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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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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet CHROME
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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet CHROME
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
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Picoeucaryotes Nanophytoplancton Microphytoplancton
Pic de Nitrates Pluie
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Thyssen et al (2014)
Ø Le projet CHROME 23/06/2015
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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet CHROME
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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
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)
Quartz double-convex lens
Silicon photodiode
Excitation lightFluorescence light
Detection section
Monitoring section
SampleQuartz 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)
Quartz double-convex lens
Silicon photodiode
Excitation lightFluorescence light
Detection section
Monitoring section
Sample
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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
ARCHITECTURE DU MINIFLUO−UV
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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
EXEMPLE : CaractérisaKon de la MOD dans un environnement côKer anthropisé − baie de Marseille)
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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
EXEMPLE : CaractérisaKon de la MOD dans un environnement côKer anthropisé − baie de Marseille)
Glider SeaExplorer ALSEAMAR-‐ALCEN
Capteurs : T, S, O2, Chl a, Turb, CDOM, MiniFluo
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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
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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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PROBLÉMATIQUES et TECHNOLOGIES D’OBSERVATION en MILIEU PÉLAGIQUE Ø Le projet FUI Sea Explorer
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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 …