Évolution à long-terme des éléments biogènes en Méditerranée Nord-
Occidentale
Soutenance de Master 2 - Océanographie Physique et Biogéochimique
Présentée par Jeanne Castille
Mer semi-fermée, oligotrophe
N/P ~ 22
Échanges à Gibraltar, soumise aux apports continentaux/atmosphériques
Pression démographique croissante
« Hot-spot » du changement climatique et de l’impact anthropique
Projection de la population sur les côtes méditerranéennes à 2030
Nitrate = 8.5 µmoles/l
Phosphate = 0.40 µmoles/l
Silicate = 8.4 µmoles/l
Nitrate = 4.5 µmoles/l
Phosphate = 0.2 µmoles/l
Silicate = 6 µmoles/l
Apports atmosphériques
Sahariens
Apports atmosphériques
anthropisés
IntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeAcquisition et
traitement des donnéesRésultats & Discussion Conclusion
Augmentation globale de la température/salinité océanique de surface et de fond :
0,04°C.an-1 (Pascual et al., 1995)
0,0035°C.an-1/ 0,0011 psu.an-1 (Béthoux & Gentili, 1999)
Béthoux et al., 1998
Réduction globale des précipitations et de la décharge d’eau douce par les fleuves
Ludwig et al., 2009
Acquisition et traitement des données
Résultats & Discussion ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeIntroduction
Concentrations moyennes des sels nutritifs dans les eaux profondes méditerranéennes (z > 1500m)
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
1960 1975 1990 2005 2020
[PO4] (µM)
Campagnes et littérature Béthoux et al., 1998
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
1960 1975 1990 2005 2020
[NO3] (µM)
Campagnes et littérature Béthoux et al., 1998
Augmentation prévue de +0,56%.an-1 pour le phosphate et +0,53%.an-1 pour le nitrate(Béthoux et al., 1998)
Concentrations actualisées : [PO4]= 0,39 ± 0,04 µM [NO3]= 8,47 ± 0,62 µM
Nécessité de suivis d’observation à long-terme adaptés
Acquisition et traitement des données
Résultats & Discussion ConclusionAltérations attendues
de la MéditerranéeIntroduction
Présentation des Services Nationaux d’Observation (SNO)
• Service d’Observation en Milieu LITtoral(SOMLIT)
Description de la variabilité temporelle
Méthodes homogènes standardisées
Exercices d’inter-comparaison
Données validées en libre accès
• Mediterranean Ocean Observing System for the Environment (MOOSE)
Observation du gradient côte-large et interfaces continent-océan-atmosphère
Champ thématique varié : hydrologie, courantologie, biogéochimie, météorologie, apports fluviaux et atmosphériques…
Variabilité spatio-temporelle à différentes échelles
Stations marines du réseau SOMLIT
htt
p:/
/so
mli
t.ep
oc.
u-b
ord
eau
x1.fr
/
Activités réalisées au sein du réseau MOOSE
htt
p:/
/ww
w.m
oo
se-n
etw
ork
.fr/
Résultats & Discussion ConclusionIntroductionAcquisition et
traitement des donnéesAltérations attendues
de la Méditerranée
Traitement statistique
TemporalTrendAnalysis interface (TTA) :
Interface graphique d’utilisation pour R Procédure standard pour l’analyse de tendances Possibilité de diagnostiques supplémentaires : analyse spectrale,
autocorrélation, anomalies, décomposition saisonnière, test de Shapiro.
Série temporelle régularisée de la température à la station Marseille-SOMLIT
Color plot des anomalies de la salinité à la station Marseille-SOMLIT
Devreker & Lefebvre, 2014
Résultats & Discussion ConclusionIntroductionAcquisition et
traitement des donnéesAltérations attendues
de la Méditerranée
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2005 2007 2010 2013 2015
0
50
100
150
200
250
300
[PO4] (µM)[NO3] (µM)
Suivi à long-terme des concentrations en nitrate et phosphate (2005-2017)
77 <[NO3]< 137 µM 1,2 < [PO4] < 1,7 µM Quasi-opposition de phase
Évolution du Rhône : Station d’Observation du Rhône en Arles (SORA) échantillonnage toutes les 90 min
Série temporelle et tendance des débits (m3.s-1)
Concentration en phosphate en déclin (-80%) depuis 1980 Augmentation de l’utilisation d’engrais azotés (+45%) entre 1980-1990 Contribution au déséquilibre N/P de la Méditerranée
Débit moyen : 1480 ± 480 m3.s-1
1700 m3.s-1 (Pont, 1997 ; Moutin et al.,1998)
Diminution des débits ~20% depuis 2010
Apports annuels d’azote et de phosphore
0
5
10
15
20
25
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
0
20
40
60
80
100
120
P-PO4
(kT/an)N-NO3
(kT/an)
~10 kT/an
1,3 kT/an
Tendances des concentrations (µM)
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
PO4
NO3
Évolution du Rhône : Impact des crues
2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
MES Azote Phosphore Eau douce % crue par an
Représentation des apports dus aux crues exprimés en pourcentage des flux totaux
Contribution majeure au bilan annuel total de matière : Jusqu’à 80% de MES Jusqu’à 30-40% de l’azote et du phosphore (dissous)
00,20,40,60,81
1,21,41,61,82
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
[PO4] (µM)
Débit (m3.s-1)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
[NO3] (µM)
Débit (m3.s-1)
Concentrations en sels nutritifs en fonction du débit
Hystérésis des sels nutritifs : Jusqu’à -50% des teneurs en NO3 au cours du crue Déplétion quasi-totale en PO4Crue (échantillonnage toutes les 30 min) : débit > 3000 m3.s-1
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
Évolution des dépôts atmosphériques
Site peu urbaniséCap Béar
Site fortement urbaniséFrioul
Tendances des flux de matière non soluble (mg.m-2)
Apports en fonction du niveau d’anthropisation du site
Dépôts secs (DS) :
Dépôts humides (DH) :
Relation inverse entre les concentrations en sels nutritifs et la pluviométrie
0
2
4
6
8
10
12
14
0
100
200
300
400
500
0 20 40 60 80 100
[PO4] (µM)[NO3] µM
Précipitations (mm)
NO3 PO4
Diminution des précipitations au Frioul Diminution des flux d’azote minéral
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0
50
100
150
200
250
300
2005 2010 2015 2020
mm
mg/
m²/
an
DIN
P-PO4
Précipitations
Béar
Ferrat
Sites de suivis atmosphériques du réseau MOOSE
Matière totale : 530 mg/m²SIN : ~7,5 mg/m²SIP : ~0,13 mg/m²
Matière totale : 390 mg/m²SIN : ~0,85 mg/m²SIP: ~0,03 mg/m²
Matière totale : 230 mg/m²SIN : ~1,6 mg/m²SIP : ~0,125 mg/m²
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
Bilan des apports en Méditerranée Nord-Occidentale (NO)
Termes du bilan
(kT/an)
DIN PO4 Azote total Phosphore
total
Apports rhodaniens
(2005-2017)
61 ± 23
92.3 – 96.1d
72b
1.6 ± 0.5
1.3 – 1.7d
71 ± 27
115 – 127d
90f
3.5 ± 2
6.5 – 12.2d
7.2 – 12.4e
6f
DH atmosphériques
(2007-2017)
39 ± 13
25 – 75a
1 ± 0.5
0.4 – 1.2a
105 ± 36 2.9 ± 1.5
DS atmosphériques
(2007-2017)
77 ± 34 2 ± 0.8 111 ± 40
143c
8.8 ± 4.4
Apports
atmosphériques
totaux
116 ± 47
130g
3 ± 1.3 216 ± 76 11.7 ± 5.9
Bilan 177 ± 70 4.6 ± 1.8 287 ± 103 15.2 ± 7.9
Données provenant de : a Migon et al., 1989 ; b El Habr & Golterman, 1987 ; c Sandroni et al., 2007 ; d Moutin et al., 1998 ; e Van
Den Broeck & Moutin (2002) ; f Ludwig et al., 2010 ; g Loÿe-Pilot et al., 1990.
Ré-estimation à la baisse des flux de matières exportés par le Rhône
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
Bilan des apports en Méditerranée Nord-Occidentale (NO)
Termes du bilan
(kT/an)
DIN PO4 Azote total Phosphore
total
Apports rhodaniens
(2005-2017)
61 ± 23
92.3 – 96.1d
72b
1.6 ± 0.5
1.3 – 1.7d
71 ± 27
115 – 127d
90f
3.5 ± 2
6.5 – 12.2d
7.2 – 12.4e
6f
DH atmosphériques
(2007-2017)
39 ± 13
25 – 75a
1 ± 0.5
0.4 – 1.2a
105 ± 36 2.9 ± 1.5
DS atmosphériques
(2007-2017)
77 ± 34 2 ± 0.8 111 ± 40
143c
8.8 ± 4.4
Apports
atmosphériques
totaux
116 ± 47
130g
3 ± 1.3 216 ± 76 11.7 ± 5.9
Bilan 177 ± 70 4.6 ± 1.8 287 ± 103 15.2 ± 7.9
Données provenant de : a Migon et al., 1989 ; b El Habr & Golterman, 1987 ; c Sandroni et al., 2007 ; d Moutin et al., 1998 ; e Van
Den Broeck & Moutin (2002) ; f Ludwig et al., 2010 ; g Loÿe-Pilot et al., 1990.
Ré-estimation à la baisse des flux de matières exportés par le Rhône DS > DH processus continu et diffus vs. ponctuel et local
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
Bilan des apports en Méditerranée Nord-Occidentale (NO)
Termes du bilan
(kT/an)
DIN PO4 Azote total Phosphore
total
Apports rhodaniens
(2005-2017)
61 ± 23
92.3 – 96.1d
72b
1.6 ± 0.5
1.3 – 1.7d
71 ± 27
115 – 127d
90f
3.5 ± 2
6.5 – 12.2d
7.2 – 12.4e
6f
DH atmosphériques
(2007-2017)
39 ± 13
25 – 75a
1 ± 0.5
0.4 – 1.2a
105 ± 36 2.9 ± 1.5
DS atmosphériques
(2007-2017)
77 ± 34 2 ± 0.8 111 ± 40
143c
8.8 ± 4.4
Apports
atmosphériques
totaux
116 ± 47
130g
3 ± 1.3 216 ± 76 11.7 ± 5.9
Bilan 177 ± 70 4.6 ± 1.8 287 ± 103 15.2 ± 7.9
Données provenant de : a Migon et al., 1989 ; b El Habr & Golterman, 1987 ; c Sandroni et al., 2007 ; d Moutin et al., 1998 ; e Van
Den Broeck & Moutin (2002) ; f Ludwig et al., 2010 ; g Loÿe-Pilot et al., 1990.
Ré-estimation à la baisse des flux de matières exportés par le Rhône DS > DH processus continu et diffus vs. ponctuel et local Apports atmosphériques > apports rhodaniens
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
Changement d’état des écosystèmes côtiers
Forçage climatique global représenté par un shift au milieu des années 2000
Néanmoins, influences locales spécifiques : topographie particulière, apports continentaux
Marseille +0,4°C/+0,3 psu
Villefranche-sur-Mer+0,5°C/+0,2 psu
Banyuls +0,3°C/+0,3 psu
Tendances temporelles de la température (°C) Tendances temporelles de la salinité (psu)
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
Période 1997-2017Température Salinité
Changement d’état des écosystèmes côtiers
Rejets à la station d’épuration de Cortiou
0
2
4
6
8
10
12
14
1998 2002 2006 2010 2014
T/j
Azote MES
Marseille -33% / -68%
Villefranche-sur-Mer-35% / +80%
Banyuls -20% / -15%
Tendances temporelles des concentrations en NO3 Tendances temporelles des concentrations en PO4
Anomalies de concentrations en NO3 à Banyuls
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeRésultats & Discussion
Acquisition et traitement des données
Période 2003-2010
Climatologie des moyennes latitudes commune aux 3 stations Forçage commun représenté par un shift au milieu des année 2000
Influence directe de la Baillaury
Nitrate Phosphate
Mise en évidence des climatologies et tendances à partir des données SOMLIT et MOOSE :
Diminution des débits du Rhône : 1er signe clair du changement climatique o Impact majeur des crues sur le bilan annuel des flux d’éléments biogèneso Phénomène d’hystérésis des sels nutritifs
Hétérogénéité des dépôts atmosphériques et des études associéeso Diminution des précipitationso Augmentation possible des DS en lien avec l’urbanisation intensive
Réévaluation de la contribution des sources externes à la Méditerranée NORhône : ~25% et Atmosphère : ~75%
Rupture des écosystèmes côtiers méditerranéens dans les années 2000 (Goberville et al., 2010)
o Soumis à la variabilité climatique et aux facteurs anthropiques
Stratégie adaptée des réseaux d’observations pour l’étude du changement climatique :
Nécessité de maintien destinés à l’observation à long-terme Possibilité d’extension géographique pour une meilleure couverture spatiale
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeAcquisition et
traitement des donnéesRésultats & Discussion
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
mmFrioul Ferrat Béar
Climatologie des débits du Rhône (m3.s-1)Bilan annuel des précipitations aux 3 stations côtières MOOSE
Année 2018 : hors-climatologie
Forte variabilité interannuelle !
ConclusionIntroductionAltérations attendues
de la MéditerranéeAcquisition et
traitement des donnéesRésultats & Discussion
Nécessité de poursuivre les observations sur une échelle de temps compatible avec l’évolution climatique (>10 ans)