Conférence de Steven Herbette – Impact de la turbulence océanique à (sub-)mésoéchelle sur la production primaire
24 avril 2022, N/O Marion Dufresne, Canal du Mozambique
Auteurs: Elsa Lescroart et Angèle Nicolas
Steven Herbette est professeur à l’Université de Bretagne Occidentale et chercheur sur la physique des océans au Laboratoire d’Océanographie Physique et Spatiale (LOPS). Pendant son séminaire à bord du Marion Dufresne il nous a parlé de des liens entre la physique et la biologie à la mesoéchelle (des échelles spatiales de l’ordre de la centaine de kilomètres, et des échelles temporelles de l’ordre des semaines/mois).
Les tourbillons de mesoéchelle, caractérisés par des diamètres de l’ordre de 100km, sont présents partout à la surface de l’océan (figure 1). Ils concentrent beaucoup d’énergie et sont particulièrement intenses dans les courants de bord ouest comme le courant des Aiguilles dans le sud-ouest de l’océan Indien. Lorsque les courants sont instables ils forment des méandres et des tourbillons s’en détachent, ils peuvent par la suite être réintégrés dans le courant principal ou s’en éloigner.
L’altimétrie opérée par satellite permet de visualiser ces structures, en mesurant la hauteur de la surface de l’océan. Les tourbillons se distinguent en tourbillon cycloniques, formant des anomalies négatives en hauteur de la colonne d’eau (creux) et en tourbillons anticycloniques, formant des anomalies positives en hauteur de la colonne d’eau (bosses). A l’échelle globale, on trouve le même nombre de tourbillons cycloniques et anticycloniques, lesquels vont généralement se propager vers l’ouest.
Les tourbillons de méso-échelle peuvent expliquer en grande partie les variabilités observées dans l’océan. Ils sont dits non linéaires : ils piègent les traceurs ou des organismes passifs (par exemple le phytoplancton) qui sont ensuite advectés horizontalement sur de grandes distances (plusieurs milliers de km).
Les tourbillons sont aussi associés à des dynamiques verticales. Les cyclones entraînent une remontée des isopycnes (lignes d’égales densité) indiquant la remontée vers la surface d’eaux plus denses, alors que les les anticyclones sont associés au phénomène inverse. Cela entraîne respectivement des upwellings (remontés) et des downwellings (descentes) des masses d’eau.
D’autres structures dynamiques de méso-échelle coexistent avec les tourbillons : les filaments ou, à échelle encore plus fine, les structures dites « swirls » (de l’ordre de 10 km de longueur). On parle pour ces dernières de subméso-échelle. Ces différentes structures dynamiques sont détectables avec les images satellite température de surface et chlorophylle-a (figure 3). Les propriétés physiques, biogéochimiques ou biologiques passives sont soumis à des dynamiques d’étirement le long des filaments en marge des tourbillons (ce processus est appelé en anglais « stirring ») et à plus petite échelle, créant ainsi des forts gradients spatiaux. L’importance des structures de fine échelle (regroupant à la fois la méso-échelle et la subméso-échelle) a été revaluée dans les 10 dernières années : ces structures dynamiques sont présentes partout et ont des forts impacts sur les processus physiques, biologiques et biogéochimiques à diverse échelles.
Les mécanismes de couplage entre la physique et la biologie sont nombreux et peuvent être de différent nature au sein d’une même structure océanique. Par exemple, les tourbillons sont à la fois associés à des mouvements verticaux, qui peuvent favoriser les apports en nutriments et la production primaire, mais aussi à un transport horizontal.
Au large de Durban, en Afrique du Sud, les précipitations entrainent des apports importants de nutriments du continent vers l’océan. Des tourbillons semi-permanents se forment près de la côte au large de Durban regulièrement et transportent ces eux enrichies vers le large. Cette région présente donc un intérêt marqué pour l’étude de ces processus dits de couplage physique-biologique, et sera étudiée pendant notre mission RESILIENCE.
Les effets de ces structures dynamiques sur les écosystèmes marins peuvent être observés jusqu’aux prédateurs supérieurs, comme les oiseaux marins (figure 4). Grâce aux équipes pluri-disciplinaires participant à la mission RESILIENCE, nous pourrons étudier les relations entre la fine-échelle et différents compartiments des écosystèmes.
Bibliographie:
Chelton, D. B., Schlax, M. G., Samelson, R. M., & de Szoeke, R. A. (2007). Global observations of large oceanic eddies. Geophysical Research Letters, 34 (15).
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Weimerskirch, H., Le Corre, M., Jaquemet, S., Potier, M., & Marsac, F. (2004). Foraging strategy of a top predator in tropical waters: great frigatebirds in the Mozambique Channel. Marine Ecology Progress Series, 275, 297-308.
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