Littérature scientifique sur le sujet « Flotteurs BGC-Argo »

L’objectif de cette thèse consiste à cartographier la distribution régionale et saisonnière des maxima profonds de chlorophylle a (« Deep Chlorophyll Maxima », DCM) dans l’océan global, à comprendre les paramètres environnementaux qui contrôlent leur formation et leur persistance, et à estimer leur contribution dans les bilans de production primaire (PP) à l’échelle globale. Cette approche se base sur les mesures des flotteurs profileurs Biogéochimique-Argo (BGC-Argo). Une méthode de détection des DCMs et de leur typologie ( maxima de biomasse ou de photoacclimatation) a été développée et appliquée sur ~60,000 profils de fluorescence de la chlorophylle a et du coefficient de rétrodiffusion particulaire (estimateurs respectifs de la concentration en chlorophylle a [Chla], et du carbone organique particulaire). A partir de cette classification, l’occurrence spatiale et temporelle des DCMs a été décrite dans 28 régions de l’océan mondial, permettant d’affiner la description de leurs caractéristiques, de grouper ces régions en quatre types selon leurs similarité, et d'en décrire les principales configurations environnementales (profils d'éclairement et de nitrates). Dans un second temps, l’impact des tourbillons de mésoéchelle a été étudié sur la présence des DCMs et sur leurs propriétés par la co-localisation de la base de profils BGC-Argo avec un atlas de tourbillons de mésoéchelle détectés par altimétrie satellite. Enfin une estimation de la contribution des DCMs à la PP globale a été estimée ainsi qu’une analyse de performance de deux modèles d’estimation des profils verticaux de [Chla] à partir des observations satellites en comparaison avec les mesures BGC-Argo
The main objective of this thesis is to map the regional and seasonal distribution of Deep Chlorophyll Maxima (DCM) in the global ocean, to understand the environmental parameters that control their formation and persistence, and to estimate their contribution to global primary production (PP) budgets. This approach is based on measurements from the Biogeochemical-Argo Profiling Floats (BGC-Argo). A method for the detection of DCMs and their typology (biomass or photoacclimation maxima) has been developed and applied to ~60,000 chlorophyll a fluorescence profiles and particle backscatter coefficient (respective proxies of chlorophyll a concentration [Chla], and particulate organic carbon). From this classification, the spatial and temporal occurrence of DCMs was described in 28 regions of the world ocean, allowing to refine the description of their main characteristics (i.e. depth and intensity), and to group the regions into four main types according to the similarity of their DCMs. The estimation of vertical profiles of nitrate concentration and downward irradiance then allowed to describe the main environmental configurations of the different types of regions. In a second step, the impact of mesoscale eddies was studied on the presence of DCMs and their properties by co-locating the BGC-Argo profile database with an atlas of mesoscale eddies detected by satellite altimetry. Finally, an estimate of the contribution of DCMs to global PP was estimated, as well as a regional performance analysis of two models for estimating the vertical profiles of [Chla] from satellite observations, compared to the [Chla] profiles of the BGC-Argo database

Cette thèse a pour objectif principal de mieux appréhender la dynamique spatio-temporelle et verticale de la biomasse phytoplanctonique dans l’océan ouvert. Dans un premier temps, nous avons étudié la variabilité de la relation entre le coefficient de rétrodiffusion particulaire (bbp), un estimateur bio-optique du carbone organique particulaire, et la concentration en chlorophylle a (Chla) à l’échelle globale. Dans les régimes subpolaires, des changements concomitants de Chla et bbp correspondent à des variations de la biomasse du phytoplancton. Au contraire, dans les régimes subtropicaux oligotrophes, un découplage entre les deux variables peut être attribué aux processus de photoacclimation du phytoplancton ou à un changement de l'abondance relative des particules non algales au sein de l’assemblage particulaire. La Mer Méditerranée constitue, quant à elle, un régime intermédiaire à ces deux situations extrêmes. En utilisant le couplage entre bbp et Chla nous avons, dans un second temps, analysé la dynamique saisonnière et régionale des maxima profonds de Chla (SCMs) à l’échelle du bassin méditerranéen en développant notamment une classification des profils verticaux de Chla et de bbp. En Méditerranée orientale, des SCMs correspondant à une augmentation de la Chla intracellulaire des cellules phytoplanctoniques (photoacclimatation) ont été identifiés. Au contraire, des SCMs résultant d’une réelle augmentation de la biomasse carbonée en profondeur (SBMs) ont été observés de manière récurrente en Méditerranée occidentale. Suivant la piste d’une contribution potentiellement significative des SCMs à la production de carbone dans l’océan global, la production communautaire brute dans la couche de subsurface a été, dans un troisième temps, quantifiée. Pour cela, une méthode bio-optique d’estimation de la production basée sur le cycle diurne des propriétés bio-optiques a été utilisée dans deux régions distinctes de la Méditerranée durant la période estivale oligotrophe. Nous avons ainsi mis en évidence une importante contribution des SCMs à la production totale réalisée dans la couche productive, pouvant atteindre plus de 40% en Méditerranée occidentale
The main objective of this thesis is to improve our understanding of the spatio-temporal and vertical variability of phytoplankton biomass in the open ocean. First, we investigated the variability of the relationship between the particulate backscattering coefficient (bbp), a bio-optical proxy of the particulate organic carbon, and the chlorophyll a concentration (Chla) at a global scale. In subpolar regimes, concomitant changes in Chla and bbp correspond to variations in phytoplankton biomass. In contrast, in subtropical regimes, a decoupling between the two variables was attributed to photoacclimation processes or a change in the relative abundance of non-algal particles to the particulate assemblage. The Mediterranean Sea stands as an intermediate regime between these two end-members. Next, we analysed the seasonal and regional dynamics of subsurface Chla maxima (SCMs) in the Mediterranean basin by developing a classification of the vertical profiles of Chla and bbp. In the Eastern Mediterranean, SCMs corresponded to an increase in the intracellular Chla induced by photoacclimation of phytoplankton cells. However, in the Western basin of the Mediterranean Sea SCMs corresponded to an actual increase in carbon biomass at depth (SBMs). Lastly, we investigated the potentially significant contribution of SCMs to carbon production, by quantifying the gross community production in the subsurface layer. A method based on the diurnal cycle of bio-optical properties was used in order to estimate production in two distinct regions of the Mediterranean Sea during the oligotrophic season. Our study revealed that SCMs might contribute over 40% of the depth-integrated production in some areas, thereby suggesting the potentially important biogeochemical role of SCMs

L'Océan est un acteur majeur du climat en échangeant avec l'atmosphère de grandes quantités de carbone. Le carbone atmosphérique est fixé à la surface de l’océan par le phytoplancton qui le transforme en carbone biogène, dont une partie est transportée vers l’océan profond par des mécanismes physiques et biologiques; il s’agit de la Pompe Biologique de Carbone (BCP). Une infime partie de ce carbone biogène atteindra des profondeurs suffisantes pour être séquestré durant plusieurs siècles avant qu'il ne retourne dans l'atmosphère, régulant les concentrations atmosphériques de CO2. Aujourd'hui, nous en savons assez sur la BCP pour reconnaitre son importance dans le climat, mais nos connaissances sur son fonctionnement sont limitées en raison d’un échantillonnage insuffisant des flux de carbone biogène. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé les flotteurs BioGéoChimique-Argo, plateformes d’observations conçues pour résoudre le problème du sous-échantillonnage, afin d’explorer un mécanisme majeur de la BCP qui est la pompe gravitationnelle. La pompe gravitationnelle est le transport du carbone biogène sous la forme de particules organiques (POC) qui sédimentent de la surface vers l’océan profond. Notre étude de la pompe gravitationnelle se divise en trois axes. Le premier axe consiste au développement d’une méthode pour détecter les floraisons de coccolithophoridés, groupe phytoplanctonique majeur qui a potentiellement un contrôle important sur le transport du POC en profondeur. Le deuxième axe est centré sur la variabilité saisonnière et régionale des flux de POC dans l’Océan Austral, qui est une zone sous-échantillonnée mais dans laquelle plusieurs flotteurs ont été déployés avec une trappe optique à sédiments (OST). Seuls une dizaine de flotteurs sont équipés d’OST, ce qui est faible en comparaison avec l’ensemble de la flotte BGC-Argo (i.e. plusieurs centaines de flotteurs). C’est pourquoi nous avons développé, dans le troisième axe, une méthode pour estimer le flux de POC avec les capteurs standards du programme BGC-Argo. Cette méthode a ensuite été appliquée à une centaine de flotteurs pour décrire la variabilité saisonnière du flux de POC dans de nombreuses régions océaniques. Dans ce travail de thèse, nous mettons également en évidence le lien entre la variabilité des flux et la nature des particules en surface. Par exemple, nous avons calculé des relations entre la composition de la communauté phytoplanctonique et les flux de POC à 1000m. En utilisant ces relations, nous avons ensuite utilisé les observations satellites pour extrapoler les flux de POC à de larges échelles spatiales, comme à l’ensemble de l’Océan Austral et de l’océan global
The ocean plays a key role in the climate by exchanging large quantities of carbon with the atmosphere. Atmospheric carbon is fixed at the ocean surface by phytoplankton that transforms it into biogenic carbon, part of which is transported to the deep ocean by physical and biological mechanisms; this is the Biological Carbon Pump (BCP). A tiny fraction of this biogenic carbon reaches sufficient depths to be sequestered for several centuries before it returns to the atmosphere, thus regulating concentrations of atmospheric CO2. Today, we know enough about the BCP to recognize its importance in climate, but our knowledge of its functioning is limited due to insufficient sampling of biogenic carbon fluxes. Here, we used BioGeoChimical-Argo floats, observational platforms designed to solve the undersampling problem, to explore a major mechanism of the BCP called the gravitational pump. The gravitational pump is the transport of biogenic carbon in the form of organic particles (POC) that sink from the surface into the deep ocean. Our study of the gravitational pump is divided into three axes. The first axis consisted of developing a method to detect blooms of coccolithophores, a major phytoplankton group that potentially has an important control on the transport of POC at depth. The second axis focused on the seasonal and regional variability of POC fluxes in the Southern Ocean, an undersampled area in which several floats have been deployed with an optical sediment trap (OST). Only ten floats were equipped with an OST, which is low compared to the whole BGC-Argo fleet (i.e. several hundred floats). Therefore, in the third axis, we developed a method to estimate the POC flux with the standard sensors of BGC-Argo floats. This method was then applied to hundreds of floats to describe the seasonal variability of the POC flux in many regions. In this study, we also highlighted the link between the POC flux and the nature of surface particles. For example, we calculated relationships between phytoplankton community composition and POC flux at 1000m. Using these relationships, we then used satellite observations to extrapolate POC flux to large spatial scales, such as the entire Southern Ocean and the global ocean

L'océan est connu pour jouer un rôle clé dans le cycle du carbone. Sans lui, les niveaux de CO2 atmosphérique seraient bien plus élevés qu'aujourd'hui grâce à la présence de pompes à carbone qui maintiennent un gradient de carbone inorganique dissous (DIC) entre la surface et le fond de l'océan. La pompe à carbone biologique (BCP) est principalement responsable de ce gradient. Elle consiste en une série de processus océaniques au cours desquels le carbone inorganique est converti en matière organique via la photosynthèse dans les eaux de surface, puis transporté vers l'intérieur de l'océan et éventuellement les sédiments où il sera séquestré par rapport à l'atmosphère pour des millions d'années. La BCP était longtemps considérée comme étant uniquement la déposition gravitationnelle de carbone organique particulaire (POC). Cependant, un nouveau paradigme pour la BCP a récemment été défini dans lequel des pompes d’origine physique et biologique d'injection de particules ont été ajoutées à la définition originale. Les pompes physiques d'injection de particules fournissent un moyen de mieux comprendre le transport de carbone organique dissous (DOC), tandis que les pompes biologique d'injection de particules se concentrent sur le transport de POC par des animaux migrant verticalement, quotidiennement ou saisonnièrement. Par conséquent, une meilleure compréhension de ces processus pourrait aider à combler l'écart entre le carbone quittant la surface et la demande de carbone dans l'océan profond. Pour aborder ce nouveau paradigme, ce travail bénéficiera de l'arrivée de capteurs récents équipant une nouvelle génération de flotteurs Biogéochimiques-Argo (BGC-Argo). La première partie se concentre sur le développement d'un modèle embarqué de classification de zooplancton pour l’Underwater Vision Profiler 6 (UVP6) avec des contraintes techniques et énergétiques strictes. La deuxième partie étudie les flux de particules et de carbone dans la mer du Labrador en utilisant des flotteurs BGC-Argo équipés pour la première fois de l'UVP6 et d'un piège à sédiments optique (OST), fournissant deux mesures indépendantes des particules. La dernière partie consiste à revisiter la BCP en utilisant un nouveau cadre appelé CONVERSE qui fait référence à la séquestration verticale continue du carbone dans la colonne d'eau. Avec cette nouvelle approche, nous réévaluons le carbone total séquestré par rapport à l'atmosphère (> 100 ans) par la BCP et ses voies de transport sur toute la colonne d'eau, par opposition à la séquestration de carbone généralement supposée en-dessous d'une profondeur de référence fixe
The ocean is known to play a key role in the carbon cycle. Without it, atmospheric CO2 levels would be much higher than what they are today thanks to the presence of carbon pumps that maintain a gradient of dissolved inorganic carbon (DIC) between the surface and the deep ocean. The biological carbon pump (BCP) is primarily responsible for this gradient. It consists in a series of ocean processes through which inorganic carbon is fixed as organic matter by photosynthesis in sunlit surface waters and then transported to the ocean interior and possibly the sediment where it will be sequestered from the atmosphere for millions of years. The BCP was long thought as solely the gravitational settling of particulate organic carbon (POC). However, a new paradigm for the BCP has recently been defined in which physically and biologically mediated particle injection pumps have been added to the original definition. Physically mediated particle injection pumps provide a pathway to better understand the transport of dissolved organic carbon (DOC) whereas biologically mediated particle injection pumps focus on the transport of POC by vertically migrating animals, either daily or seasonally. Therefore, a better understanding of these processes could help bridge the gap between carbon leaving the surface and carbon demand in the ocean interior. To address this new paradigm, this work will benefit from the advent of recent sensors that equip a new generation of Biogeochemical-Argo floats (BGC-Argo). The first part focuses on the development of an embedded zooplankton classification model for the Underwater Vision Profiler 6 (UVP6) under strict technical and energy constraints. The second part studies particle and carbon fluxes in the Labrador Sea using BGC-Argo floats equipped for the first time with the UVP6 and an optical sediment trap (OST), providing two independent measurements of sinking particles. The last part consists in revisiting the BCP using a new framework called CONVERSE for Continuous Vertical Sequestration. With this new approach, we re-evaluate the total carbon sequestered from the atmosphere (> 100 years) by the BCP and its transport pathways on the entire water column, in contrast to the carbon sequestration typically assumed below a fixed reference depth

Le gyre subpolaire de l'Atlantique Nord est le siège de la plus importante floraison (bloom) phytoplanctonique de l'océan global. Cet événement biologique majeur joue un rôle crucial sur le fonctionnement des écosystèmes océaniques et sur le cycle global du carbone. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les processus bio-physiques qui contrôlent la dynamique du bloom phytoplanctonique et l'export de carbone à différentes échelles spatio-temporelles. Dans une première étude, basée sur des données satellites climatologiques, le gyre subpolaire a été biorégionalisé en fonction des différents cycles annuels de biomasse phytoplanctonique. Les conditions de mélange, couplées à l’intensité de la lumière de surface, contrôlent l’initiation du bloom printanier au sein des différentes biorégions. La nouvelle génération de flotteurs BGC-Argo a permis, dans une deuxième étude, d’explorer des processus à des échelles plus fines, en particulier pendant la période hivernale jusqu’à présent très peu étudiée. En hiver, des restratifications intermittentes et locales de la couche de mélange, liées à des processus de sous-mésoéchelle, initient des blooms transitoires qui influencent la dynamique du bloom printanier. Enfin, une troisième étude a montré que la variabilité haute-fréquence de la profondeur de la couche de mélange pendant la transition hiver-printemps joue aussi un rôle crucial sur l’export de carbone
The North Atlantic Subpolar Gyre exhibits the largest phytoplancton bloom of the global ocean. This major biological event plays a crucial role for the functioning of marine ecosystems and the global carbon cycle. The aim of this thesis is to better understand the bio-physical processes driving the dynamics of the phytoplankton bloom and carbon export at various spatiotemporal scales.In a first study, based on satellite data at a climatological scale, the subpolar gyre is bioregionalized according to distinct annual phytoplankton biomass cycles. The light-mixing regime controls the phytoplankton bloom dynamics in the different bioregions.In a second study, the new generation of BGC-Argo floats allowed for processes to be explored at a finer scale, especially during the overlooked winter season. In winter, intermittent and local restratifications of the mixed layer, triggered by sub-mesoscale processes, initiate transient winter blooms impacting the spring bloom dynamics.Finally, a third study showed how the high-frequency variability of the mixed layer depth during the winter-spring transition plays a crucial role on carbon export

Le gyre subpolaire de l'Atlantique Nord est le siège de la plus importante floraison (bloom) phytoplanctonique de l'océan global. Cet événement biologique majeur joue un rôle crucial sur le fonctionnement des écosystèmes océaniques et sur le cycle global du carbone. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les processus bio-physiques qui contrôlent la dynamique du bloom phytoplanctonique et l'export de carbone à différentes échelles spatio-temporelles. Dans une première étude, basée sur des données satellites climatologiques, le gyre subpolaire a été biorégionalisé en fonction des différents cycles annuels de biomasse phytoplanctonique. Les conditions de mélange, couplées à l’intensité de la lumière de surface, contrôlent l’initiation du bloom printanier au sein des différentes biorégions. La nouvelle génération de flotteurs BGC-Argo a permis, dans une deuxième étude, d’explorer des processus à des échelles plus fines, en particulier pendant la période hivernale jusqu’à présent très peu étudiée. En hiver, des restratifications intermittentes et locales de la couche de mélange, liées à des processus de sous-mésoéchelle, initient des blooms transitoires qui influencent la dynamique du bloom printanier. Enfin, une troisième étude a montré que la variabilité haute-fréquence de la profondeur de la couche de mélange pendant la transition hiver-printemps joue aussi un rôle crucial sur l’export de carbone
The North Atlantic Subpolar Gyre exhibits the largest phytoplancton bloom of the global ocean. This major biological event plays a crucial role for the functioning of marine ecosystems and the global carbon cycle. The aim of this thesis is to better understand the bio-physical processes driving the dynamics of the phytoplankton bloom and carbon export at various spatiotemporal scales.In a first study, based on satellite data at a climatological scale, the subpolar gyre is bioregionalized according to distinct annual phytoplankton biomass cycles. The light-mixing regime controls the phytoplankton bloom dynamics in the different bioregions.In a second study, the new generation of BGC-Argo floats allowed for processes to be explored at a finer scale, especially during the overlooked winter season. In winter, intermittent and local restratifications of the mixed layer, triggered by sub-mesoscale processes, initiate transient winter blooms impacting the spring bloom dynamics.Finally, a third study showed how the high-frequency variability of the mixed layer depth during the winter-spring transition plays a crucial role on carbon export