IRD en Nouvelle-Caledonie

Laboratoire d'Océanographie Dynamique et de Climatologie (LODYC)
Programme Tropiques OPtique et AzotE (Topaze)

Les cyanobactéries marines ont la capacité unique d'utiliser l'azote d'origine atmosphérique sous la forme N2, à la différence d'autres espèces phytoplanctoniques qui puisent l'azote nécessaire à leur croissance dans les nitrates contenus dans l'eau de mer. Ce phytoplancton est ainsi le seul à pouvoir se développer dans les océans tropicaux pauvres en sels nutritifs et pourrait favoriser un apport important d'azote nouveau réutilisable par d'autres organismes. Dans la Mer du Corail entourant la Nouvelle Calédonie, les eaux sont peu riches en phytoplancton. Toutefois, les observations satellitales de couleur de la mer des capteurs CZCS, POLDER et SeaWIFS indiquent l'existence de zones relativement riches en chlorophylle à certaines périodes de l'année, notamment en été austral, liées à des développements importants de cyanobactéries, soit filamenteuses du genre Trichodesmium soit unicellulaires de petite taille. Les Trichodesmium possèdent une coloration particulière due aux phycoérythrines et une forte rétrodiffusion due à leurs nombreuses vacuoles de gaz.

Le projet TOPAZE (Tropiques OPtique et AZotE) doit permettre une identification univoque des efflorescences de cyanobactéries à partir des seules observations satellitales et aboutir à une estimation précise de la fixation d'azote océanique dans le Pacifique Tropical Sud Ouest.

L'objectif de TOPAZE est d'analyser les propriétés optiques des eaux du large et du lagon de Nouvelle Calédonie pour en extraire les signaux liés aux organismes photosynthétiques et interpréter les observations satellitales en terme d'abondance de cyanobactéries. L'acquisition de matériels pour les mesures d'absorption, de rétrodiffusion, des réflectances au-dessus de la mer à différentes longueurs d'onde, ainsi que des outils de traitement des données des satellites de couleur de la mer permet de démarrer un programme d'échantillonnage intensif à partir du centre IRD de Nouméa. Ce dernier complète les premières mesures effectuées lors de campagnes exploratoires dans la région.

Une collaboration a été instituée depuis 1998 avec les FANC (Forces Armées de Nouvelle-Calédonie) pour une surveillance aérienne et maritime de l'apparition des efflorescences (photographies et prélèvements d'échantillons) autour de la Nouvelle-Calédonie et du Vanuatu.

TOPAZE est un programme de l'équipe " Cycles biogéochimiques : observations spatiales et in situ " de l'UMR LODYC. Il est couplé au programme DIAPAZON de l'UR Cyanobactéries et relié au programme GEP&CO de l'UMR LODYC qui vise à étudier le cycle océanique du carbone et de l'azote et la couleur de l'océan sur la ligne de bateaux marchands Le Havre - Nouméa.

TOPAZE est aussi une opération de validation du capteur japonais Global Imager soutenue par la NASDA et pourrait obtenir le soutien du CNES pour la validation des capteurs MERIS et POLDER II.

Le Laboratoire d'Océanographie Dynamique et de Climatologie (LODYC) est, depuis début 1986, une Unité Mixte de Recherche dépendant du CNRS, de l'IRD (ex-ORSTOM) et de l'Université Pierre et Marie Curie à Paris 6.

Les objectifs scientifiques du LODYC se situent en amont de trois préoccupations majeures de nos sociétés que sont :

la variabilité du système climatique et la prévision saisonnière à interannuelle du temps
l'évolution naturelle et forcée du système climatique de notre planète et ses diverses conséquences aux échelles globale et régionales
l'évolution de l'environnement océanique (notamment littoral et côtier) et de ses ressources biologiques (biodiversité ressources halieutiques) aux échelles régionales sous la double influence de la variabilité et de l'évolution du système climatique et des modifications directes, souvent plus locales, introduites par les activités humaines.

Au delà des approches globales que le laboratoire développe pour le couplage océan-atmosphère-cryosphère et l'étude de la prévisibilité climatique, les équipes du LODYC sont impliquées sur cinq chantiers géographiques d'importances inégales :

l'Océan Atlantique au sens large, depuis l'Arctique jusqu'à sa partie Sud
la Méditerranée
l'Océan Austral tant en dynamique qu'en biogéochimie 'expérimentale'
l'Océan Indien tropical et les détroits indonésiens, en ce qui concerne la dynamique océan-atmosphère et les connexions avec le Pacifique, ainsi que la modélisation biogéochimique
l'Océan Pacifique tropical pour la biogéochimie 'expérimentale' et la modélisation (ENSO, couplage dynamique-biogéochimie-ressources). Le Centre IRD de Nouméa (Nouvelle Calédonie) est, à ce titre, une implantation secondaire de l'UMR.

Trichodesmium : cyanobactérie se présentant sous forme de filaments d'environ 0,5 mm de longueur

Rétrodiffusion : diffusion de la lumière solaire par les particules dans la direction du satellite

Réflectance (couleur de la mer) : présence de phytoplancton en abondance à la suite d'une phase de croissance exponentielle

La surveillance par la Marine Nationale (PC Secours et Base Aéronavale de La Tontouta) s'est poursuivie avec succès avec l'archivage de plus d'une centaine d'observations (photographies des eaux colorées et échantillons de Trichodesmium) récoltées lors des campagnes de surveillance de la zone Pacifique tropical sud ouest et répertoriées en temps réel à www.ird.nc/dme/dme_r086 ( cette page, carte ci-dessus ). Cette surveillance met en évidence le caractère cyclique et l'extension spatiale des efflorescences dans le Pacifique tropical sud ouest et permet une validation précise des données satellites.

Coordination de l'atelier " Tricho Bleu ", du 14 novembre au 5 décembre 2002 avec la participation de spécialistes des Trichodesmium:
- pour la fixation d'azote, Université de Virginie, USA,
- pour l'étude de la mort programmée des cellules, Université de Bar-Ilan, Israël et Université de Rudgers, New York, USA,
- pour l'étude des particules exopolymères transparents, IRD-Lodyc, Villefranche sur Mer.

Echanges Scientifiques

Les programmes GEP&CO et TOPAZE sont des opérations de validation du capteur japonais Global Imager (NASDA, Japon) soutenu par la NASDA. GLI a été lancé avec succès en novembre 2002.

- Laboratoire d'Optique Atmosphérique, Université de Villeneuve d'Ascq

- Laboratoire d'Océanologie de Villefranche sur mer

- Université de Virginie, USA

- Université Rutgers, USA

- Université de Bar-Ilan, Israël

Bouisset Sandrine, Stage d' Ingénieur 2ème année de l'ENSEEIHT, 15 juin / 30 août 2002. Analyse de la couleur de la mer et la télédétection des Trichodesmium dans la zone néo-calédonienne. Rapport de stage, 24 pp.

Combres X. P., 1 mars au 30 juin 2003. Méthodes statistiques appliquées à la télédétection du phytoplancton Trichodesmium dans le Pacifique tropical Sud Ouest. Rapport de stage Ingénieur 3ème année à l'INSAT Toulouse, 45 pp.

Langlois, E., 22 juin-30 août 2003. Réflectances calculées à partir des données d’absorption et de rétrodiffusion Hydroscat des campagnes Diapalis 2001-2003; comparaison avec le modèle de réflectances des eaux du cas I. Rapport de stage Ingénieur ENSIETA de Brest 2ème année, 15 pp.

Charraudeau R., 22 juin- 31 août 2003. Classification des réflectances SeaWiFS par comparaison avec un modèle de réflectances des eaux océaniques du cas I. Influence des corrections atmosphériques. Rapport de stage Ingénieur ENSIETA de Brest 2ème année, 15 pp.

Dupouy C., Petit M., and Dandonneau Y., 1988. Satellite detected cyanobacteria bloom in the southwestern tropical Pacific. Implication for nitrogen fixation. International Journal of Remote Sensing, 8(3): 389-396.

Dupouy C., 1990. La chlorophylle de surface observée par le satellite NIMBUS-7 CZCS autour de la Nouvelle Calédonie et de ses dépendances. Une première analyse. Bulletin de l'Institut Océanographique de Monaco, n° Spécial n°6 "Halieutique, océanographie et télédétection : contribution française aux colloques franco-japonais : thème télédétection" : 125-148.

Dupouy C., 1992. Discoloured waters in the Melanesian archipelago (New Caledonia and Vanuatu). The value of the Nimbus-7 Coastal Zone Colour Scanner observations (14 p., 2 planches noir et blanc); in "Marine Pelagic Cyanobacteria: Trichodesmium and other diazotrophs", Carpenter E. J., Capone D. G., and Rueter J. G. (eds.), Kluwer Academic Press, NATO ASI Series C: Mathematical and Physical Sciences - Vol. 362 : 177-191.

Dupouy C., Neveux J., Subramaniam A., Mulholland M., Campbell, L., Montoya J., Carpenter E. and D. Capone, 2000. SEAWiFS captures Trichodesmium blooms in the Southwestern Tropical Pacific. EOS Transactions AGU, 81 :13, 15-16.

DUPOUY C., NEVEUX J. and J. M. ANDRE, 1997. Spectral absorption coefficient of photosynthetically active pigments in the Equatorial Pacific ocean (165°E-150°W). Deep Sea Research II,.44, 9-10, 1881-1906.

DUPOUY C., H. LOISEL, J. NEVEUX, C. MOULIN, J. BLANCHOT, S. BROWN, A. LE BOUTEILLER and M. R. LANDRY. Microbial absorption and backscattering coefficients during an ENSO cold phase from POLDER satellite and in situ data in the equatorial Pacific (180°). En révision à J. Geophysical Research, Spécial EBENE, mars 2003.