Ordre et désordre dans un océan turbulent
Ordre et désordre dans un océan turbulent
Ordre et désordre dans un océan turbulent
La dynamique des masses d’eau affecte à la fois la disponibilité des ressources telles que les nutriments et la lumière mais aussi la distribution des organismes. De nombreuses questions se posent sur les échelles spatio-temporelles à prendre en compte pour étudier l’étroit couplage existant entre la physique de l’océan et les organismes qui y vivent.
Représentation schématique d’une zone de front. Un front est une zone séparant deux masses d’eaux aux propriétés physiques, chimiques et biologiques contrastées. Dans cette zone, des courants verticaux permettent d’apporter en surface des nutriments nécessaires au développement du phytoplancton.
Questions et outils mathématiques
Toute la complexité de cette étude réside dans le caractère éphémère et dynamique à la fois des phénomènes physiques se mouvant dans le temps et l’espace et des organismes biologiques soumis aux lois du vivant. L’océan possède une forte caractéristique tourbillonnaire avec une variabilité spatio-temporelle conséquente. On parle de « fines échelles océaniques », de 0 à 100 km, regroupant des phénomènes physiques tels que la formation et la disparition de tourbillons ou de fronts.
Quant aux organismes, de nombreux mystères demeurent sur le comportement de leurs communautés au sein de l’océan. Si l’on considère le phytoplancton, c’est-à-dire le plancton photosynthétique de l’ordre du micromètre ou millimètre, un paradoxe est visible sur une très grande partie de l’océan : comment une telle diversité d’espèces peut-elle régner face au peu de ressources disponibles ? Comment tant d’espèces différentes peuvent-elles coexister en contradiction avec le principe d’exclusion compétitive ? C’est ce que l’on appelle le « paradoxe du plancton ».
L’objectif majeur de ce projet est de comprendre la zone de front séparant deux masses d’eau. Cet objectif s’articule en deux questions. Le front est-il un mélange des deux masses d’eau ? Les chercheurs comptent tester cette hypothèse et le cas échéant, décrire les proportions de ce mélange, puis étudier sa dynamique, ainsi que l’influence des variables environnementales. Aussi, le le front est-il perturbé par un bruit ? Celui-ci peut être dû à la turbulence. Il peut représenter l’apport de nutriment dans le front via les vitesses verticales ou le bruit dû à la prédation. Les chercheurs proposent de tester l’existence et le type de bruit présent dans le front.
Premiers résultats et perspectives
Les premiers résultats du projet, issus de modélisation bayésienne à partir de données in situ en Méditerranée, semblent montrer que la communauté phytoplanctonique en zone de front n’est pas issue d’un simple mélange des communautés des masses d’eaux adjacentes. Une communauté nouvelle se développerait dans cette zone. Les travaux présentant ces premiers résultats ont fait l’objet d’une première publication en cours de révision.
Le projet regroupe plusieurs chercheurs en océanologie (Gérald Grégori, Andrea Doglioli, Monique Messié, Laurina Oms), en statistiques et mathématiques (Denys Pommeret, Xavier Milhaud, Claire Lacour, Pierre Vandekerkhove, Théo Garcia). Le postdoctorat en mathématiques appliquées de Théo Garcia a été financé par l’iMPT.
