Le bassin profond et le plateau continental du Golfe du Lion (Méditerranée Nord occidentale) sont des régions connues pour la formation d'eau dense en période hivernale, sous l'action des vents continentaux de N-NW. Ces eaux denses sont formées aussi bien au large qu'à la côte. La région du Cap de Creus et son canyon adjacent est la principale zone d'exportation des eaux denses côtières. La dynamique des eaux denses sur le plateau continental est aussi influencée par les tempêtes d'E-SE. Les transferts de matière organique et inorganique, particulaire et dissoute de la surface vers le bassin profond et du plateau vers la pente par ces processus physiques peuvent influencer la redistribution des éléments chimiques dans les sédiments, et la structure et le fonctionnement des écosystèmes benthiques et pélagiques.
La campagne CASCADE vise à déterminer les caractéristiques de ces deux mécanismes physiques et de ses multiples impacts, et à suivre l'évolution hydrologique, dynamique, sédimentologique et biogéochimique des masses d'eau. Nous proposons une estimation qualitative et quantitative des flux de matière particulaire et dissoute, organique et inorganique exportés vers la pente et le bassin profond par ces mécanismes.
Mer/Océan
Méditerranée Bassin Occidental
(Golfe du Lion)
Ports
Port départ : La Seyne-sur-Mer (France)
Port fin : La Seyne-sur-Mer (France)
Limites
Nord
Sud
Ouest
Est
43.5
41.1
3.1
6.1
Projet
HOTSPOT ECOSYSTEM RESEARCH ON THE MARGINS OF EUROPEAN SEAS,LEFE-CYBER - CYCLE BIOGÉOCHIMIQUE ENVIRONNEMENT ET RESSOURCES
Organisme responsable de la campagne
CENTRE FORMATION ET RECHERCHE SUR ENVIRONNEMENT MARIN-CEFREM
Système géodésique : WORLD GEODETIC SYSTEM 1984 = WGS84
Système de positionnement : GPS différentiel
Contexte scientifique et programmatique des campagnes
Le bassin profond du Golfe du Lion (Méditerranée Nord Occidentale) est une région connue pour la formation d'eau dense en période hivernale, sous l'action des vents continentaux de N-NW, et d'exportation des eaux côtières vers la pente, sous l'action des tempêtes d'Est. La région du Cap de Creus est la principale zone d'exportation des eaux côtières. Les transferts de matière de matière organique et inorganique, particulaire et dissoute de la surface vers le bassin profond et du plateau vers la pente par ces processus physiques peuvent influencer la redistribution des éléments chimiques dans les sédiments, et la structure et le fonctionnement des écosystèmes benthiques et pélagiques.
L'étude interdisciplinaires de ces mécanismes sont soutenus par le programme national MERMEX (Marine Ecosystem's Response in the Mediterranean Experiment) et le programme européen HERMIONE (Hotspot Ecosystem Research and Man's Impact on European Seas).
Résultats majeurs
Malgré les conditions souvent tempétueuses et quelquefois assez limites pour les opérations à la mer, la campagne a été un succès avec la réalisation de nombreux profils CTD, la récolte de nombreux échantillons d'eau, de plancton et de sédiment, des expériences hyperbares, le déploiement et la récupération réussis de lignes de mouillages, l'utilisation de gliders sous-marins.
La campagne a permis de décrire et de suivre l'impact de différents processus (convection, tempête) et leurs interactions sur l'ensemble de la marge du Golfe du Lion. Deux évènements distincts ont été observés pendant la campagne. Ces observations représentent un ensemble cohérent et très complet de données couvrant hydrologie, hydrodynamique, biogéochimie, microbiologie, biologie pélagique qui serviront à amélioration des modèles couplés physique-biogéochimie (structure, diminution incertitude des résultats, etc...) qui fonctionnent actuellement sur la zone de la Méditerranée nord-occidentale (Thèses de Pierre Damien et de Faycal Kessouri).
Carte du trajet et des stations réalisés sur le plateau continental et le bassin du Golfe du Lion lors de la campagne CASCADE.
Position de la station benthique côtière le long du littoral roussillonnais, des deux lignes de mouillage dans le canyon du Cap de Creus, et de la section suivi par le glider.
1. Convection profonde
La période de transition entre un épisode de convection profonde et de restratification dans le bassin profond a été suivi pendant la campagne à l'aide de mesures CTD réalisés le long de deux sections perpendiculaires coupant la zone de convection. Ces observations ont été complétées par les mesures CTD et de courants obtenus avec la ligne de mouillage Lion, situé au croisement des deux sections. Les observations répétitives réalisées à proximité de ce point ont permis de décrire l'impact de la convection sur la redistribution et la stoechiométrie des sels nutritifs, ainsi la réponse phytoplanctonique et procaryotique en terme de biomasse et d'activité (Séverin et al., 2014). Le rôle de la convection sur la séquestration de carbone, en particulier anthropique, a été mis en évidence (Touratier et al., soumis).
Séries temporelles de la température de surface (données MODIS) et de la température potentielle sur l'ensemble de la colonne d'eau au point LION entre Novembre 2010 et mai 2011. Le trait jaune indique la profondeur de la couche de mélange qui atteint le fond à la fin janvier 2011. La période de la campagne est définit par les traits verticaux noirs et encadre un épisode secondaire de convection profonde (Séverin et al., 2014).
Les observations hydrologiques (CTD et turbidité) ont également contribué à documenter l'évolution saisonnière de la stratification (Houpert et al., 2015), et l'impact des formations d'eau dense sur l'évolution des eaux profondes (Houpert et al., en préparation) et la formation de couche turbides de fond particulièrement épaisses (Puig et al., 2013). Les observations CTD par ailleurs été utilisées pour valider les résultats du modèle numérique Symphonie (Thèse de P. Damien).
Comparaison des diagrammes des CTD de la campagne Cascade et de différentes configurations du modèle dans la zone de convection. Les points du modèle sont colocalisés en temps et en espace avec les points d'observations. (Damien, 2015).
Profils de température potentielle, salinité (avec zoom dans les 900 derniers mètres au-dessus du fond), et de concentration particulaire (en excès par rapport au « clear water minimum ») montrant la présence d'une couche néphéloide de fond de plusieurs centaines de mètres d'épaisseur associés aux masses d'eau profondes. (Puig et al., 2013).
2. Tempête d'est
Les caractéristiques et les effets de la tempête d'Est sur l'hydrodynamique et la dynamique sédimentaire ont été obtenues à l'aide des mesures collectés (i) proche de la côte par une station côtière équipée d'un ADCP (mesures de courants, vagues et turbidité) et d'altimètres (mesures de concentration particulaire près du fond et du niveau du sédiment), (ii) sur le plateau par un glider (mesures de l'hydrologie, du courant moyen et de la turbidité), et (iii) de mouillages dans le canyon du Cap de Creus (mesures de l'hydrologie, du courant, de la turbidité, des flux particulaires). Enfin des mesures complémentaires ont été réalisées à partir du navire positionné à proximité des lignes de mouillage pendant la tempête. Cet ensemble de plateformes a permis de mettre clairement en évidence et de quantifier la resuspension et le transport particulaire sur le plateau continental pendant la tempête (Bourrin et al., sous presse), l'exportation de sédiment issu du plateau par un important downwelling au niveau du canyon qui représente le principal exutoire du Golfe du Lion (Martin et al., 2013). Ce type d'évènement induit également une importante exportation de contaminants métalliques du plateau continental vers le large (Dumas et al., 2014; Cossa et al., en préparation).
Séries temporelles au mouillage situé à 365 m de profondeur sur le flanc du canyon du Cap deCreus : hauteur significative des vague, débit liquide total des fleuves du Golfe du Lion, température in situ, vitesse des courants, concentration particulaire, flux particulaires cumulés (parallèle à l'axe du canyon), flux particulaires et distribution en taille des grains mesurés à l'aide du piège à particules (Martin et al., 2013).
Séries temporelles à la station côtière des profils de courants, de la tension de fond, de la concentration en particule, du transport particulair (parallèle et perpendiculaire à la côte), du niveau du fond, et de l'écho à proximité du fond montrant l'épisode principale de tempête du 13-15 mars 2011 et son effet sur la dynamique du sédiment et le transport particulaire. (Bourrin et al (2015).
Mesures glider pendant la tempête du 14-15 mars 2011 en travers du plateau continental roussillonnais. La position de la station côtière est indiquée par le triangle noir. (Bourrin et al., 2015).
Données acquises et analyses effectuées en mer et à terre
Mesures acquises pendant la mission :
Stations bathysonde avec prélèvements d'eau.
Carottages.
Traits de filet à plancton.
Séries temporelles de température, salinité, turbidité, et flux particulaires sur 3 lignes de mouillages.
Mesures en continu du navire (ADCP, thermosalinographe, météorologie, sondeur de sédiment, sondeur de pêche, mesure de mercure atmosphérique).
Radiales glider.
Echantillons acquis pendant la mission :
Echantillons d'eau, de sédiment et de plancton.
Echantillons de pièges à particules.
Mouillage et relevage de lignes instrumentées.
Traitements et analyses :
Colonne d'eau
Biogaz : O2, CIT, Alcalinité.
Nutriments : NH4 , NO3, NO2, PO4, SI(OH)4.
Matière organique dissoute : (DOC, DON, DOP).
Matière organique particulaire: POC, NOP, POP.
Matière inorganique particulaire : CIP.
Production primaire, chlorophylle a.
Abondance et biodiversité des procaryotes.
Abondance et production des virus.
Production procaryotique.
Activité ectoenzymatique.
Eléments traces métalliques (Cd, Pb, Cu, Ni, Ag, Co, Zn).
Hg, MeHg.
Biological analyses :
Biogéochimie (lipides totaux, proteines, carbohydrates, pigments, pheopigments, chlorophylle a).
Diversité, abondance and biomasse de la meio et macro-faune.
Abondance and biodiversité des procaryotes.
Abundance et production of virus.
Activité ectoenzymatique.
Bibliographie
Publications
Metzl Nicolas, Fin Jonathan, Lo Monaco Claire, Mignon Claude, Alliouane Samir, Antoine David, Bourdin Guillaume, Boutin Jacqueline, Bozec Yann, Conan Pascal, Coppola Laurent, Diaz Frédéric, Douville Eric, Durrieu De Madron Xavier, Gattuso Jean-Pierre, Gazeau Frédéric, Golbol Melek, Lansard Bruno, Lefèvre Dominique, Lefèvre Nathalie, Lombard Fabien, Louanchi Férial, Merlivat Liliane, Olivier Léa, Petrenko Anne, Petton Sébastien, Pujo-Pay Mireille, Rabouille Christophe, Reverdin Gilles, Ridame Céline, Tribollet Aline, Vellucci Vincenzo, Wagener Thibaut, Wimart-Rousseau Cathy (2024). A synthesis of ocean total alkalinity and dissolved inorganic carbon measurements from 1993 to 2022: the SNAPO-CO2-v1 dataset. Earth System Science Data, 16(1), 89-120. Publisher's official version : https://doi.org/10.5194/essd-16-89-2024 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00859/97094/
Estournel Claude, Mikolajczak Guillaume, Ulses Caroline, Bourrin François, Canals Miquel, Charmasson Sabine, Doxaran David, Duhaut Thomas, Durrieu De Madron Xavier, Marsaleix Patrick, Palanques Albert, Puig Pere, Radakovitch Olivier, Sanchez-Vidal Anna, Verney Romaric (2023). Sediment dynamics in the Gulf of Lion (NW Mediterranean Sea) during two autumn-winter periods with contrasting meteorological conditions. Progress In Oceanography, 210, 102942 (20p.). Publisher's official version : https://doi.org/10.1016/j.pocean.2022.102942 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00811/92256/
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Severin Tatiana, Sauret Caroline, Boutrif Mehdi, Duhaut Thomas, Kessouri Faycal, Oriol Louise, Caparros Jocelyne, Pujo-Pay Mireille, de Madron Xavier Durrieu, Garel Marc, Tamburini Christian, Conan Pascal, Ghiglione Jean-Francois (2016). Impact of an intense water column mixing (0-1500 m) on prokaryotic diversity and activities during an open-ocean convection event in the NW Mediterranean Sea. Environmental Microbiology, 18(12), 4378-4390. https://doi.org/10.1111/1462-2920.13324
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Puig Pere, Durrieu De Madron Xavier, Salat Jordi, Schroeder Katrin, Martin Jacobo, Karageorgis Aristomenis, Palanques Albert, Roullier Francois, Luis Lopez-Jurado Jose, Emelianov Mikhail, Moutin Thierry, Houpert Loic (2013). Thick bottom nepheloid layers in the western Mediterranean generated by deep dense shelf water cascading. Progress In Oceanography, 111, 1-23. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2012.10.003
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Durrieu De Madron Xavier, Houpert L., Puig P., Sanchez-Vidal A., Testor Pierre, Bosse A., Estournel Claude, Somot S., Bourrin F., Bouin M. N., Beauverger M., Beguery L., Calafat A., Canals M., Cassou Christophe, Coppola Laurent, Dausse D., D'Ortenzio Fabrizio, Font J., Heussner S., Kunesch S., Lefevre D., Le Goff H., Martin J., Mortier L., Palanques A., Raimbault Patrick (2013). Interaction of dense shelf water cascading and open-sea convection in the northwestern Mediterranean during winter 2012. Geophysical Research Letters, 40(7), 1379-1385. https://doi.org/10.1002/grl.50331
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Références des rapports techniques
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Pairaud Ivane, Arsouze Thomas, Ayata Sakina-Dorothee, Baklouti Melika, Banaru Daniela, Diaz Frederic, Dutay Jean-Claude, Estournel Claude, Garnier Valerie, Garreau Pierre, Marsaleix Patrick, Pinazo Christel, Ulses Caroline, Verney Romaric, Thouvenin Benedicte (2013). Rapport sur les activités de modélisation du groupe Mermex-modélisation (septembre 2013). RST.ODE/LER-PAC/13-30.
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Durrieu de Madron X. (2012) Technical report from the CASCADE Cruise in the Gulf of Lion (NW Mediterranean), March 1- March 23, 2011, 34 pp
Références des communications dans des colloques internationaux
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Dumas C., D. Aubert, X. Durrieu de Madron, W. Ludwig, S; Heussner., N. Delsaut, C. Menniti, C. Sotin, R. Buscail (2013) Impact of a storm event on the transfer of particulate trace metals to the deep-sea. SEGH congress, Toulouse, July 2013.
Higueras M., P. Kerhervé, A. Calafat , A. Sanchez-Vidal, X. Durrieu De Madron, R. Buscail, J. Martin ,N. Delsaut ,C. Menniti, S. Heussner and M. Canals (2013) Transfer of sediments and organic matter by a marine storm in the cap de creus canyon ( gulf of lion, nw mediterranean sea). 40th CIESM Congress, Marseille, 28 October - 1 November 2013
Rabouille C., O. Radakovitch, C. Estournel, X. Durrieu de Madron, C. Guieu, R. Sempéré (2013)The fate of rhone river carbon on the mediterranean continental margin, its export to the open sea and its relation to climatic parameters, IMBIZO III Biogeochemistry-ecosystem interactions on changing continental margins, Goa, 28-31 January 2013
Severin T., P. Conan, X. Durrieu de Madron, J.F. Ghiglione, J. Caparros, L. Oriol and M. Pujo-Pay (2013) Influence of deep water formation on the nutrient stoichiometry of the northwestern Mediterranean Sea (MERMEX program). 40th CIESM Congress, Marseille, 28 October - 1 November 2013.
Bourrin, F., X. Durrieu de Madron, K. Mahiouz, L. Beguery, L. Houpert, L. Sediment resuspension observed by an optical slocum glider during a typical mediterranean winter storm, 2012 Ocean Science Meeting, Salt Lake City, 19-24 February 2012
Houpert L., P. Testor, X. Durrieu de Madron (2012) Variability of open-sea deep convection and deep water masses in the northwestern Mediterranean basin over the recent period (2007-2011) from in-situ measurements. 2012 Ocean Science Meeting, Salt Lake City, 19-24 February 2012
Dumas C., M. Higueras, L. Houpert (2011) Intense events: impact on organic matter and associated elements transfer and sequestration. HERMIONE 2st Annual Meeting, 11-15 April 2011, Estepona, Malaga
Durrieu de Madron X. (2011) Preliminary Results of the CASCADE Cruise (Gulf of Lions). CASCADE: CAscading, Storm, Convection, Advection and Downwelling Events HERMIONE 2st Annual Meeting, 11-15 April 2011, Estepona, Malaga
Références des communications dans des colloques nationaux
Houpert L., X. Durrieu de Madron, P. Testor, S. Heussner, F. Bourrin, N. Delsaut, S. Kunesch, M. Stabholz L.Mortier, D. Smeed, L. Merckelbach, A. Alvarez, J. Tintore, S. Ruiz, P. Lherminier, T. Terre, G. Krahmann, J. Karstensen, F. d?Ortenzio, V. Taillandier, H. Claustre, T. Carval, M. Beauverger, D. Dausse, H. Legoff, L. Beguery, K. Bernardet, L. Petit de la Villeon & U. Send (2012) Dense Water Formations in the Gulf of Lion: Hydrodynamic, Sediment Dynamic and Impact on the Particle Transport. Coastal dynamics modeling 2011, 19-23 Septembre, 2011, Toulon.
DEA ou MASTER 2 ayant utilisé les données de la campagne
SEVERIN Tatiana (2011) Impact des plongées d?eau dense sur le fonctionnement des écosystèmes pélagiques : bilan de matière et production primaire. Résultats préliminaires de la campagne CASCADE 1-23 mars 2011. Mémoire de Master « Mention Sciences de l?Univers, Environnement, Écologie »« Spécialité Océanographie et Environnements Marins ». Université Pierre et Marie Curie, Paris VI, 35 pp.
Thèses ayant utilisé les données de la campagne
Many Gaël (2016). Impacts des évènements de tempête et de crue sur la dynamique des particules en suspension dans le Golfe du Lion. Contributions des gliders dans l'approche multiplateforme / Impacts of storm and flood events on suspended particulate matter dynamics in the Gulf of Lions. Contributions of gliders to a multi-platform approach. PhD Thesis, Université de Perpignan. https://archimer.ifremer.fr/doc/00724/83630/
KESSOURI Faycal : Cycles biogéochimiques de la Mer Méditerranée : Processus et bilans. PhD, 2013-2015, Université de Toulouse, 202 p.
DAMIEN Pierre : Étude de la circulation océanique en Méditerranée Occidentale à l?aide d?un modèle numérique à haute résolution: influence de la submésoéchelle. PhD, 2012-2015, Université de Toulouse, 163 p.
DUMAS Chloé : Impact of extreme events on particulate trace metal transfer from the continent to the deep sea. PhD, 2011- 2014 Université de Perpignan Via Domitia, 220 p.
HIGUERAS-CAMPOS Marina : Effet des évènements météo-climatiques en zone côtière: Impact sur le transfert de matière organique particulaire dans le Golfe du Lion PhD, 2011-2014. Université de Perpignan / Université de Barcelone.
SEVERIN Tatiana : Régulation des cycles biogéochimiques par les communautés microbiennes pélagiques sous influence de perturbations physiques à méso-échelle. PhD, 2010-2013. Université de Pierre et Marie Curie.
BOUTRIF Medhi : Dégradation de la matière organique dissoute de fort poids moléculaire par les communautés procaryotiques des zones méso- et bathypélagiques, PhD 2009-2012, Université d?Aix-Marseille, soutenue le 20 Juillet 2012.
HOUPERT Loïc. : Contribution to the study of transfer processes from the surface to the deep ocean in the Mediterranean Sea using in situ measurements. PhD 2009-2013. Université de Perpignan Via Domitia. 223 p.
STABHOLZ Marion : Impact of dense water formations on particulate organic matter dynamics: application to the Gulf of Lions margin. PhD 2009-2013. Université de Perpignan Via Domitia - Universitat de Barcelona. 168 p.
Restriction
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des CTD de la campagne Cascade et de différentes configurations du modèle dans la zone de convection. Les points du modèle sont colocalisés en temps et en espace avec les points d'observations. (Damien, 2015).
