Les objectifs scientifiques de la campagne OSCAHR (Observing Submesoscale Coupling At High Resolution) étaient de caractériser une structure dynamique de fine échelle et d'étudier son influence sur la distribution des éléments biogéniques et la structure et la dynamique des premiers niveaux trophiques y associés. La méthodologie comprenait l'utilisation de nouvelles plates-formes d'observation pour l'échantillonnage de la couche de surface de l'océan à une fréquence spatiale et temporelle élevée. La stratégie d'échantillonnage a utilisé une approche adaptative basée sur des données satellite et de modélisation numérique pour identifier une structure d'intérêt et suivre son évolution. Une nouvelle version d'un cytomètre en flux automatisé (AFCM) optimisé pour les cellules petites et faibles a été installée et testée pour un échantillonnage en temps réel à haut débit des groupes fonctionnels du phytoplancton, du micro-phytoplancton aux picocyanobactéries (y compris Prochlorococcus).

Marrec et al. [2018, figure 1] ont démontré que des eaux froides de subsurface atteignaient la surface au centre d'une recirculation cyclonique dans le sous-bassin Ligure. Ces eaux riches en nutriments ont induit une augmentation de la concentration de Chl a et de la production primaire associée au centre de la structure, alors que les eaux environnantes, plus chaudes et oligotrophes, sont restées moins productives. La structure de la communauté phytoplanctonique était dominée en termes d'abondance par Prochlorococcus, Synechococcus et pico- et nano-eucaryotes, respectivement. L'étude de la distribution verticale à petite échelle de Prochlorococcus et Synechococcus a montré que la dominance de Prochlorococcus vs Synechococcus dans les eaux froides du centre de la structure était étroitement liée aux eaux de subsurface remontées. Le couplage des propriétés optiques et physiques des cellules phytoplanctoniques semble être une approche intéressante pour caractériser l'origine de différents types d'eau de surface. La campagne OSCAHR englobe parfaitement la nouvelle opportunité offerte par le couplage des mesures physiques verticales et horizontales à échelle fine, de la télédétection, des données modélisées, de l'AFCM in situ et de la biogéochimie en utilisant une stratégie d'échantillonnage adaptative innovante, afin de comprendre en profondeur la dynamique à échelle fine du structure communautaire du phytoplancton. La résolution spatiale et temporelle sans précédent obtenue grâce aux dernières avancées dans le déploiement de l'AFCM nous a permis de démontrer clairement le rôle prépondérant des processus physiques à échelle fine dans la distribution de la structure de la communauté phytoplanctonique. Pour la première fois, en utilisant un nouveau modèle commercial AFCM, nous avons pu résoudre complètement Prochlorococcus et Synechococcus picocyanobacteria, les plus petites photoautotrophes sur Terre, qui jouent un rôle majeur dans les zones oligotrophes océaniques répandues. L'analyse monocellulaire de groupes fonctionnels bien définis Prochlorococcus et Synechococcus associés à un modèle de matrice de population de structure de taille a fourni des indications précieuses sur la dynamique quotidienne de ces populations. Les estimations de productivité primaire de ces deux principales espèces de phytoplancton obtenues par ce modèle sont essentielles pour mieux comprendre la contribution des picocyanobactéries à la productivité biologique. L'étude de Marrec et al. [2018] encourage la poursuite et l'amélioration d'une telle stratégie pour quantifier biogéochimiquement la contribution de telles structures à échelle fine dans l'océan mondial.

Figure 1 [tirée de Marrec et al., 2018]

(a) Contribution relative FLR i = (FLR m, i · Abondance i) de Prochlorococcus, Synechococcus, picoeucaryotes (PicoE + PicoHighFLR + PicoHighFLO), nanoeucaryotes (NanoE + NanoFLO + NanoHighFLO) et microeucaryotes intégrés (MicroFLOE + MicroHighFLO) signal de fluorescence (FLR Total = i (FLR m, i · Abondance i)) du 3 novembre 12:00 au 6 novembre 00:00. Les lignes verticales en pointillés représentent les heures d'échantillonnage des huit stations fixes (STA5 à STA12) effectuées pendant la campagne et les couleurs correspondent au type d'eaux de surface dans lesquelles les stations ont été effectuées. (b) Fluorescence enregistrée avec le FLRTotal (en u.a.) vs TSG (en u.a.) enregistré par le cytomètre en flux automatisé. Les points bleus, rouges et oranges correspondent à l'échantillonnage effectué dans les eaux de surface de la carotte froide, de la limite chaude 1 et de la limite 2. (c) Positions d'échantillonnage des mesures de surface par cytométrie en flux automatisée. Les points bleus, rouges et oranges correspondent à l'échantillonnage effectué dans les eaux de surface du centre froid et des eaux environnantes plus chaudes de type 1 et 2, respectivement. (d) Graphique SSS vs SST (en oC) à partir de mesures TSG avec les isolignes de densité correspondantes. La distinction entre les eaux de surface froides et chaudes de type 1 et 2 dans tout l'article a été faite selon ce graphique.

Rousselet et al. [2019, figure 2] ont analysé plus en détail l'organisation 3-D de la structure cyclonique étudiée. Des champs 3D reconstitués de densité et de vitesses horizontales sont utilisés pour estimer le champ de vitesse verticale jusqu'à 250 m en appliquant l'équation oméga Quasi-Géostrophique adiabatique, pour la première fois dans cette région. Les mouvements verticaux sont caractérisés par des structures multipolaires de vitesses vers le bas et vers le haut sur les bords de la structure et des vitesses verticales nettement plus petites en son centre. La distribution 3-D des particules mesurée avec un compteur optique laser de plancton (LOPC), et les abondances de Synechococcus et Prochlorococcus mesurées par cytométrie en flux sont cohérentes avec la 3-D champ de vitesse. En particulier, une recirculation verticale secondaire est identifiée qui fait remonter les particules de 250 à 100 m le long des isohalines jusqu'au centre de la structure. Outre la démonstration de l'effet des mouvements verticaux sur les distributions biogéochimiques, ce cas d'étude suggère d'utiliser la matière particulaire comme traceur pour évaluer la dynamique physique.

Figure 2 [tirée de Rousselet et al., 2019]

Haut. Isosurfaces 3D (longitude, latitude, profondeur) des abondances de particules (barre de couleur, particules.m^-3) reconstruites avec la méthode de cartographie objective. Les coupes MVP utilisées pour la reconstruction sont dessinées en surface avec les lignes magenta. Bas. Coupe verticale de l'abondance des particules (barre de couleur, particules.m^-3) superposée avec des composantes de vitesse le long du transect et vitesse verticale (flèches noires, m.s^-1) le long du transect AB (4 novembre, GAUCHE) et le long du transect entre le centre AB et B (5 novembre, RIGTH). Les isolignes de salinité sont représentés par des lignes noires (intervalles de 0,2).

Meloni et al. [2019, figure 3] a fourni une première contribution aux efforts de l'Agence Spatiale Européenne visant à établir des réseaux in situ de référence spécifiquement ciblés pour valider l'altimétrie côtière. À cette fin, des mesures in situ acquises au cours d'OSCAHR ont été traitées et comparées conjointement avec des données altimétriques améliorées sur la mer Ligure. Plusieurs types d'observations in situ multi-capteurs situées le long des traces SARAL et Jason-2 ont été utilisées. Les principaux objectifs de l'étude étaient d'évaluer des stratégies améliorées de validation ciblant le domaine côtier, y compris l'utilisation d'une nouvelle plateforme in situ telle que le MVP-Moving Vessel Profiler, tout en tenant compte des différences potentielles dues à l'incohérence du contenu physique et aux limitations instrumentales ou de traitement des données. Les résultats montrent des accords remarquables sur des échelles spatiales de quelques dizaines de kilomètres, ouvrant la voie au déploiement de futurs réseaux in situ et à la définition de diagnostics orientés vers la science visant à évaluer la capacité des missions altimétriques à haute résolution présentes et futures à résoudre les structures de fine-échelle.

Figure 3 [tirée de Meloni et al., 2019]

Schéma de circulation de surface dérivé de données in situ (magenta pour MVP et bleu pour ADCP) et altimétriques (produit PEACHI, noir). Les données SST sont également affichées avec une résolution spatiale de 0,062 ° (latitude) × 0,062 ° (longitude) et une résolution temporelle de 1 jour. Les cartes SST sont une moyenne sur la période de la campagne. Les flèches blanches représentent un schéma de la circulation de surface.

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