La mission BOUM s'est déroulée durant l'été 2008, du 16 juin au 20 juillet. Un transect de 3000 km a été réalisé entre l'embouchure du Rhône en MM occidentale et le mont sous marin Eratosthenes en MM orientale (Figure 2). Le long de ce transect, deux types de stations ont été échantillonnés, les stations de « courte durée » où un profil surface-fond a été réalisé dans le but de décrire les masses d'eaux et la diversité biologique, et les stations de « longue durée » que nous avons positionnées au centre de grands tourbillons anticycloniques dans le but de réaliser des études de processus. La localisation approximative des stations de « longue durée » a été déterminée à partir d'images satellitaires et des prévisions MERCATOR. La localisation exacte a été déterminée à bord en utilisant des XBT ainsi que les données ADCP et du thermosalinographe. La figure 2 montre le gradient de concentration en chlorophylle a, dans les eaux de surface oligotrophe à ultraoligotrophe de MM orientale, observé lors de la campagne BOUM.

Fig. 2. Transect de la mission BOUM superposé à une image composite SeaWiFS de la concentration en chlorophylle a de surface dans les eaux de la MM entre le 16 juin et le 20 juillet 2008. Les deux types de station, de courte et longue durée, sont indiquées. Les 3 stations de longue durée échantillonnées durant plus de 4 jours et situées au centre de tourbillons anticycloniques sont indiquées en rouge (remerciement à E. Bosc).

Les principaux résultats de la campagne BOUM sont présentés dans une revue spéciale de la revue Biogeosciences. Les différents articles sont présentés ici en fonction des 3 principaux objectifs de la campagne.

1. Une description longitudinale de la biogéochimie et de la diversité biologique de la MM durant la période la plus stratifiée.

La faible disponibilité du phosphate en particulier dans le bassin Est ultra-oligotrophe a été confirmée (Pujo-Pay et al., 2011), ce qui confirme le statut initialement proposé de région LPLC (Low Phosphate Low Chlorophyll) de l'océan mondial à la MM (Moutin et al., 2008). Parallèlement à l'approfondissement des nutriclines, des maxima profonds de silice biogénique, de chlorophylle a totale, de fucoxanthine ont été observés en allant vers l'Est, ainsi qu'une diminution des biomasses et des productions planctoniques (Christaki et al., 2011; Crombet et al., 2011, Lamy et al., 2011, Mella-Florès et al., 2011, Nowaczyk et al., 2011, Van Wambeke et al., 2011). Contrairement au maximum profond de chlorophylle qui est une caractéristique observée partout en MM, le maximum profond de silice corrélé au maximum profond de fucoxanthine n'est observé que dans certaines zones de chaque bassin (Crombet et al., 2011). De façon intéressante, il n'y avait pas de diminution de la fixation d'azote, résultat en désaccord avec les estimations indirectes basées sur les traceurs géochimiques et les budgets en azote (Bonnet et al., 2011). La plupart des diazotrophes identifiés étaient des cyanobactéries unicellulaires isolées de la fraction de taille picoplanctonique (Le Moal et al., 2011). Néanmoins, celles vivant en association avec les diatomées ont été observées a pratiquement tous les sites (Crombet et al., 2011) donnant un couplage entre les cycles de l'azote et de la silice en MM autant intéressant qu'inattendu. La production de carbone organique dissous augmentait dans les conditions de forte limitation nutritive (Lopez-Sandoval et al., 2011), ce qui pourrait expliquer la plus forte accumulation de COD à l'Est et à l'intérieur des tourbillons (Pujo-Pay et al., 2011, Moutin and Prieur, 2012). La concentration en phospholipides a été trouvée corrélée à la concentration en phosphate, et une réponse rapide de la composition membranaire en lipides aux variations de la concentration en éléments nutritifs a été démontrée pour la première fois (Popendorf et al., 2011). Les mesures à bord de Leucine marquée à l'échelle cellulaire utilisant la cytométrie en flux couplée au tri cellulaire ont permis de montrer le rôle prépondérant des organismes mixotrophes dans les communautés microbiennes de la MM (Talarmin et al., 2011). Il a été également montré que certains parasites (Syndiniales et Blastodinium spp.) étaient capables d'infester leur hôte (des microalgues de type dinoflagellés et des copépodes, respectivement), à la fois dans des eaux côtières et ultra-oligotrophes, mettant en évidence le rôle souvent négligé du parasitisme dans la chaine alimentaire et les cycles biogéochimiques (Siano et al., 2011, Alves-de-Souza et al. 2011). Aucune différence importante dans la diversité génétique des populations de cyanobactéries observées durant la mission BOUM (2008) et la précédente mission PROSOPE (1999) n'a été observée, suggérant que les populations locales n'ont pas encore été remplacées par leurs homologues (sub)tropicales malgré un réchauffement des eaux de surface du bassin Levantin de près de 0,5°C par décennie (Mella-Flores et al., 2011). Les 3 tourbillons géographiquement distants ont montré des conditions biogéochimiques très différentes de celles observées typiquement en l'absence de tourbillons le long du transect (Pujo-Pay et al., 2011, Moutin and Prieur, 2012) et des écosystèmes différents de ceux des eaux environnantes (Christaki et al., 2011), probablement principalement en relation avec les conditions de système « fermé » rencontrées depuis au moins l'hiver précédent (Moutin and Prieur, 2012). Ces tourbillons ont été choisis pour faire des études de processus.

2. Etudes de processus au centre des trois tourbillons anticycloniques étudiés.

Les études de processus ont concernés à la fois des mesures in situ et des expériences en microcosmes. Les premières estimations de dissipation turbulente à l'intérieur de tourbillons anticycloniques ont mis en évidence une augmentation significative au sommet et à la base de chaque tourbillon qui peut être associée avec les fortes oscillations quasi inertielles (Cuypers et al., 2011). La diffusivité verticale turbulente est augmentée à ces endroits et dans le c?ur faiblement stratifié du tourbillon (Cuypers et al., 2011). Ceci a permis de quantifier les flux de nitrate ascendants dus à la diffusion turbulente, qui étaient faibles et du même ordre de grandeur que l'apport par la fixation d'azote (Bonnet et al., 2011). Contrairement à l'image commune qui est de ne pas considérer le phytoplancton siliceux comme un acteur clé en MM, Crombet et al., (2011) suggèrent qu'ils pourraient contribuer de façon prépondérante à la production marine. L'anomalie bio-optique et la variabilité diurne de la matière particulaire ont été étudiées. Le cycle diurne du coefficient de rétro-diffusion des particules a été observé à partir de mesures in situ pour la première fois (Loisel et al., 2011). Une nouvelle méthode pour analyser les cycles diurnes du coefficient d'atténuation particulaire à longueurs d'onde multiples suggère que l'essentiel des variations observées peut être attribué à une population synchronisée de cellules ayant un diamètre sphérique équivalent entre 1-4 µ m (Dall'Olmo et al., 2011). La limitation par les éléments nutritifs de la chaine alimentaire microbienne pélagique a été étudiée à partir d'expériences d'enrichissement en microcosmes. Une différence entre les caractéristiques biogéochimiques (un état apparent de limitation en P) et les réponses biologiques (pas de limitation apparente en P) a été démontré (Tanaka et al., 2011) ainsi qu'un découplage entre la production phytoplanctonique et la consommation par les procaryotes hétérotrophes (Lagaria et al., 2011). La production primaire augmentait significativement après l'ajout d'aérosols, indiquant l'élimination des (co)-limitations en cours (Ternon et al., 2011) et une forte stimulation de la fixation d'azote (Ridame et al., 2011).

3. Représentation des principaux flux biogéochimiques et de la dynamique des réseaux trophiques.

Une représentation schématique intéressante du fonctionnement biogéochimique des deux bassins méditerranéens a été proposée (Pujo-Pay et al., 2011). De façon surprenante, le rapport nitrate sur phosphate des niveaux intermédiaires et profonds sont proches de la valeur canonique de Redfield dans les deux bassins suggérant une analogie dans leurs fonctionnement biogéochimiques.
Un modèle multi-élémentaire utilisant Eco3M (Ecological Mechanistic Modular tool) a été développé pour comprendre comment les producteurs primaires et les organismes minéralisant la matière organique interagissaient et contrôlaient les dynamiques des éléments nutritifs et du carbone organique dissous. Il a été suggéré que les rapports N:P élevés de la MM en surface pourraient favoriser le découplage entre la croissance et la production de carbone, conduisant à une plus forte accumulation de carbone organique dissous que dans les systèmes à plus faibles rapports N:P (Mauriac et al., 2011). La prochaine étape sera d'utiliser les très nombreuses données acquises dans le cadre de la campagne BOUM pour implémenter des modèles couplés physique-biogéochimie, aux échelles spatiales de tourbillons et à l'échelle de la MM, dans le but d'étudier l'influence exercée par les nombreux tourbillons anticycloniques sur la séquestration du carbone anthropique en MM à l'échelle décennale.