1. Présentation du site de la stratégie d'étude.

Le bilan des sorties 2009 est assez « famélique » et n'a pu être rempli entièrement pour des raisons météorologiques et surtout d'autorisation de Zonex. Seules 6 sorties sur les 12 programmées ont pu être effectuées ce qui représente 10 jours de mer répartis comme suit : 23/01, 11et 12/02, 11/04, 09,10 et 11/05, 08/06, 11 et 12/12.

Figure 1 : Site d'étude ANTARES (N42°48' E006°10'). Stratégie couplée entre les sorties mensuelle et la mise à l'eau de capteur dédié à l'océanographie sur le télescope à neutrino ANTARES.

L'objectif de faire le suivi mensuel des propriétés biogéochimiques n'a clairement pas pu être atteint dans son entièreté. Néanmoins les données ont pu contribuer aux résultats de thèse d'Anne Robert, soutenu en 2012 ou une ébauche de série temporelle sur le contenu en matière organique en profondeur a pu être mise en place et continu dans le cadre du réseau d'observation MOOSE.

Figure 2 : Évolution temporelle du TOC à 2000m sur le site ANTARES entre 2008 et 2011.

Ici est comme exemple la série temporelle du carbone organique dissous à 2000m de profondeur. Il a pu être mis en évidence la large variabilité du signal ci qui n'était pas à priori un résultat attendu.

2. Système d'observation.

Localisé sur le site ANTARES, cette série de campagne a été la première étape pour construire le réseau d'observation MOOSE en Méditerranée occidentale à partir de 2011. Ce programme a permis de mettre en place les procédures pour la validation de capteurs immergés des lignes instrumentées sur le télescope à neutrino ANTARES où l'accès aux capteurs n'est pas possible pour une maintenance annuelle. Notamment les capteurs de pression température, salinité et d'oxygène dissous. De plus ces campagnes ont permis de valider un outil innovant pour la mesure de la dynamique de l'oxygène dissous in situ, l'instrument IODA (In Situ Oxygen Dynamique auto-sampler). Cet instrument permet d'estimer la reminéralisation de la matière organique sur la colonne d'eau. Ces travaux ont consisté en des déploiements et récupérations mensuelles des instruments sur les missions OPERA (Figure 3). Le choix de déployer le système d'observation à 2000m est expliqué par le fait que le IODA hébergé sur le télescope est à la profondeur de 2000m.

Figure 3 : Ligne de mouillage déployée à proximité du site ANTARES composé d'un IODA, d'une micracat et d'un courantomètre d'une hauteur de 450m, l'échantillonnage est focalisé sur l'horizon 2000m.

3. L'instrument IODA.

Le IODA₆₀₀₀ est un incubateur in situ qui permet de mesurer la dynamique de la concentration d'oxygène (Figure 4). La concentration d'oxygène est mesurée par une optode (principe de mesure optique de l'O₂, capable de mesurer de faibles variations de concentration). La version originale déployée en 2009 se compose d'une cuve d'incubation en polycarbonate dont l'étanchéité est faite par 2 plaques de silicone Versilic. Deux optodes permettent de mesurer la concentration d'O₂ in situ, et la dynamique de la concentration d'O₂ à l'intérieur de la chambre d'incubation.

L'ensemble de l'appareil est entièrement automatisé ce qui le rend autonome avec la possibilité de modifier les paramètres d'incubation (temps d'incubation, fréquence de mesure d'oxygène et temps d'ouverture pour renouveler l'eau) en fonction de la profondeur d'immersion avant le déploiement. Cet instrument peut descendre jusqu'à 6000m de profondeur. Généralement, le temps d'incubation en surface (entre 0 et 500m) est de 24h. Cette durée de cycle suffit à mettre en évidence la dynamique de la concentration d'oxygène (production et consommation), tandis qu'au-delà de 500m, plusieurs jours sont nécessaires (5 jours pour 2000m de profondeur).

Figure 4 : Description du IODA tel que déployée en 2009 sur la ligne de mouillage instrumentée et sur le la ligne 12 du télescope ANTARES.

Un Instrument IODA a été déployé en juillet 2009 sur une ligne ANTARES (Ligne 12, à 2000m de profondeur). Ce IODA permet d'avoir des données et à la gestion de l'instrument in situ en temps réel via l'infrastructure ANTARES. Aucun accès à cet instrument n'est pourtant possible pour la maintenance. Les déploiements de la ligne de mouillage lors des missions OPERA a permis de valider les données recueillies. Les données sont présentées ci-dessous.

De manière similaire, les profils CTD et les données discrètes recueillies lors de ces opérations ont permis de mettre en place les procédures pour la validation de capteurs immergés des lignes instrumentées sur le télescope à neutrino ANTARES. Ces procédures sont depuis misent en ?uvre dans le cadre du programme MOOSE.

4. Résultats

Les missions OPERA, pionnières du réseau d'observation MOOSE pour le site ANTARES nous ont permis de mettre ne évidence des processus hydrologiques affectant l'ensemble du bassin nord- occidental.

La figure 5, présente une série temporelle de diagramme TS entre 2008 et 2014, où sont représentés sur le même diagramme les données des instruments immergés sur les lignes di télescope à 2200m (en rouge) et les profils verticaux à 3 saisons lors de l'année d'observation. Ces diagrammes TS sont focalisés sur la colonne d'eau inférieure à 1200m pour mettre en évidence la dynamique annuelle des eaux profondes dur le site NATARES et aussi la variabilité pluriannuelle.

Figure 5 : Série temporelle des propriétés hydrologiques sur le site ANTARES. Le focus est mis sur les eaux profondes inférieures à 1200m.

Succinctement, le résultat marquant est que la dynamique des propriétés des eaux profondes est très variable aux différentes échelles, que cette variabilité est liée aux évènements à l'échelle du bassin nord occidental (de Madron et al. 2012). Cette dynamique hydrologique est accompagnée de variabilité biologique vue au travers du proxy de bioluminescence (Robert 2012, Tamburini et al. 2013, Martini 2013). L'originalité des opérations OPERA et des missions qui ont suivies et le focus sur le suivi de la concentration en oxygène dissous et de sa dynamique associée.

Figure 6 : Série temporelle de la concentration en oxygène dissous sur le site ANTARES à 2300m (noir et rouge) et 2000 m (bleu). Les flèches rouges verticales indiquent les évènements hydrologiques sur le site tel que repérés par les changements de propriétés hydrologiques.

Le résultat majeur est qu'il est observé une tendance à la décroissance assez élevée intra annuelle et une tendance générale à la décroissance des concentrations en O₂ à une échelle pluriannuelle de 1.2 µM a^-1. Ces données sont validées par les mesures in situ mensuelle effectuée sur ce site depuis 2009. Les événements hydrologiques à l'échelle du bassin (cascading, convection) sont une explication très plausible sous forme d'une ventilation modérée des eaux profondes.

Les résultats issus de la série temporelle du IODA à haute fréquence, cycle de 5 jours, nous permet d'observer et de quantifier le niveau de l'activité biologique en milieu bathypélagique, ce qui est une démarche novatrice et unique à cette échelle (Figure 7).

Figure 7 : Série temporelle de la consommation de l'oxygène dissous à 2000m. En vert les points discrets et en noir une fonction de lissage. En rouge est représenté la variance du de cette consommation d'O2 pour mettre en évidence la variabilité des taux observés et la concomitance avec les évènements hydrologiques à l'échelle du bassin nord-occidental.

Les résultats rapportés ici, sont unique et en cours de valorisation, Ces résultats ont nécessité un énorme travail de validation qui commence seulement à porter ces fruits, mais qui grâce aux sorties mensuelles entreprises depuis 2009 et l'aide des personnels du NO Tethys. Il est à noter que les taux de consommation sont 30 fois supérieurs à la tendance observée à partir du suivi de la concentration en O₂ in situ.

Ces écarts significatifs sont expliqués essentiellement par le fait qu'il y ait un lissage de la consommation d'O₂ estimée à partir des valeurs de concentration in situ car à 2000m de profondeur. Le point d'observation est situé sur un gradient vertical de quelques micromoles et que les ondes internes d'une amplitude de plusieurs dizaines de mètres lissent ce signal. D'autre part les diagrammes TS supportent l'hypothèse que la structuration verticale n''est pas homogène mais sous forme d'un feuilletage superposé de masse d'eaux avec des propriétés hydrologiques et biogéochimiques différentes supportant des activités variables. Ce point est en cours de maturation pour être publié prochainement. D'autres part ces taux de consommation semblent supportés par les flux d'advection de matière organique liés à la dynamique (formation essentiellement) des eaux profondes qui sont pourvoyeuses de matière organique, mais aussi par le flux de sédimentation de matière organique lié à la production primaire en surface et exportée vers le milieu profond à l'échelle du bassin. Ces travaux sont en cours de valorisation pour publication.

Je tiens ici à remercier très vivement les personnels du NO Tethys II pour leur professionnalisme et leur gentillesse dans des conditions pas toujours très simple et ont permis de mener à bien les objectifs des missions mensuelles jusqu'à ce jour. Le « team work » n'est pas un mythe !