Les résumés des principales publications sont présentés ci-dessous selon les différents objectifs du programme BOUSSOLE et avec un focus sur des résultats récents :

1. Calibration/validation des observations satellitaires

Antoine et al., Journal of Atmospheric and Oceanic Technology (2008)
Il s'agit ici de montrer comment le développement spécifique de la plateforme (bouée) BOUSSOLE a été réalisé (calculs théoriques, tests en bassin, essais en mer, optimisation etc.) et de montrer que cette plateforme répond aux spécifications imposées par les mesures de radiométrie. Il s'agit d'un résultat technologique innovant et unique, qui pourrait être repris par d'autres domaines de recherche nécessitant une plateforme de mesure stable en pleine mer.

Antoine et al., Journal of Geophysical Research: Ocean (2008)
Ce papier présente les résultats de validation des produits dérivés des mesures satellitales de la couleur de l'océan pour 3 capteurs (SeaWiFS et MODIS de la NASA et MERIS de l'ESA), basé sur les données BOUSSOLE. Il montre que le site BOUSSOLE est un site représentatif d'une grande partie des conditions bio-optiques rencontrées dans l'océan mondial, et montre que le capteur MERIS n'est pas encore au niveau des autres et qu'une « calibration indirecte » utilisant les données in situ, telle que réalisée pour SeaWiFS et MODIS, s'impose. Cette méthode est maintenant en cours de mise en place à l'ESA.

Bailey et al., Applied Optics (2008)
Ce papier utilise conjointement 3 bases de données (BOUSSOLE, bouée MOBY à Hawaii et « NOMAD » construite sur des données globales) pour démontrer que les techniques d'étalonnage indirect utilisées à la NASA et basées sur un unique site (MOBY) pourraient être étendues à d'autres sites (BOUSSOLE en particulier) pour obtenir des résultats plus robustes. Ce papier qualifie, entre autres, les données BOUSSOLE en comparaison aux données du site MOBY, considérées comme une référence.

Banzon et al., Remote Sensing of Environment (2009)
Ce papier exploite les données récoltées pendant la campagne BOUSSOLE-AOPEX (Août 2004) pour tester les méthodes de correction atmosphérique des observations couleur de l'océan en présence d'aérosols désertiques absorbants, et montre que les propriétés d'absorption des modèles d'aérosols utilisés ne sont sans doute pas représentatives de la réalité et doivent être améliorées pour que ces corrections soient possibles avec la précision requise.

Zibordi et al., Remote Sensing of Environment (2015)
Les auteurs utilisent la base de données BOUSSOLE, parmi une sélection de jeux de données radiométriques, afin d'établir les prérequis des données in-situ pour l'étalonnage des capteurs couleur de l'eau, dans un contexte de changement climatique. Les relations entre les incertitudes relatives de la luminance réémise par l'eau de mer et la luminance du haut de l'atmosphère sont analysées, et les coefficients d'ajustement sont systématiquement calculés pour une seule mission satellitaire en utilisant différentes sources de données. Les résultats montrent, entre autres, que la création d'une base de données couleur de l'eau dédié aux études climatiques (« Climate Data Records », CDRs) doit idéalement reposer sur un système principal d'étalonnage in-situ à long-terme (site et radiométrie) qui a été établi et maintenu avec l'objectif d'améliorer la précision des coefficients d'ajustement et donc de minimiser les biais possibles dans les produits satellitaires de différentes missions.

Valente et al., Earth System Science Data (2016)
Ce papier présente une compilation de données couleur de l'eau à partir de plusieurs plateformes de mesures in situ, parmi lesquelles BOUSSOLE. L'objectif principal était d'implémenter une méthodologie pour homogénéiser, faire le contrôle de qualité et synthétiser une base de données hétérogène au profit de la validation des produits satellites couleur de l'eau dans le cadre du projet OC-CCI de l'ESA (Ocean Colour Climate Change Initiative). Les données sont disponibles au https://doi.org/10.1594/PANGAEA.854832.

Somayajula et al., Applied Optics (2018)
Cette étude porte sur l'évaluation des performances de différents algorithmes pour l'estimation de la radiation disponible pour la photosynthèse (PAR) à partir de données satellites. En particulier l'étude se focalise sur les algorithmes utilisés dans les modèles de production primaire océanique. Les performances de ces algorithmes ont été évaluées à l'aide d'observations in situ récoltées par la Bouée BOUSSOLE sous un ciel clair et nuageux, ainsi que dans le cas particulier de faibles angles solaire, rencontrés généralement sous des latitudes élevées ou modérées en hiver. Les modèles PAR étaient composés du modèle standard du NASA Ocean Biology Processing Group (OBPG), du modèle semi-analytique de Gregg et Carder (GC), et de tableaux de référence basés sur le modèle de Santa Barbara DISORT atmospheric radiative transfer (SBDART). Diverses combinaisons d'entrées atmosphériques, de corrections de nuages ¿¿empiriques et de modèles d'irradiance semi-analytiques ont donné un total de 13 (11 + 2 développés dans cette étude) produits PAR différents. Les résultats montrent que 7 produits PAR sur les 13 correspondaient bien aux mesures in situ. En particulier, le modèle OBPG a montré la meilleure performance globale. Par ciel partiellement dégagé à couvert, toutes les méthodes ont sous-estimé le PAR. Les incertitudes liées aux modèles dépendent principalement des produits atmosphériques (nuages) utilisés.

Pahlevan et al., Remote Sensing of Environment (2019)
Ce papier concerne une étude sur la combinaison des produits des données Sentinel-2 et Landsat. En identifiant les différences dans leur échantillonnage spectral et spatial, afin de générer un traitement de données interopérable pour la surveillance de la qualité de l'eau au niveau mondial, il est essentiel de quantifier la concordance des produits de données dérivés dans diverses conditions atmosphériques et aquatiques. L'étude fournit une évaluation quantitative détaillée de la manière dont les produits de données équivalents Landsat-8 et Sentinel-2A/B se comparent, et discute des implications sur les différences entre les produits en aval générés via le SeaWiFS Data Analysis System (SeaDAS) software. Ces produits comprennent la réflectance (?t) au sommet de l'atmosphère (TOA), la réflectance marine (Rrs), ainsi que des propriétés biogéochimiques, telles que le total des solides en suspension (TSS).

Valente et al., Earth System Science Data (2019)
Ce papier présente la deuxième version de la compilation de données couleur de l'eau à partir de plusieurs plateformes de mesures in situ, parmi lesquelles BOUSSOLE. L'objectif principal était d'implémenter une méthodologie pour homogénéiser, faire le contrôle de qualité et synthétiser une base de données hétérogène au profit de la validation des produits satellites couleur de l'eau dans le cadre du projet OC-CCI de l'ESA (Ocean Colour Climate Change Initiative). Les données couvrent la période de 1997 à 2018. Ce document décrit également les modifications apportées à la compilation par rapport à la version précédente (Valente et al., 2016). Les données sont disponibles au https://doi.org/10.1594/PANGAEA.898188.

Antoine et al., Remote Sensing (2020)
Ce papier décrit un dessin préliminaire d'une possible infrastructure européenne dédiée à la calibration indirecte des capteurs couleur de l'eau (OC-SVC) nommée ROSACE (Radiometry for Ocean Colour SAtellites Calibration & Community Engagement) qui a été soumis à l'agence spatiale EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites) dans le cadre de l'appel à projet du programme européen Copernicus. Le programme Copernicus assure la livraison à long terme d'observations satellitaires globales de la couleur de l'océan par radiométrie (OCR) en haute qualité à partir de sa série de satellites Sentinel-3 (S3) transportant le capteur OLCI (Ocean and Land colour instrument). ROSACE réunit un consortium de trois instituts de recherche européens, un institut de métrologie national et deux petites à moyennes entreprises (PME) et propose une infrastructure à deux sites déployés en mer Méditerranée orientale et occidentale dont le site BOUSSOLE, capable de fournir jusqu'à environ 80 matchups de haute qualité par an pour l'OC-SVC des missions S3/OLCI. Une extension possible de l'infrastructure à l'aide de flotteur profileur de type ProVal est aussi présentée.

Murakami et al., Journal Of Oceanography (2022)
Cette étude porte sur l'utilisation des coefficients de calibration indirectes du capteur couleur de l'eau SGLI (Second-generation GLobal Imager), obtenus à partir des données radiométriques in-situ des bouées MOBY et BOUSSOLE. Deux modèles de tables de correction d'aérosols (LUTs) ont été testés dans les procédures de calcul du coefficient de calibration indirect kv, et de dérivation de la réflectance (Rrs) et de l'épaisseur optique des aérosols (AOT) : LUT-A, utilisé dans l'algorithme d'estimation des aérosols de GCOM-C et LUT-B, utilisé dans la version précédente de l'algorithme de correction atmosphérique de la couleur de l'océan.  Le LUT-A avec kv de MOBY et BOUSSOLE ont été choisis pour le traitement standard de la couleur de l'océan de SGLI. Des améliorations sont toutefois nécessaires pour concevoir une LUT optimale convenant à la fois aux aérosols et à la couleur de l'océan.

2. Optique marine fondamentale

Morel et al., Biogeosciences (2007)
Ce papier utilise les données collectées pendant la campagne BOUSSOLE-AOPEX (Août 2004) et la campagne BIOSOPE afin de quantifier la variabilité optique dans le proche UV (domaine peu connu jusqu'alors). Il est montré que la proportion relative de l'absorption par les substances dissoutes par rapport à l'absorption de la chlorophylle est bien plus élevée en Méditerranée qu'ailleurs dans l'océan, avec une forte variabilité des propriétés optiques dans l'UV pour une concentration en chlorophylle donnée. Une relation ubiquiste entre chlorophylle et propriétés optiques dans ce domaine spectral ne semble donc pas exister.

Voss et al., Biogeosciences (2007)
Ce papier utilise conjointement des données collectées pendant la campagne BOUSSOLE-AOPEX (Août 2004) et la campagne BIOSOPE, pour la validation des modèles de directionalité du champ radiatif sous-marin. Il montre que ces modèles sont, pour les eaux océaniques, plutôt performants.

Dubuisson et al., Remote Sensing of Environment (2008)
Ce papier exploite les données récoltées pendant la campagne BOUSSOLE-AOPEX (Août 2004) pour proposer une méthode permettant de déterminer l'altitude des panaches d'aérosols absorbants à partir des mesures dans la bande d'absorption de l'oxygène qui équipe de nombreux capteurs couleur de l'océan (MERIS et POLDER en particulier). La méthode est validée en comparaison aux profils LIDAR effectués pendant la campagne

Gernez et Antoine, Journal of Geophysical Research: Ocean (2009)
Ce papier, fourni une description très complète, impossible jusqu'alors à cause du manque de données, des fluctuations rapides de l'éclairement sous-marin proche de la surface, et des relations entre les caractéristiques de ces fluctuations (amplitude et période) et les conditions environnementales (éclairement à la surface, vent, vagues, transparence des eaux). Les deux reviewers de ce papier ont reconnu son caractère très important pour la suite des études sur ces phénomènes, ceci grâce au caractère unique de la base de données BOUSSOLE.

Gernez et al, Limnology and Oceanography (2011)
Le deuxième papier préparé par Pierre Gernez dans le cadre de sa thèse porte sur la variabilité diurne des propriétés optiques. Ce travail montre, entre autres, qu'une variabilité diurne existe quelle que soit la saison et le régime trophique, et que les caractéristiques de cette variabilité sont par contre fortement liées à ce régime.

Antoine et al., Limnology and Oceanography (2011)
Il s'agit d'une étude couplant les données BOUSSOLE et les données de deux autres sites de mesure des propriétés optiques (BBOP, http://www.icess.ucsb.edu/bbop/Home.html volet bio-optique de BATS), et « Plumes & Blooms » dans le Santa Barbara Channel (« PnB », http://www.icess.ucsb.edu/PnB/PnB.html ), et portant sur la rétrodiffusion des particules marines (coefficient « bbp »). Il est montré entre autres que celle-ci peut être dérivée à partir des mesures de radiométrie via une méthode d'inversion simple, et ceci même dans les eaux très claires, qu'il n'y a pas de plancher à la valeur de bbp dans les eaux claires (contrairement à ce qui a été publié récemment), qu'une relation globale avec la chlorophylle existe, mais que des décalages entre les cycles des deux paramètres sont cependant possibles occasionnellement.

Organelli et al., Applied Optics (2013)
Ce papier présente les résultats de modèles, basés sur une technique de régression multivariée (Partial Least Squares regression technique), développés pour détecter la composition en classe de taille (pico-, nano-, micro-) de la communauté phytoplanctonique à partir des spectres d'absorption de la lumière. Les variables prédites sont la concentration en Chl-a, et les sommes des concentrations des pigments associés à chacune des classes de taille. Les modèles, calibrés sur un set de données limité à la Méditerranée révèlent des performances satisfaisantes lorsqu'ils sont appliqués aux données BOUSSOLE ainsi que la capacité à restituer de façon très satisfaisante les variations saisonnières et interannuelles des différentes variables. Les performances des modèles développés permettent d'espérer une estimation en continu de la structure en taille du phytoplancton à partir de coefficients d'absorption inversés à partir de mesures radiométriques.

Organelli et al., Remote Sensing of Environment (2016)
Les auteurs ont évalué les performances de plusieurs modèles d'inversion bio-optique pour dériver la Matière Organique Dissoute Colorée (CDOM) et la Matière Détritique Colorée (CDM) à partir des mesures satellitaires, en utilisant la base de données BOUSSOLE. L'un des algorithmes (GSM, Maritorena et al. 2010) a été ajusté à une échelle régionale à l'aide de la base de données BOUSSOLE, et a été appliqué sur la série temporelle SeaWIFS afin d'en étudier la variabilité saisonnière.

Huot et Antoine, Remote Sensing of Environment (2016)
Ce papier porte sur l'étude des anomalies bio-optiques à l'échelle globale exploitant les données de couleur de l'eau du capteur satellite MODIS opéré par la NASA. Des relations moyennes de la remote sensing reflectance sur trois bandes sont d'abord établies sous forme de look-up tables et ensuite utilisées pour identifier et étudier les anomalies. Aucune anomalie résulte être corrélée à la Chlorophyll-a à l'échelle globale. Une partie des anomalies est fortement corrélée à d'autres produits couleur de l'eau MODIS (coefficient de rétrodiffusion, index de matière dissoute colorée), d'autres ne présentent aucune corrélation significative avec d'autres produits MODIS. Le papier montre aussi le potentiel d'exploiter les anomalies (une fois enlevée la source principale de variabilité) pour identifier des dérives dans la réponse du capteur sur les séries temporelles acquises par télédétection.

Bellaccico et al., Sensors (2019)
Cette étude porte sur l'impact du choix de la méthode de régression linéaire (type-I ou de type-II) pour dériver des relations bio-optiques, à la fois du point de vue théorique et en utilisant des exemples spécifiques. Des méthodes de régression habituelles ont été appliquées à un ensemble de données in situ de carbone organique particulaire (POC), de chlorophylle totale (TChla), de coefficient de rétrodiffusion des particules (bbp) et de 19 années de données mensuelles de TChla et bbp de couleur de l'eau. Les résultats ont été utilisés pour calculer la biomasse en carbone du phytoplancton (C phyto) et le POC à partir des observations des flotteurs BGC-Argo, des campagnes océanographiques et des données satellitaires. Ces applications permettent de mettre en évidence qu'un mauvais choix de la méthode peux entraîner des différences d'estimations de 23.5% et 13.3% pour le C phyto et POC respectivement. Une analyse des propriétés statistiques du jeu de données et une description détaillée de l'hypothèse de travail déterminent le choix de la méthode de régression linéaire.

Bialek et al., Journal of Atmospheric and Oceanic Technology (2020)
Ce papier présente un nouveau cadre méthodologique qui permet d'évaluer l'incertitude de mesure de la couleur de l'océan. L'étude a été menée sur les données multispectrales de BOUSSOLE. L'incertitude est évaluée pour chaque composante de l'équation de mesure et de l'étape de traitement des données qui conduit à la dérivation de la réflectance de télédétection. La méthode Monte Carlo a été choisie pour traiter efficacement la complexité de l'équation de mesure (non-linéaire) et la corrélation de variable d'entrée. Les résultats sont présentés pour un ensemble de données présélectionnées qui convient aux applications de calibration indirecte. Le cadre fournit une valeur d'incertitude par mesure en tenant compte des conditions environnementales présentes lors de l'acquisition. La méthode présentée permet de comprendre l'importance des différentes composantes de l'incertitude et d'identifier les principaux contributeurs. Elle peut être utilisée pour améliorer efficacement les performances du système à l'avenir.

Kheireddine et al., Applied Optics (2022)
Cette étude a permis de montrer que les cycles diurnes de bbp (coefficient de rétrodiffusion de la matière particulaire) sont suffisamment importants pour générer une variabilité diurne mesurable de la réflectance de l'océan. Les quantités biogéochimiques telles que la production primaire nette de phytoplancton, qui peuvent être dérivées du signal diurne de bbp, peuvent donc également être dérivées de la variabilité diurne de la radiométrie de la couleur de l'océan (OCR). Il s'agit d'une voie prometteuse pour la quantification de ces quantités à l'échelle du bassin, car l'OCR est désormais réalisée à partir de plates-formes géostationnaires qui permettent de quantifier les changements diurnes de la réflectance de l'océan sur de vastes étendues océaniques. Pour évaluer la faisabilité de cette inversion, trois algorithmes d'inversion numérique ont été appliqués pour dériver bbp à partir des données de réflectance mesurées : Morel et al 2006 (MOR), Lee et al. 2002 (QAA), Maritorena et al. 2022 (GSM).

3. Bio-optique-Biogéochimie

Kheireddine et Antoine et al., Journal of Geophysical Research: Ocean (2014)
Ce papier, préparé dans le cadre de la thèse de M. Kheireddine, élargi l'étude de la variabilité diurne du coefficient d'atténuation particulaire (c_p) au coefficient de rétrodiffusion particulaire (b_bp) et à la relation entre les deux. Des cycles diurnes de c_p et b_bp sont observés en différents régimes physiques et trophiques. L'amplitude de la variabilité diurne de c_p était plus grande durant le bloom (20-50%) que durant tout autre période de l'année, tandis que les cycles diurnes de b_bp ne montrent pas de variabilité saisonnière importante. Les minima de c_p et b_bp surviennent, généralement, au lever du jour et sont synchronisés tandis que les maxima de b_bp sont souvent atteints 3 à 6 heures avant ceux de c_p qui sont généralement observés autour du coucher du soleil. Ces différences d'amplitude et de timing sont interprétées à l'aide de calculs de Mie, comme des variations liées à des changements de distribution de taille de l'indice de réfraction des particules. Les différences observées dans le cadre de cette étude entre les cycles diurnes de c_p et b_bp montrent qu'ils ne peuvent pas être utilisés de façon interchangeable pour déterminer l'augmentation journalière du pool particulaire.

Organelli et al., Deep-Sea Research I (2014)
Ce papier porte sur la dynamique saisonnière des coefficients d'absorption de la matière organique dissoute colorée (CDOM) et de leur pente spectrale au site BOUSSOLE. Les résultats montrent une forte dynamique saisonnière de concentration en CDOM sur la colonne d'eau et de la pente spectrale en surface. La relation observée au site BOUSSOLE entre concentration en CDOM et biomasse phytoplanctonique, montre que ce contenu est, à parité de biomasse, jusqu'à 2 fois plus élevé que dans les autres zones océaniques, confirmant des études précédentes basées sur des données satellitales. Cette étude ouvre à la possibilité d'utiliser la série de mesures d'absorption du CDOM afin de tester les performances de différents modèles d'inversion des réflectances en usage dans la communauté.

Barnes et Antoine, Limnology and Oceanography (2014)
Ce papier est en continuité avec les travaux de P. Gernez et M. Kheireddine. Ici les variations diurnes du coefficient d'atténuation et rétrodiffusion particulaires (c_p et b_bp) sont utilisées, séparément, pour estimer la production communautaire nette et brute. Les moyennes journalières de c_p et b_bp montrent une bonne corrélation et leurs cycles saisonniers sont cohérents. Toutefois les résultats de l'estimation de la production communautaire à partir de cycles diurnes de c_p et b_bp ne sont pas en bon accord, avec des meilleures comparaisons dans les périodes de bloom. Quand comparé à des modèles classiques, basés sur la Chl-a, la production estimée à partir de c_p est mieux capable de reproduire le cycle saisonnier par rapport a b_bp.

Mayot et al., Journal of Geophysical Research: Ocean (2017)
Ce papier porte sur l'étude des effets de la convection profonde sur la dynamique saisonnière des communautés phytoplanctoniques en Méditerranée Nord-Occidentale (MNO), leur influence sur la production primaire et leur impact biogéochimique potentiel. Pour cela, les données pigmentaires provenant de campagnes réalisées en MNO dont les campagnes mensuelles à la station BOUSSOLE/DYFAMED, ont été analysées. Les taux de production primaire ont été dérivés à partir d'un modèle photosynthèse-lumière appliqué à ces données in situ. Les résultats confirment que lors des années associées à un évènement intensif de convection profonde, le maximum de biomasse phytoplanctonique pendant le bloom printanier est plus grand. Lors de ces blooms intenses, on observe une augmentation de la contribution des diatomées à la biomasse phytoplanctonique totale ainsi que du taux de production primaire. L'apparition d'un bloom très productif est aussi liée à une augmentation de la zone du bloom et de la part de la production primaire liées aux diatomées.

Merlivat et al., Biogeosciences (2018)
Cette étude porte sur l'analyse de deux séries temporelles de 3 ans de mesures de la fugacité de CO2 (fCO2) enregistré par les capteurs CARIOCA dans les 10 mètres de la couche de surface en Méditerranée Nord-Ouest, en 1995-1997 et 2013-2015. Les variations du pH et du carbone inorganique dissous (DIC) ont été calculées en combinant ces données avec l'alcalinité dérivée des mesures de température et de salinité. L'augmentation du DIC est environ 15% supérieure à celle attendue de l'équilibre avec le CO₂ atmosphérique. Cela pourrait résulter de la variabilité naturelle, par exemple l'augmentation entre les deux périodes de la fréquence et de l'intensité des événements de convection hivernale. Il pourrait aussi s'agir de la signature de la contribution de l'océan Atlantique en tant que source de carbone anthropique à la mer Méditerranée via le détroit de Gibraltar. Il est estimé que la part de DIC accumulée au cours des 18 dernières années représente environ 30% de l'inventaire total de carbone anthropique en mer Méditerranée.

Bellacicco et al., Deep-Sea Research I (2019)
Ce papier porte sur l'application d'une analyse en ondelette sur une série de 3 ans d'observation à haute fréquence des propriétés bio-optiques (fluorescence de la chlorophylle, coefficients d'atténuation et rétrodiffusion) au site BOUSSOLE. Le but est d'identifier les cycles temporels dominants et leurs évolutions. L'analyse a aussi permis d'identifier la relation temporelle entre les cycles des propriétés bio-optiques. Des cycles annuels, de six et quatre mois, intra-saisonniers (moyen et court terme) ont été identifiés. Les périodicités de la fluorescence de la chlorophylle-a, des coefficients d'atténuation et de rétrodiffusion des particules sont bien corrélées à différentes échelles temporelles et à des saisons spécifiques. À des échelles annuelles et de six et quatre mois, différentes propriétés bio-optiques suivent des schémas assez similaires, probablement dus au forçage physique. La variabilité intra-saisonnière concerne des variations à moyen terme qui dominent pendant l'hiver et qui sont liées à des évènements de floraison algale épisodique, et des variations à court terme par exemple journalières, qui prévalent pendant l'été lorsque la colonne d'eau est stratifiée.

Pitarch et al., Remote Sensing (2020)
Ce papier porte sur le coefficient de rétrodiffusion particulaire (b_bp) qui est un paramètre crucial pour l'étude de la biologie des océans et l'estimation du carbone océanique. L'estimation du bbp à partir de l'algorithme quasi-analytique (QAAv6) est évaluée en utilisant une large base de données in-situ de b_bp et de R_rs (Remote-sensing reflectance). Dans l'ensemble, ce travail démontre la grande efficacité du QAAv6 dans la détection de b_bp dans le cas des données in situ et satellites. Mais il souligne également la nécessité d'augmenter le nombre d'observations qui sont sévèrement sous-échantillonnées par rapport aux autres paramètres environnementaux.

Petit et al., Frontiers In Marine Science (2022)
L'objectif est d'étudier les principales sources de la variabilité naturelle du signal de fluorescence in situ dans l'océan global, en particulier l'influence de la composition de la communauté phytoplanctonique, dans le contexte de l'utilisation des plateformes autonomes telles que les flotteurs profileurs BGC-Argo. Pour cela, une combinaison de trois jeux de données comprenant des mesures concomitantes de fluorescence in-situ, de concentrations de pigments et de spectres d'absorption du phytoplancton a été analysée. Deux jeux de données couvrent plusieurs biorégions contrastées de l'océan mondial tandis que le troisième consiste en une série temporelle régionale dans le nord-ouest de la mer Méditerranée, ce qui permet d'examiner l'effet de la composition de la communauté phytoplanctonique sur le signal de fluorescence à l'échelle mondiale, saisonnière et verticale. Les deux principaux moteurs de la variabilité naturelle du processus de fluorescence à savoir l'absorption de la lumière et le rendement quantique de la fluorescence du phytoplancton, ont été étudiés au regard de la variabilité de la composition pigmentaire des communautés. Les résultats indiquent que la composition de la communauté phytoplanctonique joue un rôle clé dans la relation entre le signal de fluorescence in situ et la concentration en chlorophylle a totale (tchla). Il est suggéré que la prise en compte de la composition des communautés de phytoplancton dans la concentration de tchla obtenue à partir des fluorimètres in situ montés sur les flotteurs BGC-Argo en particulier, conduirait à une meilleure estimation de la biomasse de phytoplancton sur une large gamme d'échelles spatiales et temporelles.

4. Résultats récents

Lazzari et al., Scientific Reports (2024)
Cet article se concentre sur l'optimisation d'un environnement de modélisation couplant un modèle biogéochimique forward à un modèle bio-optique d'inversion (la technique d'inversion dite three-stream). Le modèle choisi est capable d'assimiler les données de couleur de l'océan, c'est-à-dire la réflectance de télédétection, et permet une meilleure correction des trajectoires du modèle pour les propriétés biogéochimiques de l'océan sur la base des informations sur les propriétés bio-optiques correspondantes. Le modèle a été ajusté dans une configuration 1D au site BOUSSOLE en effectuant une analyse de sensibilité sur les paramétrages bio-optiques et physiologiques du phytoplancton par rapport à un paramétrage de référence (REF). Deux séries d'expériences ont été menées dans lesquelles les deux types de paramètres dans REF ont été perturbés. Les quantités bio-optiques modélisées qui en résultent ont été comparées aux données in situ, montrant que des améliorations significatives du modèle pouvaient être obtenues en ajustant les paramétrages bio-optiques, alors que la modification de la photo-physiologie conduisait à des performances médiocres ou à des améliorations non significatives. Ainsi, une version optimisée du modèle a été mise en place sur la base de la première série d'expériences minimisant les erreurs d'estimation de la chlorophylle-a (EXP-1-Chl-a, voir Fig. 1). Cette configuration a démontré un biais plus faible et des meilleurs performances statistique quand comparé aux mesures in-situ pour différents paramètres.

Figure 1: Résultats de l'inversion pour les années 2005 à 2012 sur le site de BOUSSOLE, en points noirs le modèle (fréquence journalière), en rouge et bleu le données in situ (fréquence mensuelle et journalière respectivement). (a-d) Se réfère à la configuration du modèle REF et (e-h) à la configuration EXP-1-Chl-a. (a,e) Séries temporelles de Chl-a, FChl-a  est dérivé de mesures de fluorescence. (b,f) Séries temporelles du coefficient d'absorption du phytoplancton à 442.5 nm (a_PH(442.5)). (c,g) Variations saisonnières du coefficient d'absorption non algale à 442.5 nm (a_NAP(442.5)). (d,h) Séries temporelles du coefficient d'absorption de la matière dissoute colorée à 442.5 nm a_CDOM(442.5). Les données CDOM ne sont disponibles qu'à partir de 2011.

Alvarez et al., Biogeosciences (2023)
Cette étude examine la dynamique de la matière organique dissoute chromophore (CDOM) dans le nord-ouest de la mer Méditerranée à l'aide d'une approche de modélisation 1D. En particulier, une nouvelle paramétrisation du cycle de la CDOM est proposée dans le cadre du modèle de flux biogéochimique (BFM). Cette paramétrisation prend en compte l'interaction entre la dynamique de la production locale de CDOM (excrétion du phytoplancton, production bactérienne et activité du zooplancton) et sa dégradation (consommation bactérienne, reminéralisation indirecte et photoblanchiment), qui dépend de la lumière et des nutriments, ainsi que son transport vertical. En outre, le BFM est mis en ?uvre avec une meilleure résolution spectrale de son module bio-optique. Le modèle a été optimisé en minimisant la sortie par rapport aux observations mensuelles collectées au site BOUSSOLE (Fig. 2) et validé avec des ensembles de données indépendantes. Ensuite, deux expériences ont été menées pour tester le rôle des mécanismes biologiques et physiques dans la détermination des schémas verticaux et temporels de distribution des CDOM observés sur le site de BOUSSOLE. Les résultats montrent que la production de CDOM biodégradables est importante dans la dynamique des CDOM pendant l'oligotrophie et dans la couche profonde de chlorophylle maximale (c'est-à-dire dans le contrôle des limitations de nutriments et de lumière), et que l'apport de CDOM semi-réfractaires profonds dans la couche supérieure est important pour maintenir le niveau de CDOM supérieur à la moyenne par rapport à la concentration de chlorophylle observée sur le site de BOUSSOLE.

Figure 2: Moyenne annuelles de profils verticaux du : (a-b) coefficient d'absorption du phytoplancton à 450 nm (a_PH(450)), (c-d) coefficient d'absorption des particules non algales à 450 nm (a_NAP(450), et (e-f) coefficient d'absorption du CDOM à 450 nm (a_CDOM(450)) obtenus à partir des observations sur le site de BOUSSOLE (a, c, e) et de la simulation optimisée (b, d, f). La ligne épaisse en (f) représente la profondeur du maximum de a_CDOM(400) au-dessus de l'isopycne 1028.88 (zYSM).

Frouin et al. Frontiers in Remote Sensing (2022)
Cet article présente le développement d'un nouveau produit satellite océanique: le rayonnement moyen journalier disponible à la photosynthèse (PAR), dérivé des mesures de réflectance sur trois bandes spectrales effectuées par la caméra EPIC (Earth Polychromatic Imaging Camera) de la NASA à bord du satellite DSCOVR (Deep Space Climate Observatory). DSCOVR opère depuis le premier point de Lagrange, à environ un million de miles de la Terre. Cela permet de réaliser plusieurs observations quotidiennes de la partie de la Terre éclairée par le soleil, ce qui permet de tenir compte de la variabilité diurne des nuages par rapport aux capteurs de couleur des océans classiques en orbite polaire. L'algorithme, basé sur Frouin et al. (2003), utilise une approche budgétaire qui ne nécessite pas de distinguer si un pixel est clair ou nuageux, ce qui est approprié pour la résolution spatiale d'EPIC (10 km au nadir). Les produits ont été validés sur trois sites instrumentés : BOUSSOLE en mer Méditerranée et CCE-1&2 dans l'océan Pacifique (Fig. 3). Les résultats ont montré un biais qui varie entre 0.4 et 2.2 % et un RMS qui varie entre 10.2 et 13.3 % selon les différents sites, et une meilleure performance par rapport aux produits PAR dérivés des satellites à orbite polaire (MODIS-Aqua et MODIS-Terra).

Figure 3:  Comparaison des estimations PAR dérivés d'EPIC, MODIS-A et MODIS-T avec les données in situ collectées sur les trois sites d'évaluation (BOUSSOLE, CCE-1 et CCE-2). Les colonnes de gauche correspondent à EPIC, celles du milieu à MODIS-A et celles de droite à MODIS-T.