Evolution à long-terme des éléments biogènes en ...

Évolution à long-terme des éléments biogènes en Méditerranée Nord-

Occidentale

Soutenance de Master 2 - Océanographie Physique et Biogéochimique

Présentée par Jeanne Castille

Mer semi-fermée, oligotrophe

N/P ~ 22

Échanges à Gibraltar, soumise aux apports continentaux/atmosphériques

Pression démographique croissante

« Hot-spot » du changement climatique et de l’impact anthropique

Projection de la population sur les côtes méditerranéennes à 2030

Nitrate = 8.5 µmoles/l

Phosphate = 0.40 µmoles/l

Silicate = 8.4 µmoles/l

Nitrate = 4.5 µmoles/l

Phosphate = 0.2 µmoles/l

Silicate = 6 µmoles/l

Apports atmosphériques

Sahariens

Apports atmosphériques

anthropisés

IntroductionAltérations attendues

de la MéditerranéeAcquisition et

traitement des donnéesRésultats & Discussion Conclusion

Augmentation globale de la température/salinité océanique de surface et de fond :

0,04°C.an-1 (Pascual et al., 1995)

0,0035°C.an-1/ 0,0011 psu.an-1 (Béthoux & Gentili, 1999)

Béthoux et al., 1998

Réduction globale des précipitations et de la décharge d’eau douce par les fleuves

Ludwig et al., 2009

Acquisition et traitement des données

Résultats & Discussion ConclusionIntroductionAltérations attendues

de la MéditerranéeIntroduction

Concentrations moyennes des sels nutritifs dans les eaux profondes méditerranéennes (z > 1500m)

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

1960 1975 1990 2005 2020

[PO4] (µM)

Campagnes et littérature Béthoux et al., 1998

5,5

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

10,5

1960 1975 1990 2005 2020

[NO3] (µM)

Campagnes et littérature Béthoux et al., 1998

Augmentation prévue de +0,56%.an-1 pour le phosphate et +0,53%.an-1 pour le nitrate(Béthoux et al., 1998)

Concentrations actualisées : [PO4]= 0,39 ± 0,04 µM [NO3]= 8,47 ± 0,62 µM

Nécessité de suivis d’observation à long-terme adaptés


Résultats & Discussion ConclusionAltérations attendues

de la MéditerranéeIntroduction

Présentation des Services Nationaux d’Observation (SNO)

• Service d’Observation en Milieu LITtoral(SOMLIT)

Description de la variabilité temporelle

Méthodes homogènes standardisées

Exercices d’inter-comparaison

Données validées en libre accès

• Mediterranean Ocean Observing System for the Environment (MOOSE)

Observation du gradient côte-large et interfaces continent-océan-atmosphère

Champ thématique varié : hydrologie, courantologie, biogéochimie, météorologie, apports fluviaux et atmosphériques…

Variabilité spatio-temporelle à différentes échelles

Stations marines du réseau SOMLIT

htt

p:/

/so

mli

t.ep

oc.

u-b

ord

eau

x1.fr

/

Activités réalisées au sein du réseau MOOSE

htt

p:/

/ww

w.m

oo

se-n

etw

ork

.fr/

Résultats & Discussion ConclusionIntroductionAcquisition et

traitement des donnéesAltérations attendues

de la Méditerranée

Traitement statistique

TemporalTrendAnalysis interface (TTA) :

Interface graphique d’utilisation pour R Procédure standard pour l’analyse de tendances Possibilité de diagnostiques supplémentaires : analyse spectrale,

autocorrélation, anomalies, décomposition saisonnière, test de Shapiro.

Série temporelle régularisée de la température à la station Marseille-SOMLIT

Color plot des anomalies de la salinité à la station Marseille-SOMLIT

Devreker & Lefebvre, 2014

Résultats & Discussion ConclusionIntroductionAcquisition et

traitement des donnéesAltérations attendues

de la Méditerranée

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2005 2007 2010 2013 2015

0

50

100

150

200

250

300

[PO4] (µM)[NO3] (µM)

Suivi à long-terme des concentrations en nitrate et phosphate (2005-2017)

77 <[NO3]< 137 µM 1,2 < [PO4] < 1,7 µM Quasi-opposition de phase

Évolution du Rhône : Station d’Observation du Rhône en Arles (SORA) échantillonnage toutes les 90 min

Série temporelle et tendance des débits (m3.s-1)

Concentration en phosphate en déclin (-80%) depuis 1980 Augmentation de l’utilisation d’engrais azotés (+45%) entre 1980-1990 Contribution au déséquilibre N/P de la Méditerranée

Débit moyen : 1480 ± 480 m3.s-1

1700 m3.s-1 (Pont, 1997 ; Moutin et al.,1998)

Diminution des débits ~20% depuis 2010

Apports annuels d’azote et de phosphore

0

5

10

15

20

25

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

0

20

40

60

80

100

120

P-PO4

(kT/an)N-NO3

(kT/an)

~10 kT/an

1,3 kT/an

Tendances des concentrations (µM)

ConclusionIntroductionAltérations attendues

de la MéditerranéeRésultats & Discussion


PO4

NO3

Évolution du Rhône : Impact des crues

2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

MES Azote Phosphore Eau douce % crue par an

Représentation des apports dus aux crues exprimés en pourcentage des flux totaux

Contribution majeure au bilan annuel total de matière : Jusqu’à 80% de MES Jusqu’à 30-40% de l’azote et du phosphore (dissous)

00,20,40,60,81

1,21,41,61,82

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

[PO4] (µM)

Débit (m3.s-1)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

[NO3] (µM)

Débit (m3.s-1)

Concentrations en sels nutritifs en fonction du débit

Hystérésis des sels nutritifs : Jusqu’à -50% des teneurs en NO3 au cours du crue Déplétion quasi-totale en PO4Crue (échantillonnage toutes les 30 min) : débit > 3000 m3.s-1




Évolution des dépôts atmosphériques

Site peu urbaniséCap Béar

Site fortement urbaniséFrioul

Tendances des flux de matière non soluble (mg.m-2)

Apports en fonction du niveau d’anthropisation du site

Dépôts secs (DS) :

Dépôts humides (DH) :

Relation inverse entre les concentrations en sels nutritifs et la pluviométrie

0

2

4

6

8

10

12

14

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60 80 100

[PO4] (µM)[NO3] µM

Précipitations (mm)

NO3 PO4

Diminution des précipitations au Frioul Diminution des flux d’azote minéral

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

50

100

150

200

250

300

2005 2010 2015 2020

mm

mg/

m²/

an

DIN

P-PO4

Précipitations

Béar

Ferrat

Sites de suivis atmosphériques du réseau MOOSE

Matière totale : 530 mg/m²SIN : ~7,5 mg/m²SIP : ~0,13 mg/m²

Matière totale : 390 mg/m²SIN : ~0,85 mg/m²SIP: ~0,03 mg/m²

Matière totale : 230 mg/m²SIN : ~1,6 mg/m²SIP : ~0,125 mg/m²




Bilan des apports en Méditerranée Nord-Occidentale (NO)

Termes du bilan

(kT/an)

DIN PO4 Azote total Phosphore

total

Apports rhodaniens

(2005-2017)

61 ± 23

92.3 – 96.1d

72b

1.6 ± 0.5

1.3 – 1.7d

71 ± 27

115 – 127d

90f

3.5 ± 2

6.5 – 12.2d

7.2 – 12.4e

6f

DH atmosphériques

(2007-2017)

39 ± 13

25 – 75a

1 ± 0.5

0.4 – 1.2a

105 ± 36 2.9 ± 1.5

DS atmosphériques

(2007-2017)

77 ± 34 2 ± 0.8 111 ± 40

143c

8.8 ± 4.4

Apports

atmosphériques

totaux

116 ± 47

130g

3 ± 1.3 216 ± 76 11.7 ± 5.9

Bilan 177 ± 70 4.6 ± 1.8 287 ± 103 15.2 ± 7.9

Données provenant de : a Migon et al., 1989 ; b El Habr & Golterman, 1987 ; c Sandroni et al., 2007 ; d Moutin et al., 1998 ; e Van

Den Broeck & Moutin (2002) ; f Ludwig et al., 2010 ; g Loÿe-Pilot et al., 1990.

Ré-estimation à la baisse des flux de matières exportés par le Rhône





Termes du bilan

(kT/an)


total

Apports rhodaniens

(2005-2017)

61 ± 23

92.3 – 96.1d

72b

1.6 ± 0.5

1.3 – 1.7d

71 ± 27

115 – 127d

90f

3.5 ± 2

6.5 – 12.2d

7.2 – 12.4e

6f

DH atmosphériques

(2007-2017)

39 ± 13

25 – 75a

1 ± 0.5

0.4 – 1.2a

105 ± 36 2.9 ± 1.5

DS atmosphériques

(2007-2017)

77 ± 34 2 ± 0.8 111 ± 40

143c

8.8 ± 4.4

Apports

atmosphériques

totaux

116 ± 47

130g

3 ± 1.3 216 ± 76 11.7 ± 5.9

Bilan 177 ± 70 4.6 ± 1.8 287 ± 103 15.2 ± 7.9



Ré-estimation à la baisse des flux de matières exportés par le Rhône DS > DH processus continu et diffus vs. ponctuel et local





Termes du bilan

(kT/an)


total

Apports rhodaniens

(2005-2017)

61 ± 23

92.3 – 96.1d

72b

1.6 ± 0.5

1.3 – 1.7d

71 ± 27

115 – 127d

90f

3.5 ± 2

6.5 – 12.2d

7.2 – 12.4e

6f

DH atmosphériques

(2007-2017)

39 ± 13

25 – 75a

1 ± 0.5

0.4 – 1.2a

105 ± 36 2.9 ± 1.5

DS atmosphériques

(2007-2017)

77 ± 34 2 ± 0.8 111 ± 40

143c

8.8 ± 4.4

Apports

atmosphériques

totaux

116 ± 47

130g

3 ± 1.3 216 ± 76 11.7 ± 5.9

Bilan 177 ± 70 4.6 ± 1.8 287 ± 103 15.2 ± 7.9



Ré-estimation à la baisse des flux de matières exportés par le Rhône DS > DH processus continu et diffus vs. ponctuel et local Apports atmosphériques > apports rhodaniens




Changement d’état des écosystèmes côtiers

Forçage climatique global représenté par un shift au milieu des années 2000

Néanmoins, influences locales spécifiques : topographie particulière, apports continentaux

Marseille +0,4°C/+0,3 psu

Villefranche-sur-Mer+0,5°C/+0,2 psu

Banyuls +0,3°C/+0,3 psu

Tendances temporelles de la température (°C) Tendances temporelles de la salinité (psu)




Période 1997-2017Température Salinité

Changement d’état des écosystèmes côtiers

Rejets à la station d’épuration de Cortiou

0

2

4

6

8

10

12

14

1998 2002 2006 2010 2014

T/j

Azote MES

Marseille -33% / -68%

Villefranche-sur-Mer-35% / +80%

Banyuls -20% / -15%

Tendances temporelles des concentrations en NO3 Tendances temporelles des concentrations en PO4

Anomalies de concentrations en NO3 à Banyuls




Période 2003-2010

Climatologie des moyennes latitudes commune aux 3 stations Forçage commun représenté par un shift au milieu des année 2000

Influence directe de la Baillaury

Nitrate Phosphate

Mise en évidence des climatologies et tendances à partir des données SOMLIT et MOOSE :

Diminution des débits du Rhône : 1er signe clair du changement climatique o Impact majeur des crues sur le bilan annuel des flux d’éléments biogèneso Phénomène d’hystérésis des sels nutritifs

Hétérogénéité des dépôts atmosphériques et des études associéeso Diminution des précipitationso Augmentation possible des DS en lien avec l’urbanisation intensive

Réévaluation de la contribution des sources externes à la Méditerranée NORhône : ~25% et Atmosphère : ~75%

Rupture des écosystèmes côtiers méditerranéens dans les années 2000 (Goberville et al., 2010)

o Soumis à la variabilité climatique et aux facteurs anthropiques

Stratégie adaptée des réseaux d’observations pour l’étude du changement climatique :

Nécessité de maintien destinés à l’observation à long-terme Possibilité d’extension géographique pour une meilleure couverture spatiale



traitement des donnéesRésultats & Discussion

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020

mmFrioul Ferrat Béar

Climatologie des débits du Rhône (m3.s-1)Bilan annuel des précipitations aux 3 stations côtières MOOSE

Année 2018 : hors-climatologie

Forte variabilité interannuelle !



traitement des donnéesRésultats & Discussion

Nécessité de poursuivre les observations sur une échelle de temps compatible avec l’évolution climatique (>10 ans)

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