thèse CNES-region PACA (2010-2013)Laboratoire  d’Océanographie  de  Villefranche (UMR7093)Observatoire  Océanologique  de  Villefranche (OOV)

Etude de la variabilité diurne des propriétés optiques dans l’océan et de ses conséquences sur la détermination des grandeurs biogéochimiques à partir des observations de la couleur de l’océan

Malika KHEIREDDINE

Directeur de thèse: David ANTOINE

Réunion CNES , le 20 décembre 2012

1. La variabilité diurne des propriétés optiques est associée au cycle jour-nuit de la lumière et aux processus planctoniques associés. Ce phénomène a été observé in situ et peut être reproduit en laboratoire. (Siegel et al., 1988 , Claustre et al., 1999; 2002, Gernez et al., 2011).

2. Les mesures en laboratoire ont montré que les variations diurnes du coefficient d’atténuation des particules (cp) sont principalement causées par des changements d’indice de réfraction et de distribution de taille des particules. (Stramski and Reynolds, 1993) Cependant, les études en laboratoire ne sont pas représentatives de l’environnement naturel.

3. Quelques connaissances sur la variabilité diurne de cp ont été obtenues à partir de mesures de terrains (campagnes océanographiques). Cependant, les campagnes sont souvent limités à quelques jours, ce qui empêchent une généralisation des résultats. En conséquence, l’origine de la variabilité diurne est encore mal connue.

4. La variabilité diurne du coefficient de rétrodiffusion des particules (bbp) est encore moins documentée que celle de cp. (Loisel et al., 2011)

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

1. Le coefficient de rétrodiffusion (bbp) peut être estimé depuis les observations couleur de l’eau.

Données satelliteReflectance (R)

Paramètres biogéochimiques (COP,

MES,…)

bbp

Inversion (R ~ bb/a)(Gordon, 1989; Morel et Gentili, 2004).

Algorithmes (Loisel et al., 2002; 2006; Stramski et al., 1999).

2. Les processus biogéochimiques peuvent être étudiés depuis les observations de la couleur de l’eau. La plupart de ces processus, tels que l’activité photosynthétique et la division cellulaire sont associés au cycle jour-nuit de la lumière. Cependant, seuls les futures satellites géostationnaires seront adaptés pour étudier ces processus depuis l’espace.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

Observations de la couleur de l’eau à partir de l’orbite géostationnaire: future mission OCAPI “Ocean color advanced Permanent Imager”

1. Quand les conditions d’éclairement et de géométrie le permettent: accéder à la variabilité haute fréquence (échelle horaire) des phénomènes à évolution rapide.

2. Quand ces conditions ne sont pas réunis: obtenir au moins une observation exploitable par jour et accroître la densité d’observations et les possibilités de suivi temporel

3. Etudes potentielles:• Variabilité diurne des propriétés optiques et relations avec la

physique et la biogéochimie• Couplage physique-biologie à (sub) méso échelle• Transport des sédiments et aérosols• Dynamique des environnements et écosystèmes côtiers• …

Etudes scientifiques sur les cycles diurnes des propriétés optiques (IOPs et AOPs) sont nécessaires.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

Axe 11. Analyser et caractériser les cycles diurnes de cp et bbp associées à

différentes conditions environnementales.

2. Comparer les cycles diurnes de cp et bbp.

3. Interpréter l’origine de cette variabilité.

Axe 2 (en cours)4. Etudier la propagation de la variabilité diurne des IOPs (cp & bbp) vers

les AOPs (Kd & R).

5. Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

Axe 11. Analyser et caractériser les cycles diurnes de cp et bbp associées à

différentes conditions environnementales.

2. Comparer les cycles diurnes de cp et bbp.

3. Interpréter l’origine de cette variabilité.

Axe 2 (en cours)4. Etudier la propagation de la variabilité diurne des IOPs (cp & bbp) vers

les AOPs (Kd & R).

5. Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

Principaux résultats de l’axe 1

Les cycles diurnes de cp et bbp sont caractérisés par une augmentation le jour et une diminution la nuit.

Augmentation diurneCroissance (↑taille)Fixation du carbone (↑n)

Diminution au cours de la nuitRespiration et perte de matériels cellulaires (↓n, ↓taille)Division cellulaire (↓PSD, ↑Nombre)Broutage (↓ Nombre)

Siegel et al., 1989; Cullen et al., 1992 ; Walsh et al., 1995; Stramski and Reynolds, 1993; Durand and Olson, 1998; Claustre et al., 2002; Durand et al., 2002; …

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

Principaux résultats de l’axe 1

Des cycles diurnes de cp et bbp sont observés quelque soit la saison.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

Principaux résultats de l’axe 1

Des cycles diurnes de cp et bbp sont observés quelque soit la saison.

Les caractéristiques et la forme des cycles diurnes de cp varient en fonction de la saison contrairement à bbp.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

Axe 11. Analyser et caractériser les cycles diurnes de cp et bbp associées à

différentes conditions environnementales.

2. Comparer les cycles diurnes de cp et bbp.

3. Interpréter l’origine de cette variabilité.

Axe 2 (en cours)4. Etudier la propagation de la variabilité diurne des IOPs (cp & bbp) vers

les AOPs (Kd & R).

5. Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

1. Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE.

Caractérisé par une augmentation du lever du jour jusqu’à peu avant le coucher du soleil suivie d’une diminution.

Caractérisé par une diminution au cours de la journée.

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

1. Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE.

2. Etudier l’origine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e l’impact de a et bb sur R et Kd (R ~ bb/a et Kd ~ a) à partir des données in situ.

bb variable et a cste bb cst et a variable bb et a variable

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

1. Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE.

2. Etudier l’origine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e l’impact de a et bb sur R et Kd (R ~ bb/a et Kd ~ a) à partir des données in situ.

3. Etudier l’origine de la variabilité observée au niveau des AOPs à partir de Hydrolight et comparer les AOPs issus du modèle avec les AOPs in situ.

IOPs AOPsHydrolight AOPs in situComparaison

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

1. Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE.

2. Etudier l’origine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e l’impact de a et bb sur R et Kd (R ~ bb/a et Kd ~ a) à partir des données in situ.

3. Etudier l’origine de la variabilité observée au niveau des AOPs à partir de Hydrolight et de comparer les AOPs issus du modèle avec les AOPs in situ.

4. Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires (méthode d’inversion).

AOPs IOPsInversion IOPs in situComparaison

« Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

1. Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE.

2. Etudier l’origine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e l’impact de a et bb sur R et Kd (R ~ bb/a et Kd ~ a) à partir des données in situ.

3. Etudier l’origine de la variabilité observée au niveau des AOPs à partir de Hydrolight et de comparer les AOPs issus du modèle avec les AOPs in situ.

4. Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires (méthode d’inversion).

5. Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires en prenant en compte l’incertitude ajoutée par les problèmes d’inversions et de corrections atmosphériques.

Merci de votre attention!

Réunion CNES , le 20 décembre 2012