Les objectifs de POMME

L'objectif principal de POMME (Programme Océan Multidisciplinaire Méso Echelle) est de comprendre le rôle de la méso-échelle (environ 50 – 200 km) dans les processus mis en jeu lors de la subduction des eaux modales et de la floraison printanière. A cet objectif s’ajoute l’étude des processus régulant les caractéristiques physiques et biogéochimiques des masses d'eau modales et le devenir de la matière biogène subductée et exportée sur l'échelle annuelle.

Ce projet pluridisciplinaire s'appuie sur les programmes nationaux PATOM et PROOF et sur plus d’une centaine de chercheurs et d’ingénieurs des communautés d’océanographes physiciens, biologistes et chimistes ainsi que de quelques météorologues. L'intégration forte entre les mesures dynamiques et bio-géochimiques constitue un des points fort et original du projet, ainsi que le soutien multi-organisme du projet (CNRS/INSU, SHOM, IFREMER, Météo France).

La subduction

La subduction est l’un des mécanismes responsables de la transmission de signaux de surface vers la thermocline, régulant ainsi le stockage de chaleur et de carbone par l’océan. Cette subduction s’effectue par l’intermédiaire de la formation d’eaux hivernales homogènes (appelées eaux modales), alors en contact avec l’atmosphère, eaux qui sont par la suite isolées de l’atmosphère lors de l’augmentation de la stratification de surface due au réchauffement printanier et estival. Ces eaux sont alors transportées en sub-surface (thermocline supérieure, vers 400 m), se trouvant ainsi déconnectées de l’atmosphère pour plusieurs années.

La zone d’étude et les moyens en œuvre

La zone d'étude (figure 1) se trouve dans l'Atlantique nord-est à mi-chemin entre Açores et péninsule ibérique (38°N - 45°N). Le cœur de la phase expérimentale s’est déroulé d’août 2000 à octobre 2001, avec quatre campagnes océanographiques auxquelles participaient chaque fois deux navires (Ifremer, SHOM) et un ensemble très complet d’équipement mis à l’eau soit sur des mouillages en point fixe (une bouée météorologique, 5 mouillages courantométriques dont 3 avec ADCP, 4 mouillages de pièges à particules avec courantomètres), soit de bouées de surface et flotteurs de sub-surface dérivants (environ 110 : CARIOCA, Surdrifts, Marvors, Provors, VCMs).

Les quatre campagnes sont les suivantes :

• POMME 0 : Octobre – Novembre 2000 (Thalassa) – Mise en place, première couverture régionale,

• POMME 1 : Février – Mars 2001 (Atalante, d’Entrecasteaux) – Préconditionnement hivernal

• POMME 2 : Mars – Mai 2001 (Atalante, d’Entrecasteaux) –Subduction, floraison printanière,

• POMME 3 : Septembre – Octobre 2001 (Thalassa, BSHM) – Conditions oligotrophes – accumulation de matière organique dissoute.
  

Les campagnes ont permis d’avoir un aperçu de la situation physique-biologique à plusieurs périodes clé du cycle saisonnier et de réaliser des expériences qui permettent de mieux rendre compte du fonctionnement des écosystèmes (phytoplancton - zooplancton - bactéries - matière détritique) en particulier en terme de bilan de carbone.

Pour ce faire, elles se sont décomposées en deux parties (figure 1) : le premier «leg» a permis une couverture régionale de la zone POMME, avec des stations CTD-rosette espacées d’environ 50 km; le deuxième «leg» était dédié à des radiales spécifiques à très haute résolution (quelques km) de paramètres physiques et biologiques par l’intermédiaire d’engins tractés (SeaSoar-OPCT sur le navire SHOM, Tow Yo sur le navire Ifremer) et à des études de processus bio géochimiques lors de stations " longues " d’environ 48 heures. La stratégie d’échantillonnage des deuxièmes legs s’est fortement appuyée sur l’utilisation d’un modèle de circulation SOPRANE, associé à l’assimilation de données en temps quasi réel (altimétrie et données in situ) : ainsi, les radiales d’engins tractés et les stations longues ont été positionnées par rapport à des structures tourbillonnaires et frontales révélées par le modèle (figure 1).

Les principaux résultats

Ces résultats qui sont bien entendu partiels et temporaires peuvent se résumer aux 8 points suivants :

• Bien que la zone POMME soit supposée «calme» (i.e. associée à une énergie cinétique turbulente tourbillonnaire faible), les observations ont montré que l’activité à moyenne et petite échelles était très développée et bien organisée.

• Malgré une année relativement chaude, une couche mélangée hivernale profonde a bien été formée au nord de la zone. Les processus de subduction ont en outre été observés, à petite échelle, i.e. au niveau des fronts séparant les tourbillons (sur quelques kilomètres).

• S’il y a bien eu une augmentation sensible de la production primaire (photosynthèse) entre POMME 1 et POMME 2 (doublement environ), la floraison n’a cependant pas été très intense et s’est plutôt distribuée d’une manière variable, en relation avec les structures dynamiques à moyenne et petite échelle.

• La campagne POMME 3 était caractérisée, surtout pendant le leg 2, par une très forte oligotrophie (activité biologioque très faible) par épuisement de sels nutritifs, et par une accumulation de matière organique dissoute importante.

• La région est globalement autotrophe (i.e., par suite de l’activité biologique le CO₂ dissous est stocké en carbone organique), surtout en hiver et au printemps, avec une tendance neutre en fin d’été – automne.

• La structure de l’écosystème montre une grande variabilité saisonnière (taille des cellules phytoplanctoniques, réseau des producteurs supérieurs, etc…).

• La variabilité des stocks et flux bio géochimiques intra-site (stations longues) est beaucoup moins forte que la variabilité entre les sites.
  • Globalement, la région POMME est un puits net de CO₂ atmosphérique, les premières estimations donnant 0,37, 0,45 et –0,09 GtC (flux positif vers l’océan) respectivement pour POMME 1, 2 et 3 pour une superficie de 2, 03 10¹¹ m₂.
  
  
  
  

Importance des tourbillons

Qualitativement, une des conclusions principales de POMME concerne les échelles de variabilité spatiale des caractéristiques bio géochimiques des masses d’eau : le signal (concentrations en chlorophylle, zooplancton, particules, pression partielle de CO₂, etc…) se trouve concentré sur quelques km («petite échelle»), et est associée aux structures frontales et filamentaires qui résultent, d’une part, de la dynamique des tourbillons (quelques dizaines de km) et, d’autre part, de l’interaction entre les tourbillons (voir figure 2a). Ces petites échelles sont particulièrement bien mises en évidence par l’imagerie satellitale de la couleur de la mer (voir figure 2b). Ainsi, contrairement à certaines idées préconçues, les différences du fonctionnement de l’écosystème marin entre cyclones et anticyclones sont nettement moins marquées que les différences au niveau des limites des tourbillons et des fronts.
L’analyse des données
La phase d’analyse des données a débuté et se déroulera au cours des deux années qui viennent : elle sera menée en parallèle à des études de modélisation numérique qui permettront de mieux situer les données dans un contexte régional, de mieux évaluer si les objectifs du projet auront été atteints, de décrire les processus dynamiques et biogéochimiques dominants et de quantifier l’impact des différentes échelles sur les flux. Cette expérience donnera lieu en outre à la création d’un base de données extrêmement riche, qui sera à terme (vers la fin 2004) entièrement disponible pour la communauté internationale : le travail de centralisation et formatation des observations a déjà commencé au LODYC (Paris) et LOV (Villefranche/Mer).