Fanny Chenillat

Plankton Diversity and Dynamics in Submesoscale Frontal Structures

PostDoctorant : Dr Fanny Chenillat
Sponsors scientifiques : Dr Pascal Rivière (LEMAR)
LabexMER Recherche Axes 1 et 2 :"La machine océan à haute résolution" et "Complexité et efficacité de la pompe biologique de carbone"

Depuis les dix dernières années, il est ressorti que les structures filamentaires et tourbillonnaires, qui ont des échelles de temps et d’espace de l’ordre de ~1 jour et de 1-10 km, sont le siège des flux verticaux dans les couches supérieures de l’océan. On appelle ces structures filamentaires et tourbillonnaires la sous-mesoéchelle (figure 1). La dynamique de sous-mésoéchelle est responsable de la moitié des vitesses verticales, transportant les nutriments des couches profondes de l’océan vers la surface éclairée. Ces flux de nutriments impactent directement la structure et le fonctionnement de l’écosystème planctonique (e.g., figure 2) et donc de la pompe biologique. Néanmoins, ces impacts sont difficiles à estimer à la fois sur le terrain que dans des modèles numériques traditionnels puisque la dynamique de sous-mésoéchelle est fortement non-linéaire, forçant les écosystèmes à diverses échelles spatiales et temporelles, et dans les trois dimensions. La compréhension de l’impact de la sous-mésoéchelle sur l’écosystème planctonique est fondamentale pour avoir de meilleures estimations de la contribution de la production primaire des océans au cycle global du Carbone. 

Ce projet vise à comprendre comment les processus de sous-mésoéchelle impactent la dynamique de l’écosystème planctonique en utilisant un modèle d’écosystème planctonique à haute résolution (le modèle QUOTA, figure 3) [Ward et al., 2012] couplé à un modèle de circulation haute résolution (2km). Ce modèle d’écosystème, QUOTA, en continuum de classe de taille et comprenant différents taxons, est novateur et est unique dans son habilité à reproduire la complexité inhérente de l’écosystème planctonique et des cycles biogéochimiques. Parce que les processus de sous-mésoéchelles impactent la dynamique planctonique de manière très complexe, je propose de dissocier les différents mécanismes en contrastant un système d’océan ouvert à un système côtier.

Figure 1 :
Vorticité de surface obtenue avec une expérience numérique à haute résolution (2km) résolvant les structures sous-mésoéchelles (source: Jouanno et al., 2016).

Figure 2:
Concentrations (x-y 2D snapshots) de deux types de phytoplancton (en mmol N m−3). Chaque type de phytoplancton émerge différemment dans le champs de sous-mésoéchelle en fonction de leur affinité pour la ressource (source: Perruche et al., 2011).

Figure 3:
Représentation schématique du modèle d’écosystème, QUOTA (source: Ward et al., 2012).

Références :

Jouanno J., X. Capet, G. Madec, G. Roullet, and Patrice Klein (2016) Dissipation of the energy imparted by mid-latitude storms in the Southern Ocean. Ocean Sci., 12, 743–769.

Perruche C., P. Rivière, G. Lapeyre, X. Carton and P. Pondaven (2011) Effects of surface quasi-geostrophic turbulence on phytoplankton competition and coexistence. Journal of Marine Research, 69, 105–135.

Ward B. A., S. Dutkiewicz, O. Jahn, and M. J. Follows (2012) A size-structured food-web model for the global ocean. Limnol. Oceanogr., 57(6), 1877–1891.