Un exemplaire du formulaire détaillé signé par le directeur du laboratoire du demandeur doit parvenir par courrier postal à l'INSU,

INSU
Cellule Programmes (Solange Lassalle)
BP287-16
75966 Paris Cedex 16.

Programme National « Les enveloppes Fluides et l'Environnement »
LEFE
Action «  CYBER » 
CY cles B iogéochimiques, E cosystèmes et R essources
APPEL D'OFFRES 2006

Contexte

Les modifications des forçages physiques ( e.g. température, UV, régimes de vents, érosion) ou chimiques ( e.g. CO2, pH) résultant du changement global et de l'augmentation des teneurs en gaz à effet de serre, sont susceptibles de modifier la biodiversité marine, la structuration et le fonctionnement des écosystèmes marins, ainsi que le niveau des ressources exploitables, les cycles biogéochimiques et finalement les flux d'éléments aux interfaces avec les autres réservoirs (atmosphère, terre). Les perturbations ressenties par le biotope peuvent rétroagir sur le climat en modifiant notamment la concentration atmosphérique de certains gaz impliqués dans l'évolution du climat ( e.g . DMS, composés halogénés), ou en affectant le bilan thermique de l'océan superficiel. Malgré l'avancée des connaissances obtenues dans le cadre des grands programmes tels que JGOFS ou GLOBEC, les mécanismes abiotiques et biotiques par lesquels la variabilité du climat affecte les écosystèmes restent encore assez mal quantifiés, ce qui restreint notre capacité à prédire les changements futurs des cycles biogéochimiques et la modification des écosystèmes. Les rétroactions éventuelles des cycles biogéochimiques sur l'évolution du climat sont encore plus difficiles à prédire. C'est pourquoi, la compréhension et la paramétrisation de ces rétroactions restent essentielles pour réduire les incertitudes sur les simulations du climat.

L'objectif général de CYBER est de contribuer, grâce à des recherches pluridisciplinaires, à l'acquisition des connaissances permettant de comprendre, quantifier et modéliser les interactions (impact et rétroaction) entre climat, cycles biogéochimiques et écosystèmes marins. Ces recherches, qui seront fortement ancrées dans le contexte programmatique international, s'appuieront globalement sur deux grandes catégories d'études:

D'une part des études à caractère générique, à sensibilité plus biologique (thème 1) ou géochimique (thème 2), se focalisant sur des processus ou des variables clés dont la paramétrisation apparaît essentielle pour la compréhension du système couplé climat - cycles biogéochimiques - écosystèmes.

D'autre part des études ciblées sur des objets, en l'occurrence deux interfaces majeures de l'océan, les marges continentales (thème 3) et l'interface océan - atmosphère (thème 4), dont il est désormais essentiel d'apprécier l'importance dans le cadre d'une approche intégrée et globale du domaine océanique.

Thème 1 : Structure des écosystèmes, diversité fonctionnelle et cycles biogéochimiques : observation, quantification et représentation dans les modèles.

L'étude des interactions entre climat et cycles biogéochimiques nécessite de comprendre comment les communautés biologiques (du virus au poisson) s'adaptent aux modifications de l'environnement à différentes échelles de temps et d'espace et, en retour, contribuent à la modification des cycles. Dans ce thème, il est attendu un regroupement des communautés de biologistes, chimistes et physiciens qui ambitionnent de comprendre et de quantifier la réponse des organismes vivants et des cycles biogéochimiques à la variabilité des forçages physique et chimique, qu'ils soient d'origine naturelle, anthropique ou climatique. L'action recommande en particulier de :

•  Améliorer la représentation des types fonctionnels du plancton dans les modèles couplés climat-cycles biogéochimiques . Pour apprécier et tenter de réduire les incertitudes inhérentes à ces modèles, un effort particulier sera porté dans trois directions :

•  Définir ou préciser les constantes écophysiologiques (production, respiration, assimilation d'éléments, broutage, mortalité) des types fonctionnels du plancton, en particulier hétérotrophes (bactéries, zooplancton). Ces études pourront notamment inclure des analyses de sensibilité simulant expérimentalement des scenarii d'évolution climatique (impact du changement de pCO 2 , des UV ou de la température).

•  Regrouper les observations existantes, en réaliser de nouvelles ou développer des outils permettant de quantifier les types fonctionnels du plancton.

•  Réaliser des exercices de validation de ces modèles sur des jeux de données les plus complets et réalistes possible.

•  Explorer la biodiversité dans le domaine pélagique : isolation et caractérisation de nouveaux groupes planctoniques ; évaluation de leur impact éventuel sur les cycles biogéochimiques en quantifiant leur abondance ainsi que leurs taux métabolique et reproductif. Un effort particulier sera mis sur les fixateurs d'azote, les archeae, les bactéries photo-hétérotrophes et les organismes mixotrophes.

•  Evaluer l'impact des processus physiques à sub-mesoéchelle et mésoéchelle sur la structuration des écosystèmes et les cycles biogéochimiques. Ces recherches, jusqu'alors essentiellement limitées à des expérimentations numériques, devront être poursuivies en tentant de s'appuyer sur des observations conduites aux mêmes échelles et permettant de valider les simulations. La description fine des mécanismes à petites échelles ne prendra toutefois tout son sens que replacée dans le contexte de la représentation des cycles biogéochimiques océaniques à plus grandes échelles.

•  Améliorer la représentation des interactions trophiques . La compréhension des mécanismes physiques chimiques et biologiques, présidant à l'établissement, au maintien ou au remplacement d'un type de réseau trophique devra être abordée en même temps que celle des répercussions éventuelles sur les ressources vivantes exploitables.

Ce thème relève de la contribution française aux programmes IMBER et GLOBEC et au Réseau d'excellence EUR-OCEANS

Thème 2 : Cycles biogéochimiques des éléments traces et de leurs isotopes.

Les éléments traces et leurs isotopes jouent un rôle fondamental comme nutriments et comme traceurs des processus actuels et passés dans l'océan. Notamment, la compréhension de leur cycle biogéochimique est essentielle pour les recherches relatives au cycle du carbone, au changement climatique et au fonctionnement des écosystèmes océaniques. Par le passé, le manque de connaissances a été un frein aux avancées dans ce domaine, mais grâce à des progrès méthodologiques récents (échantillonnage et analyse), il existe désormais un fort potentiel pour améliorer la compréhension de ces cycles. Dans ce cadre, l'action soutiendra les recherches visant à :

 

•  Déterminer la distribution globale de certains éléments traces et isotopes clés en incluant leur quantification, leur spéciation chimique. Evaluer les sources et puits ainsi que les cycles internes des espèces chimiques pour mieux contraindre les processus physiques, chimiques et biologiques qui régulent leur distribution.

•  Acquérir des connaissances suffisantes sur les processus déterminants des cycles des éléments traces afin de prédire leurs réponses au changement global et d'appréhender leur impact sur le cycle du carbone et le climat.

•  Comprendre les processus qui contrôlent les espèces géochimiques utilisées comme proxis des paléo-environnements. Cette action requiert nécessairement d'associer les efforts des paléo-océanographes à ceux des océanographes.

 

Ce thème représente la contribution française au programme GEOTRACES (voir aussi thème3)

Thème 3 : Processus biologiques et biogéochimiques au niveau des marges continentales

Les marges, interfaces entre les domaines côtier et hauturier, jouent un rôle essentiel dans la chimie, la biogéochimie et la production globale des océans. Bien que la communauté océanographique ait depuis plusieurs années pris conscience de la nécessité d'étudier ces zones, la complexité et la variétés des échelles des processus à prendre en compte ont certainement contribué à ralentir l'émergence de recherches intégrées. L'apport de nouvelles techniques (modélisation aux fines échelles, observations in situ haute fréquence, télédétection et utilisation de nouveaux types de proxis) devrait désormais permettre de relever ce défi. Les questions importantes devront être posées dans un contexte océanographique préalablement bien ciblé et les réponses à ces questions vont donc requérir, ici plus qu'ailleurs, une concertation et un effort pluridisciplinaire. Pour la partie relevant de l'action CYBER, les recherches sur les domaines suivants sont considérées comme prioritaires :

•  En géochimie et biogéochimie :

•  Quantification des transferts et des transformations d'éléments chimiques entre la zone côtière et le large. Export du sédiment vers le large et les fonds océaniques. Sensibilité de ces processus au changement climatique (en particulier importance des évènements extrêmes)

•  Impact des fleuves sur le cycle du CO 2 .

•  Anoxie en zone de marge : impact sur l'accumulation et l'enfouissement de matière, et sur les cycles du carbone et de l'azote.

•  En biologie des populations :

•  Impact du transport des éléments chimiques et biologiques entre les zones côtières et hauturières sur la biodiversité, la biogéochimie et la productivité des marges continentales.

•  Impact des processus physiques et chimiques en zone de marge sur la structuration de réseaux trophiques, notamment ceux favorables au recrutement d'espèces halieutiques.

•  Amplification éventuelle de la productivité à l'interface côtier-hauturier et implications dans les flux biogéochimiques et trophiques.

Ce thème représente la contribution française au programme LOICZ II, IMBER et GEOTRACES

Thème 4 : Processus biologiques et biogéochimiques à l'interface Océan-Atmosphère

L'évolution admise du climat a accru notre besoin de comprendre d'une part comment celle-ci influence les processus physiques et biogéochimiques dans le système couplé océan-atmosphère, et d'autre part, comment ce système rétroagit sur le climat. Dans ce thème, il est attendu qu'océanographes et atmosphériciens ayant une expertise notamment sur les gaz importants pour le climat, les aérosols, le transfert radiatif et la photochimie, joignent leurs efforts pour améliorer la compréhension des processus responsables des sources et puits de ces gaz dans l'océan superficiel, leur échange à l'interface air-mer, ainsi que leur influence sur la chimie de l'atmosphère. CYBER encourage les recherches suivantes sur :

 

•  Le rôle des processus photo-chimiques et photo-biologiques sur les échanges de matière à l'interface. En particulier, un effort particulier sera porté sur l'étude des processus dans la micro-couche de surface.

•  Les flux de CO 2 à l'interface air-mer représentent un échange fondamental entre les deux réservoirs dans le cadre du cycle global du carbone. Non seulement les observations sur ces flux doivent être pérennisées, mais les études sur les mécanismes physiques et biologiques qui en sont à l'origine doivent être renforcées.

•  La production de gaz intervenant dans l'évolution du climat (e.g. DMS) . Les études viseront à mieux comprendre et quantifier les processus biologiques et chimiques contrôlant leur production et leur concentrations marines.

•  L'impact des dépôts atmosphériques (rejets anthropiques et sources naturelles) sur les cycles biogéochimiques dans l'océan de surface, et notamment sur la fixation d'azote. Un effort sera également porté sur les processus chimiques responsables d'une modification de la bio-disponibilité des nutriments dans l'atmosphère.

Ce thème relève de la contribution française au programme SOLAS.