• Estimer la variabilité spatiale et temporelle (saisonnière, interannuelle) de la distribution de pCO2 des eaux de surface
• Déterminer l’importance relative des différents types de réseaux trophiques et des différentes espèces phytoplanctoniques, calcaires et non calcaires sur le flux de CO2 échangé avec l’atmosphère.
• Evaluer le rôle des processus dynamiques sur la distribution des différentes espèces phytoplanctoniques et sur la variabilité des échanges de CO2

Pour atteindre ces objectifs une approche pluridisciplinaire avec trois volets, - chacun à la charge d’un laboratoire différent - ont été initialement proposés :

i) un aspect hydrologique (SST, SSS) associé à l’étude de la variabilité saisonnière et interannuelle des nombreux fronts hydrologiques, différents et de forte énergie, rencontrés dans cette région (front polaire, confluence Brésil-Malouines, passage de Drake, ACC-courant circumpolaire antarctique, Patagonian Shelf) et le suivi de la variabilité de surface de la région de formation d’eau profonde de la mer de Weddell. Il est à la charge du laboratoire argentin : Laboratorio de Oceanica Dinamica (LOD) du Service d’Hidrografia Naval (SHN). L’importance de cette étude est liée au fait que les processus dynamiques rencontrés dans l’océan Atlantique sud et austral, ont un fort impact sur la circulation de l’océan mondial, ainsi que sur la productivité marine et le bilan en CO2. L’évaluation de la variabilité saisonnière (deux saisons : été et hiver) et interannuelle des processus physiques de surface des zones de l’Atlantique sud et Austral présentant de forts contrastes physiques est abordée dans le cadre du projet.

ii) un volet géochimique associé au suivi des paramètres du système de carbonates dans l’océan et de la pression partielle du CO2 dans l’atmosphère, dont le responsable est le LBCM de l’IPSL L’importance de cette région de l’océan vis à vis de l'évolution du CO2 atmosphérique réside dans le fait que, d’une part l’océan Austral représenterait 45% du puits de carbone total manquant dans le bilan global (2GtC) et que sa taille augmenterait régulièrement depuis les dernières décennies (Louanchi et al 1999) et d’autre part la composante Atlantique (malgré sa relative faible surface : 12% de la surface totale) expliquerait 65% (0.47 ± 0.2 GtC/an) de l’ensemble du puits austral du CO2, alors que le secteur Pacifique, bien que beaucoup plus grand, n’en représenterait que 9% (0.17 ± 0.22 GtC/an) et l’Indien 26% (0.23 ± 0.17 GtC/an). L’importance de la partie atlantique australe pourrait être liée à une plus forte productivité comparée à celle des autres régions. Vérifier cette hypothèse de l’influence de l’activité biologique dans l’explication de l'importance du puits de cet océan et réduire les incertitudes sur les bilans de CO2 de cet océan nécessite une documentation saisonnière et inter annuelle de la variabilité de paramètres associés au système de carbonates. En effet, les modèles et les estimations actuelles du bilan de CO2 ont été établis à partir d’un nombre très faible de données pour la région atlantique australe, surtout en période hivernale (CDIAC, Carbon Dioxide Information Analyses Center; Stolle et al. 1999). Selon Sarmiento (1998) les changements prédits pour les 65 années à venir les plus intenses auront lieu dans la partie atlantique de l’océan austral. Ces changements concernent tant la pénétration du CO2 anthropique que la quantité d’eau profonde formée chaque année,. Documenter cette variabilité, prédite par les modèles, et comprendre quels sont les processus responsables de l'importance du puits atlantique sera notre objectif dans ARGAU.

iii) le volet biologique est axé sur la détermination des biomasses phytoplanctoniques par classe de tailles et d'espèces, de leur productivité dans les différentes zones frontales et non frontales qui sont échantillonnées. Cet objectif est lié au fait que, d’après les modèles de processus biogéochimiques, il apparaît que le pompage du carbone dépend de la structure de la chaîne trophique dominante, laquelle répond aux différents régimes hydrologiques de façon hautement complexe (Pondaven et al . 1999, 2000). De plus le rôle du phytoplancton vis à vis du CO2 atmosphérique dépend également de la succession des phytoplanctons calcaire et non calcaire observés dans l’océan (Amat 2001). Cette région présente un fort contraste spatial de la répartition de la biomasse phytoplanctonique ainsi que des espèces prédominantes. La région sud-occidentale de l’Atlantique, entre 35° et 55°S, présente des valeurs de Chlorophylle élevées en été, associées à un des blooms de coccolithophoridés (phytoplancton calcaire de petite taille, 5?m) le plus important de l’océan mondial , mais qui peut jouer un rôle double de source et de puits vis-à-vis du CO2 atmosphérique. Les régions au sud du front polaire, comme les zones inter-frontales, sont considérées comme “ HNLC” (High Nutrient Low Chlorophyll) et présentent une dominance en diatomés, phytoplancton siliceux de grande taille et ayant uniquement un rôle de puits pour le CO2. La diversité des régimes trophiques associés en grande partie à la présence de divers front hydrologiques et l’existence de zones avec des populations phytoplanctoniques contrastées permettront de quantifier et de comparer l’efficacité de chacun de ces régimes vis-à-vis du CO2. Nous nous attacherons d’une part à quantifier la biomasse et la production primaire par espèce de phytoplancton dans les divers régimes trophiques. D’autre part, le suivi biologique sur le long terme permettra de documenter les potentielles modifications de la biomasse planctonique en réponse au changement climatique global.

Pour la mise en place d’un suivi à long terme de l’Atlantique Sud et Austral deux conditions étaient indispensables:

i) - l’utilisation d’un bateau basé dans le cône austral de l’Amérique du Sud, permettant d’effectuer des campagnes durant l’hiver, d’échantillonner la région durant l’hiver et d’atteindre la région couverte par la glac

ii) la participation d’équipes de recherche localisées dans l’hémisphère sud et ayant le savoir-faire nécessaire à l’acquisition de données de très bonne qualité.

Les campagnes ARGAU s’effectuent à bord du Brise Glace Argentin “ Almirante Irizar ” appartenant à l’instituto Antartico Argentino, dans le cadre soit de rotations d’été austral (d’une durée de 3 mois) permettant tant le ravitaillement des bases militaires que la réalisation d'études scientitiques ; soit de campagnes d’hiver (de seulement trois semaines à un mois) organisées exclusivement pour le programme ARGAU. L’accord de principe établi en Mai 1998 entre le LBCM et le IAA (Instituto Antartico Argentino) a permis au laboratoire français, d’installer à bord du brise-glace un système de mesure de divers paramètres météorologiques et océaniques de surface en continu (similaire à celui installé à bord du Marion Dufresne, mais simplifié). Cet accord a permis aux chercheurs français de participer aux campagnes antarctiques à bord du Brise glace au même titre que leurs homologues argentins. En janvier 2001 un nouvel accord entre l’Institut Antartique Argentin et l’Université Pierre et Marie Curie a été signé. Ce nouvel accord prévoit une utilisation du brise-glace Argentin et d’autres Navires océanographiques administrés par le IAA et le Servicio de Hidrografia Naval (SHN) Argentin sur une période de 10 ans (2001-2010). Cet accord prévoit également :

•   l’aménagement des laboratoires à bord du brise-glace destiné à d’autres expériences scientifiques conduites en coopération entre les laboratoires français et argentins
•   le soutien financier par le gouvernement Argentin pour l'utilisation du brise-glace et la participation des équipes argentines et françaises.
•   l’envoi du matériel et le transport du personnel scientifique entre Buenos Aires et le brise-glace sur les avions de la marine Argentine.

L’apprentissage, par les chercheurs et ingénieurs argentins, du montage et de l’utilisation de tous les systèmes de mesures français installés sur le brise-glace s’effectue grâce d’une part à la présence lors des campagnes à la mer des chercheurs français à bord du navire, et d’autre part des séjours de formation en France, dont trois ont été effectués entre 2000 et 2001 (séjours de longue durée financés actuellement par le Ministère des Affaires étrangères, programme ECOS-Sud, P.I. A. Poisson). Cet apprentissage a contribué à un transfert de savoir-faire de la France vers l’Amérique du Sud où il n’existait pas de compétences pour les mesures du système de CO2/carbonates dans l'océan. Lors des deux premières campagnes ARGAU la présence à bord d’un ingénieur du LBCM, spécialiste des mesures de CO2, été indispensable pour le montage, l’entretien et l’utilisation de l’appareillage appartenant au LBCM installé à bord du brise-glace; une partie de ces tâches sont maintenant assurées par des ingénieurs argentins. La formation des scientifiques et d'ingénieurs argentins permet d’assurer le suivi permanent et à long terme de l’acquisition de données dans cette partie de l’hémisphère sud.

ARGAU, se base sur une coopération étroite entre un pays la France et l’Argentine, offre un cadre favorable au démarrage d’opérations scientifiques internationales et pluridisciplinaires. Ce projet complete d’autres travaux de recherche menés par les équipes argentines ou françaises. La problématique d’ARGAU s'inscrit dans les objectifs de plusieurs programmes développés par la communauté scientifique argentine, notamment le programme INIDEP (1993). Ce programme inclut une composante bio-géochimique qui fournira une partie des données biologiques nécessaires au programme ARGAU. Enfin, les données obtenues à l’issue des campagnes ARGAU constitueront le complément austral de la radiale atlantique nord-sud AMT (Atlantic Meridional Transect, PI : A. Watson, Angleterre, avec qui nous sommes en contact) qui a commencé à documenter depuis 2000 le système du CO2 entre l’Angleterre et les îles Malouines. AMT utilise une stratégie d échantillonage similaire à celle d’ARGAU ; ainsi les données collectées dans les deux programmes pourront être utilisées pour comprendre l’évolution du CO2 à l’échelle de l’océan Atlantique.