Le but du programme MINERVE (Mesures à l'INterface Eau-aiR de la Variabilité des Echanges de CO2), qui s'appuie sur des campagnes de valorisation de transit, est d'observer et de comprendre les variabilités saisonnières et interannuelles de la pression partielle de CO2 (pCO2) dans les eaux de surface à l'aide de mesures hydrologiques et biogéochimiques in-situ et des données satellitaires (température, couleur de la mer, vent). Les parcours logistiques de l'Astrolabe, permettent d'accéder à des zones très peu étudiées et de les documenter afin de comprendre les processus qui expliquent les variations spatio-temporelle de pCO2 à moyenne échelle dans les régions océaniques australes. Les données récoltées durant ces campagnes serviront de base pour faire des estimations de la variabilité interannuelle et de la variation moyenne (tendance) du flux net de CO2 à l'interface océan-atmosphère; une extention de la stratégie de ce programme à partir d'octobre 2003 permettra la réalisation de quelques stations hydrographiques de moyennes profondeurs, afin d'appréhender par plusieurs méthodes de calcul le signal de CO2 anthropique qui pénètre dans l'océan dans ce secteur austral. En identifiant et quantifiant des sources et puits de CO2, les observations recueillies lors des campagnes MINERVE serviront également à d'autres équipes pour contraindre des modèles atmosphériques et pour valider des modèles biogéochimiques basés sur des modèles de circulation générale océanique qui tentent de simuler le cycle du carbone océanique à moyen et long terme.

L'étude en zones subtropicale et subantarctique, effectuée en collaboration avec l'équipe australienne (B.Tilbrook) qui va coopérer avec notre équipe pour le présent projet, a permis de comparer les cycles du CO2 de surface dans ces deux régions: les variabilités saisonnières ont des amplitudes semblables dans les deux régions mais elles sont déphasées d'environ 6 mois (Metzl et al., 1999). Les processus qui contrôlent ces variations sont, en été austral l'intensification de l'activité biologique qui augmente fortement le puits de CO2, tandis qu'en hiver c'est l'augmentation de la profondeur de la couche mélangée qui explique le retour de la concentration de CO2 des eaux de surface vers celle de l'atmosphère; cette profondeur, estimée à partir des mesures faites lors des campagnes OISO atteignait 500m en août 1998 à 40°S. La même tentative de composition du cycle annuel et d'explication des variations interannuelles du CO2 de surface a été également tentée dans l'océan austral mais elle n'a pas encore donné de résultats exploitables.

Seul le point KERFIX/JGOFS, situé à la lisière du Front Polaire, donne accès à une information saisonnière sur quelques propriétés biogéochimiques (Jeandel et al., 1998; Louanchi et al., 1998, 1999). Toutefois, bien que les données collectées à cette station aient été utilisées dans plusieurs études de modélisation, il n'est pas possible d'appliquer ces résultats à l'ensemble de l'océan austral: en effet, la zone ouest indienne de l'océan austral est composée d'une mozaïque de zone sources et puits de CO2 en été (Metzl et al., 1991; Poisson et al., 1993; Poisson et al., 1994). Des études effectuées au laboratoire (Metzl et al., 1995; Jabaud, 1998; Metzl et al., 1998b; Louanchi et al., 1999; Poisson et Metzl, 1999) montrent que la distribution de pCO2 au sud du front polaire doit être régionalisée non seulement en latitude mais également suivant les bassins océaniques. Cette analyse est soutenue par les données OISO (Jabaud et al., 2000) ainsi que par les données acquises durant les deux campagnes WOCE/CIVA-1 et CIVA-2 à 30°E mises en oeuvre par le LBCM en février 1993 et mars 1996. Ceci a également été mis en évidence lors des campagnes MINERVE entre Hobart et la Terre Adélie réalisées à bord de l'Astrolabe en 96 et 97 où il a été montré l'importance de la photosynthèse provoquée par les poussées phytoplanctoniques près du pack et à l'intérieur du pack lors de la fonte de la glace (Figure 1).

Les résultats acquis soulignent le besoin de poursuivre ces mesures car pour observer un signal saisonnier sur un cycle géochimique naturel variable et pertubé à l'échelle interannuelle, il est nécessaire de faire des observations pendant une dizaine d'années. Or il n'a jamais été possible d'observer un cycle annuel complet dans une région donnée de l'océan austral; il a toujours fallu jusqu'à présent utiliser des données de zones différentes et d'années différentes; de plus, les campagnes MINERVE dans l'océan austral ont toujours eu lieu au cours de périodes situées entre janvier et septembre. L'acquisition de mesures régulières de pCO2 de surface à l'échelle mondiale est un besoin urgent, nécessaire pour la compréhension du cycle du CO2 océanique et pour les études sur le climat à moyen et long termes. Le programme MINERVE est complémentaire des travaux effectués à l'échelle internationale dans les océans Atlantique et Pacifique; à l'échelle nationale ce programme est complémentaire des programmes OISO dans la partie centrale du secteur austral indien et ARGAU dans la partie ouest proche de la péninsule antarctique et dans la mer de Weddell . Les mesures obtenues seront mises à la disposition de la communauté nationale dans le centre de données IFREMER et internationale dans une banque de données localisée au CDIAC aux USA.

Dans un premier temps, nous effectuerons des mesures de carbone inorganique total dissous (TCO2) et d'Alcalinité Totale (AT) dans les eaux de surface en semi-continu par une technique que nous avons développée au laboratoire pour le service d'observation OISO. Un appareillage est en construction sur le modèle qui existe sur le Marion-Dufresne pour OISO. Les mesures de pCO2 et de température de l'eau de surface et pCO2 de l'air seront assurées par l'équipe australienne. L'acquisition des mesures et un pré-traitement des données seront effectués à bord. Des filtres seront prélevés toutes les 4 heures pour mesurer la chlorophylle; ces mesures seront effectuées par les Australiens au CSIRO de Hobart au retour de chaque rotation de l'Astrolabe. Des échantillons d'eau de surface seront prélevés pour mesurer les isotopes stables du carbone et des sondes bioptiques (à déterminer) seront installées sur le circuit de pompage par le CSIRO.

Afin de compléter le maillage des mesures faites sur le bateau à une échelle de temps plus courte et à compléter les mesures estivales faites sur le bateau par des mesures hivernales, il est envisagé de mettre en place sur la radiale Hobart-Dumont d'Urville, soit une bouée fixe Carioca, soit une sonde de pCO2 immergée (actuellement en développement à la DT-INSU); Cette bouée ou cette sonde sera demandée pour être mise en place, si possible, en 2003. Elle sera gérée en coopération avec le LODYC (J. Etcheto). Elle sera positionnée près de la bouée que les physiciens du CSIRO vont mettre en place sur cette radiale.

Dans un deuxième temps (à partir de 2004), pendant une des rotations du navire de l'année, une dizaine de stations hydrologiques (profondeur maximale 1000m) seront effectuées quand les conditions de mer le permettront; des prélèvements seront réalisés sur la colonne d'eau pour des mesures de TCO2 et AT qui seront faites au LBCM à Paris et de salinité, chlorophylle et 13C qui seront faites par l'équipe australienne aux retours du navire à Hobart.