CNRM 2004

Le service d’Observation DYFAMED : plus de 10 ans d’observation en
Méditerranée Nord Occidentale.
Jean-Claude Marty, Jacques Chiavérini et Agnès Stock
Laboratoire d’Océanographie de Villefranche, Observatoire Océanologique de Villefranche
CNRS-INSU-UPMC, BP 08, 06 238 Villefranche sur mer Cedex.
Introduction
Le service d’Observation DYFAMED a été labellisé par l’INSU en 1995. L’objectif était de
pérenniser des séries temporelles réalisées dans le cadre du Programme JGOFS France
(maintenant PROOF) depuis 1987 et d’autres plus anciennes réalisées par les laboratoires de
l’Observatoire Océanologique de Villefranche dans la zone centrale de la mer Ligure (43°25N
7°52E). La série temporelle DYFAMED fait donc partie des séries à long terme initiées dans le
cadre du programme JGOFS sur le modèle des stations BATS (Bermuda Atlantic Time-Series) et
HOT (Hawai Ocean Time-series) (Karl et al., 2003). L’objectif du service d’observation
DYFAMED est de constituer des longues séries temporelles de paramètres hydrologiques et
biogéochimiques de base (les « core parameters » JGOFS, définis à l’échelle internationale) pour
comprendre les variations à long terme des processus liés au cycle du carbone et plus généralement
étudier la réponse de l’océan aux perturbations anthropiques et climatiques.
Les missions plus spécifiques du SO DYFAMED sont donc :
- L’étude des variations hydrologiques et biogéochimiques de l’échelle saisonnière à
décennale
- L’évaluation de la réponse de l’écosystème aux apports atmosphériques et aux forçages
climatiques/environnementaux à long terme
- L’étude des effets des forçages météorologiques
- L’estimation des échanges air mer de CO2
La série temporelle est basée sur réalisation de campagnes mensuelles d’échantillonnage des
paramètres biogéochimiques et hydrologiques à l’aide des navires de l’INSU (Téthys II). Le site
est par ailleurs équipé d’un mouillage permanent de pièges à particules.
Les apports anthropiques à Méditerranée hauturière se font essentiellement via l’atmosphère. C’est
pourquoi un suivi des apports atmosphériques est associé sur le site de prélèvement du sémaphore
du Cap Ferrat.
Depuis mars 99 la Météorologie Nationale a mis en place sur le site DYFAMED la bouée « Côte
d’Azur » qui fournit les paramètres standards de température et vent avec une fréquence horaire.
Le site
Le site d’observation DYFAMED est situé dans la zone centrale de la mer Ligure à environ 50 km
de Nice sur la radiale Nice Calvi (position : 43°25N 07°52E) par 2350m de profondeur. Il a donc
des caractéristiques hauturières. En mer Ligure la bande côtière est alimentée par le courant liguroprovençal qui isole complètement la zone du large (où est situé le site DYFAMED). Dans cette
zone centrale la production primaire dépend des apports profonds de sel nutritifs mais aussi, pour
une part encore mal déterminée, d'apports atmosphériques aussi bien pour l'azote, le phosphore (en
période estivale) que pour certains métaux traces (Marty et Chiavérini 2002 ; Marty et al., 2002).
Le suivi du dépôt atmosphérique est donc une condition indispensable à la compréhension des
processus de production en particulier pendant les périodes de stratification quand les sels nutritifs
sont épuisés en surface. Dans cette zone, les cycles biogéochimiques dans la colonne d'eau et la vie
benthique dépendent donc des flux verticaux passifs ou actifs (rôle du zooplancton), le transfert
vertical étant très rapide lors d'épisodes brefs mais intenses (floraison printanière de diatomées par
exemple).
Cette zone peut donc être considérée comme une zone de référence d'eaux oligotrophes à
mésotrophes sans influence marquée des eaux continentales et donc représentative de larges zones
de l'océan mondial. L'observation peut se limiter à la seule dimension verticale, d'où la possibilité
d'obtenir des informations à l'échelle globale à partir d'un seul site d'observation.
Etant donnée la diversité des opérations réalisées et la présence de mouillages instrumentés nous
avons effectué des démarches auprès de la préfecture maritime de Toulon pour définir une zone
« DYFAMED ». Depuis le 15 décembre 98, cette zone réservée aux travaux scientifiques et portée
comme telle sur les cartes marines a été avalisée par les autorités.
Le site DYFAMED présente donc des atouts essentiels pour la réalisation d’un suivi à long terme ;
parmi d’autres on peut citer :
- les processus peuvent être étudiés sur la seule dimension verticale (advection limitée, modèles
1D généralement suffisants pour rendre compte des évolutions du système couplé physique biologie)
- zone de référence des eaux du large méditerranéennes (pas d’apports latéraux)
- proximité des continents et des apports anthropiques ou naturels épisodiques par l’atmosphère
(suivis par la station atmosphérique), les conséquences pouvant être plus visibles qu’ailleurs
- représentatif des conditions existantes dans de larges zones de l’océan mondial (aspect modèle
pour les conditions d’oligotropie et mésotrophie) et généralisation possible des tendances
observées
- faible couverture nuageuse facilitant l’observation satellitaire
- accès facile à seulement trois heures de route de l’Observatoire Océanologique de Villefranche
Les mesures
Le Service d’observation DYFAMED regroupe 3 séries de mesures :
a- Les mesures mensuelles sur la colonne d'eau.
Au cours des sorties mensuelle sur les navires de l’INSU (Téthys II) les opérations suivantes sont
réalisées depuis 1991 :
Des profil CTD (sonde équipée des capteurs S, T, Pression, Fluorescence, Oxygène) dans la
couche 0 à 2000 m de façon à suivre l'évolution des caractéristiques des eaux de surface et des
eaux profondes. Cette opération s'accompagne de prélèvements d'eau par une rosette de 12
bouteilles pour la mesure des paramètres biogéochimiques.
Une ligne de mouillage dérivant pour la mesure de la production primaire (méthode au 14C, Let
Go) est déployée à chaque sortie (temps d’incubation de 4 heures autour du midi solaire)
Des traits verticaux de filets à plancton (WP2) pour mesure de biomasse (un réalisé de jour et
l’autre de nuit pour évaluer les migrations verticales).
b- Les mesures des flux verticaux particulaires
Le mouillage au site DYFAMED est équipé de deux pièges à particules placés à 200 m de
profondeur (c'est à dire immédiatement en dessous de la couche euphotique) et à 1000 m
(profondeur au-delà de laquelle les processus biologiques de transformation de matière sont très
réduits). Un courantomètre (Anderra) et un inclinomètre sont associés à chacun des pièges. Le
relevage est fait de deux à trois fois par an.
c- Les mesures atmosphériques.
La composante atmosphérique est très importante dans l’étude de l’environnement méditerranéen
et spécifiquement dans la zone centrale pour laquelle l’essentiel des apports se fait par
l’atmosphère. On collecte au Cap Ferrat la retombée totale (poussières atmosphériques + pluies)
avec un pas d'échantillonnage de 15 jours.
Tableau 1 : Service d’Observation DYFAMED : Paramètres mesurés et méthodes
Paramètre
Technique et Instrument
Mesures avec sonde CTD
Température
Salinité
Profondeur
Oxygène dissous
Fluorescence
Thermistor SeaBird SBE911 plus
Capteur conductivité SeaBird SBE911 plus
Capteur pression Digiquartz SeaBird 911 plus
Electrode Polarographique Oxygène SeaBird
Fluorimètre Chelsea
Mesures discrètes
Oxygène
Nitrates, Nitrites, Phosphates, Silicates
Carbone Particulaire
Azote Particulaire
Pigments Phytoplanctoniques
Bactéries*
Zooplankton
CO2 Total *
Alcalinité totale*
PCO2 *
Carbone Organique Dissous*
Azote Total dissous*
Mesures de production et flux
Production Primaire
Flux particulaires
Masse
Carbone total
Azote total
Titration Winkler
Autoanalyseur Alliance Inst.
Combustion Haute-température Leco
Combustion Haute-température Leco
HPLC détection Barrette de diodes
Cytométrie en flux
Traits de filets, poids secs
Dosage potentiométrique.
Dosage potentiométrique.
Bouée Carioca et analyses infra-rouge
Combustion haute température (HTCO)
Oxydation UV, Autoanalyseur
In situ Let GO, 14C
Pièges à particules mouillés (Technicap PPS 5)
Analyse Gravimérique
Combustion Haute-température Leco
Combustion Haute-température Leco
Mesures atmosphériques
Dépôt total (sec et humide): Al, Na, Zn
ICP AES
Météorologie (Météo-France)
Température air et eau de surface
Vent (Vitesse et direction), pression atm.
Bouée Cote d’Azur
* Paramètres dont la routine mensuelle n’est pas assurée
Nb : L’acquisition des grandeurs suivantes (pCO2, TCO2, Alcalinité) est réalisée dans le cadre
d’un projet PROOF (ACTION) et rejoindra le Service d’Observation en fin de projet (2005).
Certaines grandeurs ne peuvent pas être acquises en routine en raison du manque de personnel
dédié (COD, NOD, Cytométrie, Si Biogénique) mais sont acquises dans le cadre d’opérations du
programme PROOF.
Contrôle de qualité/ Validation
Le Service d’Observation DYFAMED a développé des procédures à tous les niveaux depuis le
travail à la mer jusqu’à la mise à disposition des données à la communauté océanographique pour
s’assurer d’obtenir des données de la plus haute qualité. Le premier niveau d’exigence est atteint
par l’utilisation de protocoles standards définis à l’échelle internationale par le programme
JGOFS.
* En mer. La qualité de l’échantillonnage est d’abord le résultat de l’utilisation d’équipements
d’échantillonnage modernes pour lesquels la maintenance est réalisée d’une manière régulière et
complètement maîtrisée. Ceci implique que le matériel d’échantillonnage (principalement CTD)
soit un matériel propre au Service d’Observation (le suivi correct de matériel collectif étant à
l’usage très difficile) mis en œuvre par du personnel qualifié. C’est ce que nous avons obtenu
(avec quelques difficultés). Le Service d’Observation DYFAMED encourage les étudiants et
jeunes chercheurs à participer aux sorties mensuelles, ce qui permet par ailleurs une confrontation
continue avec les problématiques de recherche. La mise en œuvre du matériel et la collecte de
l’ensemble des échantillons reste l’affaire des permanents du SO-DYFAMED, mais fournit
l’occasion de formations aux techniques en mer.
Nous avons un programme de maintenance régulier, et les capteurs sont calibrés chaque année.
Nous gardons l’historique de toutes les opérations de maintenance, changements de capteurs et
réparations.
* Au laboratoire. Là encore, le principe reste l’utilisation de techniques éprouvées. L’essentiel des
analyses est réalisé au Laboratoire d’Océanographie de Villefranche, et à l’Observatoire
Océanologique de Villefranche qui sont équipés des instruments performants. Certaines analyses
sont réalisées dans le cadre et par les personnels du SO. Mais un certain nombre d’analyses est
réalisé par les personnels des équipes de recherche. Il y a ici une étape qui n’est pas complètement
maîtrisée, car les équipes peuvent décider de mettre une priorité sur des analyses effectuées pour le
cadre d’autres objectifs jugés prioritaires par les responsables (par ex . dans le cadre de contrats).
* Evaluation et validation. Les données recueillies sont validées annuellement par rapport à
l’ensemble des données acquises depuis le début du fonctionnement du SO. Cette étape permet par
un examen minutieux et traitement graphique de repérer des données questionnables. Celles-ci
sont alors réexaminées dans le contexte de l’ensemble des données pour identifier des données non
confirmées qui seront alors signalées (flag).
C’est seulement après cette étape que les données sont diffusées sur le site WEB sans restrictions.
La base de données (responsable Marie-Paule Torre) est à l’adresse suivante : http://www.obsvlfr.fr/jgofs2/SODYF/home.htm
Néanmoins sur demande les données obtenues sont mises à disposition de la communauté dès leur
acquisition. Un site ftp vient d’être mis en place pour permettre cette diffusion via un mot de
passe. Ceci concerne en particulier les fichiers bruts des profils CTD pour leur utilisation en dans
le projet CORIOLIS.
Les données provenant de la bouée météo (Côte d’Azur) sont également archivées et fournies sur
demande de façon à pouvoir informer les utilisateurs des règles de la Météorologie Nationale.
Difficultés rencontrées, Questions de personnels
Le Service d’Observation DYFAMED n’a pas encore atteint son équilibre en terme de personnels.
Les personnels directement affectés au service d’Observation DYFAMED sont très peu
nombreux : un technicien pour le travail de terrain, un autre (à temps partiel) pour la base de
données et une participation de l’activité d’un troisième pour les analyses de nutritifs. La grande
part de l’activité analytique est assurée par des chercheurs et ITA qui sont par ailleurs sollicités
dans les programmes de recherche (et pour certains proches de la retraite). Certains paramètres
pourtant essentiels ne sont (ou seront) acquis que dans le cadre de certaines opérations retenues par
le programme PROOF.
Il est essentiel pourtant que l’ensemble des mesures qui exigent un haut niveau de technicité puisse
être assuré dans la durée. Le seul moyen de pérenniser ces observations tient au recrutement d’un
Ingénieur chimiste qui serait affecté au Service d’Observation. Il pourrait ainsi sous la
responsabilité des chercheurs prendre en charge les mesures définies dans le programme et en
particulier certaines mesures qui ne peuvent pas être assurées dans la durée faute de moyens
humains et donc n’ont pas pu être inscrites formellement dans le projet malgré leur importance
(par exemple le dosage du COD et des pCO2, TCO2, alcalinité).
Toutefois, d’autres besoins apparaissent pour assurer une réelle stabilité du service d’observation
sur le long terme : au niveau du terrain, où une deuxième personne (au moins à temps partiel pour
le moment) serait nécessaire pour assurer le suivi des prélèvements atmosphériques et compléter
l’effort à la mer. Ce problème deviendra crucial dans le cadre du développement des observations
en continu à l’aide de bouées instrumentées. Les astreintes particulières des personnels amenés à
des embarquements réguliers et fréquents sur les navires de l’INSU ne sont pas en effet
suffisamment prises en compte.
En termes Matériels
Les matériels de terrain (sonde CTD, Rosette) et les outils analytiques utilisés (analyseur de
nutritifs, compteur à scintillation, HPLC, ICP-AES) sont des moyens du Laboratoire (LOV). Ils
peuvent donc être utilisés au cours des autres campagnes du Laboratoire et de ce fait ne plus être
disponibles pour certaines périodes pour les activités répétitives du Service d’Observation. Comme
cela a été évoqué plus haut, la maîtrise du suivi et de la maintenance des outils à la mer et des
outils analytiques essentielle au maintien de la haute qualité des mesures nécessaire sur le long
terme, est de ce fait d’autant plus complexe. Le problème est pratiquement réglé pour la CTD.
Mais, une véritable pérennisation de l’observatoire DYFAMED passe par un accès prioritaire aux
équipements communs, voire à l’équipement graduel en matériels de terrain et équipements
analytiques directement affectés au Service Scientifique.
Par ailleurs, dans le cadre du développement des saisies en continu, un certain nombre de capteurs
sont en cours de développement et pourraient être rendus « autonomes » de façon à être inclus sur
la CTD (ou bien être placés sur une bouée instrumentée). Le Profileur Vidéo Marin (G. Gorsky), le
capteur de bioluminescence (P. Geistdoerfer) sont d’ores et déjà opérationnels. Mais là aussi, la
faiblesse des moyens humains mobilisables à bord reste le handicap principal.
Retombées scientifiques
La base de données du service d’observation DYFAMED regroupe maintenant plus de 10 ans
d’observations sur des paramètres hydrologiques et biogéochimiques de la colonne d’eau et des
données plus parcellaires sur le dépôt atmosphérique. Cette base, par sa diversité et le temps
d’acquisition (>10 ans) n’est comparable qu’aux deux séries temporelles américaines BATS et
HOT elles aussi mises en place dans le cadre de JGOFS (Karl et al, 2003). Le site DYFAMED a
donc acquis un statut de site de référence méditerranéen, en raison des connaissances accumulées.
De nombreuses études réalisées ou en cours dans le programme national PROOF ( Opérations
DYFAMED, PROSOPE, SEAWIFS, PROPECHE, ACTION, MELISSA, BARMED,..) mais aussi
dans le cadre de projets internationaux (projets NSF, projets européens) sont adossées au service
d’Observation ; Des développements instrumentaux ont vu leurs premières expérimentations mises
en place dans ce cadre (PVM, Carousel Hyperbare, phase initiale du YOYO, bouée Carbone,
capteurs optiques …) ; de nombreuses études de modélisations ont été soit développées soit
validées avec les données du SO DYFAMED (PP, Ecosystème, CO2, Flux , DMS, …). Les
données du Service d’Observation DYFAMED ont été le support (au moins partiel) de plus de 15
thèses.
Par ailleurs les séries temporelles du Service d’Observation DYFAMED ont déjà conduit à de
nombreuses publications. Faisant suite à une première synthèse parue en 1999 (DYFAMED : un
observatoire unique pour l’étude des processus océaniques, Océanis 25-2, 1999), un numéro de
Deep Sea Res. II, consacré à DYFAMED est paru en 2002 (Studies at the DYFAMED (frenchJGOFS) time-series station, N.W. Mediterranean Sea, Deep Sea Res. II, 49-11, 2002). Dans ce
numéro spécial sont regroupés des travaux sur les divers aspects des séries temporelles et des
travaux s’appuyant sur cette série temporelle. Ce travail a contribué à améliorer notre
compréhension de la réponse de l’océan à la variabilité climatique et son impact sur le cycle du
carbone et à la révision de notre connaissance du fonctionnement des océans.
Conclusions
Le site DYFAMED s’est imposé ces dernières années comme incontournable pour les études de
processus en Méditerranée Nord occidentale. Ceci est évidemment lié à la connaissance de base
acquise par le Service d’Observation DYFAMED et aux facilités logistiques qui y sont associées.
Un certain nombre de questions scientifiques ont été en effet formulées à partir des 10 premières
années d’observation qui ont replacé les connaissances acquises jusqu’alors au cours de
campagnes limitées dans le temps dans un contexte saisonnier. Les premières tendances
interannuelles (augmentation de température, changement des populations phytoplanctoniques,
bilans annuels d’échanges de CO2, ..) commencent à être décelées par les séries déjà acquises. La
mise en évidence des tendances décennales nécessitera cependant la poursuite des observations sur
plusieurs décades pour permettre de distinguer les variations naturelles de celles induites par
l’activité humaine
Le SO DYFAMED reste cependant un outil fragile car l’équilibre en personnels nécessaire à sa
pérennisation n’est à l’évidence pas encore atteint.
Bibliographie
KARL D.M., BATES N., EMERSON S., HARRISSON P.J., JEANDEL C., LIU K.K., MARTY
J.C., MICHAELS A.F., MIQUEL J.C., NEUER S., NOJIRI Y., WONG C.S., 2003. Temporal
studies of biogeochemical processes determined from ocean time-series observations during the
JGOFS era. In : Ocean Biogeochemistry: The role of the ocean carbon cycle in global change, ed:
M. J.R. Fasham, International Geosphere-Biosphere Programme Book Series, Springer-Verlag,
239-267.
MARTY, J.C., CHIAVÉRINI, J., PIZAY, M.D., AVRIL, B., 2002. Seasonal and interannual
dynamics of phytoplankton pigments in the Western Mediterranean sea at the DYFAMED timeseries station (1991-1999). Deep-Sea Res. II 49 (11), 1965-1985.
MARTY, J.C., CHIAVÉRINI, J., 2002 Seasonal and interannual variations in phytoplankton
production at DYFAMED time-series station, North-western Mediterranean sea. Deep-Sea Res. II
49 (11), 2017-2030.
Numéros spéciaux :
DYFAMED : un observatoire unique pour l’étude des processus océaniques, Océanis 25-2, 1999
Studies at the DYFAMED (french-JGOFS) time-series station, N.W. Mediterranean Sea, Deep Sea
Res. II, 49-11, 2002. n.b. Quelques exemplaires de ce volume spécial sont encore disponibles sur
demande ([email protected])