Doctorat de Raphaël Savelli (2016-2019)

Collaboration LIENSs/IFREMER-Littoral-LERPC/IFREMER-DYNECO-LEBCO

 « Dynamique spatio-temporelle du microphytobenthos dans les Pertuis Charentais: une approche couplée modélisation numérique/données satellites »

Contexte de l’Etude et Principaux Objectifs

Dans les zones estuariennes, la contribution du biofilm de micro-algues, ou microphytobenthos (MPB), qui tapisse la surface des vasières intertidales peut excéder 50 % de la production totale de biomasse (Underwood and Kromkamp, 1999). Par exemple, durant la marée basse diurne, les diatomées dites épipéliques, qui colonisent les sédiments fins de type vase, forment un important biofilm à la surface des vasières (Méléder et al., 2005). À la base des réseaux trophiques, l’activité de ce biofilm est un paramètre clé dans l’étude du fonctionnement de l’écosystème côtier et de l’export de matière biogène vers l’océan du large.

Dans ce contexte, et en sa qualité de premier site Français de production conchylicole, la mer des Pertuis Charentais (PC) est un site d’étude central du littoral Atlantique Européen. C’est une zone intertidale et estuarienne à l’interface entre le continent et l’océan ouvert, semi-fermée, de faible profondeur (< 50 m) et sous forte influence fluviale. La turbidité élevée, liée notamment aux apports de vase, limite fortement la production phytoplanctonique dans la colonne d'eau malgré les apports fluviaux en nutriments. De fait, le MPB des vasières intertidales des PC est la source principale de production primaire (PP) (372 gC m-2 an-1 versus 185 gC m-2 an-1 pour le phytoplancton ; Struski and Bacher, 2006). Le biofilm alimente ainsi directement le réseau trophique pélagique, car l’essentiel de la biomasse produite pendant l'émersion est exportée dans la colonne d'eau au cours de l’immersion suivante, indépendamment de la dynamique sédimentaire (Guarini et al., 2008). Ce sont donc les vasières qui supportent l’essentiel de la production biologique des PC. Le MPB est un maillon trophique majeur dont dépendent mollusques d’élevage, poissons exploités, et oiseaux migrateurs.

Dans les Pertuis Charentais, les variations spatiales du biofilm ont été documentées par télédétection, mais les variations temporelles et le lien avec les forçages physiques (tempêtes, marées, variations de température) sont peu étudiés. Les principaux objectifs de cette thèse visent donc (i) à quantifier à haute résolution horizontale (100-300 m) l’activité et le devenir du biofilm microphytobenthique via une approche couplée modélisation numérique/données satellites (ii) à mieux comprendre les mécanismes qui contrôlent le cycle saisonnier du microphytobenthos afin (iii) de prédire la dynamique spatiale et temporelle en réponse aux forçages environnementaux.

 

Site d’étude et approches méthodologiques

Sites d’étude : vasières intertidales de la baie de l’Aiguillon, d’Yves et de Brouage ; domaine géographique du modèle MARS-3D à 100 m et modèle 1D de production microphytobentique formulés dans le cadre de la thèse de R. Savelli.

Indice de NDVI télédétecté (normalized difference vegetation index, NDVI) et biomasse du biofilm MPB simulé par le modèle 1D de production microphytobenthique au point VASIREMI dans la vasière de Brouage en 2008.

L'approche méthodologique associe l'analyse de données satellites (biomasse et production microphytobenthique) à la modélisation par le biais du couplage d'un modèle 1D de production microphytobenthique au modèle régional de circulation océanique MARS-3D (configuration Pertuis Charentais) (voir figures ci-dessus). Ce travail est réalisé en collaboration étroite avec l'Ifremer pour le volet modélisation MARS-3D, et le laboratoire Mer Molécules Santé EA 2160 de l'Université de Nantes pour le traitement des données satellites.

Ce projet permettra de mettre au point un outil multi-approche (modélisation numérique/télédétection spatiale) afin de quantifier l’activité et le devenir du biofilm de MPB des vasières en alliant l’analyse de données à haute résolution horizontale issues de la télédétection spatiale (250 m) à des simulations numériques produites par un modèle régional couplé physique/biologie (100 m).

Spécifiquement, il est proposé de :

  • Produire des cartes de biomasse de chlorophylle a (Chl-a) et de PP du MPB à partir de données d’indice de végétation par différence normalisé (NDVI) obtenues par télédétection spatiale haute résolution.
  • Comprendre les processus impliqués dans le cycle saisonnier de Chl-a et de PP du MPB observé par télédétection à l’aide du modèle numérique.
  • Identifier les zones géographiques et/ou les saisons où l’incertitude liée à la divergence des approches de modélisation et de télédétection est la plus importante.
  • Estimer le flux de biomasse de MPB remise en suspension dans la colonne d’eau et exporté au-delà des vasières.

Liens et informations utiles

Une convention de collaboration scientifique liée à une étude doctorale signée (le 1er octobre 2016) entre le CNRS, l’Université de La Rochelle et l’Ifremer cadre ce travail de thèse effectué sous la responsabilité des représentants scientifiques suivants :

  • Pour le Laboratoire LIENSs : Madame Christine DUPUY, co-directrice de thèse et Monsieur Vincent LE FOUEST, co-directeur de thèse retenu par l'Ecole Doctorale Gay-Lussac de l'Université de la Rochelle,
  • Pour I'IFREMER : Messieurs Philippe CUGIER, Olivier LE MOINE et Pierre POLSENAERE, co-encadrants scientifiques et techniques du doctorant à I'IFREMER et retenus pour leurs compétences et expertises dans le domaine.

Valorisation

  • R. Savelli, C. Dupuy, L. Barillé, A. Lerouxel, K. Guizien, A. Philippe, P. Bocher, P. Polsenaere, V. Le Fouest. On biotic and abiotic drivers of the microphytobenthos seasonal cycle in a temperate intertidal mudflat: a modelling study, Biogeosciences, 15, 7243-7271, https://doi.org/10.5194/bg-15-7243-2018, 2018.
  • R. Savelli, X. Bertin, F. Orvain, P. Gernez, A. Dalle, T. Coulombier, P. Pineau, N. Lachaussée, P. Polsenaere, C. Dupuy, V. Le Fouest (2019). Impact of chronic and massive resuspension mechanisms on the microphytobenthos dynamics in a temperate intertidal mudflat, Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 124. 
 https://doi.org/10.1029/2019JG005369
  • V. Meleder, R. Savelli, A. Barnett, P. Polsenaere, P. Gernez, P. Cugier, A. Lerouxel, A. Le Bris, C. Dupuy, V. Le Fouest, J. Lavaud. Mapping the intertidal microphytobenthos Gross Primary Production. Part I: coupling multispectral remote sensing and physical modelling. Submitted to Frontiers in Marine Science, section Marine Ecosystem Ecology, december 2019, accepté juin 2020.
  • R. Savelli, V. Meleder, P. Cugier, P. Polsenaere, C. Dupuy, J. Lavaud, A. Barnett, V. Le Fouest
  • Mapping the intertidal microphytobenthos Gross Primary Production. Part II: Merging remote sensing and physical-biological coupled modelling. Sumitted to Frontiers in Marine Science, section Marine Ecosystem Ecology, December 2019, accepté juin 2020.
  • R. Savelli, P. Cugier, P. Polsenaere, V. Méléder, J. Lavaud, A. Barnett, C. Dupuy, V. Le Fouest  (2019). Physical-biological coupled modelling for mapping microphytobenthos primary production on a temperate intertidal mudflat. Aslo meeting, 23 February – 02 March 2019, Puerto Rico, US. (Poster)                                                                                       
  • R. Savelli, X. Bertin, F. Orvain, P. Gernez, T. Coulombier, P. Pineau, N. Lachaussée, P. Polsenaere, C. Dupuy, V. Le Fouest (2019) From chronic to catastrophic resuspension mechanisms of microphytobenthos on a temperate intertidal mudflat: a modelling study. Aslo meeting, 23 February – 02 March 2019, Puerto Rico, US. (Oral com.)                                                                                          
  • R. Savelli, C. Dupuy, L. Barillé, A. Lerouxel, F. Orvain, K. Guizien, P. Bocher, A. Philippe, P. Cugier, P. Polsenaere, O. Le Moine, V. Le Fouest. Modélisation de la dynamique spatiale et temporelle du microphytobenthos sur les vasières intertidales des Pertuis Charentais. Journées des doctorants de l'Ifremer, Nantes, 17 octobre 2017 Oral com.
  • R. Savelli, C. Dupuy, L. Barillé, A. Lerouxel, F. Orvain, K. Guizien, P. Bocher, A. Philippe, P. Cugier, P. Polsenaere, O. Le Moine, V. Le Fouest. Drivers of microphytobenthos (MPB) seasonal cycle on a temperate intertidal mudflat. AMEMR (Advances in Marine Ecosystem Modelling Research), Plymouth, 3-6 juillet 2017. Oral com.
  • R. Savelli, C. Dupuy, L. Barillé, A. Lerouxel, F. Orvain, K. Guizien, P. Bocher, A. Philippe, P. Cugier, P. Polsenaere, O. Le Moine, V. Le Fouest. Cycle saisonnier du microphytobenthos (MPB) sur une vasière intertidale de région tempérée. Journées scientifiques de l’Univ. de Nantes, Nantes, 2 juin 2017. Oral com.
  • R. Savelli, C. Dupuy, P. Polsenaere, O. Le Moine, L. Barillé, V. Méléder, P. Gernez , A. Lerouxel, I. Brenon, P. Cugier, F. Orvain , K. Guizien , P. Bocher , A. Philippe , V. Le Fouest. Dynamique spatio-temporelle du microphytobenthos des vasières intertidales : une approche couplée modélisation/images satellitales.  Journée thématique du PNTS, CNES, Paris, 16 mars 2017. Poster