CORODIAZ

Biodiversité, COntrôle et ROle de la communauté des DIAZotrophes dans les systèmes marins du Sud Ouest Pacifique

> Action GOPS 2013.

Mots-clés : Azote, Carbone, Diazotrophe, Lagon, Océan, Phytoplancton, Productivité, Zooplancton

Porteur de projet: Isabelle Biegala, IRD UMR MIO

Budget: GOPS 12 000 euros, Co-financements: FISHBOX 2 400 000 euros, IMAGO 3 121 euros, MIO Ac Sud 2 000 euros, MIO OSU Pytheas 3 000 euros

Zone géographique : Nouvelle-Calédonie

Objectifs scientifiques :

Caractériser la biodiversité des diazotrophes et leurs activités métaboliques de fixation de carbone et d'azote du Sud Ouest Pacifique lors de suivis saisonniers au large de la station SPOT. Caractériser les éléments nutritifs et physicochimiques présents dans l'environnement susceptibles de contrôler le développement des diazotrophes en les corrélant aux évènements climatiques (saisons et el Nino et la Nina), anthropiques (rejets urbains ou miniers) et sismiques (volcanisme, glissement de terrain). Caractériser le rôle de ces diazotrophes dans le réseau trophique en mesurant les taux de fixation et les flux d'azote et de carbone transférés dans le phytoplancton et le zooplancton. Et enfin suivre les changements de communautés phytoplanctoniques et du bactérioplancton.

 

Océan Pacifique

Emplacement de la station SPOT( South Pacific Ocean Time Series, 20°S 168°E). SEC : Courant Equatorial Sud. © Google Earth © Ana Clavere-Graciette et Isabelle Biegala.

Programme de recherche : Six campagnes d'échantillonnage ont été faites à bord de l'Alis et 10 sont prévues dans un futur proche (2014-2017). Le programme SPOT est prévu pour plusieurs décades pour prendre en compte les variations liées aux oscillations d'ENSO et les changements globaux.

Travaux en cours : Diversité des diazotrophes, fixation d'azote et production primaire, diversité phytoplanctonique, calibration du signal satellite, diversité du zooplancton et transfert trophique, sels nutritifs, physique.

Premiers résultats (zooplancton) : La biomasse du zooplancton est 1.6 fois plus élevée durant l'intersaison (octobre 2012, en bleu) que pendant l'été (février 2013, en rouge). Les deux saison sont caractérisées par un pic du zooplancton pour 250 µm de vide de maille. Un second pic a été atteint en été pour la fraction de plus grande taille.

Les copépodes sont le groupe dominant du zooplancton. Les calanoides représentent 40 % du zooplancton pendant l'intersaison alors qu'en été ils sont réduits de moitié au bénéfice des copépodes harpacticoides et des appendiculaires qui doublent tous deux leurs peuplements. Les copépodes calanoides sont herbivores et se nourrissent principalement de zooplancton nanoeucaryote non-diazotrophe, à partir du maximum profond de chlorphylle a, alors que les appendiculaires se nourrissent de cellules picoplanctoniques et de détritus. Les harpacticoides planctoniques sont les seuls prédateurs connus de Trichodesmium sp. Bien que de nouvelles données puissent être acquises à chaque passage SPOT, nos résultats suggèrent que les efflorescences de Trichodesmium en surface soutiennent une production secondaire non négligeable en favorisant les modifications de composition d'espèce et en induisant le développement d'organismes plus grands.

 

Zooplancton
Biomasse de zooplancton pendant l'intersaison (octobre 2012, en bleu) et durant l'été (février 2013, en rouge). © Isabelle Biegala.


Intérêt et bénéfices : L'observatoire SPOT se situe à une position intermédiaire clef, entre la grande gyre oligotrophique du Pacifique Sud, zone importante à l'échelle de l'océan mondiale, et la Mer de Corail, qui baigne de nombreux territoires du Pacifique Sud-Ouest. La partie hauturière du projet CORODIAZ fournira une série temporelle longue d'observations in-situ qui permettra une meilleure compréhension de la productivité des eaux et des effets du changement climatique.

Résultats:

En 2014, nous avons réalisé 3 campagnes océanographiques sur les 4 initialement prévues du fait de la logistique des campagnes programmées sur L'Alis.
La biodiversité des cyanobactéries diazotrophes :
Le programme FISHBOX nous a permis de développer toutes les sondes moléculaires visant les différents sous-groupes des cyanobactéries unicellulaires et diazotrophes. La distribution des cyanobactéries diazotrophes le long de la colonne d'eau a été acquise jusqu'à SPOTS6 et est en cours d'acquisition pour SPOTS7. La campagne  SPOTS7 nécessitant plus de profondeur que les campagnes SPOT classiques.

Les éléments nutritifs susceptibles de contrôler le développement des diazotrophes dans la couche euphotique semblent être directement reliés à la pluviométrie qui arracherait des roches les éléments nutritifs essentiels au développement des Trichodesmium comme l'ont très bien montré nos collègues japonais Shiozaki et al. 2014. La présence des cyanobactéries profondes peut éventuellement s'expliquer par leur sédimentation, quoiqu'une activité métabolique de fixation d'azote et de carbone a été mesurée à ces profondeurs. Par ailleurs, nos marquages à l'aide de sondes moléculaires montraient que ces cyanobactéries étaient bien vivantes au moment de l'échantillonnage.

Rôle des cyanobactéries diazotrophes dans le fonctionnement de l'écosystème planctonique à SPOT : sont inférieurs à 4 nous pouvons affirmer que l'azote assimilé par ces organismes provient bien des efflorescences de Trichodesmium détecté par satellite, signature pigmentaire et microscopie à épifluorescence à ces périodes, comme démontré lors de la campagne KM0703 couvrant la mer de Corail jusqu'aux Tonga par Clavere-Graciette James et al. (submitted).

Nous montrons donc que les cyanobactéries diazotrophes telles que Trichodesmium jouent un rôle prépondérant dans la productivité planctonique aussi bien en hiver qu'en été et que celle-ci est influencée par la pluviométrie.
Le rôle des cyanobactéries diazotrophes unicellulaires est moins évident et contrairement à ce qui avait été avancé par nos travaux précédents, ils contribuent à SPOT beaucoup moins à la productivité de l'écosystème planctonique.

Perpectives:

Nous souhaiterions à l'avenir développer plusieurs aspects :
1) Caractériser le flux de matière sédimentant au fond du bassin fidjien à l'aide du développement de pièges à sédiments.
2) Déterminer l'impact du volcanisme sous-marin sur la présence d'UCYN en profondeur
3) Mettre en place un site web d'accès aux données tel que celui du réseau SOMLIT
4) Mettre en place avec l'aide du LEGOS un mouillage à la station SPOT
5) Caractériser les différents groupes fonctionnels microbiens impliqués dans les différentes voies métaboliques des cycles du carbone et de l'azote.
6) Etablir l'impact de la productivité planctonique se développant à SPOT sur la productivité des récifs coralliens notamment celui d'Ouvéa qui est directement sous l'influence du SEC en développant une collaboration avec l'UMR Coréus et les habitants des îles Loyauté en les impliquant dans notre projet.
7) Etablir un réseau de relations entre les stations d'observations hauturières dans le Pacifique : THOT développée par l'UMR E.I.O, ainsi que les stations du Japon, du Pérou, des îles Hawaïennes (HOT), et celle située au large de la Californie.

Contacts et partenaires :
- Institut de Recherche pour le Développement (IRD), UMR MIO, Isabelle Biegala - isabelle.biegala@ird.fr, Cécile Dupouy, Pascal Douillet, Patrick Raimbault, Marc Pagano, Brian Hunt, Anne clavère-Graciette, Axel Bonnefous, Marine Périot, Marie Roumagnac
- IRD, US IMAGO David Varillon, Anne Desnues, UMR EIO Martine Rodier, UMR LEGOS Sophie Cravate,
- CSIC, Espagne
- GIT, USA
- Univ. Paris VI CSIC
- Univ. Liège, Belgique
- JAXA, Japon
- UCSD-SCIPPS,USA
- HZG, Allemagne

Publications:

Séminaire RESOMARSDYMAPHY décembre 2013
Poster ASLO Hawaï fév. 2014 – e-poster : Biegala et al. 2014 : The South Pacific Ocean Time Series (SPOT) Station: a first focus on diazotrophs community.
E-poster : http://www.eposters.net/poster/theSsouth
The online journal of Scientific Posters
Séminaire M.I.O avril 2014
Article pages web du GOPS 2014
Projet article scientifique SPOTS1 à 6 fin 2015
Sciences au Sud SIRD 201
Article de vulgarisation sur le site web de la NASA : Dupouy et al. 2015 "Sea Sawdust" in the Southwest Pacific
Ocean. January 16, 2015
Workshop M.I.O CEREGE Utilisation des isotopes dans le cycle du carbone mai 2015. Article page web M.I.O CEREGE
Rapports de Licence
La station SPOT sera référencée par Mike Lomas de Bigelow à l'IGMETS (International Group for Marine Ecological Time Series) : http://igmets.net