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Thèse CNES-region PACA (2010-2013) Laboratoire dOcéanographie de Villefranche (UMR7093) Observatoire Océanologique de Villefranche (OOV) Etude de la variabilité.

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1 thèse CNES-region PACA ( ) Laboratoire dOcéanographie de Villefranche (UMR7093) Observatoire Océanologique de Villefranche (OOV) Etude de la variabilité diurne des propriétés optiques dans locéan et de ses conséquences sur la détermination des grandeurs biogéochimiques à partir des observations de la couleur de locéan Malika KHEIREDDINE Directeur de thèse: David ANTOINE Réunion CNES, le 20 décembre 2012

2 1.La variabilité diurne des propriétés optiques est associée au cycle jour-nuit de la lumière et aux processus planctoniques associés. Ce phénomène a été observé in situ et peut être reproduit en laboratoire. (Siegel et al., 1988, Claustre et al., 1999; 2002, Gernez et al., 2011). 2.Les mesures en laboratoire ont montré que les variations diurnes du coefficient datténuation des particules (c p ) sont principalement causées par des changements dindice de réfraction et de distribution de taille des particules. (Stramski and Reynolds, 1993) Cependant, les études en laboratoire ne sont pas représentatives de lenvironnement naturel. 3.Quelques connaissances sur la variabilité diurne de c p ont été obtenues à partir de mesures de terrains (campagnes océanographiques). Cependant, les campagnes sont souvent limités à quelques jours, ce qui empêchent une généralisation des résultats. En conséquence, lorigine de la variabilité diurne est encore mal connue. 4.La variabilité diurne du coefficient de rétrodiffusion des particules (b bp ) est encore moins documentée que celle de c p. (Loisel et al., 2011) « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2

3 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 1.Le coefficient de rétrodiffusion (b bp ) peut être estimé depuis les observations couleur de leau. Données satellite Reflectance (R) Données satellite Reflectance (R) Paramètres biogéochimiques (COP, MES,…) b bp Inversion (R ~ b b /a) (Gordon, 1989; Morel et Gentili, 2004). Algorithmes (Loisel et al., 2002; 2006; Stramski et al., 1999). 2.Les processus biogéochimiques peuvent être étudiés depuis les observations de la couleur de leau. La plupart de ces processus, tels que lactivité photosynthétique et la division cellulaire sont associés au cycle jour-nuit de la lumière. Cependant, seuls les futures satellites géostationnaires seront adaptés pour étudier ces processus depuis lespace.

4 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 Observations de la couleur de leau à partir de lorbite géostationnaire: future mission OCAPI Ocean color advanced Permanent Imager 1.Quand les conditions déclairement et de géométrie le permettent: accéder à la variabilité haute fréquence (échelle horaire) des phénomènes à évolution rapide. 2.Quand ces conditions ne sont pas réunis: obtenir au moins une observation exploitable par jour et accroître la densité dobservations et les possibilités de suivi temporel 3.Etudes potentielles: Variabilité diurne des propriétés optiques et relations avec la physique et la biogéochimie Couplage physique-biologie à (sub) méso échelle Transport des sédiments et aérosols Dynamique des environnements et écosystèmes côtiers … Etudes scientifiques sur les cycles diurnes des propriétés optiques (IOPs et AOPs) sont nécessaires.

5 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 Axe 1 1.Analyser et caractériser les cycles diurnes de c p et b bp associées à différentes conditions environnementales. 2.Comparer les cycles diurnes de c p et b bp. 3.Interpréter lorigine de cette variabilité. Axe 2 (en cours) 1.Etudier la propagation de la variabilité diurne des IOPs (c p & b bp ) vers les AOPs (Kd & R). 2.Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires.

6 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 Axe 1 1.Analyser et caractériser les cycles diurnes de c p et b bp associées à différentes conditions environnementales. 2.Comparer les cycles diurnes de c p et b bp. 3.Interpréter lorigine de cette variabilité. Axe 2 (en cours) 1.Etudier la propagation de la variabilité diurne des IOPs (c p & b bp ) vers les AOPs (Kd & R). 2.Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires.

7 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 Principaux résultats de laxe 1 Les cycles diurnes de c p et b bp sont caractérisés par une augmentation le jour et une diminution la nuit. Augmentation diurne Croissance (taille) Fixation du carbone (n) Augmentation diurne Croissance (taille) Fixation du carbone (n) Diminution au cours de la nuit Respiration et perte de matériels cellulaires (n, taille) Division cellulaire (PSD, Nombre) Broutage ( Nombre) Diminution au cours de la nuit Respiration et perte de matériels cellulaires (n, taille) Division cellulaire (PSD, Nombre) Broutage ( Nombre) Siegel et al., 1989; Cullen et al., 1992 ; Walsh et al., 1995; Stramski and Reynolds, 1993; Durand and Olson, 1998; Claustre et al., 2002; Durand et al., 2002; …

8 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 Principaux résultats de laxe 1 Des cycles diurnes de c p et b bp sont observés quelque soit la saison.

9 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 Principaux résultats de laxe 1 Des cycles diurnes de c p et b bp sont observés quelque soit la saison. Les caractéristiques et la forme des cycles diurnes de c p varient en fonction de la saison contrairement à b bp.

10 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 Axe 1 1.Analyser et caractériser les cycles diurnes de c p et b bp associées à différentes conditions environnementales. 2.Comparer les cycles diurnes de c p et b bp. 3.Interpréter lorigine de cette variabilité. Axe 2 (en cours) 1.Etudier la propagation de la variabilité diurne des IOPs (c p & b bp ) vers les AOPs (Kd & R). 2.Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires.

11 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 1. Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE. Caractérisé par une augmentation du lever du jour jusquà peu avant le coucher du soleil suivie dune diminution. Caractérisé par une diminution au cours de la journée.

12 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 1.Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE. 2.Etudier lorigine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e limpact de a et b b sur R et Kd (R ~ b b /a et Kd ~ a) à partir des données in situ. b b variable et a cste b b cst et a variable b b et a variable

13 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 1.Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE. 2.Etudier lorigine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e limpact de a et b b sur R et Kd (R ~ b b /a et Kd ~ a) à partir des données in situ. 3.Etudier lorigine de la variabilité observée au niveau des AOPs à partir de Hydrolight et comparer les AOPs issus du modèle avec les AOPs in situ. IOPs AOPs Hydrolight AOPs in situ Comparaison

14 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 1.Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE. 2.Etudier lorigine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e limpact de a et b b sur R et Kd (R ~ b b /a et Kd ~ a) à partir des données in situ. 3.Etudier lorigine de la variabilité observée au niveau des AOPs à partir de Hydrolight et de comparer les AOPs issus du modèle avec les AOPs in situ. 4.Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires (méthode dinversion). AOPs IOPs Inversion IOPs in situ Comparaison

15 « Background » Motivations Objectifs Stratégie axe 2 1.Caractériser les changements journaliers observés pour R et Kd à partir des données BOUSSOLE. 2.Etudier lorigine de la variabilité observée au niveau des AOPs, i.e limpact de a et b b sur R et Kd (R ~ b b /a et Kd ~ a) à partir des données in situ. 3.Etudier lorigine de la variabilité observée au niveau des AOPs à partir de Hydrolight et de comparer les AOPs issus du modèle avec les AOPs in situ. 4.Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires (méthode dinversion). 5. Etudier la faisabilité de quantifier cette variabilité diurne à partir des observations géostationnaires en prenant en compte lincertitude ajoutée par les problèmes dinversions et de corrections atmosphériques.

16 Merci de votre attention! Réunion CNES, le 20 décembre 2012


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