1 CARIOCA/BIOCAREX J. Boutin (LOCEAN), L. Merlivat (LOCEAN), L. Beaumont (DT INSU), V. Vellucci (LOV)

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1 1 CARIOCA/BIOCAREX J. Boutin (LOCEAN), L. Merlivat (LOCEAN), L. Beaumont (DT INSU), V. Vellucci (LOV)

2 2 TASK 3: DIEL CHANGES IN OPTICAL PROPERTIES AND THE PARAMETERS OF THE CARBONATE SYSTEM Task Ref: 3 Title: Diel changes in optical properties and the parameters of the carbonate system Major Constituent: research and field operations (installation of Carioca sensors on the buoy) Start: T0 End: T0 + 48 months Task Responsible: Jacqueline Boutin People involved: Jacqueline Boutin, PhD student (2011‐2014 2 months internship Spring 2015; M. Hemming 2016), Liliane Merlivat, technical staff from the “DT INSU”, David Antoine, BOUSSOLE technical staff (see 5.3) GENERAL OBJECTIVE Measure the CO2 partial pressure at 2m and 9m depth. Done Determine the processes governing the observed variability by analysing simultaneous measurements of dissolved oxygen and physical parameters (temperature and salinity) performed at two separate depths (2m and 9m) In progress and of optical properties related to biological activity. To be done Original proposal and status of the project

3 3 TASK 3: DIEL CHANGES IN OPTICAL PROPERTIES AND THE PARAMETERS OF THE CARBONATE SYSTEM TASKS TO BE PERFORMED 1 Adaptation of the CARIOCA system successfully tested on merchant ship, able to support a pressure of 4 bars, with an effort to miniaturize the system; development of acquisition system. Tests and deployment of 2 prototypes at 2m and 9m depth (Months 1‐9). Done Months 1-14 2 Building and deployment of 2 spares (months 9‐15) Done 3 Analysis of physical and biological processes driving vertical and temporal variability of pCO2; links with optical properties (Months 9‐48 ) In progress 4 Calibration of the CARIOCA sensors (every 6 months) Done TASK OUTPUTS 1 pCO2, O2,SST and S data at 2m and 9m depth for 30 months delivered to the BOUSSOLE data base (months 24‐48) pCO2 : 15 months at 3m - 10 months at 10m; O2, CTD still at sea; 2 Joint paper with LOV on CO2 variability at BOUSSOLE site related to physical and biological processes (month 42) Delayed Original proposal and status of the project (Continued)

4 Bilan des déploiements pCO2, TSG et optodes

5 Déploiements capteurs pCO2 CAPTEURDatesProfondeurRemarques BIO 1 16/07/12 au 13/08/12 -2mPb de lumière et fouling BIO 1 14/02/13 au 15/07/13 -2m Amax diminue de moitié : fuite colorant ou colorant dégradé par la lumière ? Ajout pompe eau externe 14/04/13 : téléchargement des données (capteur sorti de l’eau) 13/06/13 : relève du capteur et récup données. 14/06/13 : remise à l’eau du capteur BIO 2 15/07/13 au 14/03/14 -3m Pompe eau interne. Pas de joints sur embouts colorant Téléchargement données le 14/11/13 Pas possible de télécharger les données le 23/01/14 (piles vides ?) BIO 3 15/10/13 au 12/04/14 -10m Pompe eau interne. Joints sur embouts colorant. Protection complète poche colorant contre la lumière Téléchargement données le 14/11/13, le 23/01/14 BIO 4 14/03/14 au 20/10/14 -3 m Pompe eau interne. Protection poche colorant. Anode Téléchargement des données le 13/04/14 Récupération du capteur le 11/12/14. BIO 1 12/04/14 au 17/07/14 25/07/14 au 6/12/14 -10 m Pompe eau interne. Version prog V4M0 17/07/14 : récup du capteur car pas de données sur la SD card Test du capteur au labo Vlfr pendant WE du 19/07 : fonctionnement OK Remise à l’eau du capteur sans câble de 18m le 25/07/14 Récupération du capteur le 11/12/14 (fonctionnement => 6/12/14) BIO 3 17/07/14 au 25/07/14 -10 mMise à l’eau du capteur à la place de Bio 1 BIO 2 ou 311/12/14 au-3 m BIO 3 ou 223/01/14 au-10 m CAPTEURDatesProfondeurRemarques BIO 116/07/12 au 13/08/12-2mPb de lumière et fouling BIO 114/02/13 au 15/07/13-2m Amax diminue de moitié : fuite colorant ou colorant dégradé par la lumière ? Ajout pompe eau externe 14/04/13 : téléchargement des données (capteur sorti de l’eau) 13/06/13 : relève du capteur et récup données. 14/06/13 : remise à l’eau du capteur BIO 215/07/13 au 14/03/14-3m Pompe eau interne. Pas de joints sur embouts colorant Téléchargement données le 14/11/13 Pas possible de télécharger les données le 23/01/14 (piles vides ?) BIO 315/10/13 au 12/04/14-10m Pompe eau interne. Joints sur embouts colorant. Protection complète poche colorant contre la lumière Téléchargement données le 14/11/13, le 23/01/14 BIO 414/03/14 au 20/10/14-3 m Pompe eau interne. Protection poche colorant. Anode Téléchargement des données le 13/04/14 Récupération du capteur le 11/12/14. BIO 1 12/04/14 au 17/07/14 25/07/14 au 6/12/14 -10 m Pompe eau interne. Version prog V4M0 17/07/14 : récup du capteur car pas de données sur la SD card Test du capteur au labo Vlfr pendant WE du 19/07 : fonctionnement OK Remise à l’eau du capteur sans câble de 18m le 25/07/14 Récupération du capteur le 11/12/14 (fonctionnement => 6/12/14) BIO 317/07/14 au 25/07/14-10 mMise à l’eau du capteur à la place de Bio 1 BIO 2 ou 311/12/14 au-3 m BIO 3 ou 223/01/14 au-10 m Problèmes au début du projet: mauvaise protecton poche de colorant; manque pompage eau; incertitude étalonnage => prélèvements DIC, TA Point faible: récupération des données avec le cable

6 Déploiements TSG et optodes CapteurDatesProfondeurRemarques TSG 1 (9048)16/07/12 au 13/08/12-2 mDiscontinuité dans les données de salinité TSG 1 (9048)20/12/12 au- 2 m Récup données le 13/06/13 (données OK) – nettoyage le 14/03/14- Téléchargement données le 12/04/14 TSG 2 (10282)15/07/13 au-10 mNettoyage le 14/03/14 – Téléchargement données le 12/04/14 CapteurDatesProfondeurRemarques SN 588 (SDOT 30005)16/07/12 au 13/08/12- 2 mDonnées OK SN 588 (SDOT 30005)20/12/12 au 13/06/13- 2 m Plantage dans la récupération des données (données perdues). Envoyé en réparation chez NKE le 4/02/14 (pile changée et nouvelle version logicielle chargée) SN (SDOT 31003)15/07/13 au 12/04/14-3 m Nettoyage le 14/03/14 - téléchargement des données le 12/04/14 Changement pile le 3/06/14 Renvoyé à Enzo le 3/07/14 SN (SDOT 31004)15/07/13 au 12/04/14-10 m Nettoyage le 14/03/14 - téléchargement des données le 12/04/14 Changement pile le 11/06/14 Renvoyé à Enzo le 3/07/14 SDOT 3000512/04/14 au-3 mNettoyage le 11/12/14 SDOT 3100512/04/14 au-10 mNettoyage le 11/12/14 A partir de Janvier 2015: étalonnage optodes au MIO (D. Lefèvre)

7 -Presque 2 ans de mesures à 3m et/ou 10m -=> documentation des variations saisonnières, interannuelle (2013-2014) et stratification verticale 3m 10m 3m 10m

8 -Valeurs de fCO2 très elevées en été 2013 (températures élevées) -Très grande différence 3m-10m, juillet-aout 2014,voisine de 50  atm, fCO 2 3m>fCO 2 10m 3m 10m 3m 10m

9  : prélèvements Boussole à 5m et 10m utilisés pour caler moyenne et pente de l’étalonnage BIO4,2014, 3m : 5 rendez vous  pas de dérive de l’étalonnage ‘in situ’ en 5 mois(  =4.4  atm) BIO1,2014,10m: 2 rendez vous BIO3, 2013-2014: 1 rendez vous  confirme étalonnage retour 10m 3m 10m NB : différence significative entre 3m et 10m cohérente entre capteurs et prélèvements =>Importance des prélèvements DIC et TA à Boussole à 5m (3m dans le futur?) et 10m

10 -Températures plus élevées en été 2013/été 2014. -Des mesures ont été faites simultanément à 3m et 10m: du 15 octobre 2013 au 1 er janvier 2014 : du 25 juillet 2014 au 20 octobre 2014 une très importante stratification voisine de 5° en juillet-aout 2014- un écart similaire a été vu par les 2 CTD en juillet –aout 2013

11 Zoom sur Période de stratification 15 aout-24 septembre 2014: -15/08-28/08: -variabilité haute fréquence de la température à 10m -fCO2 à 13°C @10m > fCO2 à 13°C @3m -vitesse du vent variable et pas nécessairement faible  Origine des variations? (courant? Mouvements verticaux de la bouée? Ondes internes?...) -28/08-14/09: Stratification en T et fCO2@13°C mais T@10m moins variable – vent <~5m/s -> 14/09: mélange (vents plus forts) Mise en évidence de forte stratification en été => à analyser en détail

12 fCO2 @13°C 3m 10m 3m Biologie-NCP

13 abab c Données acquises au cours de la période 1 mars-10 mai 2013 -figure a: T,S, CTD à 2m sur le mouillage Boussole -figure b: DIC, valeurs calculées à partir des mesures pCO 2 du capteur Biocarex, BIO1. Chlorophylle: valeurs relatives sur site Boussole (Enzo) -figure c: Vitesse de vent : bouée Météo -autres données (Enzo): CTD mensuelles effectuées au site Boussole  MLD critère: d Densité par rapport à z=10m:+0,03 kg m-3  14 février: MLD >200 m 12 mars : MLD≈20m 11 avril : MLD=25 m 15 mai : MLD≤20m Figure 2 Etude des épisodes ‘biologiques’ 2013=> estimation de la production communautaire nette

14 DateNCP mmol m- 2 d -1 21-24 mars43 2-4 avril82 9-12 avril113 13-19 avril107 21-30 avril20 NCP déduit des fCO2 à 3m 5 estimations de la production communautaire nette (NCP) intégrée sur la couche de mélange, h, ont été calculées. En l’absence de mélange, controlé par la salinité, on a: (1) -on néglige le flux de CO 2 échangé avec l’atmosphère, F, pCO 2 océan étant très voisin de pCO 2 atm. -les valeurs des gradients sont indiqués sur la figure b.Onchoisit h=25m (CTD du 11 avril).  5 périodes :  associées à des pics de chlorophylle.  faible réchauffement notable pour les trois premiers cas avant démarrage du réchauffement saisonnier (t>13 avril).  un point intéressant: comparer avec les mesures des paramêtres biooptiques simultanées. A faire.

15 2013 2014 2013–3m 2013–10m Variabilité interannuelle du début du bloom

16 Conclusion Mesures pCO2 fréquence horaire à 3m et/ou 10m pendant presque 2 ans Beaucoup d’efforts pour qualifier les données=>précision/pCO2 déduit des prélèvements DIC,TA : 4.4  atm (après recalage sur étalonnage moyen déduit de pCO2(DIC,TA); très bon car incertitude sur pCO2(DIC,TA) ~5  atm) Estimations de NCP au printemps 2013 (à étendre au printemps 2014 quand S sera disponible et en hiver – stagiaire en Mai-Juin 2014) – un point faible: connaissance de la MLD => glider en 2016? Evidence de stratification verticale importante en été entre 3m et 10m: un résultat inattendu à creuser Besoin de DIC, TA pour étalonnage absolu: à l’avenir, prélèvements à 3m au lieu de 5m? => Poursuivre les mesures jusqu’en 2017 16

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19 fCO2 @13°C 3m 10m 3m Haute fréquence – profondeur - physique (T,S)

20 20 P,T,S, 3m, 10m (CTD LOCEAN) Variations de profondeur  mélange Ou advection latérale?? A étudier

21 21 P,T,S, 3m, 10m (CTD LOCEAN) P,T 3m, 10m (CTD LOCEAN) fCO2@13 10m et 3m

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23 fCO2 @13°C 3m 10m 3m Haute fréquence – profondeur - physique (T,S)

24 24 Enorme variabilité T,S En 2013 Variabilité similaire sur CTD9m (LOV) en 2014-même saison

25 25 17/7-16/8:grande variabilité fCO2-très grande stratification entre 3 et 10m. a: changement de T(jusqu’à 3°) associé à plongée de bouée c:un changement important O2 et fCO2le 29associé à la plongée du 29-  T … -pas de raison de suspecter le fonctionnement du capteur. a

26 26 N.B.: O2 très bruité après 24/11 (fouling)

27 Etat des capteurs et opérations au 18/11/14 – Discussion Enzo-Jacqueline-Laurence-Liliane Le remplacement de la structure de la bouée Boussole est prévu mi-Décembre (peu probable) ou mi Janvier (le départ du Canada des instruments à installer sur la bouée Boussole est prévu le 26 Novembre). Le LOV dispose de 2 capteurs CARIOCA réétalonnés par Laurence et de deux optodes qui ont été à l’eau d’aout 2013 à février 2014, que Laurence a vérifié et changé les piles. Le capteur CARIOCA à 3m ne doit plus fonctionner car il était dans l’eau depuis plus de 6 mois en Octobre (et fonctionnait). Le capteur CARIOCA à 10m sera en fonctionnement dans l’eau depuis 6mois mi Janvier. La CTD à 3m est à l’eau depuis Janvier 2013, celle à 10m depuis mi 2013. Etant donné qu’il y a aussi la CTD du LOV à 9m, la CTD à 10m est inutile??? ; à l’avenir on propose de ne garder qu’une CTD à 3m et à 9m?. On n’est pas sur de la durée de vie des piles des CTD, Laurence va vérifier ; il faudrait aussi les réétalonner ; Laurence voit la possibilité de faire des points de controle au Shom (moins cher et plus rapide que de renvoyer les instruments chez Seabird). Les 2 optodes sont à l’eau depuis Mai 2014. Elles ont des piles permettant une durée de vie >6mois, mais il est important de les nettoyer précautionneusement. Jacqueline s’occupe de voir avec Dominique Lefèvre s’il ne serait pas judicieux de faire réétalonner les optodes actuellement à Villefranche avant de les inverser avec celles actuellement à l’eau. Le LOV va louer un bateau de plaisance pour sortir sitot qu’il fait beau, fin Novembre : La priorité sera de remplacer le capteur CARIOCA à 3m, de nettoyer les optodes et de relever la CTD à 10m afin de controler son étalonnage et de pouvoir lors d’une prochaine rotation remplacer la CTD à 3m par celle-ci. Ne pas remplacer le CARIOCA à 10m pour l’instant. Lors de la rotation de la structure (Décembre ou Janvier) : Installer à 3m le second capteur CARIOCA réétalonné. Lors de la rotation suivante (février ?): Relever le capteur à 10m et déployer à10m le capteur relevé à 3m sur l’ancienne structure en Janvier (on risque d’avoir un petit trou de données à 10m entre mi-Janvier et la mission de Février). La CTD à 3m sera à remplacer une fois que la CTD à 10m récupérée en Novembre aura été réétalonnée. Les optodes seront à remplacer une fois qu’elles auront été étalonnées (TBC). Besoin de connaitre les dates où les instruments ont été nettoyés/visités 27

28 La suite.... Food for thoughts!!! Mesures à poursuivre en 2015-2016 (CARIOCA + Prelvt Boussole CT/AT + Winkler (L. Coppola/D. Lefèvre) Comparaison NCP – mesures optiques Effet de la physique – advection/mélange/ondes internes? Sujet de stage M2 déposé Co-direction de thèse Yan Kaiser (1an au LOCEAN en 2016, TBC; glider pH (pCO2?) à déployer proche de Boussole?) 28

29 Extra slides 29

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33 33 B10m B3m B10m Dyf 10m 2014 33 2013 2014 2013–3m 2013–10m Dyf 10m 2013

34 Mêmes informations que sur figure précédente mais pour fCO 2 à 13°