Modélisation des cycles biogéochimiques et de l’écosystème marins en Méditerranée Caroline Ulses, Fayçal Kessouri, Claude Estournel, Patrick Marsaleix Laboratoire d’Aérologie En collaboration avec le groupe Dewex-Mermex, MERCATOR et le CNRM

(Source : M. Canals, GRGM, Université de Barcelone) Tramontane Mistral Quantification de la production et de l’export de carbone dissous et particulaire (Source : M. Canals, GRGM, Université de Barcelone)

Rôle de la Med NW sur la ventilation et les flux air-mer de CO2 Influence des régions orientales dans la Med NW

Modèle biogéochimique Eco3m-S (version étendue du modèle décrit par Auger et al. (2014)) : cycles C, N, P, Si, ratio internes du phytoplancton variables, ajout de l’O2 et du système de CO2 Air – sea exchanges Zooplankton Nano (C) Micro (C) Meso (C) Respiration Oxygen (Dissolved O2) photosyhthesis Bacteria (C) Predation Phytoplankton Pico (Chl, C, N, P) Nano (Chl, C, N, P) Micro (Chl, C, N, P, Si) Respiration CO2 system DIC, Alkalinity Messy feeding Exudation Assimilation Egestion DOM (C, N, P) DIM Nitrate Ammonium Phosphate Silicate POM Small (C,N,P,Chl) Large(C,N,P,Si) Mortality Deposition Re-Mineralisation Nitrification Vertically-integrated benthic model (Soetaert et al., 2001)

Forçage atmosphérique Frontière ouverte Atlantique Implémentation Forçage atmosphérique ALADIN (12km)/ECMWF (1°/8, 3h), pCO2 mesurée à Lampedusa Forçages fluviaux 34 rivières + points de ruissellement Ludwig et al. (2010) Physique : NEMOMed12/PSY2V2R4 2000-2013/2010-2014 Frontière ouverte Atlantique Données WOA Initialisation Bio Valeurs issues de relations Nutriments et O2 = f (densité) * Données MEDAR/MEDATLAS (Lavezza et al., 2011)

Implémentation Forçage atmosphérique : ALADIN (12km, 3h)/ECMWF (1°/8, 3h), pCO2 mesurée à Lampedusa Forçage fluvial : 15 rivières (Données journalières pour le Rhône, pers. comm. P. Raimbault) Physique : Symphonie S26 Forçages aux frontières/Initialisation Physique et Biogéochimie cohérents Modèle de bassin

Distribution verticale BOUM Eté 2008 Gradient Est - Ouest dans les masses d’eaux profondes représenté Profondeur des nitracline et phosphacline correcte pers. comm. M. Pujo-Pay Phosphate Nitrate - 500 - 500 - 1000 - 1000 - 1500 - 1500 - 2000 - 2000 - 2500 - 2500 - 3000 - 3000 - 3500 - 3500 0.2 0.3 0.4 2 4 6 8 mmol/m3 mmol/m3 - 4000 - 4000 7

Distribution verticale Modèle BOUM Eté 2008 - 50 - 100 - 150 - 200 - 250 pers. comm. L. Prieur - 300 Observations Profondeur et l’intensité du maximum de Chl sont bien reproduites dans les 2 sous-bassins. - 50 - 100 - 150 - 200 1 0.5 mg/m3 - 250 - 300 8

Dissolved inorganic carbon Distribution verticale Gradient Est - Ouest dans les masses d’eaux profondes bien représenté Augmentation du DIC et de l’alacalinité dans les couches intermédiares reproduite correctement BOUM Eté 2008 pers. comm. C. Goyet, F. Touratier Dissolved inorganic carbon Total alkalinity µmol/kg µmol/kg 9

Concentration de chlorophylle en surface Moyenne sur 2011-2013 µg/L 10

Concentration de chlorophylle en surface Modèle MODIS µg/L Moyenne mensuelle sur 2011-2013 11

Concentration de chlorophylle en surface Golfe du Lion Mer Adriatique 1 4 Mer Tyrrhénienne Sous-bassin sud Ionien 2 5 Bassin Algérien Sous-bassin nord Levantin 3 6 Sous-bassin sud Levantin 7 1 4 2 3 6 5 Obs Sat Modèle 7 12

Production primaire brute Moyenne mensuelle sur 2011-2013 mg/m2/j 13

Export de matière organique Moyenne annuelle à 200 m de profondeur POC mg/m2/j DOC 14

Flux de matière inorganique à travers les détroits Détroit de Gibraltar 1012 mol/an NO3 PO4 SiO4 DIC TAlk Cette étude -0.15 -0.006 -0.14 -1.0 -1.1 Copin-Montégut (1993) -4.6/-6.1 -2.6 Gomez et al. (2000) -0.21 -0.008 -0.17 Béthoux et al. (2002) -0.35 -0.016 -0.34 Gomez (2003) -0.19 -0.007 Dafner et al.(2003) -0.03 -0.002 Schneider et al. (2007) -0.8 Huertas et al. (2009) -2.1 -1.3 Huertas et al. (2012) -0.005 15

Flux de matière inorganique à travers les détroits Détroit de Sicile 1012 mol/an NO3 PO4 SiO4 Cette étude -0.08 -0.003 Gomez et al. (2000) -0.21 -0.008 -0.17 Béthoux et al. (2002) -0.35 -0.016 -0.34 Gomez (2003) -0.19 -0.007 -0.15 Dafner et al.(2003) -0.03 -0.002 Huertas et al. (2012) -0.09 -0.005 16

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) 2012 2013 MOOSE12 DOWEX12 DEWEX1 DEWEX2 MOOSE13 17

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Hiver 2013 (Dewex1) Nitrate Chl a DIC 18

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Printemps 2013 (Dewex2) Nitrate Chl a DIC 19

Quantité des sels nutritifs dans la couche 0-100m Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Quantité des sels nutritifs dans la couche 0-100m DEWEX LEG1 49.98 DEWEX LEG2 27.83 MOOSE 12.69 MOOSE 13.39 j A 2012 2013 Observations Modèle 20

Zoom sur la région nord-occidentale (Dewex) Surface temperature, °C Flux de CO2 air-mer Dewex1 pCO2, ppm Période de convection Air-sea CO2 flux, mmol/m2/d source , mmol/m2/d puits puits source 2012 2013 Moyenne sur la zone de convection 21

Perspectives Etudier l’impact des dépôts atmosphériques naturels et anthropiques sur la production primaire (Collaboration M. Mallet, stage de M2) Etudier les flux de CO2 à l’interface océan-atmosphère Etudier l’impact des activités anthropiques et du climat sur les cycles biogéochimiques et l’écosystème marin en Méditerranée sur des périodes passées et futures 22

Initialisation des modèles bassin Med   a,b,c,d,e,f: constantes calculées à partir des données MOOSE, DEWEX et la BDD Lavezza et al 2011 24 24

Stabilité du modèle Moyenne sur l’ensemble du domaine 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 Profondeur (m) Nitrate (mmolN/m3)