Au large de l’estuaire de la Gironde, une spectaculaire floraison printanière de phytoplancton vue par le satellite Envisat

Ce n’est pas un phénomène exceptionnel : avec le retour du printemps et une situation anticyclonique sur la France, les conditions sont propices à des floraisons d’algues à la sortie des estuaires des fleuves de l’océan Atlantique. Celle-ci est assez spectaculaire comme le montrent les deux images ci-dessous acquises par le satellite Envisat les 6 et 9 avril 2011.

Extrait d'une première image acquise par le capteur MERIS du satellite européen Envisat le 6 avril
2011 à 10h49 UTC. La résolution de chaque image est d’environ 300 mètres. Un traitement a été
appliqué par Planète Sciences Midi-Pyrénées pour rehausser la dynamique de la couleur de l’eau.
Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

Extrait d'une seconde image acquise par le capteur MERIS du satellite européen Envisat
le 9 avril 2011 à 10h39 UTC. Du nord au sud, la presqu’île de Quiberon et Belle Ile, Vannes,
le golfe du Morbihan, Guérande, la Baule, Saint-Nazaire, Nantes et l’estuaire de la Loire, Noirmoutier,
l’Ile-d’Yeu, les Sables-d’Olonne, La Tranche-sur-mer et la Faute-sur-mer (deux sévèrement
touchées par la tempête Xynthia), l’île de Ré, la Rochelle, Rochefort, Royan,
l’estuaire de la Gironde et Bordeaux, les lacs d’Hourtin et de Lacanau,
le bassin d’Arcachon, le lac de Cazaux et de Sanguinet, le lac de Biscarosse.
Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

MERIS et la couleur de l’eau :

Ces deux images illustrent particulièrement bien l’intérêt du capteur MERIS ((Medium Resolution Imaging Spectrometer) : le choix de ses bandes spectrales a été optimisé pour permettre une analyse poussée des milieux océaniques (couleur de la mer, plancton, coraux, matières en suspension, etc.)

Embarqué sur le satellite Envisat, MERIS est un spectromètre imageur de moyenne résolution, mesurant le rayonnement solaire réfléchi par la surface de la Terre, les océans et les nuages. Le spectromètre de MERIS comporte 15 canaux fonctionnant dans les bandes spectrales visibles et proche infra-rouge, de 0,390 µm à 1,040 µm. Avec une fauchée (le champ couvert par les images) de 1150 km, MERIS assure une couverture totale de la surface terrestre en trois jours. La résolution spatiale est comprise entre 250-300m et 1200m, selon les canaux.

Egalement au large de l'Espagne et du Portugal , le 8 avril à 11h16 UTC, toujours sou l'oeil d'Envisat.
La matérialisation des tourbillons dans l'eau permet de comprendre pourquoi le phytoplancton et
la couleur de l'eau peuvent être utilisés comme marqueurs des courants de surface. La résolution
est diminuée d'un rapport 2 par rapport à l'image originale. Rehaussement de contraste appliqué
par Planète Sciences Midi-Pyrénées. Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

Floraison d'algues : c’est le bouquet…

Appelées Algal bloom en anglais, un bloom ou efflorescence algale est l’augmentation relativement rapide de la concentration d’une ou plusieurs espèces de phytoplancton dans l’eau. Se manifestant par une coloration ou une fluorescence de l’eau. Les marins sont parfois témoins de fluorescence spectaculaire dans le sillage de leur navire. Une telle prolifération rapide apparaît lorsqu’il y a de fortes concentrations d'éléments nutritifs dans l'eau douce ou l’eau de mer et des conditions favorables :

de la lumière,
une température suffisante,
des sels nutritifs en quantité suffisante, en particulier à la sortie des estuaires des fleuves là où les eaux sont abondamment chargées en éléments amenés depuis les bassins versants.

Le plancton marin végétal, la principale source d’oxygène sur notre planète…

C’est le véritable poumon de la planète, bien plus important que les forêts… Les océans recouvrent les deux tiers de la surface de la Terre et contiennent de grandes quantités de plancton végétal. Grâce à la photosynthèse, le phytoplancton produit la moitié de l'oxygène que nous respirons : les organismes végétaux utilisent l'énergie lumineuse pour transformer le carbone, l'azote, le phosphore ou le soufre sous forme minérale, pour photo-synthétiser les substances organiques qui leur sont nécessaires.

L'équation générale de la photosynthèse s'écrit de la façon suivante :

lumière
⇓

CO₂ + H₂O  CH₂O + O₂

En présence de lumière, le gaz carbonique et l'eau produisent du glucide et de l'oxygène. La lumière est nécessaire à cette réaction chimique. Elle est absorbée par les pigments photorécepteurs du plancton, parmi lesquels se trouve la chlorophylle.

La lumière est donc l'un des facteurs principaux agissant sur le développement des végétaux. La température et la salinité interviennent également.

Cette réaction chimique illustre comment les molécules ce carbone, d’oxygène, d’hydrogène ou d’azote se transforme en glucides, lipides, protéines. Le phosphore entre également dans la composition de macromolécules à la base de processus vitaux fondamentaux : l'ARN et l'ADN, l'ATP, les phospholipides et les phosphoprotéines. Les nutriments à la base de cette photosynthèse sont principalement :

des composés azotés : nitrate (NO₃-), nitrite (NO₂-) et ammonium (NH₄+),
des composants phosphorés (phosphates : H₂PO₄-, HPO₄2-, PO₄3-).

On retrouve le même phénomène de photosynthèse dans l’agriculture et je vous renvoie à la lecture des pages sur l’agriculture de précision et sur le service Farmstar qui permet d’optimiser les apports d’engrais à partir de mesures de la surface foliaire et de la chlorophylle par satellite.

Les panaches à la sortie des estuaires des fleuves côtiers : une source de nutriments mais attention aux excès…

Présents sur ces images d’Envisat, les estuaires de la Gironde, la Loire et de la Vilaine, amènent dans l’océan des volumes importants d'eaux douces, turbides et riches en nutriments d'origine continentale. Ces panaches de fleuves alimentent ainsi une production de phytoplancton, se manifestant parfois au printemps par des épisodes spectaculaires avec une forte coloration des eaux. Cette production peut être favorisée par un régime anticyclonique, comme celui que la France a connu début avril 2011, période pendant laquelle ces deux images ont été acquises.

Même si cette production est bénéfique pour la production primaire à la base de la chaîne alimentaire, elle peut parfois entraîner des déficits en oxygène dans l’eau ou d’efflorescences d’algues toxiques pour les moules et les huîtres. Ces phénomènes sont notamment liés à des déséquilibres entres les apports azotés (sous forme de nitrate d’origine agricole provenant, par le ruissellement des eaux de pluie, de l’épandage de lisier et d’engrais minéraux), alors que les apports naturels de silicium restent inchangés. Le développement des lessives sans phosphate a permis la diminution des excès de phosphates.

A proximité du bassin d’Arcachon, la dune du Pilat depuis le Cap Ferret et l’ostréiculture,
une activité économique essentielle de la région, très sensible aux microalgues toxiques (dinophysis).
Les interdictions de commercialisation ou de consommation et les méthodes d’analyse font
régulièrement débat chez les professionnels. Crédit image : Maud Denis

Le Planula IV, navire de recherche océanographique de l’INSU basé à Arcachon. Navire de 12m, il
intervient essentiellement à l'intérieur du Bassin d'Arcachon pour les recherches et d'observations de
l'OASU (Observatoire Aquitain des Sciences de l’Univers). La Division Technique de l'INSU (CNRS) ses
60 marins gèrent une flottille de navires répartis entre la Méditerranée, la Mer du Nord et la Manche
et l’Atlantique. Ces navires sont spécialement équipés pour l’étude scientifique des océans et des
zones côtières. Ils sont également utilisés pour l'enseignement de 2ème et 3ème cycle des Universités.
Crédit image : Maud Denis

En savoir plus :

D’autres articles sur les satellites et les océans et plus particulièrement les floraisons de phytoplancton.
Une page sur les satellites au service de l’agriculture de précision et un article sur le service Farmstar.
Une page du blog Un autre regard sur la Terre sur le satellite Envisat.
Sur le site du CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), les pages de la direction technique de l’INSU (Institut National des Sciences de l’Univers) et la description de la flottille côtière.
Sur le site de l’Ifremer, les pages pédagogiques sur l’aquaculture et celles sur les mollusques.
Sur le site de l'ESA, les pages éducation sur le satellite Envisat et une description détaillée de l'instrument MERIS (en anglais).
D'autres spectaculaires images de floraisons de phytoplancton vues de l'espace, sur le blog Un autre regard sur la Terre.

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

Travail sur la synthèse chlorophyllienne et le phytoplancton, son rôle dans la chaîne alimentaire et la production d’oxygène.
Travail sur la filière ostréicole dans le bassin d'Arcachon. Impacts du développement touristique, du changement climatique, etc.
En géographie, lecture des deux images le long du trait de côte avec successivement du nord au sud : la presqu’île de Quiberon et Belle Ile, Vannes, le golfe du Morbihan, Guérande, la Baule, Saint-Nazaire, Nantes et l’estuaire de la Loire, Noirmoutier, L’Ile-d’Yeu, les Sables-d’Olonne, La Tranche-sur-mer et la Faute-sur-mer (deux sévèrement touchées par la tempête Xynthia), l’île de Ré, la Rochelle, Rochefort, Royan, l’estuaire de la Gironde et Bordeaux, les lacs d’Hourtin et de Lacanau, le bassin d’Arcachon, le lac de Cazaux et de Sanguinet, le lac de Biscarosse.