Interaction entre hydrodynamique et biogénèse

Dans un contexte pauvre en sels nutritifs, la biologie de la Méditerranée dépend des apports extérieurs et de la stimulation des processus liés à la formation et à la mise en mouvement des masses d’eaux de sub-surface (Yilmaz et Tugrul, 1998 ; Santinelli et al. 2012 ; Gacic et al. 2012 ; Estrada et al. 2014 ; Séverin et al. 2014 ; DeFommervault et al. 2015), favorisant un enrichissement planctonique en surface (Bethoux, 1989 ; Levy et al. 1999 ; Marty et Chiaverini, 2002 ; D’Ortenzio et Ribera d’Alcalà, 2009). Dans cette partie, nous caractériserons les sels nutritifs en Méditerranée ainsi que l’impact de la convection profonde sur leur répartition. Enfin, nous présenterons l’évolution de la chlorophylle dans la couche de subsurface, ce qui permettra d’identifier les conditions qui seront les plus favorables aux efflorescences lors des évènements que nous modéliserons.

Les sels nutritifs

Les sels nutritifs tels que le nitrate, le phosphate et le silicate sont distribués suivant un gradient vertical marqué, qui sépare les eaux de surface pauvres en nutriments des eaux de fond. L’ammonium, excrété par les hététrophes se trouve uniquement dans les eaux de surface. Cette distribution verticale des sels nutritifs majeurs s’explique en partie par les processus biogéochimiques. Les eaux de surface sont appauvries en sels nutritifs, consommés par le phytoplancton. Les eaux de fond, à l’inverse, sont riches en nutriments et les masses d’eau intermédiaires présentent souvent des valeurs de concentration en sels nutritifs légèrement plus fortes que les eaux de fond, du fait de la reminéralisation préférentielle de la matière organique par les bactéries dans cette couche. Parallèlement au gradient vertical des concentrations en sels nutritifs, la mer Méditerranée présente des zones oligotrophes, c’est à dire pauvres en nutriments, avec un gradient marqué de l’ouest vers l’est. Les deux bassins occidental et oriental fonctionnent différemment : les concentrations en sels nutritifs dans les eaux intermédiaires et profondes du bassin occidental sont plus fortes que celles des eaux du bassin oriental. Le taux de production primaire, le positionnement vertical des processus biogéochimiques ainsi que leur intensité sont par conséquent différents.

L’étude de la stœchiométrie, en particulier l’étude du ratio stœchiométrique N/P (azote/phosphore) qui représente le rapport de la concentration en nitrate par la concentration en phosphate, est une discipline à part entière en Mer Méditerranée. La mer Méditerranée fonctionne différemment de l’océan global. Les rapports N/P dans les eaux profondes de l’Océan global sont de l’ordre 16:1 (rapport de Redfield). L’utilisation des sels nutritifs par les organismes marins est responsable de ce rapport (Copin- Montegut et Copin-Montegut, 1983). En mer Méditerranée, ce rapport n’est pas le même, il est beaucoup plus fort, estimé en moyenne à N/P = 24:1 (Béthoux et al. 2005). De plus, il présente un gradient horizontal marqué d’ouest en est. A l’ouest, la LIW et la WMDW présentent un rapport de 22:1 (Copin-Montegut, 1986) tandis qu’à l’est, le rapport atteint 27±3:1 en dessous de 200 m de profondeur dans le bassin Levantin et près de 30:1 en surface. Ce rapport est généralement plus élevé au-dessus de la nitracline. Ce fait s’explique par une préférence de consommation du phosphate par rapport au nitrate par les phytoplanctons (Raimbault et Coste, 1990). Ces ratios confirment que la Méditerranée est limitée en phosphate, en particulier dans le bassin est.

Les échanges des sels nutritifs

La mer Méditerranée représente une source nutritive pour l’Océan Atlantique (Ribera d’Alcalà et al. 2003). En effet, les eaux intermédiaires et une partie des eaux profondes de la mer Méditerranée, riches en sels nutritifs, sortent du bassin, grâce à la circulation thermohaline par le détroit de Gibraltar à hauteur de 1 ± 0.04 Sv. A l’inverse, la masse d’eau au-dessus de la thermocline est quasi-dépourvue de nutriments sur une très longue période de l’année (entre mars et décembre) sur l’ensemble de la mer Méditerranée pélagique. Au niveau du détroit de Gibraltar, ce sont les eaux de l’Océan Atlantique qui entrent en surface dans la Mer Méditerranée. Les sels nutritifs entrant ainsi par le détroit de Gibraltar sont rapidement consommés en mer d’Alboran et le long de la côte algérienne (Crise et al. 1999). L’eau de surface se disperse ensuite vers le nord et vers le bassin oriental très appauvri en nutriments.