Étude couplage circulation-production planctonique à méso-échelle dans le golfe du Saint-Laurent (Canada) via une approche par modélisation tridimentionnelle

Le Fouest, Vincent (2005). Étude couplage circulation-production planctonique à méso-échelle dans le golfe du Saint-Laurent (Canada) via une approche par modélisation tridimentionnelle. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 212 p.

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Résumé

La circulation à méso-échelle joue un rôle majeur sur la distribution, la structure et la
productivité des écosystèmes planctoniques tant en milieu ouvert que côtier. Le golfe du
Saint-Laurent est une mer côtière sub-arctique qui est caractérisée par des conditions
hydrodynamiques hautement variables. Des processus à méso-échelle tels que des fronts, des
tourbillons, des méandres et des résurgences côtières y génèrent une hétérogénéité spatiale
de la productivité marine. Améliorer notre compréhension des liens entre la biologie et
l'environnement physique est donc nécessaire afin d'évaluer les effets de la variabilité du
climat sur la production planctonique du golfe.
Dans cette optique, l'objectif général de la thèse était d'étudier l'influence de la
circulation à méso-échelle sur la dynamique de la production planctonique du golfe du Saint-
Laurent. A cette fm, un modèle tridimensionnel (3-D) haute résolution couplé physiquebiologie
a été développé pour la première fois pour les eaux du Saint-Laurent. Le modèle
d'écosystème planctonique est modérément complexe et prend en considération la
compétition entre les chaînes trophiques herbivore et microbienne, caractéristiques du cycle
de production planctonique du golfe. Le modèle biologique est couplé à un modèle
prognostique couplé circulation-glace de mer gouverné par des forçages océaniques,
atmosphériques et hydrologiques réalistes.
Afin de répondre à l'objectif général, trois objectifs spécifiques ont été fixés. Le
premier objectif spécifique (chapitre II) consistait à vérifier la robustesse écologique du
modèle couplé physique-biologie à l'échelle régionale et à décrire qualitativement et
quantitativement la variabilité sous-régionale du cycle saisonnier planctonique en réponse
aux régimes hydrodynamiques variés qui caractérisent le système. Un cycle planctonique
cohérent avec les observations rapportées dans le golfe a été produit par le modèle : (1) une
floraison printanière dominée par le phytoplancton de grande taille, (2) la formation en été
d'un maximum profond de chlorophylle a et une production primaire principalement
régénérée, et (3) une augmentation de la proportion de la production nouvelle associée aux
apports de nitrate dus au mélange automnal. La dynamique de la glace de mer est
responsable de la variabilité sous-régionale du déclenchement de la floraison de printemps.
Les champs de nitrate et de chlorophylle a simulés ont été validés avec succès à partir de
mesures in situ coïncidentes dans le temps et l'espace obtenues dans le cadre du Programme
de Monitorage Zonal Atlantique (PMZA). Le modèle a également mis en évidence le rôle
majeur de l'activité à méso-échelle sur la production primaire annuelle qui montre une forte
hétérogénéité spatiale (40-150 g C m-2 an-I). TI est apparu clairement que le golfe ne pouvait
être considéré comme un système homogène. L'intensité de la floraison printanière étant
similaire entre les sous-régions du GSL, la variabilité spatiale de la production primaire
annuelle est due à des différences dans la production estivale associées à des conditions
hydrodynamiques différentes. Le modèle a mis en lumière des zones de plus forte production
associées à une plus forte activité de la chaîne trophique herbivore. Ce résultat suggère qu'en
dehors de la période de floraison printanière, la production primaire soit localement du
même ordre de grandeur que durant le printemps. En ce sens, la variabilité synoptique se
compare en importance à la variabilité saisonnière.
Compte tenu de la limitation imposée par les observations in situ en terme de
validation spatiale, le second objectif spécifique (chapitre ID) visait à valider les solutions du
modèle couplé à l'échelle régionale et synoptique à l'aide de données satellites de
température de surface (AVHRR) et de couleur de l'eau (SeaWIFS). Une bonne
correspondance qualitative et quantitative a été observée entre les valeurs de température de
surface simulées et dérivées du radiomètre A VHRR. Une relation inversement linéaire
reliant l'atténuation de la lumière due au matériel non-chlorophyllien à la salinité du modèle
a été incorporée à la formulation du champ de lumière permettant ainsi de simuler
explicitement la turbidité. La comparaison des valeurs de chlorophylle a simulées et dérivées
des mesures du senseur Sea WIFS avec les valeurs mesurées in situ coïncidentes dans le
temps et l'espace a révélé une surestimation substantielle par le senseur dans les eaux
estuariennes, suggérant une contamination de ces valeurs par des composés optiques actifs
(principalement de la matière organique colorée) présents dans l'eau. En revanche, les
patrons spatiaux dérivés du senseur Sea WIFS ont montré une bonne correspondance avec les
champs simulés de turbidité et ont ainsi permis de valider la variabilité saisonnière et
synoptique de la circulation estuarienne.
Au regard de ces résultats, il est apparu important de quantifier l'impact de la turbidité
associée au panache estuarien sur la dynamique planctonique de l'estuaire et du golfe,
constituant ainsi le troisième et dernier objectif spécifique de la thèse (chapitre IV). La
nouvelle formulation reliant le coefficient d'atténuation diffuse due au matériel nonchlorophyllien
à la salinité du modèle a permis de mieux simuler le déclenchement de la
floraison printanière dans l'estuaire, où l'influence de l'écoulement des eaux douces est la
plus marquée. De plus, les concentrations de nitrate simulées ont montré un meilleur accord
avec les mesures in situ à deux stations fIxes du nord-ouest du golfe fortement affectées par
l'écoulement des eaux estuariennes. Les flux latéraux de nitrate dans la couche de surface ont
été augmentés dans tout l'ouest du golfe pour se rapprocher des estimations rapportées dans
la littérature, mais la production primaire dans les sous-régions influencées par le panache
estuarien a été réduite, soulevant ainsi un paradoxe.
En conclusion, le modèle 3-D couplé physique-biologie a mis en lumière une
variabilité à méso-échelle importante dans le golfe du Saint-Laurent qui devrait faire l'objet
d'une attention particulière dans une perspective de prédire et d'évaluer les effets des
changements climatiques sur la productivité du système. Des améliorations devront être
apportées au modèle dans son aspect biogéochimique, avec une emphase particulière
concernant la modélisation de la dynamique du phytoplancton dans les eaux estuariennes
plus turbides dont l'importance au niveau régional s'avère majeure.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Zakardjian, Bruno
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Saucier, François et Starr, Michel
Information complémentaire :	Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. Paraît aussi en éd. imprimée.
Mots-clés :	Plancton Production Circulation Distribution Dynamique Hydrodynamique Variation Golfe Saint-laurent Modele Modelisation
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	08 févr. 2011 18:35
Dernière modification :	08 févr. 2011 18:35
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/97

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