Grâce à un nouvel algorithme, les chercheurs de l'AWI peuvent désormais utiliser les données satellitaires pour déterminer dans quelles parties de l'océan certains types de phytoplancton sont dominants. En outre, ils peuvent identifier les efflorescences algales toxiques et évaluer les effets du réchauffement climatique sur le plancton marin, leur permettant de tirer des conclusions concernant la qualité de l'eau et les ramifications pour l'industrie de la pêche.

Le minuscule phytoplancton que l'on trouve dans les océans du monde est extrêmement productif, et créer la moitié de l'oxygène dont nous avons besoin pour respirer. Tout comme les plantes terrestres, ils utilisent la photosynthèse pour produire des glucides, qu'ils utilisent comme source d'énergie. Elles poussent, diviser et produire d'énormes quantités de biomasse, la base de toute vie marine. En outre, ils sont une source de nourriture essentielle pour les petits crustacés, les larves de poissons et de moules, qui sont eux-mêmes des aliments de base pour les gros poissons. Lorsque le phytoplancton se fait rare, il met en péril le réseau trophique de tous les autres organismes marins.

Il existe différents groupes de phytoplancton dans le monde, et ils remplissent différentes fonctions dans les écosystèmes marins. Certains sont des sources de nourriture préférées; d'autres forment des composés chimiques spécifiques ou servent de fixateurs de nutriments dans l'eau, qui peut avoir une influence majeure sur la flore et la faune marines. D'autre part, certains groupes de phytoplancton peuvent se développer en masses denses et produire des substances toxiques; quand il y en a trop dans l'eau, il peut être mortel pour certains organismes marins, surtout le poisson. Le phytoplancton marin est également extrêmement important dans son rôle de CO 2 évier. Par conséquent, les chercheurs souhaitent savoir comment les populations des groupes phytoplanctoniques respectifs se développent dans le monde.

Plus que de la chlorophylle

Cependant, jusqu'à récemment, il était pratiquement impossible d'estimer ces populations en détail. Accordé, les chercheurs collectent des échantillons d'eau à bord de navires de recherche depuis des décennies, afin d'identifier et de quantifier le plancton présent. Mais ce ne sont que des échantillonnages aléatoires. Et même des satellites, qui scrutent les océans avec leurs capteurs depuis trois décennies, étaient au mieux une solution imparfaite :bien qu'ils puissent certainement être utilisés pour évaluer la quantité de pigment végétal chlorophylle dans l'eau - comme indicateur de la concentration générale de phytoplancton - la distinction entre les différents types de phytoplancton restait extrêmement difficile. De plus, il n'y avait aucun moyen d'utiliser les données satellitaires pour prédire la croissance des algues dans des régions spécifiques.

Mais maintenant, une équipe internationale dirigée par Hongyan Xi et Astrid Bracher du Alfred Wegener Institute Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) a pour la première fois réussi à glaner beaucoup plus de données satellitaires :comme ils le rapportent dans la revue Remote Sensing of Environnement, travaillant en étroite collaboration avec la société française ACRI-ST et avec le soutien du fournisseur européen de données satellitaires Copernicus Marine Environment Monitoring Service, ils ont développé un nouvel algorithme qui peut être utilisé pour distiller les données en informations clés sur cinq groupes principaux de phytoplancton.

La réflectance comme paramètre clé

Les capteurs satellites enregistrent la lumière à différentes longueurs d'onde; normalement, ces longueurs d'onde sont utilisées qui sont capables de capter la couleur de la chlorophylle. Mais Hongyan Xi et ses collègues ont trouvé un moyen de mieux utiliser ces informations de longueur d'onde. Plus précisement, il s'agit d'analyser un aspect appelé réflectance (ou coefficient de réflexion), qui représente la quantité de lumière du soleil frappant la Terre qui est réfléchie dans l'espace. Cette réflexion est due à de nombreux processus optiques :la lumière est diffusée, courbés et modifiés par les molécules d'eau et les particules dans l'océan et l'atmosphère. "Et le plancton, qui contient lui-même certains pigments, a une influence sur la réflectance, " explique Hongyan Xi. " La réflectance peut différer, selon les types de plancton et les pigments dominants dans l'eau. chacun des cinq types laisse sa propre empreinte sur la lumière réfléchie et le nouvel algorithme peut tous les reconnaître.

Comparaisons minutieuses des données des navires et des satellites

Cette percée n'a été possible que grâce à un énorme travail acharné. Tout d'abord, l'équipe a dû déterminer quel modèle de réflectance était caractéristique de chaque type de plancton. Ils ont ensuite dû comparer les lectures satellites avec des échantillons de plancton collectés au même moment et au même endroit à bord des navires de recherche. Heureusement, les résultats de nombreuses expéditions à bord de navires sont désormais disponibles dans des bases de données accessibles au public. Grâce à ces archives, les experts ont pu déterminer où et quand les échantillons d'eau avaient été prélevés, et quelles espèces et types de plancton étaient présents. Xi et ses collègues ont analysé ca. 12, 000 de ces ensembles de données, puis mappés chacun sur des scans satellites pris au même endroit au même moment. Cela leur a permis de déduire comment la réflectance a changé dans certains types de plancton.

Qualité de l'eau et prolifération d'algues toxiques

Fort de ces découvertes, ils étaient alors prêts à développer l'algorithme. Aujourd'hui, il peut être utilisé pour déterminer quels types de phytoplancton sont dominants dans une région marine donnée du monde entier, sur la base de ses informations de réflectance. Ceci est important, par ex. pour identifier les « efflorescences algales nocives » (HAB) toxiques. La présence de certains types de phytoplancton est également un indicateur de la qualité de l'eau; informations particulièrement pertinentes pour l'industrie de la pêche. Selon Hongyan Xi :« De plus, à l'avenir, nous pourrons déterminer si la distribution du phytoplancton est affectée ou non par le changement climatique, un aspect important en termes de prévision des impacts sur les écosystèmes. »

L'étude a été publiée dans la revue Télédétection de l'environnement sous le titre original suivant :"Récupération globale des types fonctionnels de phytoplancton basée sur des fonctions orthogonales empiriques à l'aide de produits fusionnés CMEMS GlobColour et extension supplémentaire aux données OLCI."