Le chercheur scientifique principal Barney Balch recueille des données d'optique océanique lors d'une croisière de recherche dans le golfe du Maine. Balch fait partie d'une équipe de chercheurs qui a mis en place une nouvelle approche pour détecter les algues et mesurer les propriétés clés de l'océan à l'aide de la lumière, sur la base de leurs recherches dans le golfe du Maine et au-delà. Crédit :Laboratoire Bigelow pour les sciences océaniques
Les chercheurs ont mis au point une nouvelle façon de voir dans les profondeurs de l'océan, établir une approche pour détecter les algues et mesurer les propriétés clés à l'aide de la lumière. Un article publié dans Applied Optics rapporte à l'aide d'un outil laser, lidar, de collecter ces mesures bien plus profondément que cela n'a été généralement possible à l'aide de satellites.
"Les approches traditionnelles de télédétection par satellite peuvent collecter un large éventail d'informations sur la partie supérieure de l'océan, mais les satellites ne peuvent généralement pas "voir" plus profondément que les cinq ou 10 premiers mètres de la mer, " a déclaré Barney Balch, chercheur principal au Bigelow Laboratory for Ocean Sciences et auteur de l'article. « Maîtriser un outil qui nous permet de regarder tellement plus profondément dans l'océan, c'est comme avoir une nouvelle paire d'yeux. »
Le lidar utilise la lumière émise par les lasers pour obtenir des informations sur les particules dans l'eau de mer, tout comme les animaux comme les chauves-souris et les dauphins utilisent le son pour écholocaliser des cibles. En envoyant des impulsions lumineuses et en chronométrant le temps qu'il faut aux faisceaux pour frapper quelque chose et rebondir, lidar détecte les particules réfléchissantes comme les algues dans l'eau.
L'auteur principal de l'étude, Brian Collister, a utilisé un système lidar embarqué pour détecter les algues et connaître les conditions plus profondes dans l'océan que les satellites ne peuvent mesurer. L'équipe de recherche de cette croisière de 2018 était composée de scientifiques de l'Université Old Dominion et du Laboratoire Bigelow pour les sciences océaniques.
"L'approche lidar a le potentiel de combler certaines lacunes importantes dans notre capacité à mesurer la biologie des océans depuis l'espace, " dit Collister, un doctorat étudiant à l'Université Old Dominion. "Cette technique jettera un nouvel éclairage sur la distribution de la biologie dans les océans supérieurs, et nous permettent de mieux comprendre leur rôle dans le climat de la Terre."
Brian Collister, un étudiant au doctorat à l'Université Old Dominion, tend vers un système lidar à base de laser lors d'une croisière de recherche aux Bahamas. Collister fait partie d'une équipe de chercheurs qui a mis au point une nouvelle approche pour détecter les algues et mesurer les propriétés clés de l'océan à l'aide de cet outil. Crédit :Richard Zimmerman/Université Old Dominion
Dans le golfe du Maine, l'équipe a utilisé le lidar pour détecter et mesurer les particules du carbonate de calcium minéral, recueillir des informations sur une prolifération de coccolithophores. Ces algues s'entourent de plaques de carbonate de calcium, qui sont de couleur blanche et hautement réfléchissants. Les plaques diffusent la lumière d'une manière unique, changer fondamentalement la façon dont les ondes lumineuses sont orientées et créer une signature identifiable que le système lidar peut reconnaître.
L'équipe de recherche de Balch a étudié le golfe du Maine pendant plus de deux décennies à travers la série chronologique de l'Atlantique Nord du golfe du Maine. Leur expérience dans la recherche et l'identification des algues dans cet écosystème a fourni des informations de base clés pour tester le système lidar dans ce qui s'est avéré être la plus grande efflorescence de coccolithophores observée dans la région en 30 ans.
"Cette croisière nous a permis d'essayer le système lidar avec la possibilité d'échantillonner l'eau et de savoir exactement quelles espèces s'y trouvaient, " a déclaré Balch. " Le lidar est utilisé dans l'océan depuis des décennies, Mais peu, si seulement, des études ont été effectuées à l'intérieur d'une efflorescence confirmée de coccolithophores, qui modifie profondément le comportement de la lumière dans l'environnement."
Les coccolithophores prospèrent autour de l'océan mondial et exercent un contrôle énorme sur les cycles biogéochimiques qui façonnent la planète. Les étudier est essentiel pour comprendre la dynamique globale des océans, mais la recherche sur le terrain est toujours coûteuse. L'équipe a établi que l'utilisation du lidar pourrait potentiellement permettre aux chercheurs d'estimer à distance les populations de coccolithophores sans arrêter le navire pour collecter des échantillons d'eau, augmentant ainsi leur capacité à collecter des données précieuses, économisant ainsi de précieux fonds pour le temps du navire.
L'équipe de recherche a également testé cette approche dans des environnements océaniques qui comprenaient les profondeurs claires de la mer des Sargasses et les eaux troubles au large de la côte de New York. Ils l'ont trouvé efficace dans ces divers environnements. Les systèmes lidar peuvent sonder l'océan jusqu'à trois fois plus profondément que les techniques passives de télédétection par satellite qui reposent sur le soleil. D'autres recherches pourraient établir des approches permettant de prendre des mesures lidar par des satellites, également.
"C'est énorme que nous apprenions à identifier de manière fiable les particules dans l'océan à partir d'un système lidar positionné au-dessus de l'eau, " a déclaré Richard Zimmerman, auteur d'une étude et professeur à l'Université Old Dominion. "C'est une avancée significative, et cela pourrait révolutionner notre capacité à caractériser et modéliser les écosystèmes marins."
