Laboratoire d'Oceanlogie et de Géosciences

Nos activités de recherche s’inscrivent dans une thématique générale consacrée à la compréhension des relations entre tectonique, sédimentation et érosion dans les bassins sédimentaires et sur les marges continentales, dans différents contextes géodynamiques. Outre l’approche conceptuelle, ces études permettent également d’aborder, par l’amont, un certain nombre de défis scientifiques et d’enjeux sociétaux majeurs. Les marges continentales passives ou actives et les bassins renferment en effet dans leurs archives sédimentaires les conditions et évènements passés qui ont pu les affecter à des échelles de temps variées (de l’Ancien à l’Actuel), leur histoire et leur évolution, notamment tectonique et sédimentaire devenant ainsi des éléments fondamentaux à prendre en compte dans l’évaluation et la gestion des géo-ressources actuelles.

Les objectifs de l’Equipe ECOlogie Pélagique Planctonique (ECOP²) sont d’étudier et comprendre la structure, dynamique, interactions, processus et fonctionnement des écosystèmes pélagiques marins (côtiers et hauturiers), dans un contexte de changement global et pressions anthropiques multiples, à partir de l’étude du compartiment planctonique. Les études de l’équipe ECOP² s’articulent en trois axes : L’axe 1 vise à décrire, caractériser et comprendre la structure et variabilité spatio-temporelle des communautés planctoniques à différentes échelles, intégrant des approches à haute résolution spatiale et temporelle, en combinant outils microscopiques, moléculaires et capteurs optiques/imagerie (semi-)automatisés pour études in situ/in vivo ; L’axe 2 privilégie l’étude de la diversité fonctionnelle et interactions au sein des communautés planctoniques considérant, entre autres, l’importance des parasites, blooms d’algues nuisibles et copépodes, sur le terrain et en systèmes expérimentaux, avec diverses applications interdisciplinaires, réflexion sur les bio-indicateurs de l’état des écosystèmes marins et un zoom sur l’effet sur la santé animale et la biotechnologie ; L’axe 3 s’intéresse à la définition et caractérisation des stocks, processus et flux de matière au sein des écosystèmes pélagiques côtiers et hauturiers et leur déterminisme et en lien avec les cycles biogéochimiques, depuis les bactéries au micro- et mésozooplancton. Chacun de ces axes se place dans le contexte des milieux marins en constante évolution sous la combinaison des effets du changement global et des pressions anthropiques cumulées et ponctuelles, ainsi que leur impact sur les forçages naturels et leur variabilité. Les interactions entre les axes permettentt d’établir des bilans et d’apporter une contribution à la compréhension du fonctionnement et variabilité des écosystèmes pélagiques et du rôle du plancton dans les différents processus étudiés. Nous cherchons à alimenter des modèles explicatifs et prédictifs ainsi que des approches par télédétection développés par les collègues des autres équipes du LOG, ainsi que des consortia et réseaux d’observatoires marins à l’échelle nationale et internationale. Les échelles spatiales et temporelles étudiées vont de la micro-échelle (seconde, µm) à la méso-échelle (décennie, dizaines à centaines de kilomètres). Les zones d’études privilégiées sont les écosystèmes côtiers tempérés (Manche, Mer du Nord mais aussi Baltique et détroit scandinaves, Golfe de Gascogne, et Méditerranée) avec participation active à des services et réseaux d’observations nationaux et internationaux, et des actions significatives dans les larges écosystèmes d’upwelling, dans l’arc Atlantique tempéré à tropical (dont systèmes sous influence amazonienne) ainsi que de l’Océan Austral et zones polaires.

La thématique de l’équipe GEOLIT est l’analyse et la quantification des processus physico-chimiques à l’œuvre dans les changements de l’environnement littoral. Elle est constituée de géomorphologues utilisant des mesures hydrosédimentaires et des marqueurs terrain pour établir des bilans de matière à la côte (érosion/sédimentation), de sédimentologues intégrant la perspective des temps longs (climat, tectonique, géologie marine – articulation avec l’équipe 6), et de géochimistes pour l’étude des processus physico-chimiques (salinité, polluants - en articulation avec l’équipe 5). D’un point de vue méthodologique, l’équipe GEOLIT a une expertise dans l’acquisition de (1) modèles numériques de terrain réalisés par LiDAR aéroporté et par photogrammétrie sur drone, (2) géophysique très haute résolution (à terre : géoradar moyenne et basse fréquence, et en mer : sismique réflexion, sondeur multifaisceaux), (3) vibrocarottages et analyse des sédiments au laboratoire (granulométrie laser, microscopie optique et électronique ; diffraction X ; photospectrométrie, électrochimie…). Trois axes de recherches constituent les orientations thématiques de l’équipe GEOLIT : (1) La dynamique et l’évolution récente du prisme littoral ; (2) Les ressources et les archives sédimentaires du plateau continental ; (3) L’aide à la gestion des environnements côtiers. Sur ces trois axes, l’équipe a des actions de recherche fondamentale ou appliquée, et s’appuie sur des programmes nationaux (ex. SNO DYNALIT) ou internationaux (ex. PHC avec le Maghreb, UA IRD avec l’Afrique et l’Amérique du Dud…) ainsi que sur des partenariats public-privé (ex. Port Autonome de Dunkerque…) ou des associations (ex. EUCC-France).

Les thématiques de l’équipe GEOSED sont centrées sur l’analyse des messages enregistrés dans les archives sédimentaires (axe 1) et des processus d’acquisition et de préservation de ces messages (sédimentation et diagenèse) (axe 2), afin de proposer des schémas de reconstitution des conditions (paléo)-environnentales et paléoclimatiques. Une nouvelle thématique est centrée sur la zone côtière/estuarienne et son évolution sous contraintes anthropique et climatique (axe 3). Les deux premiers axes sont basés sur l’étude du transfert et du devenir des particules terrigènes détritiques voire industrielles dans les sédiments passés et actuels (axe 1) et l’impact des interactions micro-organismes/sédiments (axe 2), afin de proposer des reconstitutions des conditions paléo-environnementales de transfert, de dépôt et de conservation de ces particules. L’axe 3 est un axe fédérateur d’étude de l’évolution du milieu estuarien, mettant à profit les compétences de l’équipe, s’intégrant également dans les thématiques de l’équipe 4 GEOLIT, dans l’action "sédiments" du projet MARCO ainsi que dans le cadre de la SFR Campus de la mer, avec une implantation forte dans les problématiques environnementales régionales et internationales, et une volonté d’intégrer la formation d’étudiants de licence et master en géosciences. Axe 1 : Traçage des transferts terrigènes actuels et passés L’étude intégrée (minéralogie par diffraction des rayons X, géochimie élémentaire et isotopique par XRF et ICP-OES et MS, granulométrie) de la fraction terrigène, minérale/métallique des sédiments permet de tracer la provenance des particules, les bilans altération/érosion des sources (projets 1, 2 et 3), la composante dynamique du transfert atmosphérique (projet 1) ou océanique (projet 2) et le devenir des particules sous contraintes climatique et anthropique (projet 3). Projet 1. Apports de poussières Sahariennes à l’Atlantique tropical – évolution climatique en Afrique de l’Ouest : Aloys Bory Projet 2. Transferts terrigènes et traçage des circulations profondes dans l’océan Austral : Viviane Bout-Roumazeilles ; Projet Enviker Kerguelen : Eric Armynot du Chatelet Projet 3. Impact et devenir de poussières d’origines industrielles dans des sédiments côtiers de la Plaine maritime : Jacinthe Caillaud - Sylvie Philippe Axe 2 : Interactions micro-organismes – sédiments – paléoenvironnements L’objectif est d’utiliser différentes approches géochimiques conventionnelles (analyse élémentaire majeurs et traces, CHNS, isotopie, géochimie moléculaire) et ultra-haute définition (micro-spectrométrie de masse par désorption laser) pour affiner la compréhension de la façon dont les milieux de dépôt conditionnent l’activité des micro-organismes, et comment en retour, ces micro-organismes impactent leur milieu de vie, et donc la composition chimique et minéralogique des sédiments et roches sédimentaires (projets 4, 5, 6, et 7). Projet 4. Signature moléculaire à micro-échelle des (micro)fossiles (ANR M6fossils) : Kevin Lepot Projet 5. Suintements froids et enfouissement du carbone – une approche moléculaire : Armelle Riboulleau - Swanne Gontharet ARM Projet 6. Traceurs paléo-environnementaux des dépôts organiques : Nicolas Tribovillard Projet 7. CARCLIM – The Coccolithophores : Actors and Recorders of CLIMate change : Michael Hermoso Axe 3 : Evolution du milieu estuarien sous contraintes climatique et anthropique En nous basant sur l’étude des estuaires du nord de la France soumis à la montée du niveau marin et à l’anthropisation croissante, les objectifs sont de : (1) définir la variabilité temporelle de la composition globale des sédiments de surface ; (2) mettre en évidence d’éventuels épisodes remarquables (matériel sédimentaire particulier, contaminants métalliques) et établir un lien avec d’éventuels évènements anthropiques ou naturels ; (3) détailler les relations organo-minérales (argiles, MO, géochimie élémentaire, éléments traces métalliques, relations avec les microfaunes benthiques) dans les estuaires riches en MO, pour déterminer si ces milieux seront des sources ou des pièges à C et métaux lourds dans les temps à venir ; (4) alimenter une base de données sur le long terme du stock sédimentaire et des éléments associés complémentaire à d’autres approches développées en particulier par l’équipe 4 SOMLIT (télédétection, modélisation) ; (5) rechercher des enregistrements à haute résolution de l’évolution de l’Oscillation Nord-Atlantique (équivalent atlantique du phénomène El Niño du Pacifique) pour en mesurer l’impact sur les flux terre-mer et sur les variations de l’hydrodynamisme côtier.

Les écosystèmes côtiers font partis des écosystèmes les plus vitaux à l’échelle globale, tant d’un point de vue écologique que d’un point de vue socio-économique, puisqu’ils génèrent plus de 14 milliards de dollars de biens (nourriture et matière première) et de services (régulation des perturbations et cycles de la matière) par an, soit 43% du total à l’échelle de la planète. Il existe aujourd’hui une multitude d’exemples des effets du réchauffement climatique sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes aquatiques et terrestres, depuis les pôles jusqu’aux tropiques à l’échelle de l’espèce comme de la communauté. Il est toutefois encore difficile d’apprécier les conséquences des grands scenarii du changement climatique sur les écosystèmes côtiers (en particulier leurs composantes intertidales et estuariennes de par leur position d’interface entre continents et océans) et, de facto, l’ampleur des gradients environnementaux et des forçages climatiques et anthropiques locaux qui les caractérisent. De plus, les organismes, les populations et les communautés ne répondent pas aux moyennes globales prédites par les modèles climatiques, mais aux propriétés locales de leur environnement, et ce sont ces propriétés que nous considèrerons comme les plus pertinentes dans le contexte d’une réponse écologique au changement climatique. La question de comprendre la capacité des espèces, populations et communautés à résister et, éventuellement, à s’adapter à une modification des propriétés de leur environnement est plus que jamais d’actualité et se trouve être au centre des débats écologiques depuis près de deux décennies mais a aussi des implications considérables en termes de mise en place de stratégies de management et de conservation. Les composantes intertidales et estuariennes des écosystèmes côtiers incluent une grande variété d’environnements (e.g. les substrats durs et meubles des domaines intertidal et estuarien) et peuvent ipso facto être considérées comme résilientes aux forçages externes, qu’ils soient d’origine climatique ou anthropique. Ces écosystèmes ont été, et sont plus que jamais, impactés par les pollutions minérales et organiques, une surexploitation des ressources vivantes, les espèces introduites, la modification du trait de côte et les changements globaux tels que le réchauffement, l’acidification, l’élévation du niveau des océans ou encore l’augmentation des radiations UV et de la fréquence et de l’intensité des tempêtes. Les conséquences écologiques de ces forçages, bien qu’encore peu comprises, sont nombreuses depuis les échelles locales jusqu’aux échelles globales, et incluent des changements dans les patrons de zonation et de biogéographie, la composition spécifique, la diversité, les interactions spécifiques et la structure des communautés comme dans les niveaux de production primaire et secondaire. La prise en compte de ces problèmes est essentielle car (i) les activités anthropiques affectent les écosystèmes bien plus rapidement que nous ne devenons conscients de leurs effets, ce qui constitue un risque majeur en lui-même, et (ii) ces écosystèmes sont soumis à des conditions parmi les plus extrêmes, et sont particulièrement vulnérables à des changements, même subtils, des propriétés biotiques et abiotiques de leur environnement, la température, par son contrôle sur le métabolisme, en étant une des principales. Dans ce cadre, il est essentiel de comprendre les effets potentiels des changements climatiques prévus sur les organismes et les écosystèmes intertidaux et estuariens en estimant le plus objectivement possible leur capacité à répondre, à s’adapter (microévolution) et éventuellement à survivre, au changement climatique. Notre recherche s’articule autour de 3 axes de recherche distincts, mais en interaction permanente. L’axe 1 « Flux de matières et d’énergie au sein des écosystèmes intertidaux et estuariens » a pour objectif de caractériser de manière qualitative comme quantitative les flux de matière (O2,C,N,P) et d’énergie au sein des écosystèmes intertidaux et estuariens avec une attention toute particulière portée à deux compartiments biotiques (les oiseaux limicoles et les foraminifères) dont le rôle est majeur sur la structuration du réseau trophique. L’axe 2 « Services écosystémiques des écosystèmes intertidaux et estuariens » vise à inventorier, puis à quantifier, cartographier et modéliser les services écosystémiques délivrés par les écosystèmes intertidaux et estuariens. Notre approche consiste également à simuler différents scénarii d’évolutions futures afin d’apporter aux gestionnaires (en particulier locaux) des éléments concrets pour l’optimisation de la prise de décision en matière de conservation des écosystèmes intertidaux et estuariens. L’axe 3 « Adaptation et résilience aux forçages hydroclimatiques et anthropiques » a pour objectif de comprendre les réponses comportementales, physiologiques et biochimiques des organismes peuplant les écosystèmes intertidaux et estuariens (i.e. des producteurs primaires comme le microphytobenthos et les macroalgues, jusqu'aux niveaux trophiques supérieurs comme la macrofaune, les poissons et les oiseaux limicoles) pour mieux comprendre et prédire la réponse des populations et des communautés à une variété de stress d’origines naturelle et anthropique. Si les zones d’études privilégiées restent les zones intertidales et estuariennes de la Manche orientale et du Sud de la Mer du Nord, INTEREST est également présente à l’échelle globale avec des chantiers à l’échelle européenne, en Afrique, en Asie du Sud Est, en Amérique centrale et dans l’océan austral.

L’équipe travaille sur l’analyse théorique et l’observation de processus physiques afin de comprendre et prévoir leurs impacts sur l’environnement marin, d’un point de vue de la biologie ou de la biogéochimie. Nos recherches concernent (i) des développements dans le domaine de l’optique marine et de la télédétection spatiale de la couleur de l’eau, (ii) des études de processus physiques à différentes échelles spatiales et temporelles (de la turbulence aux processus hydrodynamiques à méso-échelle), et (iii) la scénarisation et théorisation des changements biologiques observés dans le cadre des changements climatiques. Nos activités sont basées sur des études théoriques, par exemple à partir de modèles de turbulence, de transport, ou de transfert radiatif, et sur des observations satellites, in situ et de laboratoire. Si nos différentes activités nécessitent des développements méthodologiques basés sur des études théoriques et des observations spécifiques, les études menées par les membres de l’équipe ont également pour objectif de coupler les différentes approches pour aborder des thématiques scientifiques sociétales. Par exemple, certains de nos travaux visent à une meilleure compréhension du rôle des écosystèmes côtiers dans le cycle du carbone à l’échelle globale. Nous étudions également les transferts de matière le long du continuum continent/océan ou encore le potentiel hydrolien ou éolien dans le cadre de la production d’énergies marines renouvelables. Nos activités de recherche s’étendent sur une large gamme d’échelles temporelles : de l’étude des séries temporelles à haute-fréquence aux modélisations bio-climatiques. Différentes échelles spatiales sont également appréhendées, de la taille de la cellule phytoplanctonique à l’échelle globale. Nous appliquons nos études à trois chantiers prioritaires : Manche, Asie du Sud Est et le plateau continental Brésilien (Amazonien). Pour ces deux derniers chantiers, l’équipe est fortement impliquée dans deux Laboratoires Mixtes Internationaux (LOTUS au Vietnam et TAPIOCA au Brésil). De nombreux projets sont actuellement pilotés par un membre de l’équipe et impliquent des collaborations avec des partenaires publics et privés.