L'océan arctique vu de l'espace : des images qui dévoilent beaucoup d'information

Pour Pierre Larouche, chercheur en océanographie physique à l'Institut Maurice-Lamontagne (IML) de Mont-Joli, l'océan Arctique est le plus beau et le plus excitant milieu de travail qui soit : c'est l'endroit où s'observent les changements les plus importants sur la planète et surtout les plus parlants en ce qui concerne le réchauffement climatique. Mais étudier et comprendre ce milieu marin exceptionnel n'est pas une simple affaire. Les campagnes en mer sont non seulement complexes mais aussi très coûteuses. Un outil précieux, la télédétection, a permis au chercheur Larouche de contourner ces aléas.

Le chercheur Pierre Larouche. Photo crédit : P. Larouche, MPO.

La télédétection, c'est la prise d'images par satellites. L'océan est photographié du haut du ciel et les images obtenues permettent de caractériser certains paramètres des écosystèmes marins, en particulier la couleur de l'eau et les températures de surface de la mer. Une grande partie de ce qu'on sait aujourd'hui sur la fonte de la banquise arctique nous vient d'ailleurs de la télédétection.

L'interprétation des images de télédétection se fait par l'utilisation d'algorithmes. Ce sont ces équations mathématiques qui permettent de transformer les mesures de lumière observées par les satellites en d'autres types de paramètres, comme par exemple la concentration en chlorophylle. C'est ici qu'intervient l'optique marine. C'est que l'eau possède des propriétés d'interaction avec la lumière qui sont l'absorption, la diffusion et la transmission de la lumière. La première consiste en l'absorption de certaines longueurs d'ondes de la lumière par les particules, alors que la deuxième équivaut à la quantité de lumière qui est réfléchie par celles-ci. La somme des deux donne la transmission de la lumière qui réussit à se propager vers le fond. La connaissance de ces propriétés de l'eau correspond à l'optique marine.

Un bloom de phytoplancton dans la mer de Barents. Photo crédit: Jeff Schmaltz

C'est grâce à l'optique marine que Pierre Larouche et son équipe réussissent, à partir des images satellitaires, à transposer des données physiques – l'absorption et la diffusion de la lumière – en données biologiques – la concentration en chlorophylle. La concentration en chlorophylle constitue le centre d'intérêt de toutes ces recherches puisqu'elle révèle des informations sur le phytoplancton. Par l'étude des images de télédétection, les chercheurs arrivent à déterminer la concentration en chlorophylle et donc les quantités et les changements du phytoplancton présent dans l'océan Arctique. Une juste caractérisation de ce premier maillon de la chaîne alimentaire, duquel dépend toute la faune polaire, est primordiale pour l'évaluation complète de l'écosystème arctique. Toutefois, l'utilisation de la télédétection seule, sans contre-vérification sur le terrain, ne permet pas d'assurer un résultat représentatif. Ainsi, il faut occasionnellement se déplacer en mer pour valider l'exactitude des données. Et cela est d'autant plus vrai pour l'océan Arctique.

En effet, au fil des missions effectuées depuis 1997 dans l'océan Arctique, les chercheurs ont réalisé que les résultats obtenus des images satellitaires ne correspondaient pas aux échantillons prélevés sur le terrain; les quantités de phytoplancton déterminées à partir de la télédétection étaient surévaluées. Pourquoi? La faute revient aux algorithmes utilisés, développés dans les mers du sud, et ne s'appliquant pas adéquatement aux conditions de l'océan Arctique. En effet, ce dernier possède des caractéristiques physiques particulières. Le milieu arctique compte de nombreuses régions côtières où se jettent de grands fleuves et rivières, ce qui alimente l'océan Arctique en importantes quantités d'eau douce. Cet océan est d'ailleurs le moins salé de la planète. Ces importants volumes d'eau douce entraînent avec eux des sédiments et des matières dissoutes qui rendent l'interprétation des images satellitaires plus complexe, notamment dans l'observation du phytoplancton.

Les recherches poursuivies par Pierre Larouche et ses collaborateurs ont permis de définir de nouveaux algorithmes, spécialement conçus pour l'interprétation des images satellitaires de l'Arctique. Ces algorithmes adaptés pourront donc être utilisés pour réexaminer toutes les images archivées depuis 1997. Les scientifiques obtiendront, par cet exercice, des données historiques fiables et représentatives sur plus d'une dizaine d'années. Ils pourront alors réévaluer les modèles de prévision définis à l'aide des anciens algorithmes et ajuster les résultats en conséquence. D'autres projets de recherche sont aussi en cours, notamment pour déterminer les capacités d'absorption de la lumière des principales espèces de phytoplancton de l'Arctique grâce aux missions réalisées dans la mer de Beaufort, la mer de Baffin, la baie d'Hudson et la mer de Laptev (Russie). Les prochains résultats pourraient permettre entre autres de différencier, par télédétection, de grands groupes de phytoplancton.

Un panache du fleuve Mackenzie dans la mer de Beaufort. Remarquez l'étendue et la complexité spatiale des matières en suspension qui rend la mesure de la chlorophylle si difficile dans ces eaux côtières. Photo crédit: SeaWiFS project, NASA.

Déjà dix ans que ces scientifiques scrutent le phytoplancton dans l'océan Arctique. Les données obtenues des missions en mer sont riches en enseignement. En effet, en raison des changements climatiques, la fonte de la banquise ouvre un nouvel océan pour le phytoplancton. Les effets de ces changements sur les maillons supérieurs de la chaîne alimentaire sont encore méconnus parce que les habitudes alimentaires des espèces qui se nourrissent de phytoplancton ne sont pas tous documentés. Toutefois, on sait que tout changement, que ce soit dans la quantité, le type ou la localisation du phytoplancton, va nécessairement avoir une influence sur les comportements et la survie des autres animaux, et ce jusqu'aux grands mammifères marins et aux ours polaires.

À court terme, aucune mission en mer n'est prévue pour notre chercheur et son équipe. Ces derniers terminent tout juste un peu plus de cinq années de travail intensif sur le terrain et ils ont accumulé beaucoup de données qui doivent être traitées. En cette fin d'Année polaire internationale qui unit les efforts des scientifiques de plusieurs pays, les prochains mois seront consacrés à la préparation des rapports d'étude dont les résultats seront présentés et discutés à l'automne 2009 lors d'un colloque international qui se tiendra à Winnipeg. Des scientifiques de toutes les disciplines feront le point sur les changements observés dans l'Arctique depuis dix ans, et tenteront de tracer un portrait plus clair de ce que sera l'avenir de cette région grandiose et de son écosystème si fragile.

¹ Le concept d'Année polaire internationale (API) prend son assise sur une volonté internationale de coordonner les recherches en Arctique et en Antarctique. La première API s'est tenue en 1883-1884. L'édition 2007-2009 est la quatrième depuis.