Océanographie satellitaire et « Dragon de Malaspina»

Efflorescence en forme de dragon se déplaçant de la baie de Malaspina vers le détroit de Georgia le 18 février 2009. Le signal de fluorescence est représenté par un code de couleurs allant du bleu foncé (signal faible) au vert et au jaune (signal le plus élevé).  Les nuages et les terres sont masqués en noir et en gris foncé, respectivement.

Efflorescence en forme de dragon se déplaçant de la baie de Malaspina vers le détroit de Georgia le 18 février 2009. Le signal de fluorescence est représenté par un code de couleurs allant du bleu foncé (signal faible) au vert et au jaune (signal le plus élevé). Les nuages et les terres sont masqués en noir et en gris foncé, respectivement.

De prime abord, une formation en astronomie ne semble pas aller naturellement de pair avec l'océanographie. Cela a pourtant réussi à Jim Gower, Ph.  Il fait partie de l'équipe de chercheurs de l’Institut des sciences de la mer, situé à Sidney, sur l'île de Vancouver (Colombie-Britannique).  L’Institut des sciences de la mer est un centre de recherche pour les eaux côtières de la Colombie-Britannique, le nord-est de l’océan Pacifique, l’ouest de l’océan Arctique canadien et pour les eaux douces navigables situées à l'est de la frontière de l’Alberta.  Il s'agit de l'un des plus importants instituts océanographiques du Canada et il représente une partie de l'approche de gestion écosystémique de l'environnement marin de Pêches et Océans Canada.

« Astronome de formation, je travaille aujourd'hui en tant qu'océanographe physicien », explique M. Gower.  « J'ai été embauché en 1971, lorsqu'on lançait de nombreux satellites dans l'espace et qu'on avait besoin de personnes sachant effectuer des mesures à distance.  À cette époque, de nombreux scientifiques ont choisi de passer de l'astronomie à l'océanographie.  J'étais le premier océanographe satellitaire du MPO.  Depuis, de nombreuses recrues nous ont rejoints car l'océanographie satellitaire devient une discipline courante.  L'institut dispose d'une équipe de télédétection qui mène des activités à petite échelle depuis cette époque. »

Les chercheurs sont capables de tirer profit des images satellite mises en ligne par les systèmes d'observation de la Terre de la NASA, de l'Agence Spatiale Européenne et des agences spatiales d'autres pays.  Cette technologie est utilisée, entre autres, pour suivre la croissance saisonnière du phytoplancton et la formation d'efflorescences algales. 

Afin de comprendre pourquoi ce suivi revêt une importance essentielle, il est important de comprendre quels sont les rôles joués par le phytoplancton dans notre écologie marine.  Le phytoplancton est une plante unicellulaire microscopique. Il constitue le premier maillon de la chaîne alimentaire et l'ensemble de la vie marine en est tributaire.  Bien qu'il soit trop petit pour être observé individuellement, lorsqu'il est présent en quantité suffisamment élevée, il change la couleur de l'eau : de bleu clair, celle-ci passe à un vert plus trouble.  Ce changement de couleur est dû à la lumière que le phytoplancton diffuse et à la présence de pigments photosynthétiques tels que la chlorophylle dans ses cellules.  À une concentration suffisamment élevée, il forme des efflorescences algales susceptibles de donner à l'eau une couleur blanche, verte, marron ou rouge.

La plupart du temps, les concentrations élevées de phytoplancton, souvent dues au fort ensoleillement et à la grande quantité d'éléments nutritifs, sont bonnes pour l'écosystème.  Elles stimulent la productivité du grand nombre d'animaux marins en amont de la chaîne alimentaire.  Mais elles peuvent également nuire aux écologies marines locales. La formation d'efflorescences est un phénomène cyclique et, toutes choses étant égales par ailleurs, les efflorescences printanières ne sont que des reprises printanières normales de croissance après l'hiver.

« Le type de données que nous étudions concerne la chlorophylle standard et permet de mesurer la concentration en chlorophylle en haute mer », fait remarquer Jim Gower. « C'est une méthode qui fonctionne plutôt bien mais qui n'est pas aussi efficace pour les eaux côtières. C'est un problème auquel tout le monde est confronté dans le cas du littoral. Des difficultés apparaissent lors de l'utilisation d'images satellite en raison de la nature complexe des eaux côtières, et la pollution atmosphérique ajoute souvent un degré de difficulté. » 

« Certains des travaux de recherche préliminaires auxquels j'ai pris part concernaient l'élaboration d'une nouvelle méthode de mesure de la chlorophylle à partir de la fluorescence », ajoute-t-il.  Il est possible de mesurer cette fluorescence à l'aide d'images satellite, à condition que nous disposions de bandesNote de bas de page 1 satellite spéciales qui détectent la longueur d'onde des émissions de fluorescence et les longueurs d'onde de référence avoisinantes pour lesquelles aucune émission n'est enregistrée. L'idée de mesurer la fluorescence à partir d'images satellite est très intéressante car tout le monde utilise la mesure de la fluorescence sur les navires ou dans l'eau.  Pour détecter la présence de chlorophylle, il suffit d'éclairer l'eau avec une lumière bleue et d'observer si une lumière rouge est émise en retour. Il s'agit du phénomène de fluorescence de la chlorophylle ».

Ces images, obtenues à partir des capteurs MERIS et MODIS installés sur les satellites d'observation de la terre, montrent la fluorescence du phytoplancton dans le détroit de Malaspina.  Le spectromètre imageur MERIS et le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne MODIS utilisent des bandes passantes lumineuses bien précises pour mesurer la concentration de chlorophylle des eaux de surface. Ces données sur la coloration de l'océan permettent également aux scientifiques d'en savoir plus sur le cycle du carbone océanique et sont essentielles pour comprendre le rôle joué par les océans dans le changement climatique.  Les dessins de dragons présentés sous ces images ont été réalisés par Sara Statham.

Ces images, obtenues à partir des capteurs MERIS et MODIS installés sur les satellites d'observation de la terre, montrent la fluorescence du phytoplancton dans le détroit de Malaspina. Le spectromètre imageur MERIS et le spectroradiomètre imageur à résolution moyenne MODIS utilisent des bandes passantes lumineuses bien précises pour mesurer la concentration de chlorophylle des eaux de surface. Ces données sur la coloration de l'océan permettent également aux scientifiques d'en savoir plus sur le cycle du carbone océanique et sont essentielles pour comprendre le rôle joué par les océans dans le changement climatique. Les dessins de dragons présentés sous ces images ont été réalisés par Sara Statham.

Ces dernières années, Jim Gower et ses collègues ont utilisé des images satellite mesurant la fluorescence pour observer le détroit de Georgia et les bras de mer avoisinants.  Ils ont déterminé un nouveau facteur susceptible d'influencer le moment de l'efflorescence printanière dans le détroit : le déclenchement précoce dû à la croissance du plancton dans les bras de mer côtiers.  Ils ont nommé ce mécanisme « Dragon de Malaspina » en raison du motif caractéristique des eaux riches en chlorophylle qui s'écoulent dans le détroit de Malaspina certaines années à la fin du mois de février.  Ce motif, qui prend la forme d'un dragon, a été observé en 2005, en 2008 et en 2009 et a probablement eu lieu en 2004 et en 2007. Il ne s'est pas manifesté en 2003, 2006, 2010, 2011 et 2012.

L'efflorescence printanière observée dans le détroit de Georgia survient en moyenne trois ou quatre semaines plus tôt lorsque le « dragon » est présent.  Ce phénomène semble indiquer que le semis en provenance des bras de mer pourrait être un facteur important jouant sur le moment de l'efflorescence.  En outre, la période de survenance de l'efflorescence est un facteur important pour la survie du saumon et d'autres espèces de poissons, et entre en considération dans l'élaboration de sciences écosystémiques.

Le nom « Dragon de Malaspina » vient des images satellite de l'efflorescence entrant dans le détroit.  Les scientifiques ont souligné sa ressemblance avec un dragon, après quoi Sara Statham, une étudiante du programme universitaire coop, a illustré ce lien en dessinant à côté des images des dragons mythiques dans des positions ressemblant aux efflorescences.

« Nous attribuons les efflorescences qui surviennent dans les anses Jervis et Sechelt à une croissance continue alors qu'elles s'écoulent vers le détroit de Malaspina et aux tendances de l'eau douce et de l'eau salée du détroit de Georgia », indique Jim Gower.  En fait, la formation du motif apparaît au fur et à mesure que l'efflorescence investit de grandes étendues d'eau douce près de la surface.  L'eau douce a tendance à se glisser sous l'efflorescence car cette dernière est un peu plus dense.

L'un des travaux que nous menons depuis 2009 consiste à nous rendre à Egmont, un petit village se trouvant près de Skookumchuck Narrows, et à installer chaque année, de février à avril, un fluorimètre enregistreur sur le quai.  Cet appareil permet d'enregistrer les efflorescences qui proviennent de l'anse Sechelt lors de la marée descendante de Skookumchuck et celles qui proviennent de l'anse Jervis lors de la marée montante de Skookumchuck.  L'ironie du sort veut que nous n'ayons pas eu la chance d'observer une seule efflorescence précoce depuis la mise en place de cet appareil, mais nous avons observé des efflorescences qui répondent aux caractéristiques des efflorescences printanières normales et plus tardives. »

Jim Gower fait remarquer qu'il est important de mettre en place une surveillance du détroit de Georgia afin de connaître la date précise de l'apparition de l'efflorescence printanière plutôt que de n'en connaître que la date moyenne, mais également afin de savoir quels facteurs l'ont déclenchée.  Il est intéressant de savoir que l'apparition du « Dragon de Malaspina » correspond à une efflorescence printanière précoce dans le détroit.  On n'a pas encore pu déterminer si ce phénomène avait un lien de cause à effet.  L'aspect et la période de survenance du dragon fournissent de nouveaux renseignements dont l'importance se précisera au gré des travaux de surveillance supplémentaires menés dans le détroit et dans les anses Jervis et Sechelt.  La combinaison d'images satellite et de mesures provenant d'un fluorimètre de surface semble être le meilleur moyen de combler les lacunes en matière de connaissances.

« Dans l'ensemble », affirme Jim Gower, « l'aspect du Dragon de Malaspina semble être un autre lien permettant de comprendre le fonctionnement de l'écosystème côtier.  À ce stade, il est difficile de dire s'il s'agit d'un lien critique et probant.  En résumé, nous avons découvert un élément significatif, nouveau et important auquel nous devons continuer à nous intéresser. »

On ne saurait insister sur les avantages liés à l'approfondissement de nos connaissances des facteurs qui ont une incidence sur la productivité primaireNote de bas de page 2 des eaux côtières de la Colombie-Britannique.  La compréhension de la croissance du phytoplancton et des efflorescences algales est un élément essentiel de cette connaissance.  L'avenir de nos pêches et de notre écosystème marin en dépend.

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