La Méditerranée – Généralités

La Méditerranée s’est formée entre trois continents il y de cela 50 à 60 millions d’années entre le bloc africain et le bloc eurasien. La mer Méditerranée représente une des régions les plus riches au monde de par sa diversité naturelle et multiculturelle. La richesse de cette mer et de ses rivages est d’ordre géographique, historique, environnementale, géopolitique ou encore climatique. La société se pose désormais des questions pour se préparer aux changements menaçant l’équilibre de cette mer. Cela passe d’abord par savoir « comment fonctionne la Méditerranée ». Dans ce registre très large, nous ne pouvons parler de la mer sans citer la terre, nous ne pouvons citer la terre sans parler du climat, nous ne pouvons parler du climat sans parler de notre civilisation qui est entièrement dépendante de la mer. On estime que l’Homme s’est installé sur les bords de la mer Méditerranée il y a de cela six à dix millénaires la mer Méditerranée était alors une barrière étendue jusqu’à l’horizon, une immensité énigmatique et obsédante. Aujourd’hui, elle est appréhendée comme une zone de profits, un parc marin et terrestre. La Méditerranée est caractérisée par une forte insuffisance biologique. On parle de mer oligotrophe (Siokou-Frangou et al. 2010) Elle est quasiment dépourvue de plateaux continentaux essentiels à la prolifération d’espèces marines. Elle se serait vidée de ses ressources inorganiques trop exploitées, elle serait devenue très pauvre en plancton. Si la Méditerranée est pauvre en biomasse, sa biodiversité est finalement très importante. La Mer Méditerranée comporte des caractéristiques dynamiques et biologiques très variées que l’on retrouve dans le mécanisme global de l’océan mondial. Son étude permettrait donc la compréhension de phénomènes qui dépassent ses propres frontières. Une question de saison “Ce climat est unificateur des paysages et des genres de vie, construit par une double respiration, celle du Sahara au sud et celle de l’océan Atlantique à l’ouest” (F. Braudel, Le Méditerranée, « L’espace et l’histoire ») Si je devais choisir un seul mot, pour sa signification scientifique (mais aussi philosophique et littéraire), qui qualifierait les rythmes de la physique, de la flore et de la faune méditerranéenne, ce serait “saisonnalité”. La Méditerranée oscille entre influence océanique et influence désertique qui s’imposent alternativement à un rythme saisonnier. « Le désert s’efface quand intervient l’océan », dès le mois d’octobre par son humidité liée à de grosses dépressions. Les vents les poussent vers l’orient jusqu’à changer la couleur de la surface de l’eau en bleu sombre ou en gris et recouvrir la mer d’écumes blanches. Pendant ces mois d’hiver les tempêtes 15 sont impressionnantes, dévastatrices. Ces tempêtes permettent néanmoins d’enrichir les surfaces oligotrophes en matière nécessaire à la prolifération des végétaux marins. Elles participent à l’équilibre thermique de la mer et sont aussi la source de phénomènes biologiques très importants : Les blooms phytoplanctoniques. « L’océan se retire quand souffle le désert » à partir du mois de juin. L’air sec et brulant couvre l’étendue de la mer et en déborde largement ses limites vers le nord et l’ouest. Ce ciel d’été ne se voile que pour quelques jours lorsque soufflent des vents du sud chargés de sable qui ensemencent la surface d’un mélange de matière organique, inorganique et de métaux traces. Cette longue période est aussi appelée la saison oligotrophe car quasiment toute la surface de la mer est stable dynamiquement et dépourvue de sels nutritifs et de plancton végétal sur une large couche d’une centaine de mètres d’épaisseur. 

Une forte sensibilité du et au climat

Cet équilibre saisonnier est en amont dépendant des variabilités climatiques. En effet, plusieurs études météorologiques ont montré que la Méditerranée est l’une des régions les plus sensibles aux variations climatiques (Giorgi et al. 2006 ; Somot et al. 2007 ; Herrmann et al. 2008). En 2007, Herrmann et al., grâce à la modélisation sur deux époques différentes, ont réalisé une première approche de l’étude du changement climatique sur les écosystèmes pélagiques. L’augmentation de la température de l’eau provoquerait une stratification plus forte et par conséquent une diminution de l’intensité des évènements de convection profonde, ce qui pourrait diminuer l’enrichissement des eaux de surface en sels nutritifs provoquant une diminution de l’efflorescence phytoplanctonique. Sachant que le phytoplancton est l’organisme à la base de la chaîne trophique, toute la chaîne serait donc face à d’importants bouleversements. Nous pouvons imaginer encore plus de modifications en prenant en compte également la diminution des débits des rivières et l’augmentation des effluents urbains qui toucheraient les écosystèmes par l’acidification de la mer.

Structure du manuscrit

Ce manuscrit de thèse est constitué comme suit : Le chapitre 1 décrit la Méditerranée d’un point de vue hydrodynamique. On verra une description simplifiée des différentes masses d’eau que l’on trouve en Méditerranée et les circulations qui leur sont associées. Une courte description du processus de formation des eaux profondes, la convection, sera donnée. Le chapitre 2 présente les relations entre les matériaux biogènes et la dynamique, en particulier les processus de mélange. Une approche des divers compartiments de la production primaire, des sels nutritifs à la chlorophylle sera discutée. Au chapitre 3 la méthodologie utilisée dans ce travail sera développée. Cela couvre, d’une part, les aspects de la description des écosystèmes par biorégionalisation et d’autre part l’approche par la modélisation couplée hydrodynamique/biogéochimie. Enfin les trois chapitres suivants sont constitués de projets d’articles. 1. Le premier article concerne la modélisation biogéochimique de l’ensemble du bassin méditerranéen, à l’aide du forçage physique NEMOMED12-Free (Hamon et al. In press) et du modèle biogéochimique Eco3m-S (Auger et al. 2014). Cette étude a bénéficié d’une collaboration entre les partenaires du projet SIMED impliqués sur la modélisation hydrodynamique du bassin (Mercator-Océan – CNRM) et le Laboratoire 19 d’Aérologie. L’objet de cette publication est de constituer un groupement écologique des eaux pélagiques, en se basant sur une technique statistique utilisant les climatologies mensuelles des paramètres biologiques calculées à partir d’une simulation de 14 ans. Le but est d’expliquer les propriétés qui caractérisent les principaux groupes de biorégions du bassin dans un cadre de couplage dynamique, biogéochimique et biologique. Cet article a comme objectif final, l’exposition d’un bilan décennal du cycle de l’azote et du phosphore afin de mettre en évidence les flux des sels nutritifs et de la matière organique, la quantification des échanges avec l’océan Atlantique, ainsi que la quantification des processus biologiques qui interviennent dans la transformation de la matière biogène dans la couche supérieure et profonde des deux sous-bassins de la mer Méditerranée. 2. Le deuxième article fera partie du numéro spécial consacré à la formation de l’eau dense et à ses conséquences sur les cycles biogéochimiques. Il est consacré à l’étude de la modélisation du cycle saisonnier de l’azote et du phosphore dans le bassin occidental de la Méditerranée. La modélisation est réalisée à partir d’un couplage physique à l’aide du modèle SYMPHONIE (Estournel et al. 2005 ; Marsaleix et al. 2009 ; 2012) et biogéochimie avec le modèle Eco3m-S à très haute résolution (1 km). L’objectif est de reproduire le cycle des sels nutritifs pendant une année, entre l’automne 2012 et l’automne 2013. Les données issues des campagnes DeWEx 1 et 2 et MOOSE 2013 sont utilisées pour comparer et valider minutieusement le modèle en hiver, au printemps et en été 2013. Des diagnostiques sur le cycle saisonnier des processus biologiques, qui concernent le cycle de l’azote et du phosphore et sur la stœchiométrie, sont présentés dans la zone concernée par la convection profonde en Méditerranée nord-occidentale (Golfe du Lion). Cet article se termine par un bilan annuel des flux physiques et biogéochimiques d’azote et de phosphore dans la couche de surface.