[:fr] Les campagnes de terrain de l’IRP VELITROP reprennent[:]

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Au Brésil, comme dans la plupart des pays tropicaux, les populations se concentrent sur le littoral dans des mégacités dont les eaux usées domestiques sont rejetées en mer le plus souvent lors d’évènements orageux intenses et sans traitement préalable. Il en résulte un enrichissement des écosystèmes côtiers en matière organique et en nutriments (azote et phosphore) qui s’accumulent dans les eaux et les sédiments et modifient à des échelles des temps décennales à centennales leur fonctionnement écologique. C’est le phénomène d’eutrophisation, particulièrement intense sous climat tropical. La qualité de l’eau et les équilibres biogéochimiques sont modifiés, ainsi que les communautés biologiques dont le développement dépend de cette qualité et/ou qui interviennent dans ces équilibres : algues, bactéries, et premiers maillons des chaines trophiques tels que les bivalves filtreurs ou le zooplancton, jusqu’aux poissons. Les services écosystémiques du milieu littoral pour les sociétés locales sont altérés, ainsi que la contribution de ces écosystèmes aux émissions de gaz à effet de serre.

L’IRP VELITROP est dédié à l’étude, par des approches interdisciplinaires, des mécanismes biologiques et géochimiques associés à l’eutrophisation de l’océan en région tropicale. Le littoral de l’Etat de Rio de Janeiro est utilisé comme zone atelier privilégiée de par sa géomorphologie, son hydrographie et sa pression démographique communément rencontrées en régions tropicales (Amérique latine, Afrique et Asie). Comme l’indiquent les concentrations en chlorophylle obtenues par imagerie satellitaire (illustration #1) les baies de Guanabara (surface de 380 km2) et de Sepetiba (440 km2) directement connectées à l’agglomération urbaine de Rio de Janeiro, sont les plus riches en phytoplancton tandis que la baie de Ilha Grande (880 km2), moins peuplée, plus profonde et ouverte sur l’océan, reste dans un état proche de ce qui devait prédominer il y a plus d’un siècle dans toute la région bien avant l’explosion démographique. Les chercheurs du laboratoire de Biologie des Organismes et des écosystèmes aquatiques (CNRS, Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris), du Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (CNRS, Université de Lille, Université du Littoral, IRD, Wimereux), du Laboratoire de planétologie et Géosiences (CNRS, Université d’Angers), de la Faculté d’Océanographie de l’Université de l’État de Rio de Janeiro (UERJ), et des programmes de géochimie et de biologie marine de l’Université Fédérale Fluminense (UFF) ont uni leurs forces pour travailler sur un large panel de processus liés à l’eutrophisation des écosystèmes littoraux tropicaux sous influence urbaine : les flux de nutriments, de matières organiques et de carbone le long du continuum continent-océan (estuaires, baies et lagunes, plateau continental) ; les réponses en cascade des communautés de phytoplancton et de zooplancton à la fertilisation des écosystèmes interconnectés : changements de productivité et de biodiversité planctonique, apparition de marées vertes et rouges ; les modifications des ressources alimentaires pour les mollusques bivalves filtreurs utilisés comme biocapteurs de l’eutrophisation ; Les modifications des émissions et des captages de gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O) par les eaux littorales et les zones humides telles que les mangroves, qui renferment de grandes quantités de carbone « bleu » dans leurs sols.

 

Emprise urbaine, localisation des principales zones de mangroves et exemple de distribution de la chlorophylle mesurée par le satellite Sentinel-3 OLCI le long du littoral de l’état de Rio de Janeiro. Les campagnes VELITROP 2021 et 2022 ont concerné les baies de Ilha Grande et Sepetiba.

Pour ces recherches, il est primordial d’acquérir des données sur le terrain, ce qui n’a pas été possible pendant près de deux ans du fait de la pandémie, obligeant de nombreux étudiants à réorienter leurs travaux académiques vers des études bibliographiques, ou lorsque cela était possible vers des analyses d’images satellite ou de la modélisation hydrodynamique sans validation de terrain. C’est pourquoi à la fin d’année 2021, dès que les conditions sanitaires l’ont permis, l’IRP VELITROP, conjointement avec un projet FAPERJ porté par l’UFF et un projet ANR-FAPESP porté le CNRS et l’Institut National de Recherche Spatiale brésilien (INPE), a organisé une campagne de mesures et de collectes d’échantillons dans les baies de Ilha Grande et de Sepetiba, où les connaissances scientifiques restent bien plus fragmentaires que dans la très emblématique baie de Guanabara, mais le long desquelles on observe un gradient très net d’eutrophisation sur un transect de 100km, allant de conditions oligotrophes à l’ouest à des conditions très eutrophes à l’est (illustration #1). Quinze chercheurs et étudiants appartenant au CNRS, à la faculté d’Océanographie de l’UERJ, au département de géochimie de l’UFF, au département de Zoologie de l’Université Fédérale de Rio de Janeiro (UFRJ) et à l’INPE, ont participé à ces missions à partir d’une base localisée à Angra dos Reis (Illustration #2) et d’un bateau de 22m habituellement dédié à la plongée sous-marine. 125 heures de mesures in situ et 75 stations ponctuelles ont été réalisées à trois périodes de l’année en novembre 2021, Avril 2022 et Septembre 2022, de manière à couvrir diverses conditions météorologiques, hydrographiques et environnementales. Ces 100 km de littoral étaient échantillonnés en trois jours tandis qu’une équipe à terre filtrait et conditionnait les échantillons d’eaux de surface et de fond, sur lesquels une trentaine de paramètres chimiques et biologiques seront analysés dans les différents laboratoires au Brésil et en France.

Vue d’ensemble des postes de travail sur le navire Aquamaster II. B : trait de filet à plancton. C : dispositif de mesure en direct de la salinité, température, fluorescence, concentration en oxygène dissous et pression partielle en CO2 dans les eaux de surface. D : l’équipe en Avril 2022. E : courantomètre acoustique à effet doppler utilisé pour calibrer le modèle hydrodynamique de l’UERJ.

Les mesures réalisées à bord ont confirmé les observations par satellite dans la baie de Sepetiba, ainsi que nos résultats précédents dans trois autres baies et lagunes de la région. Des blooms phytoplanctoniques intenses captent du CO2 atmosphérique et produisent de grandes quantités de biomasse (Illustration 3). Les données de radiométrie mesurées sur l’eau, celles de physico-chimie, les quantités de matériels planctonique retenus dans les filets de différentes mailles, tous les paramètres témoignent de l’enrichissement du fond de la baie de Sepetiba qui reçoit l’eau des rivières drainant la zone Nord de l’agglomération de Rio de Janeiro et dont le temps de renouvellement des eaux est le plus long. L’ensemble des données qui seront produites principalement dans le cadre de masters et thèse co-encadrées apporteront des informations quantitatives sur les communautés de phytoplancton et de zooplancton, les formes organiques et inorganiques du carbone, de l’azote et du phosphore, les origines et l’état des matières organiques particulaires dans les eaux, en différenciant les contributions des bassins versants, des mangroves, des rejets d’eaux usées et du phytoplancton. Ces campagnes permettront aussi de calculer des bilans de gaz à effet de serre sur les surfaces échantillonnées et d’utiliser des corrélations avec la couleur de l’eau (chlorophylle matière particulaire et dissoute et stocks de carbone organique associés) pour estimer de manière précise ces descripteurs et développer des méthodes permettant de quantifier les flux de CO2 dans la région à partir de données satellitaires. Ces échantillons serviront pour les travaux de trois Mestrado et deux doctorats à l’UFF et l’UERJ. Des bourses de mobilité en France pour au moins trois de ces étudiants devraient leur permettre d’accéder à une plateforme analytique en géochimie organique à Paris et de traitement du signal de couleur de l’eau à Wimereux.

Distribution longitudinale de la pression partielle en CO2 et de la chlorophylle en Novembre 2021. Baie de Ilha Grande à gauche et Sepetiba à droite du graphique. Les valeurs de pression partielle en CO2 en dessous de 410 ppmv témoignent d’une absorption de CO2 atmosphérique particulièrement forte dans la baie de Sepetiba, où l’on observe de fortes biomasses de phytoplancton.

Ensuite, à travers l’interdisciplinarité, lorsque les données chimiques, biologiques et physiques, d’observation, d’expérimentation et de modélisation seront confrontées entre elles de différentes manières, nous serons en mesure d’aborder des questions scientifiques plus précises sur les mécanismes de propagation de l’eutrophisation et les interactions entre les flux de matières et les communautés biologiques dans les écosystèmes marins côtiers tropicaux. Il aussi faudra reprendre l’échantillonnage de la Baie de Guanabara, la plus eutrophe de la région, où fleurissent abondamment cyanobactéries et dinoflagellés, point de départ de récentes marées rouges sur tout le littoral. Le plateau continental devra aussi faire l’objet de campagnes en mer plus exigeantes en termes de logistique, et pour cela, le projet bénéficiera du tout nouveau navire océanographique Professor Luiz Carlos de l’UERJ inauguré en 2020.

Contacts :

Gwenaël Abril, chercheur CNRS, Laboratoire de Biologie des Organismes et des Écosystèmes Aquatiques, UMR 8067, Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris. gwenael.abril@mnhn.fr

Vincent Vantrepotte, chercheur CNRS, Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences, UMR 8187, Université de Lille, Université du Littoral Côte d’Opale, Wimereux. vincent.vantrepotte@univ-littoral.fr

Quelques références récentes sur le sujet

Abril G., Cotovicz Jr L.C, Nepomuceno A.M., Erbas T., Costa S., Ramos V.V., Moser G., Fernandes A., Negri E., Knoppers B.A., Brandini N., Machado W., Bernardes M., Vantrepotte V. (2022) Spreading eutrophication and changing CO2 fluxes in the tropical coastal ocean: a few lessons from Rio de Janeiro. Arquivos de Ciências do Mar, 55: 461-476, https://doi.org/10.32360/acmar.v55iEspecial.78518

Barroso G.C., Abril G., Machado W., Abuchacra R., Peixoto R.B., Bernardes M.C., Marques G.S., Sanders C, Oliveira G.B., Oliveira Filho S.R., and Marotta H. (2022) Linking greenhouse gases to eutrophication: carbon dioxide and methane emissions from exposed mangrove soils along an urban gradient. Science of the Total Environment 850, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157988.

Chynel M., Rockomanovic S., Abril G., Barroso G., Marotta H., Machado W., Sanders C.J., Thiney N. and Meziane T. (2022) Contrasting organic matter composition in pristine and eutrophicated mangroves revealed by fatty acids and stable isotopes (Rio de Janeiro, Brazil). Estuarine Coastal and Shelf Science. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2022.108061.

Cotovicz Jr. L.C., Knoppers B.A., Régis C.R., Tremmel D., Costa-Santos S. and Abril G. (2021) Eutrophication overcoming carbonate precipitation in a tropical hypersaline coastal lagoon acting as a CO2 sink (Araruama Lagoon, SE Brazil). Biogeochemistry 156, 231–254 https://doi.org/10.1007/s10533-021-00842-3.

Erbas T., Marques Jr A. N., and Abril G. (2021) A CO2 sink in a tropical coastal lagoon impacted by cultural eutrophication and upwelling. Estuarine Coastal and Shelf Science. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2021.107633.

 

 

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