PROGRAMME SCIENTIFIQUE – AXE 3

NOUVELLES FRONTIÈRES EN OCÉANOGRAPHIE

Les océans dominent et définissent notre planète, mais demeurent largement inexplorés. Les recherches menées au sein des axes 1 et 2 gagneront en pertinence et en impact si les technologies d’observation du milieu marin se développent, si la connaissance des processus qui régissent la circulation de l’eau et de la glace s’approfondit et si l’écologie des organismes marins et les flux de matière et d’énergie dans l’océan et aux interfaces qui ceignent le milieu marin sont mieux compris. Les équipes de Québec-Océan travaillent en ce sens sur 5 thématiques.


3.1. Circulation, tourbillons et turbulence
Le mouvement des masses d’eau à différentes échelles peut être induit, modifié ou contraint par un ensemble de facteurs, incluant les marées, le vent, la rotation terrestre, la glace, les différences de température et de salinité, les apports d’eau douce en milieux côtiers ou à couvert de glace saisonnier, la charge sédimentaire et la végétation aquatique. Ces facteurs rendent la circulation complexe, instable et donc très variable et encore difficilement prévisible. Cette grande variabilité, qui va de l’échelle millimétrique qui caractérise la turbulence jusqu’aux milliers de kilomètres couverts par les plus grands tourbillons océaniques, doit être mieux comprise afin d’améliorer la prévision des courants, du déplacement des glaces, du climat et des interactions entre les processus physiques, chimiques et biologiques. En affectant la dispersion horizontale et verticale de la chaleur, du sel, des nutriments essentiels, des gaz et des contaminants, les tourbillons et la turbulence affectent la ventilation des eaux profondes (O2 et CO2) et la productivité biologique du milieu marin.


L’équipe tente de comprendre la mécanique fondamentale des océans à l’aide de mesures en mer, d’expériences de laboratoire, de modélisations numériques et de nouvelles théories. Parmi les sujets étudiés, on compte les vagues, les tourbillons et les fronts à méso- et subméso-échelles, la glace de mer, la turbulence, les ondes internes et la convection dans les milieux côtiers et océaniques.
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3.2. Écologie et cycle vital des organismes marins
Pour comprendre l’impact des activités humaines et du changement global sur la disponibilité des ressources exploitables, la biodiversité ainsi que le fonctionnement et la santé de l’écosystème marin, il importe de mieux connaitre le comportement de différentes espèces clés, comment elles utilisent le milieu et répondent aux fluctuations et aux changements de l’environnement. Alors que certaines espèces ont un cycle vital et un comportement relativement fixes qui les rendent particulièrement vulnérables au changement, d’autres sont dotées d’une grande plasticité phénotypique ou d’adaptation évolutive rapide.


L’équipe étudie et modélise les cycles vitaux, la physiologie, l’alimentation, le succès reproducteur, la dynamique et la génétique des populations ainsi que l’écologie évolutive des espèces de macro-algues, invertébrés, de poissons et de mammifères marins qui occupent des rôles clés au sein des communautés et réseaux alimentaires marins.
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3.3.  Cycles des éléments essentiels en lien avec la biodiversité
Un cycle biogéochimique est l’ensemble du parcours que subit un élément en transitant entre l’environnement et les organismes qui le consomment ou le recirculent. Puisque leur inventaire global est fixe, une compréhension du cycle des éléments majeurs qui composent la matière vivante et les gaz à effet climatique ou limitent la productivité biologique de l’océan (ex : azote, fer) s’avère indispensable. De nouvelles découvertes modifient régulièrement la compréhension de ces cycles et de l’importance de la biodiversité pour leur fonctionnement.


L’équipe étudie et modélise le détail des flux macro-élémentaires (ex : carbone, azote, souffre, phosphore, silicium) et micro-élémentaires (métaux traces, ex : fer, cuivre) en milieux pélagiques et benthiques en lien avec la richesse spécifique et la composition fonctionnelle des communautés.
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3.4. Flux de matière aux interfaces du milieu marin
Les processus verticaux et horizontaux qui régissent les échanges et les transformations de matière aux frontières qui délimitent le milieu marin (ex : terre/mer, eau/sédiment, eau/glace, mer/atmosphère) sont encore peu compris et quantifiés. Dans les premiers mètres de la surface océanique, les processus photochimiques liés au rayonnement solaire transforment les molécules organiques complexes en composés inorganiques réactifs et souvent volatils (ex : CO, CO2, DMS, N2O, NH3). La présence de microcouches minces possédant des propriétés physicochimiques et une flore microbienne distinctes influe sur ces gaz et leur diffusion à travers l’interface mer/atmosphère. Les échanges de matière entre l’eau et la glace de mer, lorsque présente, sont essentiels au maintien des communautés qui habitent les canaux de saumure. Lorsqu’elles sont larguées au printemps, ces communautés et leurs produits métaboliques influencent en retour la colonne d’eau, tandis que l’eau de fonte favorise l’établissement d’une microcouche estivale. En milieu côtier, les cours d’eau et le littoral apportent plusieurs substances (nutriments, particules, matière dissoute) qui affectent la productivité biologique et la biodiversité marines ainsi que l’accumulation et la dynamique des sédiments qui meublent le fond. En échangeant des gaz et des nutriments avec l’eau de mer, ces sédiments agissent sur la composition chimique de l’eau et de l’atmosphère.


Afin de mieux comprendre le fonctionnement des interfaces et leurs impacts écologiques, l’équipe étudie la composition chimique et biologique de la basse atmosphère, des microcouches marines, des canaux de saumure et des sédiments marins.
  © Virginie Galindo

3.5. Technologies d’avant-garde pour l’observation du milieu marin
La majeure partie de l’océan échappe à notre regard. Bien qu’une grande part de la recherche océanographique doive se faire à partir de navires ou de la côte, la mise en place de nouveaux moyens permettant d’accroitre l’étendue des observations ou d’en améliorer la résolution spatiale et temporelle s’impose. Ces moyens incluent la télédétection (satellites, acoustique, radars hautes-fréquences) et le déploiement d’engins autonomes munis de capteurs qui renseignent sur la structure physique, chimique et biologique de l’océan.


L’équipe met au point de nouveaux algorithmes afin de mieux exploiter les données de télédétection et acquiert puis adapte des bouées profileuses, des planeurs et des véhicules autonomes sous-marins et aériens afin de multiplier les capacités d’observation et de veille écologique.
  © Doug Barber

Québec-Océan est un regroupement stratégique financé par le FRQNT.