Productivité biologique dans l'Océan Arctique: réponse passée, présente et future aux fluctuations climatiques, et impacts sur les flux de carbone, le réseau trophique et les communautés humaines locales – Green Edge

Le changement climatique a provoqué des modifications majeures des biotopes marins dans l'océan Arctique (OA). La diminution de l'étendue de la banquise durant l'été a entraîné une augmentation de 20% de la production primaire (PP) pan-arctique au cours de la dernière décennie. Les efflorescences de phytoplancton se produisent maintenant plus tôt au printemps dans plusieurs parties de l'OA. Dans d'autres régions, la structure de la communauté phytoplanctonique évolue vers des espèces plus petites, typiques de conditions oligotrophes, et quelques espèces rencontrées dans les eaux plus chaudes migrent désormais vers l'océan Arctique.
Le bloom printanier de phytoplancton (BPP) qui se développe en marge de glace représente > 50% de la production primaire annuelle dans l’OA, et est généralement associée à un transfert important d'énergie vers les niveaux trophiques supérieurs, et à l'exportation de carbone vers les sédiments marins. En outre, la culture, la santé et l’économie des résidants du Nord sont étroitement associées aux ressources marines soutenues par le BPP. Le BPP Arctique se développe dans la zone de glace saisonnière, dont l'étendue pourrait atteindre l’ensemble de l’OA dès 2030. L’évolution du BPP dans ce contexte reste à être déterminée. S'étendra-t-il sur tout l’OA, pour ainsi contribuer à un écosystème plus productif? Les modifications des propriétés physiques de l'OA entraineront-elles plutôt une limitation du PBB? Comment répondra la biodiversité à ces changements? Pour être en mesure de répondre à ces questions, il est nécessaire de bien quantifier les processus physiques, chimiques et biologiques impliqués dans le pré-conditionnement, le développement et le déclin du BPP. Comme il s'agit d'un phénomène transitoire se produisant dans une région éloignée, complexe et hostile, notre compréhension du BPP et de tous les processus qui en découlent demeurent limitées.
L'objectif général de ce projet de recherche est de comprendre la dynamique du BPP et de déterminer son rôle dans l’OA de demain, y compris vis-à-vis des populations humaines. Plus précisément, nous voulons 1) comprendre les principaux processus physiques, chimiques et biologiques qui régissent le BPP, 2) identifier les espèces clé de phytoplancton impliquées dans le BPP et modéliser leur croissance dans diverses conditions environnementales, et 3) prévoir au cours des prochaines décennies l’évolution du BPP et du transfert de carbone à travers le réseau trophique et vers les sédiments.
Un événement BBP sera étudié au printemps 2015 dans la Baie de Baffin, de son apparition avant la fonte des glaces en avril jusqu’à son déclin dans la zone libre de glace en juillet. La distribution spatiale des propriétés physiques, chimiques et biologiques sera documentée à différentes échelles de temps et d’espace grâce à l’utilisation d’un ensemble de flotteurs-profileurs dérivants, de planeurs sous-marins, et d’un sous-marin autonome, tous équipés d’un éventail de capteurs physiques et bio-optiques. Des études de processus seront réalisées à partir d’un « camp de glace » et d’un brise-glace de recherche afin d’évaluer la croissance du phytoplancton, l’assimilation de nutriments et le transfert de carbone à travers la chaine trophique et vers les sédiments. Les espèces phytoplanctoniques clé seront isolées et cultivées en laboratoire dans le cadre d’expériences visant à déterminer leur réponse à des variations environnementales, et pour comprendre la succession d’espèces durant le BPP. Un modèle couplé physique-biologique sera optimisé afin de simuler le BPP dans l’OA et prédire les changements dans la communauté phytoplanctonique et dans la chaine trophique. En parallèle, les variations actuelles et passées du BPP seront documentées grâce à la télédétection et à une approche paléocéanographique. Finalement, des enquêtes et des échanges avec/auprès des communautés locales Inuit seront entreprises afin d’établir l’impact des variations du BPP sur la «sécurité alimentaire».