Analyse de la variabilité spatio-temporelle de pCO2 et du flux de CO2 à l'interface air-mer des eaux côtières globales sur les deux dernières décennies: une approche basée sur l'observation spatiale – CO2COAST

Les zones côtières subissent de fortes pressions d'origine naturelle et anthropique qui impactent la qualité des eaux côtières essentielles pour des raisons biogéochimiques, écologiques et économiques. Une meilleure compréhension et sensibilisation du rôle de ces eaux dans le carbone bleu, et par extension dans le réchauffement global, aurait des impacts économiques, sociaux et culturels. Cependant, à cause de la couverture spatio-temporelle relativement limitée des mesures in-situ, de fortes incertitudes existent sur les flux de CO2 dans les zones côtières, rendant ce terme pauvrement contraint dans les bilans globaux de carbone. La télédétection par satellite permet l'estimation de paramètres physiques et biologiques à l'échelle globale et à différentes échelles temporelles inaccessibles par d'autres méthodes d'observation. Dans ce contexte, les objectifs du projet CO2COAST sont d'estimer, pour la première fois, les flux de CO2 dans les eaux côtières globales à partir d'observations satellite à haute résolution spatiale, et d'évaluer et analyser leurs variations saisonnières, inter-annuelles et leurs tendances sur les 25 dernières années. Enfin, ce jeu de données unique permettra d'analyser, de façon très précise, la contribution controversée des estuaires et du plateau continental.

Les approches existantes pour estimer la pression partielle de CO2, pCO2, depuis l'espace, présentent un caractère régional qui les empêche d'être applicables à l'échelle globale, objectif majeur de CO2COAST. Seul le récent modèle de Laruelle et al. (2017) permet d'étudier les eaux côtières globales à l'aide d'une carte auto-organisatrice en interpolant des mesures expérimentales. Cependant, leur validation montre de fortes différences dans les performances en fonction des zones côtières, avec des erreurs comprises entre 20 et 53 µatm (les erreurs standards observées dans l'océan ouvert sont de l'ordre de 17 µatm, Landschützer et al., 2014). Pour expliquer ces forts écarts, les auteurs estiment que "les régions côtières présentent des dynamiques biogéochimiques complexes et une variabilité à haute fréquence ne pouvant pas être totalement capturées avec les méthodes courantes d'interpolation des données, les données disponibles étant limitées". De plus, cette méthode, bien que globale, fournit les cartes de pCO2 à une faible résolution spatiale (1/4 ° ~ 27 km) et est dépendante des valeurs de salinité de surface, valeurs qui ne sont pas correctement résolues dans les eaux côtières par satellite (résolution comprise entre 35 et 50 km). Ces produits ne permettent donc pas de prendre correctement en compte la forte hétérogénéité du domaine côtier. Par exemple, il est courant d'observer, le long des courants de bords Est et Ouest, des plateaux continentaux de faible taille (10-20 km). De plus, des fronts biogéochimiques, très productifs, associés avec des panaches fluviaux, des courants côtiers et des zones d'upwellings, sont caractérisés par des échelles spatiales de l'ordre de la dizaine de kilomètres. Par conséquent, la haute résolution spatiale (~ 1 km) doit être considérée pour correctement tenir compte des contributions des plateaux et des estuaires dans le cycle du CO2. Enfin, les données de pCO2 fournies par Laruelle et al. (2017) sont, en partie, basées sur le produit standard de chlorophylle-a qui est sujet à de très fortes incertitudes (jusqu'à 200%) dans de tels environnements complexes (Loisel et al., 2013), ce qui impacte les estimations de pCO2.

L'aspect innovant de CO2COAST repose sur son caractère global, l'utilisation de la haute résolution spatiale et de nouvelles approches (algorithmes basés sur des classes optiques marines) pour considérer la complexité physique et biogéochimique des eaux côtières afin de i) améliorer les estimations de pCO2 et ii) estimer le pCO2 dans des régions côtières sous-échantillonnées. Des tests préliminaires développés récemment au LOG supportent fortement la méthodologie proposée dans CO2COAST.