Bioluminescence Marine, Observations spatio-temporelles in situ par Planeur Sous-marin – BIOLUMOPS

Dans l’océan, la répartition des communautés est largement influencée par la lumière. Cette zone de l’océan située entre 200 et 1000 m de profondeur, où la lumière du soleil ne pénètre presque plus. L’importance de cette zone dans le fonctionnement de l’océan est majeure, elle possède notamment un rôle primordial dans le cycle du carbone en absorbant une partie du carbone atmosphérique, transformé par les processus biologiques et qui sera séquestré partiellement au fond de l’océan. La twilight zone est fortement liée à la zone éclairée de l’océan, entre la surface et 200 m de profondeur, par l’export de matière organique de la surface vers les profondeurs et via les migrations des organismes marins. Dans ces profondeurs obscures, la bioluminescence, l’émission de lumière produite par des organismes vivants, est par conséquent un moyen de communication largement répandu en milieu marin et façonnant la répartition spatiale des communautés. Près de 75% des organismes de la colonne d’eau possèdent cette capacité, de la surface jusqu’aux profondeurs abyssales. De par son ubiquité, la bioluminescence représente donc un proxy de la présence des organismes et de leurs interactions, notamment pour les organismes de petite taille. Cependant, il n’existe que peu de données quantitatives de la bioluminescence et celles-ci s’arrêtent souvent aux quelques dizaines de mètres supérieurs, ce qui limite la compréhension des processus et l’organisation spatiale liés à cette capacité des organismes (impact dans les migrations nycthémérales, fines couches de plancton, organisation autour des tourbillons...). BIOLUMOPS s’appuiera sur une technologie innovante en océanographie, les planeurs sous-marins, pour répondre à des questions scientifiques qui n’ont été que peu explorées en Méditerranée et jusqu’à 600 m de profondeur. Les méthodes de traitement du signal sont actuellement largement développées en océanographie sur des mesures spatio-temporelles et elles permettront de lever de nouveaux verrous. Pour la défense nationale, la réalisation d’une cartographie sous-marine dans les premiers 600 m de la colonne d’eau, est d’intérêt pour la furtivité des engins sous-marins. Un autre exemple est la mesure directe in situ de la bioluminescence qui permet de renseigner les nageurs de combat sur leur potentielle indiscrétion visuelle de nuit. En effet, la stimulation mécanique activant l’émission de lumière du plancton est un risque d’indiscrétion des opérations nocturnes de la Marine, impliquant des plongeurs ou des bâtiments (navires submersibles ou de surface).

L’hypothèse principale de BIOLUMOPS est que la bioluminescence est un proxy de la distribution des organismes. BIOLUMOPS cherchera à répondre aux questions scientifiques : Quelle est la variabilité spatio-temporelle de la bioluminescence? Quelles sont les conditions environnementales associées ? Et quelles sont les caractéristiques des organismes bioluminescents (taille, groupe taxonomique…) ayant une importance majeure dans le signal lumineux enregistré ? En s’appuyant sur l’innovation technologique en océanographie, BIOLUMOPS propose i) d’améliorer, implémenter et déployer deux capteurs de bioluminescence sur des planeurs sous-marins autonomes (glider), ii) de déployer ces véhicules en Méditerranée (nord-ouest) pour obtenir une cartographie spatio-temporelle le long d’une radiale, des variables environnementales (chlorophylle, température, salinité) ainsi que, de la bioluminescence à fine échelle (< 1m), entre 0 et 600 m de profondeur, iii) de développer des méthodes de traitement du signal de bioluminescence conjointement aux variables environnementales afin de classifier les différents groupes d’organismes présents et leur variabilité, ainsi que d’établir une typologie des profils enregistrés entre lumière biologique et variables environnementales, iv) D’obtenir une cartographie de subsurface des compositions phytoplanctoniques et des correlation bioluminescence chlorophylle-a.