Modélisation conceptuelle et numérique de l’écosystème planctonique océanique
Year: 2003
Type: article
Abstract: La presente publication est une version condensee de la dissertation defendue a l'Universite de Liege et pour laquelle le grade academique d'Agrege de l'Enseignement Superieur a ete confere a l'unanimite le 28 janvier 2002. Le milieu pelagique oceanique occupe la majeure part de la planete. Il est le lieu initial de la vie et un des reservoirs de la biodiversite mondiale. L'ecosysteme planctonique y joue un role essentiel dans la production de matiere organique consommable par les poissons, dans l'exportation des elements biogenes vers le fond des oceans et dans le controle des gaz a effet de serre. L'etude scientifique de l'ecosysteme planctonique est interdisciplinaire par essence. D'une part, la diversite des assemblages biotiques planctoniques et la multiplicite des facteurs qui controlent leur fonctionnement requierent l'acquisition et la comparaison d'informations lors de campagnes oceanographiques sur divers oceans de la planete. D'autre part, la dependance de la structure spatiale et temporelle des communautes planctoniques vis-a-vis des contraintes hydrodynamiques impose une approche couplee ecohydrodynamique de cet ecosysteme. Par sa nature l'ecosysteme planctonique ne se prete guere a l'experimentation. Son etude fait appel a l'acquisition de donnees et a la modelisation. Ces deux voies sont complementaires et ont ete utilisees lors des phases de notre recherche. Les donnees que nous avons acquises lors de campagnes oceanographiques nous permettent de decrire la distribution et la structure des communautes. La modelisation mathematique nous procure les moyens de confronter les hypotheses sur le fonctionnement et le controle multiple des ecosystemes. L'objectif de notre approche est d'aboutir a une vision conceptuelle originale de l'ecosysteme planctonique oceanique, en recherchant comment la structure et le fonctionnement de cet ecosysteme sont controles par des contraintes physiques, chimiques et biologiques. Les similitudes rencontrees au sein de divers ecosystemes planctoniques nous ont suggere le developpement d'un modele conceptuel synthetique unique de cet ecosysteme applicable a l'Ocean Mondial et permettant d'illustrer sa variabilite. Par cette strategie d'approche, nous repondons aux recommandations des programmes internationaux tels que GLOBEC International (Global Ocean Ecosystem Dynamics), Change Research Initiative et JGOFS (Joint Global Ocean Flux Studies) qui visent a developper des modeles permettant de predire les reponses de l'ecosysteme oceanique aux changements globaux affectant la planete et utilisables en termes d'outils d'aide a la decision. L'originalite de notre manuscrit reside dans la presentation du developpement conceptuel et numerique d'une modelisation d'un ecosysteme soumis a de fortes contraintes tant physiques que biologiques: l'ecosysteme planctonique. Il retrace, sous forme de chapitres, les differentes etapes de ce developpement depuis l'acquisition de donnees jusqu'a la simulation sous contraintes reelles ou hypothetiques en passant par la formulation et la parametrisation des equations. Lors de la premiere etape, nous mettons au point une strategie de modelisation adaptee aux besoins de l'ecologie planctonique. Pour les oceanographes biologistes, les outils de modelisation souvent developpes par les hydrodynamiciens sont encore les balais l'apprenti sorcier. Ils se developpent plus vite que la comprehension des processus gouvernant l'ecosysteme; des lors une definition de regles d'emploi, realistes et applicables a l'ecosysteme oceanique, s'est revelee utile. Lors de la deuxieme etape, nous decrivons et analysons, sur base d'observation campagnes, l'ecosysteme planctonique de divers milieux oceaniques: la Mediterranee, l'Ocean Austral et la Mer du Nord. Nous en identifions les similitudes et les particularites. Cette etape n'est pas presentee dans la version actuelle de la publication. Lors de la troisieme etape, nous abordons la selection des variables biologiques du systeme, la determination de leur comportement, l'identification des voies d'echange entre variables et enfin la reconnaissance des facteurs physiques qui controlent, a differentes echelles d'espace et de temps, le fonctionnement de ces variables biologiques. Au cours cette etape, nous selectionnons les processus planctoniques de base (production, consommation, excretion, etc.), nous determinons leur valeur maximale pour ecosysteme donne, nous etablissons les limitations par la physique (eclairement, temperature, turbulence, etc...) et la biologie (autres processus) et nous definissons relations sous forme de fonctions mathematiques. Cette etape aboutit a un schema conceptuel representant notre vision de l'ecosysteme planctonique generalisable a l'Ocean Mondial. Lors de la quatrieme etape, nous construisons un modele numerique de l'ecosysteme planctonique sur base du schema conceptuel elabore. Nous etablissons les equations d'evolution des variables biologiques que nous couplons avec les equations physiques. Nous developpons volontairement ce modele sur un mode deterministe et naturaliste l'objectif poursuivi etant de fournir un outil disponible a des ecologistes pour tester d hypotheses concernant les processus de l'ecosysteme. Enfin lors de la derniere etape, nous appliquons le modele ainsi construit a la simulation des ecosystemes decrits precedemment. Il est utilise comme outil formel pour tester la variabilite de l'ecosysteme planctonique en reponse a diverses contraintes reelles ou potentielles. N.B. : Etant donne la longueur du document, chaque chapitre fait l’objet d’un fichier PDF particulier.
Author: Jean-Henri Hecq
Language: French
Subfield: Oceanography
Field: Earth and Planetary Sciences
Domain: Physical Sciences
SDG: Life below water
Open Access status: diamond
OpenAlex ID: W367958740