Modèle de production primaire ECO-MARS3D en Bretagne

Tout savoir sur le phytoplanton

(animation ifremer)

Le domaine de modélisation englobe l'ensemble de la zone côtière bretonne, allant du Cotentin jusqu’au sud de l’estuaire de la Loire. Cette zone est très hétérogène aussi bien du point de vue hydrodynamique que biologique. En effet, au nord et à l'ouest, la Bretagne est soumise à de violents courants de marées, notamment au niveau de la pointe du Raz, du Fromveur, du goulet de la Rade de Brest, de la baie du Mont St Michel, tandis qu’au sud, les courants sont moins forts, la colonne d'eau est plus stable avec notamment une stratification thermique marquée en été. De plus le sud Bretagne est influencé par l’arrivée de deux grands fleuves : la Loire et la Vilaine. Leurs panaches de dilution en mer favorisent la stratification du sud de la zone. Ces deux grands fleuves enrichissent aussi de manière non négligeable en nutriment la bande côtière sud. Ils sont responsables d'une grande part de la production primaire de cette zone.

Le modèle utilisé pour la zone côtière bretonne est fondé sur les mêmes équations de simulation de l'écosystème planctonique que celles utilisées pour l’ensemble du plateau atlantique (voir détails) : il utilise notamment le même moteur hydrodynamique, mais cette fois sur une grille à mailles horizontales de 3x3km, et possédant 10 couches sur la verticale. Enfin, ce modèle PREVIMER utilise les débits calculés à partir des données de pluviométrie (modèle GR4J).

Le modèle de la zone côtière bretonne présente plusieurs résultats nouveaux, en rapport avec la prévision des effets de l’enrichissement en azote.

La variable « oxygène dissous » est un paramètre indispensable. En effet, lors des épisodes de forte croissance phytoplanctonique, la biomasse créée qui chute au fond de l'eau va être dégradée par des bactéries, qui consomment l'oxygène dissous dans l'eau. Lorsqu'il y a trop de biomasse phytoplanctonique à dégrader, la concentration en oxygène au fond peut chuter jusqu'à des valeurs très faibles c'est le phénomène d'hypoxie. Lorsque cette concentration atteint 0 mg/l (anoxie), c'est l’asphyxie fatale pour les populations d’invertébrés et de poissons vivant au fond.

Saturation en Oxygène pendant l'été 2007

L'image ci-dessus montre la saturation en oxygène pendant l'été 2007, c'est-à-dire le pourcentage d’oxygène que contenait alors l’eau de mer par rapport à la quantité qui peut s’y dissoudre normalement à cette température et pour cette salinité dans une eau maintenue en contact étroit avec l’atmosphère. Il est intéressant de noter que la saturation en oxygène est tombée très bas (aux alentours de 25%) en Baie de Vilaine. Cette baie est effectivement connue comme très sensible à l'eutrophisation et au phénomène d'hypoxie, comme l'atteste l'épisode de juillet 1982 (Merceron, 1978 ; Chapelle et al, 1994). La modélisation opérationnelle de la concentration en oxygène, notamment dans l’eau de fond, va donc permettre de mieux surveiller ce phénomène d'hypoxie en Baie de Vilaine.

Pour mieux évaluer la part de la Loire dans la production primaire au sud Bretagne ainsi que l'extension de l'influence de son panache, nous avons fait appel à la technique de traçage de l'azote de Ménesguen, Cugier et Leblond (2006) qui permet de suivre dans les différents compartiments traversés au cours de son cycle naturel, la proportion de l'azote qui provient d'une source donnée. Le principe est de dédoubler les variables du cycle de l'azote : la première partie évalue l'azote total, la seconde évalue la part de la Loire dans l'azote total.

L'image ci-dessous montre que la Loire enrichit tout le sud Bretagne et que son panache s'étend jusqu'en mer d'Iroise, à l'ouest de la pointe de Bretagne.

Pourcentage d'azote du nitrate venant de la Loire (valeur au 22 mai 2008)

Il existe de nombreuses espèces de phytoplancton, dont certaines ont la capacité de produire des toxines qui peuvent être nocives pour l'environnement aquatique ou l'homme consommateur de coquillages. Depuis plusieurs années le réseau REPHY surveille les micro-algues siliceuses (diatomées) du genre Pseudo-Nitzschia, dont certaines espèces peuvent produire de l'acide domoïque. Il s’agit d’une toxine qui est responsable, chez les consommateurs de coquillages contaminés, du syndrome ASP (Amnesic Shellfish Poisoning) caractérisé par des dérèglements neurologiques qui vont de la perte de mémoire, jusqu'au coma voir même la mort. De nombreuses études (Pan et al , 1996 ; Fehling et al 2004 ; Davidson et al 2006) ont montré que la toxicité de Pseudo-Nitzschia est liée, entre autres, à une carence en silicium du milieu par rapport à l’azote (un rapport N/Si très fort). Inspiré du modèle de Davidson et al (2006), notre modèle simule la croissance des populations du genre Pseudo-Nitzschia et leur risque de toxicité, fondé sur l'hypothèse que l'algue devient toxique lorsque son milieu interne présente un rapport N/Si fort.

Compilation des mesures de la concentration en acide domoïque dans les coquillages réalisées par le réseau REPHY depuis 2000

La figure ci-dessus présente une compilation des mesures de la concentration en acide domoïque dans les coquillages réalisées par le REPHY depuis 2000. On remarque que l'ouest et le sud de la Bretagne sont les plus touchés. Lorsque la concentration dépasse 20 µg d'acide domoïque par g de chair, l'échantillon est considéré comme toxique.

Les deux graphiques suivants montrent les résultats du modèle : sur les années 2000 à 2003, la moyenne et le percentile 90 des concentrations en acide domoïque dans la couche d’eau de surface. Quantitativement il n'est pas possible de comparer les deux informations, le REPHY ne faisant que des mesures dans les coquillages et le modèle ne simulant qu’une concentration dans l'eau. Le modèle, comme les mesures du REPHY, montrent toutefois que la Baie de Douarnenez et le sud de la Bretagne sont les plus touchés. En l’état actuel des connaissances, les variables Pseudo-Nitzschia et acide domoïque doivent donc être considérées comme exploratoires et destinées à tenter d’évaluer dans le temps et l’espace les risques de contamination des coquillages par la toxine. Pour le moment, les résultats sont donc présentés sous forme de risque, arbitrairement considéré comme étant de 100% quand la teneur simulée d’acide domoïque dans la colonne d’eau atteint 100 µg/L.

Moyenne des concentrations modélisées en acide domaique entre 2000 et 2003

Percentile 90 des concentrations modélisées en acide domaique entre 2000 et 2003