Le phytoplancton : un monde microscopique en évolution

samedi 25 mai 2013

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Le plancton végétal, encore appelé phytoplancton, est à la fois un régulateur et un baromètre de la santé des océans. Son étude permet de suivre l’évolution des océans et de comprendre certains changements climatiques. Il existe un grand nombre de variétés de phytoplanctons (voir le paradoxe du plancton sur ce sujet), de différentes formes et dont les tailles varient de quelques dixièmes à quelques millièmes de millimètres.

L’étude du phytoplancton est un domaine aux enjeux importants car il joue un rôle prépondérant sur l’évolution de l’environnement : il pompe le CO2 (gaz à effet de serre) et produit de l’oxygène. Mais il est également très sensible aux changements climatiques et aux pollutions induites par les activités humaines. Cette sensibilité lui permet de réagir rapidement aux changements environnementaux, parfois à son avantage (apparition de certaines variétés), parfois à son détriment (disparition). Cela lui confère un rôle de baromètre des océans.

Aujourd’hui des capteurs automatisés basés sur des bouées en mer, sur des navires scientifiques et dans des locaux dédiés ont pour objectif d’analyser la composition et la dynamique du phytoplancton à différentes échelles spatiales et temporelles. Ces instruments sont des cytomètres en flux qui utilisent des techniques très récentes de spectrométrie : de l’eau est prélevée automatiquement, les particules et les cellules sont séparées, alignées et entraînées jusqu’à un faisceau laser. En fonction de leur forme, de leur taille, de leur contenu pigmentaire les cellules vont diffuser les photons des lasers à des intensités variables et émettre de la fluorescence qui varie en qualité et en intensité. La combinaison de ces signaux constitue une véritable signature optique de la composition du milieu marin.

Des outils mathématiques puissants sont nécessaires pour extraire le maximum d’informations à partir de ces données. Une approche basée sur l’analyse statistique des données a été explorée et a fait naître un projet de surveillance automatisée du milieu marin. Ce projet s’appuie sur des méthodes statistiques faisant intervenir les processus aléatoires, qui décrivent l’évolution temporelle des observations, les techniques de segmentation d’image pour représenter la répartition des espèces et l’analyse bayésienne. Cette dernière technique permet d’intégrer les informations a priori des biologistes sur la répartition du phytoplancton dans certaines zones.

L’enjeu est de taille : bien reconnaître les espèces ou les cellules en présence permet de déterminer avec précision l’environnement marin. Ensuite, il s’agit de mettre en évidence les liens entre les variables environnementales, comme la température, la salinité, le pH, la concentration en sels nutritifs, la présence de prédateurs et d’autres encore, et l’évolution des cellules, ce qui va permettre de mieux comprendre l’évolution des océans. Enfin, ce projet vise à détecter rapidement des changements de composition, ce qui permettrait de donner l’alerte en cas de risques de pollution ou de modification soudaine du milieu marin.

Brève rédigée par Denys Pommeret (IML, Univ. Aix-Marseille) d’après des travaux réalisés au MIO (Marseille) en collaboration avec l’IML (Marseille), le LISIC (Côte d’Opale) et le MISTEA (Montpellier).