• Écologie

• Biogéochimie

• Dynamique

• Génétique

• Ecotoxicologie

• Modélisation

• Bases de données

La première approche consiste à développer un modèle d'écosystème de type NPZD centré sur la production primaire sur le lagon de Takapoto, en tenant compte des éléments de connaissance acquis lors des précédents programmes de recherches qui se sont déroulés sur cet atoll (CYEL et PGRN), ainsi que du grand nombre de données déjà disponibles. En effet, deux travaux de modélisation ont déjà été menés sur le lagon de Takapoto au cours de ces programmes. L'un était centré sur la croissance de l'huître perlière à partir d'une formulation simple de la matière organique totale (Pouvreau, 1999) et l'autre, essentiellement numérique, a consisté à définir un réseau trophique par modélisation inverse et à étudier son comportement par des méthodes d'analyse de réseau (Niquil 1998). Le modèle que nous prévoyons de mettre en place doit être un outil numérique destiné à contribuer à la compréhension du fonctionnement de l'écosystème planctonique du lagon de Takapoto. Ce travail qui sera réalisé au COM utilisera l'ensemble des données déjà acquises sur Takapoto et qui concernent les caractéristiques physiques et chimiques du milieu (nutriments azotés et phosphorés), les biomasses des bactéries hétérotrophes, des cyanobactéries, des micro-algues et de leurs consommateurs (protistes et zooplancton) ainsi que les flux de carbone entre ces compartiments. La définition du réseau trophique dans le modèle s'appuiera sur des travaux antérieurs qui ont été menés sur le lagon de Takapoto par S. Pouvreau et N. Niquil et sur d'autres travaux de modélisation développés dans le Nord-Ouest Méditerranéen (C. Pinazo, 1995; M.H. Tusseau, 1996; M. Levy, 1996 et de F. Diaz, thèse en cours, 2000). La résolution des algorithmes de calcul sera développé sur le logiciel STELLA afin de rendre les résultats du modèle déterministe plus rapidement utilisable par les expérimentateurs, et d'initialiser ainsi, au cours du travail de thèse, une synergie entre modélisation et expérimentation. De plus, cette première approche devra constituer rapidement un cadre opérationnel dans lequel les algorithmes spécifiques du compartiment cyanobactérien pourront être introduits. 

La seconde approche, menée parallèlement à la première consiste à optimiser les paramètres utilisés dans le modèle d'écosystème précédemment décrit et à analyser sa pertinence au regard des données de terrain disponibles. Cette approche permettra d'étudier plus finement la dynamique de certains processus ainsi que leurs interactions et de quantifier de nouvelles paramétrisations permettant d'enrichir le déterminisme du modèle d'écosystème précédemment décrit. Ce travail sera mené à partir de techniques numériques d'assimilation de données correspondantes aux processus jugés les plus sensibles de l'écosystème (Leredde et al., 1999 et Prunet et al., 1996). Cette technique permet également d'évaluer l'influence relative des différents paramètres sur la solution du modèle et de quantifier par conséquent la capacité des différentes observations à contraindre le modèle. Ainsi, ce travail permettant de préciser la qualité des données acquises et de leur adéquation par rapport au modèle, pourra fortement nous aider à définir de nouvelles campagnes de mesures sur Takapoto qui pourront être menées partir de 2001.

Nous proposons la construction d'un modèle prédictif dans le même esprit que les modèles d'efflorescences toxiques (cf. Franks, 1997).). Comme nous l'avons dit dans le chapitre "Abondance de cyanobactéries" , certaines régions sont à l’évidence beaucoup plus favorables que d’autres à l’apparition d'efflorescences ou en tout cas d’accumulations massives de cellules en surface, en quantité telle qu’elles en deviennent visibles à l’œil nu. Parmi les conditions nécessaires à la formation de telles efflorescences au large, trois sont bien connues (Sellner, 1997) : i) des eaux chaudes (21°C semble un minimum), ii) une mer calme, un vent faible ou nul pendant quelques jours, iii) des eaux très pauvres en sels nutritifs (typiquement NO₃ <0,1 µM)

Quand nous aurons confirmé que ces 3 conditions sont effectivement nécessaires au déclenchement des efflorescences dans la zone étudiée, nous essayerons de prédire les conditions 1 et 2 respectivement à partir d'un modèle de circulation océanique comme il en existe déjà (Modèle OPA du LODYC) et à partir d'un modèle météorologique à petite échelle permettant une prédiction à 7 jours. Quant à la troisième condition, elle est toujours réalisée dans la zone étudiée.

D'autres conditions nécessaires au développement des efflorescences de Trichodesmium peuvent être mises en évidence lors de nos études biogéochimiques tels que le fer ou le phosphore. Nous essaierons alors de relier les concentrations en ces éléments à des caractéristiques physiques et chimiques qui interviennent dans le modèle de circulation océanique et/ou météorologique.

La biomasse produite lors de ces efflorescences sera estimée à partir de vérités terrain et d'observations satellitales.

Les études biogéochimiques permettront de relier les biomasses aux taux de fixation d'azote, de production de carbone, de division, de sédimentation. De même, les études de toxicologie permettront d'associer biomasse et toxicité. Ces paramétrisations permettront de passer d'un modèle de détermination d'efflorescence à un modèle de productivité, fixation d'azote, exportation de carbone, voire de toxicité.