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Spécial SURFO: De l’espace au microscope: comment les satellites de la NASA nous aident à comprendre la plus petite vie de l’océan

Chaque été, la Graduate School of Oceanography (GSO) de l'Université du Rhode Island accueille des étudiants de premier cycle de tout le pays pour participer à la recherche océanographique. Ces boursiers de recherche d'été de premier cycle (SURFO) ont non seulement travaillé avec des scientifiques du BSG, mais ils ont également passé une partie de leur temps à apprendre à communiquer cette science au public. Bien que leur expérience de recherche ait été virtuelle cet été, ils ont quand même fait un travail fantastique. Lisez la suite pour découvrir ce qu'ils ont fait et pourquoi tout le monde devrait être aussi enthousiasmé qu'eux par leur travail.

Julia Lober est une senior montante à l'Université Tufts à Medford, MA avec une majeure en géologie environnementale et une mineure en informatique. Son conseiller cet été était le Dr Colleen Mouw.

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Fermez les yeux et imaginez l'océan. Que vois-tu? Peut-être que vous imaginez une eau cristalline et une plage de sable. Ou une eau trouble et verte et un rivage rocheux. Ou d'un océan bleu ouvert. Peu importe ce que vous voyez, vous avez raison. L'océan prend de nombreuses facettes, en fonction du temps, des vagues, des nutriments, de la température et d'autres facteurs.

En orbite à des kilomètres au-dessus de nous, le satellite VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite) de la NOAA voit et enregistre tout cela. Le satellite dispose d'un instrument appelé radiomètre qui mesure la lumière émergeant de la surface de l'océan – la «couleur» de l'océan. Les scientifiques dans le domaine de l'optique de la couleur des océans s'efforcent de comprendre ce que ces informations satellitaires peuvent nous dire sur l'océan lui-même.

Cette carte montre la réflectance moyenne à 443 nm pour juillet 2019, à partir du capteur MODIS-Aqua. Les couleurs plus chaudes indiquent une réflectance plus élevée et les couleurs froides montrent moins de réflectance (oceancolor.nasa.gov).

Nous avons tendance à considérer la couleur comme une valeur unique; un objet peut être rouge ou bleu, pas les deux. En fait, la couleur que nous voyons est une moyenne de l’interaction de l’objet avec la lumière dans tout le spectre visible (environ 400 à 700 nm). Nos cerveaux traduisent cela en une seule couleur, mais le capteur du satellite leur permet d'être détectés séparément.

À l'heure actuelle, le satellite VIIRS prend des mesures à partir de 5 bandes d'ondes dans la région visible du spectre électromagnétique. Le nouveau satellite PACE (Plancton, Aérosols, Nuages ​​et Océans), dont le lancement est prévu pour 2022, nous apportera des informations provenant de nombreuses autres longueurs d'onde. Beaucoup d'informations sur l'océan sont cachées dans les détails – les petites bosses et les tremblements à travers le spectre. Avec ce détail supplémentaire, les scientifiques espèrent en savoir plus sur l’un des habitants les plus importants (et les plus minuscules) de l’océan: le phytoplancton.

À la base de la chaîne alimentaire, les modifications des populations de phytoplancton affectent toutes les autres espèces marines. La surveillance des populations de phytoplancton est essentielle à la gestion des pêches et nous aide à comprendre les effets des changements à grande échelle comme l'acidification et le réchauffement des océans.

Alors, comment pouvons-nous passer de l'espace extra-atmosphérique à l'une des plus petites vies de l'océan? Lorsque les rayons du soleil atteignent l'océan, trois choses peuvent se produire: ils peuvent passer sans être dérangés, ils peuvent être absorbés ou ils peuvent rebondir dans un processus appelé dispersion.

Tout comme votre propre signature, chaque échantillon d'eau a sa propre signature optique unique basée sur son interaction avec différentes longueurs d'onde de lumière. Cette signature peut être séparée en fonction des constituants de l'eau (Julia Lober, 2020).

Le sort de la lumière dépend en grande partie de ce qu'elle rencontre dans l'océan. L'eau pure absorbe des longueurs d'onde plus longues (rouges, oranges et jaunes) et diffuse des longueurs d'onde plus courtes (violets et bleus). Autrement dit, la lumière rouge disparaît et nous ne voyons que les bleus réfléchis. Mais l'océan a plus que de l'eau; il y a aussi des détritus, des substances dissoutes et, bien sûr, du phytoplancton. Chacun de ces composants interagit différemment avec la lumière et complique la «signature optique» globale de l'eau.

Nous pouvons étudier la composition du phytoplancton en se concentrant uniquement sur l'absorption du phytoplancton. Différentes espèces de plancton ont des signatures optiques uniques dictées par leur forme, leurs pigments ou leur taxonomie. En comparant les caractéristiques de la signature optique globale du phytoplancton et des signatures optiques spécifiques au groupe, nous pouvons découvrir quels groupes sont présents dans l'eau.

Qu'est-ce que cela a à voir avec l'espace? Les satellites en orbite peuvent nous donner la signature optique globale de l'eau. Si nous pouvons séparer les composants individuels, nous pouvons obtenir la signature optique du phytoplancton. De là, nous pouvons identifier les groupes de phytoplancton dans l'océan. Plutôt cool!

La variété de tailles et de formes de phytoplancton qui pourrait se trouver dans un seul échantillon d'eau (ifcb-data.whoi.edu/timeline?dataset=NESLTER_broadscale).

En pratique, chacune de ces étapes nécessite beaucoup de connaissances et d'hypothèses. Cet été, j'ai travaillé avec le Mouw Lab, virtuellement, pour améliorer notre connaissance de ces relations optiques propres aux eaux du plateau continental de l'est des États-Unis. En utilisant les données d'une campagne de recherche qui a examiné à la fois la composition du phytoplancton et les données optiques, j'ai identifié des caractéristiques spéciales dans les signatures optiques qui correspondent à un groupe de phytoplancton particulier. Même si j’aurais aimé voir le campus du GSO en personne, j’ai passé un bon moment à connaître l’équipe de Mouw Lab (et MatLab) cet été grâce à des vidéoconférences!

Je suis doctorant au laboratoire Rynearson de l’école d’océanographie (GSO) de l’Université de Rhode Island (URI). Mes intérêts de recherche se concentrent sur les impacts humains sur l'écosystème océanique, en particulier les effets sur les producteurs primaires (phytoplancton) à la base du réseau trophique. Actuellement, je travaille avec des cultures de régions de l'océan qui sont limitées en nutriments et je vais mener des expériences pour aider à étudier comment ces phytoplancton survivent.

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