Projet de recherche P4S/251/CAFEINE (Action de recherche P4S)
Les environnements côtiers sont façonnés par des processus complexes de floculation organo-minérale, dans lesquels les gels marins produits par voie biologique, en particulier les particules exopolymériques transparentes (TEP), jouent un rôle déterminant dans le contrôle des cycles biogéochimiques saisonniers. Ces interactions régissent la concentration de la matière particulaire en suspension (SPM), la pénétration de la lumière et la phénologie du phytoplancton. La composition des TEP varie selon les saisons et le long du gradient côte-large : les TEP fraîches favorisent la formation de flocs plus grands et à sédimentation plus rapide, tandis que les TEP associées à la fraction minérale contribuent peu à la floculation. Cette variabilité structure le transport côte-large des particules en suspension, dont le carbone organique particulaire. Parallèlement, la prolifération de structures artificielles en mer (MMS), telles que les parcs éoliens offshore et les installations aquacoles, introduit des substrats durs artificiels rapidement colonisés par de denses assemblages de suspensivores, principalement des moules bleues. Ces organismes filtrent d'importants volumes d'eau de mer, consommant phytoplancton et matière organique, tout en produisant des biodépôts à sédimentation rapide et en libérant des gels marins. Ce couplage est susceptible de réorienter les flux d'énergie des réseaux trophiques pélagiques vers les voies benthiques, modifiant la biogéochimie sédimentaire et le transport du carbone. Or, la mesure dans laquelle l'activité de filtration autour des MMS influence la floculation organo-minérale dans la colonne d'eau, à travers différents régimes de SPM, demeure largement méconnue, ce qui limite la prévision des conséquences à l'échelle de l'écosystème du développement côtier.
CAFEINE répond à cette lacune par un cadre de modélisation numérique intégrant les processus biogéochimiques, la dynamique de floculation minérale et l'écologie des suspensivores. Le projet quantifiera les rétroactions entre la colonne d'eau et les écosystèmes de substrat dur, et précisera la manière dont les MMS reconfigurent le cycle du carbone et réorientent les voies de la production primaire le long des gradients côte–large.
Pour ce faire, CAFEINE adopte une approche hiérarchique couplant expérimentation et modélisation. Des expériences de laboratoire caractériseront d'abord les interactions saisonnières entre les moules bleues et le contenu de l'eau de mer, fournissant les paramètres essentiels au développement du modèle. Un modèle couplant biogéochimie et floculation existant sera ensuite enrichi pour intégrer la dynamique du phytoplancton attaché et des TEP, ainsi que les interactions avec les suspensivores, et implémenté sous forme d'un module open source, prêt à l'emploi, dans un cadre standardisé garantissant une large transférabilité. Le modèle sera ensuite progressivement étendu, depuis des applications 0D et 1D-vertical — résolvant la dynamique des particules et les transformations biogéochimiques à l'échelle locale dans des environnements contrastés influencés par les MMS — jusqu'à une implémentation régionale complète en 3D dans la baie sud de la mer du Nord, permettant des évaluations d'impact à l'échelle du bassin pour les scénarios d'infrastructures actuelles et futures.
Le projet exploite des jeux de données d'observation issus des programmes de suivi des énergies renouvelables et des particules dans des environnements contrastés : des zones du large à teneur minérale plus faible et fraction organique plus élevée (où se concentre la majeure partie des infrastructures actuelles), et des zones côtières à forte teneur minérale et interactions bio-minérales complexes (visées par les développements futurs). Les produits SPM satellitaires existants soutiendront en outre la validation du modèle et fourniront un contexte climatologique.
CAFEINE livrera une compréhension mécaniste de la manière dont les MMS modifient les voies du carbone et de l'énergie dans les systèmes côtiers, en quantifiant la part de la production primaire dirigée vers le benthos plutôt que vers les niveaux trophiques supérieurs. Les principaux livrables comprennent des estimations des flux de matière organique vers les sédiments (sur les plans quantitatif et qualitatif), des cartes spatiales des schémas de dépôt autour des infrastructures, ainsi que des évaluations de l'accumulation de carbone par rapport à sa minéralisation, avec et sans MMS. Le projet produira également des outils de modélisation open source, des évaluations validées par scénarios 3D, et des recommandations fondées sur les données probantes pour une planification spatiale marine durable. Il pose des bases essentielles pour les recherches futures sur le cycle du carbone, la biogéochimie sédimentaire, la modification des voies trophiques et la productivité halieutique dans les mers anthropisées.
