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OLA : Description de l'Observatoire des LAcs

Dynamique des communautés phytoplanctoniques : approches multi-échelles temporelles & modélisation

Partenaires impliqués : LEESU - CARRTEL

Cadrage : Les questions abordées dans ce volet de OLA ont pour objectifs d’apporter une meilleure compréhension sur la dynamique et l’évolution des communautés planctoniques ; il s’agit en particulier d’identifier les principaux facteurs de forçage responsables des changements observés en termes d’abondance et de composition du plancton (incluant les risques de blooms algaux), d’évaluer la sensibilité de ces communautés aux forçages globaux et locaux. Les approches utilisées sont essentiellement basées sur l’analyse des séries chronologiques et la modélisation.

 

Focus sur les dynamiques et régulations des efflorescences phytoplanctoniques à cyanobactéries et  zygophycées filamenteuses.

Les données acquises ont permis d’une part de préciser les caractéristiques des niches écologiques de Mougeotia sp., responsable d’efflorescences phytoplanctoniques. Ce travail a été mené en collaboration avec des collègues étrangers et a reposé sur l’analyse simultanée de séries chronologiques  issues de programmes de surveillance des lacs de Garde, Majeur, Kinneret et Léman. Nous avons démontré que les schémas d’occurrence différent entre les lacs, mais que les caractéristiques environnementales associées aux fortes abondances de Mougeotia sont identiques. Les facteurs environnementaux associés aux efflorescences sont des concentrations en nutriments typiques de milieux mésotrophes, un important inoculum et des vents forts en début d’été. La structure de la stratification thermique est également un élément majeur qui assure ou non la prolifération de ce taxon (Tapolczai et al 2015).

D’autre part, concernant les blooms à cyanobactéries, les données analysées (séries chronologiques et données paléolimnologiques) ont permis de hiérarchiser l’importance relative des facteurs de régulation, montrant notamment le rôle primordial de la réduction de la concentration de phosphore pour expliquer la fin des efflorescences à Planktothrix rubescens (lac du Bourget). Toutefois le facteur climatique apparait également un facteur explicatif impliqué dans la dynamique des efflorescences cyanobactériennes, avec un impact lié à des hivers et printemps chauds qui favorisent les blooms à cyanobactéries toxiques (Jacquet et al 2014; Savichtcheva et al 2014; Anneville et al 2015).

Enfin pour ces deux groupes taxonomiques (zygophycées et cyanobactéries), un travail d’analyse a également été mené dans le cadre du réseau FASCICLE  dont l’objectif est de développer des méthodes d’analyses originales pour les séries temporelles à différentes échelles. Il s’avère que ces taxons présentent également des cyclicités de 4 ans entre 1980 et 1990 en forte cohérence avec l’Oscillation Nord Atlantique et la durée d’ensoleillement. Les zygophycées présentent également une cyclicité (4 ans) depuis la fin des années 90 fortement associée aux variations du zooplancton brouteur. Ces travaux sont en cours de valorisation.

 

Des études ciblées concernant le rôle de la stratification thermique dans la structuration des assemblages phytoplanctoniques

Dans le cadre d’un groupe de travail du GLEON , nous avons initié une collaboration pour évaluer l’impact des événements extrêmes (tempêtes) sur la composition et la diversité du phytoplancton. Le projet réunit de nombreux partenaires internationaux qui mettent en commun les données obtenues sur différents type de lacs à l’échelle de la planète. La première phase du projet, consiste à analyser les données existantes (série chronologiques et données haute fréquence) par une approche de méta-analyse. Les résultats permettent d’apporter des éléments de réponse à des questions théoriques sur le paradoxe du phytoplancton (Hutchinson) et sur les règles qui régissent les assemblages phytoplanctoniques et leurs successions.

 

Modélisation thermique et couplage avec les modèles planctoniques

La modélisation thermique a été abordée dans le cadre de divers projets dont le projet GLM Multi-lake Comparison Project (GLM-MLCP) développé en collaboration avec les réseaux GLEON et AEMON (Aquatic Ecosystem Modelling). Le projet vise à développer un modèle hydrodynamique unidimensionnel vertical (General Lake Model) en accès libre pour la communauté scientifique. Ce modèle hydrodynamique devrait ensuite être couplé à différents types de modèles écologiques. Les performances de ce modèle ont été évaluées en comparant, selon plusieurs indicateurs quantitatifs, les résultats de simulation obtenus sur 28 lacs de différentes régions du monde, dont le Léman et le lac du Bourget. Une analyse de sensibilité des paramètres du modèle a également été effectuée en utilisant la base de données issue de ces 28 lacs (article de synthèse en cours de rédaction).

Dans le but d’étudier l’effet à long terme du réchauffement climatique sur le fonctionnement thermique des lacs périalpins, un modèle thermique unidimensionnel vertical, basé sur un autre type de description de la stratification thermique, a été utilisé. Mis en œuvre sur le lac du Bourget sur une période de 3 décennies (1976-2008), ses performances se sont révélées très satisfaisantes (Vinçon-Leite et al 2014). Simple et facile à mettre en œuvre, il permet de simuler le fonctionnement thermique des lacs périalpins semblables au lac du Bourget. Il peut être utilisé pour reconstituer  des chroniques de température de l’eau lorsque la fréquence des mesures est insuffisante.

Un troisième type de modèle thermique, le modèle de type k-ε GOTM, a également été utilisé sur le lac du Bourget pour étudier numériquement l’influence sur la physique du lac de différents scenarios d’évolution météorologique à l’horizon des 50 prochaines années (Cussonneau et al en prep.).

Dans le cadre du projet PHYCL (post-doctorat O. Kerimoglu), le modèle GOTM a été couplé à un modèle biologique basé sur les traits fonctionnels des espèces planctoniques. Les simulations réalisées sur différentes années (2005 à 2010) ont montré un bon accord avec les observations pour ce qui concerne la variabilité de l’abondance des espèces phytoplanctoniques