Impact de la Dynamique Océanique à méso-échelle sur la production planctonique, le transport de particules biologiques et la séquestration du Carbone (IDOC). // Impacts of ocean mesoscale dynamics on planktonic production, biological particles transport a

L'exportation du carbone vers les grands fonds marins, où il peut être séquestré pendant des décennies, voire des siècles, est le résultat de nombreuses interactions entre et parmi les organismes et les particules organiques en sédimentation. Les mouvements de l'eau agitent verticalement et horizontalement, nutriments, particules et organismes, modifiant ainsi la distribution du carbone, élément important de la biomasse. Ces processus biophysiques déterminent, entre autres propriétés, les profondeurs auxquelles le carbone sera stocké à long terme. La force de cette pompe biologique à carbone (BCP pour Biological Carbon Pump) influe sur la concentration de CO2 atmosphérique à long terme, qui serait supérieure d'environ 200 ppm à la concentration actuelle d'environ 400 ppm. Les différents processus biologiques et physiques sont appelés pompe biologique gravitationnelle (BGP) et pompes à injection physiques (PIP). Dans la BGP, le carbone organique particulaire s'enfonce, généralement sous la forme d'agrégats composés d'un mélange de particules détritiques (c'est-à-dire d'agrégats de phytoplancton, de pelotes fécales). En fonction du mécanisme d'injection spécifique, les PIP peuvent atteindre des profondeurs supérieures à 1 000 mètres. Cette exportation induite par subduction ou convection est associée à la circulation frontale à méso-échelle (10-100 km, quelques semaines à plusieurs mois) ou à sous-méso-échelle (1-10 km, quelques heures à quelques jours).

Pour mieux comprendre les mécanismes biologiques et physiques en jeu dans le BCP, nous avons obtenu un jeu de donnée important avec les caméras Underwater Vision Profilers 5 et 6 (UVP5/6) montés sur le CTD/Rosette ou sur des vecteurs autonomes (glider/flotteur Argo) dans le cadre de plusieurs projets (TRIATLAS, MOPGA, E-IMPACT, Figure 2A). L' UVP5/6 permet d'acquérir à hautes fréquences des images de tous les objets qui sont ensuite reconnues et classées par des algorithmes en IA. Cet effort d'observation se poursuie dans le cadre du projet IUF PLACARDO du directeur de thèse et de nombreux projets de partenaires.
Trois régions à fort hydrodynamisme seront étudiées lors de la thèse à partir de trois campagnes : une dans le Bassin des Canaries (mission E-IMPACT en 2022), une autre dans l'Upwelling Mauritanien/Sénégalais (mission NowUP en Février 2025) et la dernière dans le bassin du Benguela (Mission WHIRLS programmée par la FOF en juin 2026). Dans ces trois régions, une stratégie d'observation avec les UVP6s (et de nombreux autres capteurs) combinant des radiales par navires et gliders ainsi que des déploiements de flotteurs BGC-Argo permettent de décrire la distribution du plancton et des différents types de particules marines à méso-échelle. Les observations permettront d'étudier l'évolution temporelle des fronts et leurs impacts sur la distribution de la taille des particules et le flux d'exportation des particules.
L'objectif final de ce travail est d'obtenir une image synthétique plus détaillée de l'impact des tourbillons et des fronts sur le plancton et la biomasse des particules pour informer le travail de modélisation à méso-échelle. Ce travail permettra aussi d'améliorer la reconnaissance des organismes et en particulier des types de particules pour lesquels la classification reste encore un challenge.
Le doctorant analysera donc des données existantes et participera à la mission WHIRLS pour déployer l'UVP6 sur les planeurs et sur la rosette CTD et utiliser d'autres outils tels que les filets à plancton. Il sera inclut dans une équipe internationale inter-disciplinaire (Pr Javier Aristegui à PLOCAN, Dr Rainer Kiko à GEOMAR et Pr Sabrina Speich à l'ENS-Paris) De manière générale, l'étudiant travaillera à l'intersection de l'analyse des données massives en utilisant des techniques d'imagerie de pointe, de la modélisation et de l'océanographie biologique.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Carbon export to the deep sea, where it can be sequestered for decades to centuries, is the result of numerous individual interactions between and among organisms and sinking organic particles. Water motions stir vertically and horizontally all components of the oceanic soup (ie. all particles and organisms) and thus modify carbon distribution. These coupled bio-physical processes determine, among other properties, the depths at which the carbon will be stored in the long term. The strength of this Biological Carbon Pump (BCP) influences the concentration of atmospheric CO2 over long time scales, it would be about 200 ppm higher than the actual approx. 400 ppm, which also means that earths climate would be much warmer without the BCP.
The different biological and physical processes are referred to as the Biological Gravitational Pump (BGP) and different Particle Injection Pumps (PIPs). In the BGP, particulate organic carbon sinks, generally in the form of aggregates composed of a mixture of detrital particles (i.e. phytoplankton aggregates, fecal pellets). Once produced, further transport of these aggregates depends on hydrodynamics. Depending on the specific injection mechanism, PIPs can reach depths exceeding 1000 meters. Physical subduction-driven particle export is associated with mesoscale (10-100 km, a few weeks to several months) to submesoscale (1-10 km, hours to days) frontal circulation features that generate vertical velocities. Upwelling results in the transport of nutrients to the surface layer which normally results in enhanced productivity. Downwelling results in the physical transport of dissolved and particulate carbon (both sinking and suspended) to depth.

To gain a better understanding of the biological and physical mechanisms at play in the BCP, in a mesoscale context, we have obtained a large data set with Underwater Vision Profilers 5 and 6 (UVP5/6) mounted on the CTD/Rosette or on autonomous vectors (Argo glider/float) as part of several projects (TRIATLAS, MOPGA, E-IMPACT, Figure 2A). UVP6 is used to acquire high-frequency images of all objects, which are then recognized and classified by IA algorithms. This observation effort is being pursued as part of the thesis supervisor's IUF PLACARDO project and numerous partner projects.

Three regions with strong hydrodynamics will be studied during the thesis on the basis of three campaigns: one in the Canary Basin (E-IMPACT in 2022), another in the Mauritanian/Senegalese Upwelling (NowUP, Feb 2025) and the last in the Benguela Basin (WHIRLS mission scheduled by the FOF in June 2026). In these regions, an observation strategy using UVP6s (and many other sensors) combining transects by ships and gliders as well as deployments of BGC-Argo floats will enable the mesoscale distribution of plankton and different types of marine particles. The observation will enable us to study the temporal evolution of fronts and their impact on particle size distribution and particle export flows.
The final objective of this work is to obtain a more detailed synthetic image of the impact of eddies and fronts on plankton and particle biomass to inform the mesoscale modelling work. This work will also help to improve the recognition of organisms and in particular the types of particles for which classification is still a challenge. The PhD student will therefore analyse existing data and take part in the WHIRLS cruise to deploy the UVP6 on gliders and on the CTD rosette and use other tools such as plankton nets, thereby gaining practical experience in biological oceanography. Overall, the student will work at the intersection of massive data analysis using state-of-the-art imaging techniques, modelling and biological oceanography. The student will be in interactions with biological and physical oceanographers (Javier Aristegui at PLOCAN, Rainer Kiko at GEOMAR and Sabrina Speich at ENS).
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/2025

Contrats ED : Programme blanc SU-SIM

Sorbonne Université SIM (Sciences, Ingénierie, Médecine)

129 Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France

Océanographe biologiste ayant un fort intéret pour la physique de l'océan Océanographe physicien ayant un fort intérêt pour la biologie dans les océans Forte capacité en statistique, machine learning ou modélisation Forte capacité en programation informatique (R, Python) Capacité de travailler en équipe Bon anglais car langue de travail Pied marin
Biological oceanographer with a strong interest in ocean physics Physical oceanographer with a strong interest in ocean biology Strong statistical, machine learning or modelling skills Strong computer programming skills (R, Python) Ability to work in a team Good English and french Willingness to go at sea