Le WP1 étudie le comportement des différents polluants présents dans la colonne d’eau en observant, mesurant et modélisant leur distribution, leurs transformations biogéochimiques et leurs interactions avec les particules et les micro-organismes planctoniques.
Mesure des polluants présents dans l’eau, les compartiments colloïdaux, particulaires et planctoniques sur le terrain
PREVENT prévoit de quantifier les niveaux de polluants à l’aide de mesures in situ dans différentes matrices (colonne d’eau, colloïdes, particules, plancton).
Une série temporelle d’une année complète a été mise en place depuis mai 2025 dans le but d’étudier le transfert du mercure, du lithium, d’autres métaux traces (e.g., fer (Fe), cuivre (Cu), manganèse (Mn), …) et des microplastiques de la colonne d’eau vers les particules et les niveaux trophiques inférieurs , leur association avec des vecteurs colloïdaux et leur accumulation dans les niveaux trophiques inférieurs (LTL). Des mesures bimensuelles, à bord du navire La Sagitta III, sont effectuées sur un site côtier situé à l’entrée de la rade de Villefranche. Au cours du cycle saisonnier, ce site offre des conditions environnementales variables, et divers facteurs naturels et anthropiques entrent en jeu. L’échantillonnage bimensuel permettra d’établir la répartition de chaque contaminant entre les phases véritablement dissoutes, colloïdales et particulaires. Cette stratégie d’échantillonnage sera complétée par des mesures passives continues in situ du mercure dissous et des métaux traces à l’aide de gels de résine DGT.
Évaluation du devenir des polluants et de leurs impacts sur les niveaux trophiques inférieurs – une approche expérimentale
Des mésocosmes expérimentaux développés au Laboratoire d’Océanographie de Villefranche seront utilisés pour étudier le devenir des contaminants dans des conditions réalistes et chroniques, leur entrée dans les niveaux trophiques inférieurs et leurs impacts combinés réels sur l’écosystème marin.
L’objectif est de mieux comprendre les processus qui déterminent le devenir des polluants dans la colonne d’eau (c’est-à-dire leur association avec les colloïdes, leur adsorption à la surface des particules, et l’absorption biologique), ainsi que leur accumulation et leur transfert dans les LTLs. À cette fin, les experts PREVENT travaillent dans des conditions contrôlées mais réalistes à l’aide de réacteurs propres (c’est-à-dire qui ne contaminent pas le milieu en métaux traces) développés au LOV et utilisés avec succès lors d’expériences à terre et de campagnes océanographiques (Gazeau et al. 2021 ; Bonnet et al. 2023). Ces réacteurs de 300 litres sont équipés de LED reproduisant le spectre solaire naturel, de divers capteurs, de pales rotatives générant une faible turbulence et d’un piège à sédiments situés au niveau de leur base conique pour la collecte de la matière exportée. Au total, 9 mésocosmes installés dans un conteneur propre et à température contrôlée permettent de reconstituer l’écosystème caractéristique du site étudié.
Le dispositif expérimental comprendra 3 témoins (eau de mer non modifiée), tandis que les autres réacteurs seront modifiés avec un gradient croissant de métaux, notamment du lithium (à des niveaux pertinents pour l’environnement), et certains réacteurs sont utilisés pour étudier leurs effets combinés. En outre, deux classes de taille de plastiques (nano vs micro) seront utilisées pendant l’expérience afin d’étudier leur rôle respectif en tant que vecteur de métaux dans l’océan, et leur transfert vers le plancton.
Plusieurs paramètres biogéochimiques suivis à haute fréquence permettront de mieux contraindre la dynamique et le transfert de ces métaux et plastiques vers les LTLs. Les paramètres biologiques mesurés (par exemple abondance cellulaire, activité du photosystème) permettront de révéler les effets toxiques potentiels et les effets combinés des polluants ajoutés sur les LTLs.
Simulation du cycle océanique mondial des polluants métalliques et microplastiques
Les résultats fourniront une base solide pour modéliser les relations entre les paramètres environnementaux et écologiques et les contaminations dans le système marin, et fourniront des flux d’entrée et des coefficients de transfert réalistes de la colonne d’eau vers les niveaux trophiques.
Les différents polluants étudiés dans les tâches sont en cours d’intégration dans le modèle NEMO/PISCES.
- L’implémentation du mercure dans ce modèle est réalisée au LSCE en collaboration avec le MIO et le LOV. La démarche s’appuie sur les mesures récentes réalisées dans le cadre du projet PREVENT. Ce travail permettra de représenter le cycle marin global des différentes espèces du mercure dont sa forme chimique toxique (MMHg), ainsi que son transfert de la colonne d’eau vers le plancton.
- Il n’existe actuellement aucun modèle global représentant à la fois la distribution biologique et le cycle du lithium dans l’océan. Une approche de modélisation du cycle du lithium dans PISCES sera développée au LSCE et s’appuiera sur les schémas existants pour les métaux traces élaborés dans le cadre du projet GEOTRACES (fer, cuivre, manganèse, zinc, aluminium,…)
- La modélisation des microplastiques sera réalisée au LOPS et au LEMAR. Le schéma existant pour les microplastiques (Richon et al., 2022) sera amélioré en tenant compte de la diversité des morphologies des microplastiques (taille, forme, densité) et de leur mouvement vertical dans la colonne d’eau. Les interactions entre les microplastiques, la matière organique et le plancton seront paramétrées à partir des observations expérimentales effectuées dans les mésocosmes.
- Enfin, les interactions entre les contaminants métalliques et les microplastiques seront modélisées. Dans l’ensemble, cette tâche utilisera les mesures in situ et les résultats expérimentaux détaillées ci-dessus pour construire de nouvelles connaissances empiriques sur la distribution mondiale et le transfert des contaminants ciblés entre les différentes phases (dissous, colloïdal, particulaire, planctonique). Les simulations globales apporteront de nouvelles informations sur les impacts des polluants dans le milieu marin. Enfin, ces résultats fourniront un flux d’entrée de contaminants vers les hauts niveaux trophiques (HTL) qui sera simulé avec APECOSM développé dans le WP2.
