Une nouvelle mission de la NASA suit les organismes microscopiques dans l'océan et les minuscules particules dans l'air pour surveiller le changement climatique

Le spectre de couleurs observé par le satellite PACE permet d'identifier différentes espèces de phytoplancton dans l'océan et une variété d'aérosols dans l'atmosphère, aidant ainsi les chercheurs à identifier les menaces pour la santé des personnes et de la planète.

À plus de 400 milles au-dessus de la Terre, la NASA suit certaines des plus petites formes de vie de la planète dérivant juste sous la surface de l'océan pour surveiller l'impact du réchauffement climatique sur la santé des océans.

Les organismes microscopiques appelés phytoplancton alimentent l’ensemble du réseau trophique aquatique. Ils fournissent de la nourriture aux petits poissons, au zooplancton et aux crustacés comme le krill, qui sont ensuite mangés par des espèces pélagiques plus grandes comme le thon et les baleines. Sans eux, la chaîne alimentaire océanique s’effondrerait. Ils jouent également un rôle essentiel dans notre cycle du carbone.

Semblable aux plantes, le phytoplancton absorbe le dioxyde de carbone de l’atmosphère par la photosynthèse et le stocke dans son corps unicellulaire. Lorsqu’ils meurent et se décomposent, une partie de ce carbone tombe au fond des océans. Chaque année, environ dix gigatonnes de carbone sont transférées de l’atmosphère vers les profondeurs océaniques grâce à ce processus.

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Mais tous les phytoplanctons ne se ressemblent pas. Il existe au moins cent mille espèces différentes, qui varient en couleur, taille, composition et fonction. Bien que la plupart soient bénignes, la croissance soudaine de certaines espèces provoquée par des changements de température ou des afflux de nutriments peut entraîner une prolifération d'algues nocives, qui peuvent empoisonner ou étouffer les poissons et autres espèces marines et provoquer une détresse respiratoire et d'autres maladies chez l'homme.

Le satellite PACE (Plankton, Aerosol, Climate, Ocean Ecosystem) récemment lancé par la NASA permet désormais, pour la première fois depuis l'espace, de distinguer les différents types de phytoplancton et de surveiller leur répartition dans le monde.

Mesurer la couleur de l'océan

Équipé d'une technologie de pointe qui observe une large gamme du spectre électromagnétique de l'océan, de la terre et de l'atmosphère, PACE est capable de détecter les pigments uniques de différents groupes de phytoplancton. Contrairement aux technologies satellitaires précédentes qui étaient utilisées pour observer la planète en six à huit couleurs, le capteur hyperspectral de PACE, l'Ocean Color Instrument, peut produire des images dans plus de 100 couleurs différentes, de l'ultraviolet au proche infrarouge.

« En comblant toutes ces lacunes dans l'arc-en-ciel », nous sommes désormais en mesure de voir la planète comme jamais auparavant, a déclaré Jeremy Werdell, océanographe de la NASA qui a supervisé les opérations et le développement de la mission au cours de la dernière décennie en tant que scientifique du projet PACE. « C'est comme mettre des lunettes. Avant, c'était flou. Maintenant, c'est clair. La première image produite par PACE a été rendue publique le mois dernier, montrant deux communautés phytoplanctoniques distinctes dérivant au large des côtes sud-africaines fin février : l’une une communauté rose vif de phytoplancton Synechococcus et l’autre une communauté vert fluo d’algues picoeucaryotes.

Cette première image publiée par l'Ocean Color Instrument de PACE identifie deux communautés différentes de phytoplancton dans l'océan au large de l'Afrique du Sud le 28 février. Le panneau central de cette image montre des Synechococcus en rose et des picoeucaryotes en vert.  Le panneau de gauche montre une vue en couleurs naturelles de l'océan et le panneau de droite affiche la concentration de chlorophylle-a, un pigment photosynthétique utilisé pour identifier la présence de phytoplancton.  Crédit : NASACette première image publiée par l'Ocean Color Instrument de PACE identifie deux communautés différentes de phytoplancton dans l'océan au large de l'Afrique du Sud le 28 février. Le panneau central de cette image montre des Synechococcus en rose et des picoeucaryotes en vert.  Le panneau de gauche montre une vue en couleurs naturelles de l'océan et le panneau de droite affiche la concentration de chlorophylle-a, un pigment photosynthétique utilisé pour identifier la présence de phytoplancton.  Crédit : NASA
Cette première image publiée par l'Ocean Color Instrument de PACE identifie deux communautés différentes de phytoplancton dans l'océan au large de l'Afrique du Sud le 28 février. Le panneau central de cette image montre des Synechococcus en rose et des picoeucaryotes en vert. Le panneau de gauche montre une vue en couleurs naturelles de l'océan et le panneau de droite affiche la concentration de chlorophylle-a, un pigment photosynthétique utilisé pour identifier la présence de phytoplancton. Crédit : NASA

Mais PACE ne suit pas seulement le phytoplancton. Il observe également de minuscules particules en suspension dans l’atmosphère, appelées aérosols, et surveille leur interaction avec l’océan. Si les aérosols peuvent contenir des particules générées par les combustibles fossiles, des polluants et de la suie, ils comprennent également des particules naturelles, notamment des cendres volcaniques, de la fumée d’incendies de forêt et des embruns marins.

Chacun d’entre eux a un impact sur le climat en fonction de sa composition et de sa couleur. Les aérosols de couleur plus claire réfléchissent la lumière du soleil et ont un effet rafraîchissant sur l’atmosphère. Les plus sombres absorbent la lumière du soleil et provoquent un réchauffement de l’atmosphère.

Certains, comme la fumée des incendies de forêt, alimentent la prolifération du phytoplancton en déposant des nutriments supplémentaires dans l'océan, selon une étude sur l'impact des incendies de forêt australiens sur la prolifération du phytoplancton dans l'océan Austral.

Plus les scientifiques en apprendront sur la manière dont l’océan et l’atmosphère interagissent, ainsi que sur la manière dont le carbone se déplace dans l’écosystème, mieux ils pourront prédire le changement climatique futur, a déclaré Werdell. À ce jour, a-t-il déclaré, « ce sont les endroits qui présentent les plus grandes inconnues en matière de modalités climatiques ».

Adopteurs précoces

Plusieurs années avant le lancement, PACE a lancé son programme Early Adopter pour former des chercheurs spécialisés dans un large éventail de domaines, notamment la pêche, l'aquaculture, la qualité de l'air, le climat et l'agriculture, ainsi que la manière d'analyser et d'interpréter les nouvelles données satellitaires.

Actuellement, une trentaine de scientifiques différents se préparent à appliquer les données PACE, qui sont gratuites et accessibles au public, à leurs recherches et à s'assurer que les communautés locales en bénéficient afin qu'elles puissent prendre des décisions climatiques plus éclairées, a déclaré Werdell. « Ces ressources sont des cadeaux qui ont un impact réel sur la vie quotidienne », a déclaré Werdell.

Michelle Tomlinson, océanographe à la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et experte en prévision des proliférations d'algues nuisibles, fait partie du programme PACE Early Adopter depuis sa création. Elle se prépare à utiliser les données PACE pour fournir au public des données plus précises sur les proliférations d’algues nuisibles.

« Cela nous aidera à fournir de meilleures informations à la communauté de gestion et à ceux qui sont aux prises avec ces proliférations », a déclaré Tomlinson.

Les proliférations d’algues nuisibles sont de plus en plus fréquentes et répandues, en grande partie à cause du changement climatique et de la pollution croissante. L'été dernier, des centaines d'otaries et de dauphins se sont échoués sur les plages du sud de la Californie, morts ou malades, prétendument empoisonnés par une algue marine appelée Pseudo-nitzschia. À Long Island, dans l'État de New York, plus de cinq bancs de coquillages ont été fermés en raison d'une « marée rouge » toxique provoquée par une autre algue marine, l'Alexandrium, qui provoque une intoxication paralysante par les coquillages.

8 février Une fusée SpaceX Falcon 9 transportant le vaisseau spatial PACE de la NASA est lancée depuis la station spatiale de Cap Canaveral en Floride. Crédit : NASA8 février Une fusée SpaceX Falcon 9 transportant le vaisseau spatial PACE de la NASA est lancée depuis la station spatiale de Cap Canaveral en Floride. Crédit : NASA
8 février Une fusée SpaceX Falcon 9 transportant le vaisseau spatial PACE de la NASA est lancée depuis la station spatiale de Cap Canaveral en Floride. Crédit : NASA

À Fort Myers, en Floride, des avis sanitaires ont averti le public d'éviter les eaux tapissées d'algues bleu-vert odorantes, appelées cyanobactéries, qui peuvent provoquer des éruptions cutanées, des problèmes gastro-intestinaux et une détresse respiratoire. À mesure que les températures mondiales réchauffent la surface de la mer, certains groupes de phytoplancton se développent à un rythme plus rapide. L’augmentation des précipitations dans certaines régions a également été liée à ces poussées de croissance, en particulier lorsqu’elles sont associées au ruissellement de nutriments provenant des engrais utilisés dans les fermes et les jardins.

Avant le PACE, la capacité de prédire et de surveiller ces proliférations était limitée, a déclaré Tomlinson. D’autres technologies satellitaires utilisées pour étudier la couleur des océans – qui est largement déterminée par la façon dont la lumière du soleil interagit avec le phytoplancton et d’autres matières microscopiques dans l’eau – peuvent identifier la présence générale du phytoplancton en identifiant le pigment verdâtre commun que beaucoup d’entre eux partagent, appelé chlorophylle.

Ils ne peuvent cependant pas distinguer les différents types de phytoplancton, a déclaré Tomlinson. La seule façon de déterminer si certains phytoplanctons étaient toxiques ou non était de procéder à un échantillonnage physique de l'eau, ce qui nécessitait plus de temps et de ressources, a-t-elle déclaré.

Cependant, l'Ocean Color Instrument de PACE peut désormais distinguer différents groupes de phytoplancton en identifiant leur couleur unique. Chaque groupe de ces organismes contient un pigment unique qu’ils utilisent pour absorber la lumière du soleil et fabriquer leur propre nourriture.

« En fonction du pigment dont ils disposent, ils vont émettre des longueurs d'onde de lumière dans différentes plages », a déclaré Tomlinson. « Si une espèce semble optiquement différente de l'autre, vous pouvez commencer à la distinguer », a-t-elle déclaré.

Dans les prochains mois, à mesure que les données du PACE deviendront plus facilement accessibles, Tomlinson espère pouvoir fournir des données plus précises aux agences d'État réglementant et gérant les plages publiques et les pêcheries sur les proliférations d'algues nuisibles.

Elle souhaite leur donner suffisamment d'avertissement pour leur permettre de se préparer aux proliférations et d'atténuer les impacts néfastes en déplaçant les bancs de coquillages, en utilisant différentes sources d'eau pour les écloseries de coquillages ou en traitant l'eau avec des produits chimiques pour éradiquer un type spécifique de phytoplancton.

Qualité de l'air

Marcela Loría-Salazar, professeur adjoint de météorologie à l'Université d'Oklahoma, se prépare à utiliser les données PACE sur les aérosols pour étudier la pollution de l'air dans les zones où il y a moins de moniteurs de qualité de l'air au sol.

Selon Loría-Salazar, qui dirige le Laboratoire des aérosols atmosphériques et de la qualité de l'air (AAAQ Lab) à l'Université d'Oklahoma, les informations sur la qualité de l'air sont plus disponibles dans les villes que dans des endroits comme l'Oklahoma.

« Le centre du pays ne dispose pas de cette information », a-t-elle déclaré. « Nous voulons utiliser les données satellitaires pour montrer aux gens à quoi ils sont exposés. »

Depuis qu'elle a suivi une formation offerte par le programme PACE Early Adopter, Loría-Salazar a déclaré qu'elle se sent bien préparée pour profiter de tout ce que le satellite a à offrir. Elle utilisera les données produites par l'Ocean Color Instrument pour détecter les couleurs d'aérosols spécifiques, qui changent en fonction de la distance entre les particules en suspension dans l'air et la surface de la Terre.

« Les autres satellites n'ont pas été en mesure de fournir ces informations dans la mesure où Pace le ferait », a-t-elle déclaré.

Par exemple, plus la fumée est foncée, plus elle est proche de la Terre, ce qui augmente le risque de développer de l'asthme et des problèmes cardiorespiratoires. Là où la fumée est plus blanche ou plus lointaine, les gens ont tendance à avoir davantage de problèmes cardiovasculaires.

« C’est pourquoi la couleur compte. Cela nous indique si la fumée est fraîche ou si la fumée a vieilli. Et ils ont deux voies différentes vers la santé humaine », a-t-elle déclaré.

En détectant le type et l'emplacement des différents aérosols, ainsi que leur concentration et leur source, Loría-Salazar et son équipe espèrent inciter les décideurs à développer des modèles d'exposition plus efficaces et d'autres ressources pour atténuer les impacts nocifs des polluants sur leurs citoyens.

« Si c'est naturel [like wildfire smoke] nous pouvons créer des stratégies d’atténuation », a-t-elle déclaré. « Si c'est une création humaine, nous pouvons créer une politique. »

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L'équipe Pacte Climat

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